Peranan Bioteknologi Tehadap Kehidupan Manusia
Bioteknologi secara harafiah berarti ilmu yang menerapkan prinsip-prinsip biologi. Pengertian bioteknologi yang lebih lengkap adalah pemanfaatan teknik rekayasa terhadap makhluk hidup, sistem, atau proses biologis untuk menghasilkan atau meningkatkan potensi makhluk hidup maupun menghasilkan produk dan jasa bagi kepentingan hidup manusia. Bioteknologi tidak terlepas dari mikroorganisme sebagai subyek (pelaku). Mikroorganisme yang dimaksud adalah virus, bakteri, cendawan, alga,protozoa, tanaman maupun hewan. Mikroorganisme menjadi subyek pada proses bioteknologi karena beberapa hal berikut ini:
1. Reproduksinya sangat cepat.
Dalam hitungan menit telah dapat berkembang biak sehingga merupakan sumber daya hayati yang sangat potensial.Mikroorganisme dapat memproses bahan-bahan menjadi suatu produk dalam waktu yang singkat.
2. Mudah diperoleh dari lingkungan kita.
3. Memiliki sifat tetap, tidak berubah-ubah.
4. Melalui teknik rekayasa genetik para ahli dapat dengan cepat memodifikasi/ mengubah sifat mikroorganisme sehingga dapat menghasilkan produk yang sesuai dengan yang kita inginkan.
5. Dapat menghasilkan berbagai produk yang dibutuhkan oleh manusia dan tidak tergantung musim/iklim.
Pemanfaatan mikroorganisme untuk bioteknologi sangat membantu manusia untuk mengatasi berbagai masalah, misalnya di bidang makanan, pertanian, pengobatan, limbah, industri, dan lainnya. Sejak tahun 6000 SM, orang telah mengenal proses fermentasi pada bahan makanan misalnya untuk membuat bir. Namun, bukti bahwa mikroorganisme inilah yang melakukan fermentasi baru diketahui setelah penelitian yang dilakukan oleh Louis Pasteur (1857-1876). Saat ini, teknologi produksi bahan makanan melalui fermentasi dikategorikan dalam bioteknologi konvensional/klasik. Coba kalian sebutkan produk/bahan makanan atau minuman yang diproduksi melalui proses fermentasi. Teknologi yang telah diterapkan untuk menghasilkan produk dalam skala industri dengan menggunakan makhluk hidup, sistem atau prose bioteknologi dikategorikan sebagai bioteknologi modern. Bioteknologi modern ini sangat tergantung pada mikrobiologi, biokimia, dan rekayasa genetika.
Ilmu-ilmu yang digunakan dalam bioteknologi
Dewasa ini, setiap perkembangan ilmu yang dihasilkan manusia pasti diikuti dengan penerapannya dalam kehidupan. Ilmu tersebut dikembangkan dengan metode ilmiah dan diterapkan dalam bentuk teknologi. Hal ini terjadi juga pada biologi. Biologi telah berkembang dengan pesat, terutama cabang-cabang mikrobiologi dan genetika, serta cabang kimia yaitu biokimia. Cabang-cabang biologi dan kimia ini kemudian diterapkan dalam bentuk bioteknologi. Disamping itu perkembangan ilmu komputer juga mendukung pengembangan bioteknologi menjadi cabang ilmu bioinformatika.
Mikrobiologi
Mikrobiologi merupakan cabang biologi yang mempelajari tentang mikroba atau jasad renik. Pengaturan sifat-sifat dan struktur mikroba mendukung kemajuan bioteknologi. Misalnya, mikroba berupa bakteri dapat tumbuh pada kisaran suhu tertentu. Bakteri dapat digolongkan sebagai psikrofil yang tumbuh pada suhu 0 0 C hingga 30 0 C, mesofil yang tumbuh pada suhu 250 C hingga 40 0C, dan termofil yang tumbuh pada suhu 50 0 C atau lebih. Pengetahuan mengenai bakteri ini dapat digunakan saat membuat yogurt. Yogurt dibuat dari susu yang difermentasikan dengan menggunakan bakteri Lactobacillus bukgaricus pada suhu 40 0 C selama 2.5 sampai 3.5 jam.
Biologi Sel
Biologi sel merupakan cabang biologi yang mempelajari sel.Pengetahuan mengenai sifat-sifat dan struktur sel akan mendukung aplikasi bioteknologi. Pengetahuan mengenai sifat protoplasma suatu sel yang dapat berfusi atau bergabung dengan protoplasma sel lain pada spesies yang sama, bermanfaat bagi aplikasi fusi sel di bidang pemuliaan tanaman sehingga dapat menghasilkan tanaman yang lebih unggul karena semua bagian sel bergabung, tidak seperti melakukan perkawinan antara bunga jantan dan betina. Selain itu pengetahuan mengenai sifat totipotensi pada sel-sel tanaman sangat bermanfaat untuk pengembangan kultur jaringan. Totipotensi merupakan kemampuan sel-sel tanaman hidup untuk berdefrisiensiasi menjadi berbagai organ tanaman yang baru bahkan menjadi tanaman lengkap.
Genetika
Genetika merupakan cabang biologi yang mempelajari sifat-sifat genetik makhluk hidup dan sistem pewarisannya dari saru generasi ke generasi berikutnya. Pemahaman mengenai bentuk dan karakteristik DNA (gen) yang berperan dalam mengontrol suatu sifat akan membantu percepatan kemajuan bioteknologi. Beberapa penemuan seperti tanaman tomat yang tidak mudah busuk, insulin yang dihasilkan oleh mamalia dan diperlukan untuk pengobatan diabetes telah dapat disintesis dengan memasukkan gen yang bertanggung jawab untuk insulin ke dalam bakteri Escherichia coli dan memproduksinya. Hal ini merupakan salah satu penerapan ilmu genetika dalam bioteknologi.
