Bioteknologi, Peran dan Aplikasinya
Pendahuluan
Bioteknologi merupakan teknologi yang memanfaatkan agen hayati atau bagian-bagiannya untuk menghasilkan barang dan jasa dalam skala industri untuk memenuhi kebutuhan manusia. Definisi seperti ini merupakan definisi bioteknologi klasik (konvensional). Bioteknologi modern memanfaatkan agen hayati atau bagian-bagian yang telah direkayasa secara in vitro dalam menghasilkan barang dan jasa dalam skala industri. Bioteknologi dikembangkan untuk meningkatkan nilai bahan mentah dengan memanfaatkan kemampuan mikroorganisme atau bagian-bagiannya, misal bakteri dan kapang. Selain itu, bioteknologi juga memanfaatkan sel tumbuhan dan sel hewan yang dibiakkan sebagai konstituen bernagai proses industri. Penerapan bioteknologi pada umumnya mencakup produksi sel atau biomassa dan perubahan (transformasi) kimia yang diinginkan. Transformasi kimia tersebut kemudian dapat dibagi menjadi dua sub bagian, yaitu:
a. Pembentukan suatu produk akhir yang diinginkan,
contoh: enzim, antibiotik, asam organik, dan steroid.
b. Penguraian suatu bahan baku yang diberikan, contohnya: buangan air limbah, destruksi, buangan industri, atau tumpahan minyak.
Bioteknologi mencakup proses fermentasi (mulai dari bir, anggur, roti, keju, vaksin, dan antibiotik), pengelolaan air, dan sampah. Pemanfaatan bioteknologi berkembang mulai dari biomedis hingga daur ulang logam dari batuan mineral berkualitas rendah. Bioteknologi modern telah melibatkan jasad hidup. Khususnya mikroba yang telah di rekayasa mengalami perubahan genetik secara in vitro dan hibrid somatik untuk meningkatkan aktivitasnya. Dalam bioteknologi modern, hampir semua proses teknologi memungkinkan pertumbuhan mikroba yang terlibat dalam proses dapat mencapai optimum dan produk semaksimal mungkin.
Perkembangan Bioteknologi
Perkembangan bioteknologi berlangsung sangat pesat dengan adanya perkembangan biologi molekuler yang menggunakan teknik- teknik canggih untuk menciptakan terobosan baru dalam rangka peningkatan efisiensi dan ekonomi industri bioteknologi. Teknik- teknik yang digunakan dalam bioteknologi antara lain: kultur jaringan melalui protoplasma, rekayasa genetika yang meliputi manipulasi DNA rekombinan, teknik penginderaan secara molekuler dan kelengkapan rancang bangun suatu alat untuk menumbuhkan mikroba yang memungkinkan berlangsungnya suatu reaksi biologi.
Peran Bioteknologi
Bioteknologi berperan sangat besar dalam kehidupan manusia. Orang Sumeria dan Babilonia telah menikmati bir sejak 6000 tahun sebelum masehi. Orang Mesir telah membuat adonan kue asam sejak 4000 tahun sebelum masehi. Bukti bahwa organisme sanggup melakukan fermentasi didapat dari studi awal L. Pasteur (1857-1876), sehingga Pasteur disebut bapak bioteknologi. Pada masa kini, bioteknologi bukan hanya dimanfaatkan dalam industri makanan tetapi telah meluas dalam berbagai bidang, seperti rekayasa genetika, penanggulangan populasi, penciptaan sumber energi, penemuan bahan medis maupun farmasi, dan lain-lain.
Berikut adalah contoh peran bioteknologi dalam beberapa
bidang kehidupan manusia.