Biokimia
Biokima merupakan cabang ilmu kimia yang mempelajari makhluk hidup dari aspek kimianya. Biokimia menganggap hidup adalah menyangkut proses kimia, sehingga dengan pengetahuan biokimia maka ahli bioteknologi memperlakukan makhluk hidup sebagai bahan kimia yang dapat dipadukan dan direaksikan. Selain mikrobiologi, biologi sel, dan biokimia, ilmu-ilmu lain juga digunakan dalam bioteknologi. Contohnya virologi (ilmu mengenal virus), teknologi pangan, biologi pertanian, biologi kedokteran, biologi kehutanan dan ilmu komputer.
Dampak pengembangan bioteknologi
Perkembangan bioteknologi telah melalui sejarah yang panjang sebelum manipulasi genetik mulai berkembang. Secara tidak langsung masyarakat telah banyak melakukan kegiatan bioteknologi, walaupun tanpa sebutan bioteknologi, seperti: pemanfaatkan mikroba pada proses fermentasi untuk membuat minuman, roti, keju. Proses seleksi tanaman yang dilakukan oleh para petani untuk mendapatkan tanaman unggul maupun melalui persilangan juga merupakan kegiatan bioteknologi, demikian juga dengan penangkaran hewan. Kegiatan seperti diatas ini juga disebut sebagai bioteknologi tradisional. Sebaliknya, bioteknologi modern yang menggunakan proses rekayasa genetika mulai berkembang setelah penemuan struktur DNA sekitar tahun 1950, yang diikuti dengan penemuan-penemuan lainnya, seperti: enzim pemotong DNA (enzim restriksi endonuklease), enzim yang dapat menggabungkan DNA (enzim ligase). Selanjutnya ditunjukkan dengan keberhasilan menciptakan DNA rekombinaan melalui penggabungan DNA dari dua makhluk hidup yang berbeda. Teknologi DNA rekombinan atau yang juga dikenal dengan teknik kloning merupakan contoh bioteknologi modern. Bioteknologi pada saat ini lebih didasarkan kepada teknik manipulasi atau rekayasa DNA. Manipulasi DNA dimulai dengan mengisolasi DNA yang bertanggung jawab untuk sifat tertentu dengan bantuan enzim pemotong DNA, selanjutnya digabungkan dengan bantuan enzim ligase dan memindahkannya pada makhluk hidup yang berbeda seperti bakteri, hewan dan tumbuhan. Hasil dari teknik tersebut diantaranya adalah insulin manusia yang dihasilkan dengan bantuan bakteri E. coli, kloning domba Dolly, tanaman kapas tahan insektisida.
Aplikasi bioteknologi
Selama kurang lebih empat dasawarsa terakhir, kita melihat begitu pesatnya perkembangan bioteknologi tradisional maupun modern diberbagai bidang. Pesatnya perkembangan bioteknologi ini sejalan dengan tingkat kebutuhan hidup manusia di muka bumi. Hal ini dapat dipahami, mengingat bioteknologi menjanjikan suatu revolusi pada hampir semua aspek kehidupan manusia, mulai dari bidang pertanian, peternakan hingga kesehatan dan pengobatan maupun ketahanan negara (HANKAM).
Bioteknologi tradisional
Aplikasi bioteknologi tradisional mencakup berbagai aspek pada kehidupan manusia, seperti aspek pangan, pertanian, peternakan, hingga kesehatan dan pengobatan.
Bidang pangan
Mikroorganisme dapat menjadi bahan pangan ataupun mengubah bahan pangan menjadi bentuk lain. Proses yang dibantu oleh mikroorganisme misalnya melalui fermentasi, seperti keju, yoghurt, dan berbagai makanan lain termasuk kecap dan tempe. Pada masa mendatang diharapkan peranan mikroorganisme dalam penciptaan makanan baru seperti mikroprotein dan protein sel tunggal. Mengenal sifat dan cara hidup mikroorganisme juga akan sangat bermanfaat dalam perbaikan teknologi pembuatan makanan.
1. Pembuatan roti
Pada pembuatan roti, biji-bijian serelia dipecah dahulu untuk membuat tepung terigu. Selanjutnya oleh enzim amilase tepung dirubah menjadi glukosa. Selanjutnya khamir Saccharomyces cerevisiae, yang akan memanfaatkan glukosa sebagai substrat respirasinya sehingga akhirnya membentuk gelembunggelembung yang akan terperangkap pada adonan roti. Adanya gelembung ini menyebebkan roti bertekstur ringan dan mengembang. Sedangkan jika ditambah protease maka roti yang dihasilkan akan bertekstur lebih halus.
2. Pengolahan hasil susu
Susu dapat diolah dengan bioteknologi sehingga menghasilkan produk-produk baru, seperti keju, mentega dan yogurt.
'a. Keju
Pada pembuatan keju, kelompok bakteri yang dipergunakan adalah bakteri asam laktat. Bakteri ini berfungsi
memfermentasikan laktosa dalam susu menjadi asam laktat menurut reaksi berikut.