- Bayi Tabung
Banyak pasangan suami istri yang tidak dapat memperoleh keturunan, karena spermatozoa dan ovum tidak dapat bertemu karena hal-hal tertentu. Untuk mengatasinya, spermatozoa dan ovum dapat dipertemukan di dalam tabung (in vitro=di dalam tabung). Caranya, ovum istri dan spermatozoa suami diambil. Untuk memperoleh ovum dalam jumlah banyak, si istri disuntik dengan hormon agar menghasilkan beberapa ovum. Ovum dan spermatozoa simasukkan ke dalam cawan petri berisi medium yang sesuai dengan suhu tubuh. Maka terjadilah fertilisasi in vitro membentuk zigot. Zigot berkembang menjadi embrio. Embrio yang baik dipelihara dan yang jelek disisihkan. Embrio yang memenuhi syarat dimasukkan ke dalam rahim agar berkembang menjadi janin di dalam rahim (in vivo=di dalam tubuh). Bayi yang lahir dengan cara demikian disebut bayi tabung. Bayi tabung yang pertama bernama Lousie Brown, dilahirkan di Inggris tanggal 25 Juli 1978. Teknik ini umumnya melanggar etika sehingga jarang digunakan. Rekayasa Genetika Sifat makhluk hidup tersimpan dalam gen. Gen adalah penentu sifat yang ada di kromosom. Jika gen diubah, maka sifat makhluk hidup itu juga ikut berubah. Karena itu, para ilmuwan berusaha untuk merubah- rubah gen makhluk hidup agar memperoleh organisme baru dengan sifat yang dikehendaki. Kegiatan memanipulasi gen untuk mendapatkan produk baru dengan mengubah-ubah gen makhluk hidup disebut Rekayasa Genetika. Contoh penggunaan rekayasa genetika adalah pembuatan insulin. Gen penghasil insulin manusi dipotong dari DNA manusia dengan enzim. Gen tersebut lalu disambungkan pada plasmid bakteri E. coli. hasil sambungan plasmid dan gen insulin lalu dimasukkan ke dalam bakteri E. coli. Bakteri tersebut dipelihara di dalam medium khusus sehingga berkembang biak dengan cepat dan dapat memproduksi insulin manusia. Insulin yang dihasilkan ditampung untuk dijual pada penderita kencing manis (Diabetes Melitus).
- Tanaman Transgenik
Tanaman trasngenik sebenarnya merupakan salah-satu produk dari rekayasa genetika yang dilakukan terhadap tumbuhan. Tanaman ini menjadi penting karena dewasa ini sebagian besar produk yang dikembangkan oleh industri bioteknologi lebih banyak kepada tanaman budidaya yang memiliki nilai jual besar. Teknik pembuatan tanaman transgenik tidak jauh berbeda dengan pembuatan insulin. Sifat yang biasanya dimasukkan ke dalam tanaman adalah anti hama, anti gulma, mampu memproduksi protein tertentu, dan lain sebagainya. Tanaman-tanaman transgenik dan fungsi barunya dapat dilihat di tabel ini.
Nama Tanaman Transgenik
Sifat Baru
Jagung
Toleran terhadap herbisida
Tembakau
Resisten terhadap perubahan pigmen, perubahan respon terhadap cahaya,dll
Ubi Jalar
Resisten terhadap hama, penyakit jamur, virus dan nematoda
Gandum
Toleran terhadap herbisida, resisten terhadap penyakit jamurdan peningkatan mutu roti
Tomat
Pengendalian pemasakan buah
Strawberi
Resisten terhadap hama
Apel
Resisten terhadap hama dan jamur
- Pengklonaan
Pengklonaan sebenarnya bukan barang baru dalam bioteknologi. Pengklonaan terhadap tumbuhan sebenarnya telah dilakukan berkali-kali sejak jaman dahulu. Pengklonaan paling sederhana dapat kita lihat di perkebunan ketela pohon. Ketela pohon yang ditanam menggunakan metode stek memiliki informasi genetik yang sama dengan induknya. Pengklonaan pada dasarnya merupakan usaha menghasilkan individu-individu yang seragam. Hal ini dapat dilakukan dengan stek, cangkok, bahkan kultur jaringan pada tumbuhan. Meskipun pengklonaan sering dilakukan terhadap tumbuhan, cara yang sama tidak bisa dilakukan pada hewan. Dahulu, para ilmuwan berpendapat hal ini terjadi karena sel hewan yang sudah dewasa telah kehilangan kemampuan berdiferensiasi (totipotensi). Hilangnya totipotensi ini menyebabkan sel hewan tidak dapat membelah dan berkembang menjadi individu baru. Tetapi Mintz dan Gurdon dalam penelitiannya masing-masing berhasil membuktikan bahwa ketidakmampuan sel hewan dewasa untuk berdiferensiasi disebabkan oleh lingkungan sitoplasma selnya. Gordon mengambil inti sel dari sel usus katak kemudian ia masukkan ke dalam sel telur yang telah dihilangkan intinya dengan sinar ultraviolet. Sel telur ini lalu berkembang menjadi berudu, lalu menjadi katak dewasa. Katak dewasa ini merupakan klona dari katak pemberi sel usus. Inilah pengklonaan yang pertama dilakukan. Selain contoh-contoh di atas, berikut adalah contoh produk bioteknologi lainnya.