C12H22O11 + H2O →4CH3CHOHCOOH
Laktosa Air Asam laktat
Bakteri asam laktat yang bisa digunakan adalah Lactobacillus dan Sterptococcus. Di dalam proses pembuatan keju, susu terlebih dahulu di panaskan 90°C atau dipesteurisasikan melalui pemanasan sebelum kultur bakteri asam laktat dinokulasikan (di tanam). Akibat aktivitas bakteri, pH menjadi turun dan mengakibatkan susu terpisah menjadi dadih padat dan cairan whey; proses ini disebut pedadihan. Kemudian ditambahkan enzim renin dari lambung sapi muda untuk menggumpalkan dadih. Pada saat ini, enzim rennin dari sapi sudah digantikan dengan enzim buatan yaitu kimosin. Whey yang terbentuk dimanfaatkan sebagai makanan sapi, sedangkan dadih yang terbentuk dipanaskan dengan suhu 32- 42°C sehingga menghasilkan keju. Selain itu pada pembuatan keju juga digunakan cendawan agar kualitas lebih baik. Ada 4 macam jenis keju, yaitu :
1. keju sangat keras, contoh: keju Romano, keju Permesan.
2. keju keras , contoh: keju Cheddar, keju Swiss.
3. keju setengah lunak, contoh: keju Requefort (keju biru).
4. keju lunak, contoh: keju Camembert.
b. Yoghurt
Pada yoghurt, susu dipasteurisasi dahulu, lalu sebagian besar lemak dibuang. Mikroorganime yang digunakan adalah bakteri asam laktat, yaitu Lactobaphillus dan Streptococcus thermophillus. Kedua bakteri ini ditambahkan pada susu dengan jumlah yang seimbang, lalu disimpan dalam suhu 45°C selama 5 jam. Dalam penyimpanan ni pH turur jadi 4,0 akibat didinginkan dan bisa ditambahkan cita rasa buah jika diinginkan. Yoghurt berasal dari bahasa Turki serta memiliki nama lain seperti mast (Iran), kiselmleka (Balkan), mauzun (Armenia), cieddu (Italia). Yoghurt yang cukup terbaik adalah tanpa rasa tanpa warna (cukup ditambah gula saja).
c. Mentega
Pada pembuatan mentega, mikroorganisme yang digunakan adalah Streptococcuslactis dan Leuconostoc cremoris yang membantu proses pengasaman. Setelah itu, susu ditambah dengan cita rasa tertentu, kemudian lemak mentega dipisahkan. Pengadukan lemak mentega menghasilkan mentega yang siap makan.
3. Produk makanan lain
Pengolahan produk makanan lain dapat berupa sayur, buah dan sebagainya. Di antaranya akan dijelaskan berikut ini:
a. Sauerkraut
Sauerkraut adalah sayuran yang' diasamkan agar dapat awet di simpan. Cara membuatnya, sayuran seperti kol atau sawi diirisi kemudian dicampur dengan garam lalu di tekan dalam tempat penyimpanan untuk mengeluarkan udara. Kemudian di tambahkan bakteri asam laktat. Aktivitas bakteri ini
meurunkan pH menjadi 5.0. pH ini mencegah mikroorganisme lain tumbuh, selain itu dapat menimbulkan cita rasa unik akibat akumulasi zat organik yang oleh bakteri.
'b. Penyimpanan zaitun dan timun
Zaitun dan timun dapat diawetkan dengan menyimpannya dalam larutan garam yang ditambah bakteri asam laktat. Dalam kondisi anaerob, bakteri tumbuh dengan subur danmenurukan pH hingga 4.0. Dengan pH rendah ini aktivitas mikroba lain dapat dicegah.
c. Tahu kuning, tahu putih, dan temp'e dibuat dari kedelai menggunakan cendawan Rhizopus.
d. Oncom, dibuat dari bungkil kacang tanah menggunakan cendawan Neurospora sithopila.
e. Tapai, dibuat dari ketela pohon dengan menggunakan khamir Saccharomyces cereviceae.
Bidang pertanian
Beberapa contoh bioteknologi tradisional di bidang pertanian ialah:
1. Hidroponik, merupakan cara bercocok tanam tanpa menggunakan tanah sebagai tempat menanam tanaman.
2. Seleksi tanaman yang memiliki karakter yang unggul seperti biji besar atau tinggi maupun produksi yang besar.
Bidang peternakan
Beberapa contoh bioteknologi tradisional di bidang peternakan misalnya pada:
1. Domba ankon, merupakan domba berkaki pendek dan bengkok, hasil mutasi alami.
2. Sapi “Jersey” yang diseleksi oleh manusia agar menghasilkan susu berkrim banyak.
Kesehatan dan pengobatan
Beberapa contoh bioteknologi tradisional di bidang pengobatan, misalnya:
1. Antibiotik yang digunakan manusia untuk pengobatan diisolasi dari bakteri dan jamur.
2. Vaksin merupakan mikroorganisme atau bagian mikroorganisme yang sifat virulensinya telah dimatikan, bermanfaat untuk meningkatkan imunitas.
Bioteknologi modern
Aplikasi bioteknologi modern juga mencakup berbagai aspek kehidupan manusia, misalnya pada aspek pangan, pertanian, peternakan hingga kesehatan dan pengobatan.
Pangan
Beberapa contoh bioteknologi modern di bidang pada bidang pangan, misalnya:
1. Kandungan vitamin A pada tanaman padi Golden rice.
2. Kentang yang telah mengalami mutasi genetik sehingga kadar pati kentang meningkat 20% dari kentang biasa.
Bidang pertanian
Beberapa contoh bioteknologi modern di bidang pertanian, misalnya:
1. Tanaman jagung, kapas dan tomat yang resisten terhadap serangan penyakit gen tertentu (setelah gennya dimanipulasi menggunakan teknologi DNA rekombinan).
Bidang peternakan
Beberapa contoh bioteknologi modern di bidang peternakan, yaitu:
1. Pembelahan embrio secara fisik (spilitting) mampu menghasilkan kembar identik pada domba, sapi, babi, dan kuda.
2. Ternak unggul hasil manipulasi genetik, contohnya unggul pada daging dan susunya
3. Ikan salmon yang disisipkan hormon pertumbuhan menjadi 2 kali lipat besarnya.
Kesehatan dan pengobatan
Beberapa contoh bioteknologi modern di bidang kesehatan dan pengobatan antara lain:
1. Hormon insulin manusia yang dihasilkan dengan bantuan Escherechia coli.
2. manipulasi produk vaksin dengan menggunakan E. coli agar lebih efisien.
Bioteknologi dengan menggunakan mikrobiologi
Bioteknologi tradisional maupun modern telah menggunakan mikroorganisme sebagai bagian suatu proses untuk meningkatkan produk dan jasa. Bioteknologi umumnya menggunakan mikroorganisme seperti bakteri, khamir (yeast), dan kapang, dengan
alasan:
1. pertumbuhannya cepat.
2. sel-selnya mempunyai kandungan protein yang tinggi.
3. dapat menggunakan produk-produk sisa sebagai substratnya misalnya dari limbah
pertanian.
4. menghasilkan produk yang tidak toksik.
5. sebagai makhluk hidup, reaksi biokimianya dikontrol oleh enzim makhluk hidup itu sendiri sehingga tidak memerlukan tambahan reaktan dari luar.
Bioteknologi yang menggunakan mikroorganisme antara lain penemuan dan penyelesaian masalah pangan, obat-obatan, pembasmian hama tanaman, pencemaran, dan pemisahan logam dari bijih logam.
Mikroorganisme pengubah dan penghasil makanan atau minuman
Mikroorganisme dapat mengubah nilai gizi makanan atau minuman dalam proses fermentasi. Proses fermentasi merupakan perubahan enzimatik secara anaerob dari senyawa organik menjadi produk organik yang lebih sederhana. Aktivitas mikroorganisme tersebut antara lain dalam fermentasi yang mengubah ampas tahu atau kacang kedelai menjadi oncom, kacang kedelai menjadi tempe atau putih menjadi arak hitam atau putih. Mikroorganisme pada proses fermentasi menyebabkan:
a. perubahan senyawa-senyawa kompleks pada makanan atau minumam menjadi senyawa yang lebih sederhana.
b. peningkatan cita rasa dan aroma makanan atau minuman.
Misalnya oncom dapat dibuat dari ampas tahu, kelapa ataukacang tanah dengan penambahan mikroorganisme berupa Neuspora. Neuspora mengeluarkan enzim amilase, lipase, dan protease yang aktif selama proses fermentasi, juga menguraikan bahan-bahan dinding sel ampas kacang kedelai atau kelapa. Fermentasi pada pembuatan oncom juga menyebabkan terbentuknya sedikit alkohol dan berbagai ester yang beraroma
sedap. Mikroorganisme dapat dijadikan langsung sebagai sumber pembuatan makanan. Hal ini disebabkan:
a. massa mikroorganisme tumbuh menjadi dua kali lipat dalam waktu satu jam, sedangkan massa tumbuhan atau hewan memerlukan waktu berminggu-minggu.
b. massa mikroba minimal mengandung 40% protein serta mempunyai kandungan vitamin dan mineral yang tinggi. Pada tabel 15.1 berikut terlihat bahwa protein yang dihasilkan setiap hari dari 1000 biomassa (kg) bakteri mencapai nilai tertinggi dibandingkan produksi protein oleh hewan ternak, tanaman kacang kedelai, dan khamir.
Makanan yang berasal dari mikroorganisme disebut protein sel tunggal (PST) atau disebut juga single-cell (SCP). Tunggal merupakan makanan kaya protein yang berasal dari mokroorganisme. Awalnya, sekitar tahun 1960-an mikroorganisme protein sel tunggal ditumbuhkan dalam medium yang mengandung minyak.
Namun, meningkatnya hara minyak pada tahun 1970 menyebabkan produksi protein sel tunggal ditumbuhkan di dalam sirup glukosa, ampas buah-buahan, dan sisa berbagai produk pertanian. Contoh mikroorganisme protein sel tunggal yaitu cendawan Fusarium gramineaum yang mengandung protein 45% dan lemak 13%. Fusarium sangat bergizi, disebut sebagai mikroprotein. Merek dagang mikroprotein disebut Quorn. Quorn merupakan produk seperti lembaran adonan kue. Quorn yang ditambah dengan berbagai warna dan aroma dapat menghaslkan berbagai macam makanan, juga dapat digunakan sebagai pengganti daging sapi dan ayam. Quorn juga sering digunakan sebagai campuran untuk membuat sosis.
Mikroorganisme penghasil obat
Mikroorganisme merupakan agen yang dapat membantu bidang pengobatan. Mikroorgansime tersebut misal digunakan untuk membuat antibiotik dan vaksin, seperti yang akan dibahas berikut ini.
Antibiotik
Merupakan senyawa yang dihasilkan oleh suatu mikroorganisme untuk menghambat pertumbuhan mikroorganisme lain. Banyak ditemukan mikroorganisme yang mengandung substansi dengan aktivitas antibiotik.