Nama Produk Keterangan
Keju, yoghurt Bahan dasar berupa susu yang difermentasikan oleh Lactobacillus bulgaricusdan Streptococcus thermophilus.
Mentega Bahan dasar berupa susu yang difermentasikan olehStreptococcus lactisdan Leuconostoc cremoris.
Kecap Fermentasi kedelai yang dilakukan oleh Aspergillus wentii.
Tempe Bahan dasar berupa kedelai, fermenternya Rhizopus oligosporus.
Antibiotik Untuk mengobati penyakit yang dihasilkan melalui teknik peleburan sel.
Antibodi monoklonal Untuk mendiagnosis jenis penyakit yang diderita pasien, juga untuk meningkatkan ketahan tubuh terhadap kanker dan penyakit lainnya.
Hormon pertumbuhan Untuk mengobati dwarfisme
Vaksin hepatitis Hasil rekayasa genetika untuk pengobatan penyakit hepatitis.
Biopestisida Mikroorganisme yang dapat menguraikan hama.
Bakteri es Hasil rekayasa genetika keturunan dari Pseudomonas untuk melawan terbentuknya kristal-kristal es selama kondisi musim dingin.
Bioteknologi Dengan Menggunakan Mikroorganisme
Pada umumnya bioteknologi menggunakan mikroorganisme karena dapat tumbuh dengan cepat, mengandung protein yang cukup tinggi, dapat menggunakan produk-produk sisa sebagai substratnya misalnya dari limbah dapat menghasilkan produk yang tidak toksik dan reaksi biokimianya dapat dikontrol oleh enzim organisme itu sendiri. Bioteknologi dengan menggunakan mikroorganisme dapat menghasilkan makanan dan minuman, penghasil obat, pembasmi hama tanaman, pengolah limbah, pemisah logam dari bijih logam.
1. Mikroorganisme Pengubah dan Penghasil Makanan dan Minuman
Proses fermentasi dari suatu organisme dapat mengubah suatu makanan dan minuman. Ingatlah kembali pelajaran Metabolisme, proses fermentasi merupakan perubahan enzimatik secara anaerob dari suatu senyawa organik dan menjadi produk organik yang lebih sederhana. Mengapa mikroorganisme dijadikan sebagai sumber makanan? Hal tersebut disebabkan mikroorganisme dapat tumbuh menjadi dua kali lipat dan juga massa mikroba minimal mengandung 40% protein dan memiliki kandungan vitamin dan mineral yang tinggi.