Penisilin
Diproduksi secara komersial dicampurkan dengan berbagai senyawa, namun komponen utama berupa penisilin. Komponen utama penisilin tersebut merupakan penisilin G yang dapat diubah menjadi bentuk-bentuk lain dengan aktivitas yang sedikit berbeda. Penisilin G terdegradasi oleh asam lambung sehingga penisilin ini lebih baik diberikan diberikan melalui suntikan. Contoh lain adalah penisilin yang tidak dapat dipengaruhi oleh asam lambung sehingga dapat dikonsumsi dalam bentuk sirup maupun tablet. Adanya kisaran pada penisilin memungkinkan staf kesehatan untuk memilih jenis pengobatan yang paling sesuai dengan penyakit tertentu. Pilihan-pilihan ini juga membantu menuntaskan perkembangan resistansi penyakit terhadap obat.
Sefalosporin
Dihasilkkan oleh jamur Chepalosporium yang diyemukan pada tahun 1984. Sefalosporin aktif untuk bakteri yang mempunyai karakter dengan kisaran yang kurang lebih sma dengan penisilin. Sefalosporin terbaru sangat efektif untuk melawan bakteri yang resisten terhadap penisilin.
Tetrasiklin
Dihasilkan oleh bakteri Sterptomycin aureofaciens. Berbagai bentuk tetrasiklin aktif melawan bakteri yang mempunyai karakter dengan dengan kisaran kurang lebih sama dengan penisilin. Walau demikian, berkembangnya resistensi telah mengurangi efektivitas antibiotik ini. Tetrasiklin mengikat kalsium dan diakumulasi dalam tulang dan gigi yang sedang berkembang.
Eritromisin
Mempunyai kisaran yang sama dengan penisilin. Eritromisin bermanfaat untuk melawan bakteri yang resisten terhadap penisilin atau dapat digunakan untuk pasien yang alergi terhadap penisilin. Pada antibiotik berarti bakteri dapat membunuh atau menghambat pertumbuhan namun, tidak menyebabkan kerusakan pada sel-sel inang atau sel-sel tubuh manusia. Antibiotik mempunyai target tertentu yang hanya terdapat pada sel bakteri, misalnya penisilin dan sefalosporin mampu menghambat biosintesis sel bakteri.
Vaksin
Merupakan mikroorganisme atau bagian mikroorganisme yang telah dilemahkan. Vaksin dimasukkan (dengan disuntikkan atau oral) ke dalam tubuh manusia agar sistem kekebalan tubuh manusia aktif melawan mikroorganisme tersebut. Vaksin telah membantu berjutajuta orang di dunia dalam pencegahan serangan penyakit yang serius. Vaksin berasal dari sumber-sumber berikut.
a. Mikroorganisme yang telah mati
Penggunaan mikroorganisme yang telah mati antara lain digunakan untuk menghasilkan vaksin batuk rejan dari bakteri penyebab batuk rejan. Bakteri tersebut dimatikan dengan pemanasan atau penggunaan senyawa kimia untuk mendenaturasi enzimnya.
b. Mikroorganisme yang telah dilemahkan
Vaksin yang dihasilkan dari mikroorganisme yang sudah dilemahkan disebut sebagai atermsi. Vaksin yang melawan aktivitas bakteri secara cepat merupakan vaksin atenuasi. Contoh vaksin yang menggunakan sumber tersebut adalah vaksin difteri dan tetanus yang dihasilkan dari substansi toksin yang sudah tidak berbahaya dari bakteri. Toksoid bertujuan untuk merangsang produksi toksin, namun mengurangi resiko terinfeksi oleh bakteri dari jenis tertentu.
Mikroorganisme pembasmi hama tanaman
Mikroorganisme di alam dapat dijadikan sebagai agen pengendali hayati, yaitu pengendalian terhadap hama dengan menggunakan musuh alami. Misalnya pengendalian hama serangga pada tanaman pertanian dengan menggunakan bakteri patogen serangga, yaitu Bacillus thuringiensis (Bt). Bakteri Bt dapat ditemukan di tanah dan tanaman Bacillus thuringiensis merupakan spesies bakteri yang dikembangkan menjadiinsektisida mikrobial. Bakteri Bt menghasilkan protein kristal yang dapat membunuh serangga maupun larva atau ulat serangga. Aktivitas Bt pada tanaman misalnya membunuh ngengat yang menjadi hama pada buah apel, dan pir, ulat pada kol (kubis), brokoli, dan kentang. Bt yang telah dikembangkan dalam jumlah besar dicampur dengan cairan tertentu befungsi sebagai perekat dan langsung dapat disemprot pada tanaman pertanian. Bacillus thuringiensis yang berbeda akan menghasilkan protein kristal yang toksik untuk kelompok makhluk hidup yang berbeda. Bt telah dijual di Amerika Utara sebagai insektisida microbial komersial sejak tahun 1960, dan dijual dengan berbagai nama merk dagang. Bt dapat digunakan dengan cara penyemprotan konvensional pada tanaman pertanian. Beberapa Bt yang tersedia secara komersial dengan hama targetnya adalah sebagai berikut.
• Bacillus thuringiensis varietas Tenebrionis menyerang kumbang kentang Colorado dan larva kumbang daun.
• Bacillus thuringiensis varietas Kurstaki menyerang berbagai jenis ulat tanaman pertanian.
• Bacillus thuringiensis varietas Israelensis menyerang nyamuk dan lalat hitam.
• Bacillus thuringiensis varietas Aizawai menyerang larva ngengat dan berbagai ulat, terutama ulat ngengat diamondback.
Protein kristal Bt akan berpengaruh efektif terhadap larva, ulat serangga, dan serangga bila Bt yang dikonsumsi dalam jumlah yang mencukupi dan pH usus serangga berada pada kondisi alkali (basa).
Mikroorganisme pengelola limbah
Mikroorganisme membantu pengelolaan berbagai jenis limbah, terutama dalam penguraian limbah organik. Limbah organik dari rumah tangga, pasar atau industri sering dibuang langsung ke sungai, yang mengakibatkan pencemaran di sungai atau timbulnya limbah cair. Tujuan utama pengelolaan limbah cair dengan mikroorganisme adalah untuk mengurangi kandungan BOD dan bahan padat tersuspensi. Pengelolaan limbah cair juga dibutuhkan untuk
menghilangkan pupuk yang masuk saluran air bahan kimia beracun,
dan padatan terlarut. Mikroorganisme mengelola limbah cair melalui proses penguraian secara aerob dan anaerob. Pada pemrosesan aerob terdapat berbagai mikroorganisme (bakteri, protista dan cendawan) yang menguraikan materi organik dari limbah menjadi mineral-mineral, gasgas dan air. Aktivitas ini membutuhkan banyak oksigen. Bioteknologi modern juga memanfaatkan makhluk hidup dalam tingkat seluler/molekuler, diantaranya kultur jaringan, rekayasa genetik, dan kloning.
Kultur sel dan jaringan
Kultur jaringan merupakan teknik perbanyakan tanaman secara vegetatif buatan yang didasarkan pada sifat totipotensi tumbuhan. Totipotensi adalah kemampuan sel/jaringan makhluk hidup untuk tumbnuh menjadi individu baru. Totipotensi tumbuhan membuat sel tumbuhan dalam proses kultur jaringan dapat berkembang menjadi tumbuhan lengkap jika ditumbuhkan pada kondisi yang memungkinkan. Dengan kultur jaringan, dalam waktu yang bersamaan dapat diperoleh bibit tanaman dalam jumlah banyak.
Kultur jaringan memiliki manfaat berikut ini:
a. Melestarikan sifat tanaman induk.
b. Menghasilkan tanaman yang memiliki sifat seragam
c. Menghasilkan tanaman baru dalam jumlah besar
d. Dapat menghasilkan tanaman yang bebas virus.
e. Dapat dijadikan sarana untuk melestarikan plasma nutfah
f. Untuk menciptakan varietas baru melalui rekayasa genetika.
Sel yang telah direkayasa dikembangkan melalui kultur sel sehingga menjadi tanaman baru secara lengkap.
Macam-macam kultur jaringan
Berbagai tanaman dapat digunakan sebagai eksplan dalam kultur jaringan, antara lain:
a. Kultur meristem, menggunakan jaringan meristem (akar, batang, daun) yang muda/ merismatik .
b. Kultur antera, menggunakan kepala sari sebagai eksplan
c. Kultur embrio, menggunakan embrio. Misalnya pada embrio kelapa kopyor yang sulit dikembangbiakkan secara alamiah.
d. Kultur protoplas, menggunakan sel jaringan hidup sebagai eksplan tanpa dinding.
e. Kultur pollen, menggunakan serbuk sari sebagai eksplannya
Prosedur kultur jaringan terdiri dari:
1. Persiapan
Medium cair dan padat disiapkan dalam botol Erlenmeyer yang ditutup dengan kain kasa steril dan aluminium foil. Botol yang bersisi medium disterilkan dengan memanaskannya dalam autoklaf yang bersuhu 120°C dan tekanan 1.5 kg/m2 selama 20 menit. Setelah disterilkan, medium kultur disimpan dalam tempat steril atau kulkas. Ruangan dan peralatan harus disterilkan dengan larutan antiseptik (alkohol atau sodium hipoklorit). Lampu UV dalam ruangan entkas atau laminar air flow dinyalakan satu jam sebelum digunakan, tujuannya untuk mensterikan ruangan tersebut.
2. Pengambilan dan perawatan eksplan
Eksplan (bahan tanaman) dapat diambil dari tunas pucuk, ketiak daun, ujung akar, atau daun muda. Bahan eksplan disterilkan dengan cara merendamnya dalam larutan kalsium hipoklorit 5% selama 5 menit. Setelah itu eksplan dibilas beberapa kali menggunakan akuades yang steril. Bahan eksplan yang sudah steril dan botol erlenmeyer berisi medium padat atau cair dimasukkan ke dalam entkas. Bagian luar eksplan dikupas memakai pisau yang tajam yang steril sampai eksplan berukuran 1-1.5 mm. Setelah eksplan siap tanam, tutup botol Erlenmeyer di buka dan eksplan di tanam memakai pinset lalu dimasukkan kedalam medium cair atau padat, tergantung penggunaan jenis eksplannya. Botol yang sudah ditanami eksplan ditutup kembali menggunakan kain steril dan aluminium foil.
3. Pengocokan
Botol yang sudah ditanami eksplan diletakkan di atas meja pengocok (shaker) yang sudah dinyalakan jika menggunakan medium cair, frekuensi pengocokan sekitar 60-70 kali per menit. Pengocokan dilakukan 6 jam sehari selama 1.5-2 bulan. Tujuan pengocokan adalah sebagai berikut:
• Menggiatkan kontak antara permukaan eksplan dengan larutan medium.
• Memudahkan peresapan larutan nutrisi ke dalam jaringan eksplan.
• Melancarkan sirkulasi udara, sehingga udara bisa masuk ke dalam medium.
• Merangsang terpisahnya PLB yang terbentuk.