Beberapa jenis mikroorganisme dalam produk makanan dan minuman adalah sebagai berikut.
a. Pembuatan Tape
Tape merupakan makanan hasil fermentasi yang mengandung alkohol. Makanan ini dibuat dari beras ketan ataupun singkong dengan jamur Endomycopsis fibuligera, Rhizopus oryzae, ataupun Saccharomyces cereviceae sebagai ragi. Ragi tersebut tersusun oleh tepung beras, air tebu, bawang merah dan putih, kayu manis.
b. Pembuatan Tempe
Tempe adalah makanan yang populer di negara kita. Meskipun merupakan makanan yang sederhana, tetapi tempe mempunyai atau mengandung sumber protein nabati yang cukup tinggi. Tempe terbuat dari kedelai dengan bantuan jamur Rhizopus sp. Jamur ini akan mengubah protein kompleks kacang kedelai yang sukar dicerna menjadi protein sederhana yang mudah dicerna karena adanya perubahan-perubahan kimia pada protein, lemak, dan karbohidrat.Selama proses fermentasi kedelai menjadi tempe, akan dihasilkan antibiotika yang akan mencegah penyakit perut seperti diare.
c. Pembuatan Oncom
Oncom terbuat dari ampas tahu, yaitu ampas kedelai dengan bantuan jamur Neurospora sitophila. Jamur ini dapat menghasilkan zat warna merah atau oranye yang merupakan pewarna alami. Neurospora dapat mengeluarkan enzim amilase, lipase protease yang aktif selama proses fermentasi. Selain itu, juga dapat menguraikan bahan-bahan dinding sel ampas kacang kedelai, singkong, atau kelapa. Fermentasi ini juga menyebabkan terbentuknya sedikit alkohol dan berbagai ester yang beraroma sedap.
d.Pembuatan Kecap
Kecap terbuat dari kacang kedelai berwarna hitam. Untuk mempercepat fermentasi biasanya dicampurkan sumber karbohidrat atau energi yang berbentuk tepung beras atau nasi, sedangkan warna larutan kecap yang terjadi, tergantung pada waktu.
Perendaman kedelai dilakukan dalam larutan garam, maka pembuatan kecap dinamakan fermentasi garam. Fermentasi pada proses pembuatan kecap dengan menggunakan jasmur Aspergillus wentii dan Rhizopus sp.
e. Pembuatan Asinan Sayuran
Asinan sayuran merupakan sayuran yang diawetkan dengan jalan fermentasi asam. Bakteri yang digunakan adalah Lactobacillus sp., Streptococcus sp., dan Pediococcus. Mikroorganisme tersebut mengubah zat gula yang terdapat dalam sayuran menjadi asam laktat. Asam laktat yang terbentuk dapat membatasi pertumbuhan mikroorganisme lain dan memberikan rasa khas pada sayuran yang difermentasi atau sering dikenal dengan nama ‘acar’.
f. Pembuatan Roti
Proses fermentasi ini dibantu dengan bantuan yeast atau khamir yaitu sejenis jamur. Jika Anda mempunyai kesempatan memperhatikan pembuatan roti atau donat, maka adonan tepung akan mengembang. Yeast yang ditambahkan pada adonan tepung akan menjadikan proses fermentasi, yaitu akan menghasilkan gas karbon dioksida dan alkohol. Gas karbon dioksida tersebut dapat berguna untuk mengembangkan roti, sedangkan alkohol dibiarkan menguap. Selanjutnya, akan terlihat jika adonan tersebut dioven akan tampak lebih mengembang dan ukurannya membesar, hal ini dikarenakan gas akan mengembang jika temperatur tinggi. Hasilnya seperti yang Anda lihat roti akan berwarna kekuningan dan lembut, tetapi jika tidak beruntung roti akan keras dan padat (bantat).
g. Pembuatan Keju
Keju dibuat dari air susu yang diasamkan dengan memasukkan bakteri, yaitu Lactobacillus bulgarius dan Streptococcus thermophillus. Untuk mengubah gula susu (laktosa) menjadi asam susu (asam laktat) susu dipanaskan terlebih dahulu pada suhu tertentu dengan maksud untuk membunuh bakteri yang berbahaya agar berhasil dalam proses pembuatannya. Selanjutnya, ditambahkan campuran enzim yang mengandung renin untuk menggumpalkan susu sehingga terbentuk lapisan, yaitu berupa cairan susu yang harus dibuang, sedangkan bagian yang padat diperas dan dipadatkan. Enzim tersebut akan menambah aroma dan rasa, juga akan mencerna protein dan lemak menjadi asam amino.