Dalam medium cair, dari eksplan akan tumbuh PLB dan lama kelamaan PLB akan lepas dari eksplan. PLB yang terbentuk dapat dipisah-pisahkan dan daapt dipindahkan ke dalam botol lain sehingga dihasilkan banyak PLB. PLB yang terbentuk dapat dipindahkan ke dalam medium padat dan dikulturkan dalam ruangan yang steril. Suhu, kelembaban, dan intensitas cahaya ruangan harus diatur. Dalam medium, PLB akan tumbuh menjadi tanaman lengkap (planlet). Setelah menghasilkan daun atau membentuk tanaman sempurna planlet harus dipindahkan kedalam botol lain yang berisi media padat. Populasi planlet dikurangi sesuai dengan tingkat pertumbuhannya. Akhirnya, planlet dipindahkan ke dalam kelompok yang terdiri dari campuran tanah dan kosmos atau pupuk kandang, dan diletakkan dalam rumah kaca. Setelah pertumbuhannya sempurna, plantet dipindahkan ke dalam pot, satu pot berisi satu tanaman baru.
4. Medium
Medium tanaman terdiri dari dua jenis, yaitu medium cairan dan medium padat. Medium cair untuk menumbuhkan eksplan sampai terbentuk PLB. Medium padat digunakan untuk menumbuhkan PLB sampai terbentuk planlet. Medium padat dibuat dengan melarutkan nutrisi dan agar-agar kedalam akuades yang disterilkan. Media kultur harus mengandung nutrisi lengkap yang terdiri dari unsur makro, unsur mikro, vitamin, gula, dan ZPT (Zat Pengatur tumbuh tanaman) seperti auksin, sitokinin, dan giberalin. Zat pengatur tumbuh yang akan digunakan dapat dipilih dari bahan-bahan di bawah ini:
a. IAA (Indole Asetic Acid/Asam Indol Asetat).
b. IAAId (Indole Acet Aldehyde/Indol Asetat Dehida).
c. IAN (Indole Aceton Nitrile/Indol Aseto Nitril).
d. IAEt (Ethylen Doleacetate/Etilendol Asetat).
e. IpyA (Indolepyruvic Acid/Asam Indol Piruvat).
Ada banyak medium kultur jaringan yang penamaannya diambil dari nama penemunya, antara lain:
1. Murashige and Skoog (1962) dapat digunakan hampir untuk semua jenis kultur, terutama untuk tanaman herba.
2. White (1934), sanagt cocok untuk kultur tanaman tomat.
3. Wacin and Went, dapat digunakan untuk kultur jaringan anggrek.
4. Nitch and Nitsch, biasanya digunakan dalam kultur serbuk sari dan kultur sel.
5. Scenk and Herberlandt (1972), cocok untuk kultur jaringan tanaman monokotil.
Rekayasa Genetik
Rekayasa genetik atau penggunaan teknologi DNA rekombinan sangat bermanfaat pada berbagai bidang kehidupan manusia. Misalnya bidang kedokteran dan farmasi, peternakan dan pertanian, serta perindustrian.
Bidang Kedokteran dan farmasi
*) Pembuatan insulin manusia oleh bakteri Insulin merupakan suatu protein yang bertugas mengatur metabolisme gula di dalam tubuh manusia. Penderita diabetes tidak mampu membentuk insulin dalam jumlah yang dibutuhkan. Penderita diabetes akut harus menerima suntikan insulin setiap hari.Biasanya untuk memperoleh 0.45 kg insulin yang dibutuhkan oleh 750 pasien diabetes selama satu tahun, diperlukan 3600 kg kelenjar pankreas yang berasal dari 23.000 ekor hewan. Dengan teknik rekayasa genetika, para peneliti berhasil menyisipkan DNA pengendali insulin ke dalam bakteri sehingga bakteri mampu untuk membentuk insulin yang mirip sekali dengan insulin manusia dan insulin yang dihasilkan dapat diterima lebih baik oleh tubuh manusia. Biaya pembuatan insulin ini pun jauh lebih murah. Sehingga penderita diabetes dapat tertolong.
*) Terapi gen manusia
Teknologi DNA rekombinan dapat digunakan untuk membantu kelainan genetik yang disebabkan oleh alel tunggal melalui penyisipan gen pada sel “stem cell” yang menghasilkan semua sel darah dan sistem imun. Stem cell merupakan kandidat utama sel yang menerima alela normal. Sebagian besar percobaan saat ini masih dalam taraf pendahuluan yang didesain untuk menguji keamanan dan kelayakan prosedur, bukan untuk penyembuhan. *) Antibodi monoklonal Antibodi merupakan protein yang dihasilkan oleh sistem imunitas vertebrata sebagai sistem pertahanan untuk melawan infeksi. Antibodi memiliki keunikan dibandingkan protein lainnya karena terdapat berjuta-juta antibodi dengan bentuk-bentuk yang berbeda. Masingmasing
antibodi tersebut mempunyai tempat pengikatan yang spesifik, yang hanya mengenali molekul target yang juga spesifik (antigen). Antibodi dapat dihasilkan dengan menyuntikkan beberapa kali suatu sample yang berisi antigen ke dalam seekor hewan kelinci, kambing, atau marmot. Kemudian serum darah hewan tersebut diambil karena banyak mengandung antibodi (anti serum). Antiserum tersebut mengandung campuran antibodi yang dihasilkan oleh limfosit-B.
Bidang peternakan, perikanan, dan pertanian
*) Transfer gen pada hewan
Bakteri bukan satu-satunya makhluk hidup yang dapa dimodifikasi dengan teknologi DNA rekombinan atau yang dikenal rekayasa genetika. Rekayasa genetika juga dapat menstransfer gen-gen tertentu ke tumbuhan berbunga, jamur, dan mamalia yang mengakibatkan perubahan genotipe makhluk hidup tersebut atau disebut makhluk hidup transgenik. Makhluk hidup transgenik merupakan makhluk hidup yang menerima gen-gen dari spesies lain yang sama sekali berbeda tetapi masih dalam satu kingdom ataupun dapat juga dari kingdom yang berbeda. Hewan maupun tumbuhan transgenik (Gambar 13.17) dihasilkan dengan berbagai teknik, misalnya perpindahan gen menggunakan bantuan bakteri Agrobacterium, mikroinjeksi, penembakan gen, kloning embrio.
Contoh transfer gen pada hewan adalah domba Tracey. Tracey merupakan domba betina yang sehat dan normal, namun DNA-nya telah disisispi oleh gen manusia. Gen manusia tersebut mengkode produksi protein alfa-1-antitripsin (ATT) berkhasiat untuk mengobati penyakit paru-paru pada manusia, misalnya fibrosistik dan empisema (menggelembungnya membran alveoli hingga pecah yang dapat menyebabkan bronkitis kronis).
a. Kloning embrio
Kloning embrio telah digunakan untuk produksi hewan ternak, misalnya sapi atau domba yang secara genetik identik. Pada sapi atau domba, setiap kehamilan hanya mengandung seekor anak saja. Dengan teknik kloning embrio akan memungkinkan bagi peternak untuk meningkatkan jumlah hewan ternaknya.
b. Transfer nukleus
Transfer nukleus (gen inti) adalah dengan memasukkan donor DNA dari hewan yang karakternya diinginkan kedalam sel telur hewan yang intinya (DNA-nya) telah dihilangkan. Setelah terbentuk embrio lalu embrio ditanamkan ke rahim induk hewan yang akan membesarkannya. Contohnya adalah domba Dolly. Kloning pada hewan merupakan proses yang mahal dengan kelebihan yang terbatas dibandingkan dengan teknik reproduksi lainnya. Kloning pada hewan menimbulkan pertanyaan tentang kemungkinan kloning pada manusia. Banyak negara yang melarang percobaan kloning manusia, selain bertentangan dengan agama, juga dianggap melanggar estetika dan prinsip ilmu dan hukum kedokteran.
Saat ini kloning pada hewan belum dimanfaatkan secara maksimal karena mahal dan sulit dikerjakan. Kloning pada mamalia akan dikombinasikan dengan bioteknologi lain untuk menghasilkan organ-oragan tubuh hasil klon dan jaringan yang digunakan untuk transplantasi.
*) Transgenik pada tanaman
Agrobacterium tumefaciens merupakan bakteri tanah penyebab infeksi tumor crown gall pada beberapa tanaman dan dimanfaatkan sebagai alat untuk melakukan proses transfer gen pada tanaman. Tanaman transgenik direkayasa menggunakan bantuan Agrobacterium tumefaciens untuk memperoleh sifat-sifat berikut:
* Penundaan pematangan pada tanaman tomat. Tomat hasil rekayasa (tomat flavor savor) dapat bertahan beberapa minggu lebih lama dibandingkan dengan tomat biasa.
§ Resistensi/ketahanan terhadap insektida yaitu tanaman dapat mensintesis protein kristal insektisidal (Insectisidal Crystal Protein = ICP) yang berasal dari Bacillus thuringensis. Protein kristal insektisida mempengaruhi usus hama seperti ulat atau serangga tertentu yang makan tanaman ini sehingga hama mati.
§ Resistensi terhadap kondisi lingkungan. Misalnya transfer gen dapat menghasilkan:
1. Tanaman yang tahan kering karena mempunyai lapisan kutikula yang lebih tebal sehingga tumbuh baik di daerah kering.
3. Tanaman yang tahan terhadap angin.
Contohnya adalah tanaman kedelai yang telah dimanipulasi agar mempunyai batang yang lebih kuat dengan tingi yang seragam sehingga tahan terhadap angin kencang.
Penanggulangan dampak negatif bioteknologi
Bioteknologi telah menghasikan produk-produk yang bermanfaat untuk meningkatkan kesejahteraan masyarakat. Namun perlu juga diperhatikan dampak negatif dari perkembangan bioteknologi tersebut. Beberapa dampak negatif yang mungkin timbul akibat perkembangan bioteknologi adalah berikut ini:
1. Alergi
Gen asing yang disisipkan pada makhluk hidup yang menjadi makanan manusia dapat menyebabkan alergi terhadap individu tertentu. Untuk mencegahnya perlu dilakuakn pengujian dalam jangka waktu yang lama untuk memastikan ada tidaknya efek negatif tersebut terhadap konsumen. Selain itu, produk yang mengandung makhluk hidup hasil rekayasa genetik bioteknologi harus diberi label dengan jelas guna memberi informasi kepada konsumen mengenai produk yang dikonsumsi.
2. Hilangnya plasma nutfah
Akibat budidaya hewan dan tumbuhan unggul atau pertaniann konvensional yang monokultur dapat mengakibatkan plasma nutfah atau keanekaragaman makhluk hidup dapat musnah. Kepunahan plasma nutfah dapat diatasi dengan melakukan pemeliharaan berbagai jenis hewan dan tumbuhan di situs konservasi tertentu. Selain itu penggunaan yang terus menerus dari tanaman unggul tahan herbisida, insektisida juga ditakutkan dapat menyebabkan munculnya gulma maupun hama baru.
3. Rusaknya eksosistem
Tanaman kapas Bt selain menyebabkan matinya hama ulat yang memakannya, juga diduga menyebabkan larva kupu-kupu ikut mati. Akibat gangguan dan perubahan kondisi lingkungan yang tidak seimbang dapat menyebabkan rusaknya suatu ekosistem.
baik.