Pada umumnya keju dapat dikelompokkan menurut kepadatannya yang dihasilkan dalam proses pemasakan. Keju menjadi keras apabila kelembabannya kecil dan pemampatannya besar. Jika masa inkubasinya semakin lama, maka keasamannya makin tinggi sehingga cita rasanya makin tajam. Misalnya, keju romano, parmesan sebagai keju sangat keras, keju cheddar, swiss sebagai keju keras yang berperan Propioniobacterium sp., keju roqueorforti yang berperan Pennicilium reguerforti sebagai keju setengah lunak, keju camemberti sebagai keju lunak yang berperan Pennicilium camemberti.
h. Pembuatan Yoghurt
Apabila dibandingkan dengan susu biasa, yoghurt dapat memberikan efek pengobatan terhadap lambung dan usus yang terluka. Selain itu, yoghurt dapat menurunkan kadar kolesterol dalam darah sehingga mencegah penyumbatan di pembuluh darah.
Dalam proses pembuatannya, air susu dipanaskan terlebih dahulu agar tidak terkontaminasi bakteri yang lain. Setelah dingin, ke dalam air susu dimasukkan bakteri Lactobacillus bulgaricus dan Streptococcus termophillus. Susu dibiarkan selama 4-6 jam pada suhu 38 C – 44 C atau selama 12 jam pada suhu 32 C. Pada masa inkubasi akan dihasilkan asam laktat, asam inilah yang membuat yoghurt berasa asam, dapat juga ditambahkan dengan buah, kacang, atau rasa lain yang diinginkan.
i. Minuman Berakohol
Mikroorganisme yang digunakan adalah khamir dari genus Saccharomyces. Minuman yang sangat terkenal yaitu anggur sebenarnya adalah buah anggur yang sudah mengandung gula sehingga dapat digunakan secara langsung oleh ragi selama proses fermentasi. Pada proses pembuatan minuman ini sudah tidak diperlukan tambahan gula lagi, apabila ingin menambah cita rasa dapat ditambahkan buah-buahan dan gula secukupnya. Bakteri yang digunakan adalah bakteri yang bersifat asam laktat karena buah anggur mengandung asam malat yang tinggi. Bakteri tersebut akan mengubah asam malat menjadi asam laktat yang lemah dan proses ini disebut fermentasi malolaktat sehingga hasil minumannya memiliki rasa yang lebih baik dan sedikit asam. Bir sebenarnya merupakan produk yang berasal dari tepung biji padi-padian yang difermentasi oleh ragi. Hanya ragi tersebut tidak bisa menggunakan tepung itu secara langsung. Cara pembuatannya, yaitu biji padi-padian dibiarkan untuk berkecambah terlebih dahulu, kemudian dikeringkan lalu digiling, hasilnya disebut dengan malt yang berupa glukosa dan maltosa, dan proses perubahan tersebut dinamakan dengan malting. Selanjutnya baru difermentasi oleh ragi menjadi etanol dan karbondioksida.
2. Mikroorganisme Penghasil Obat
Mikroorganisme juga dapat membantu di bidang kesehatan yaitu dalam pengobatan, misalnya digunakan untuk antibiotik dan vaksin.
a. Antibiotik
Antibiotik sebenarnya merupakan suatu zat kimia hasil dari mikroorganisme yang dapat menghambat pertumbuhan atau mematikan mikroorganisme lainnya. Pembuatan antibiotik ini harus dalam lingkungan steril agar terhindar dari kontaminasi yang mungkin terjadi, sehingga pertumbuhan mikroorganisme yang diinginkan dapat optimal dan menghasilkan produk yang optimal juga. Antibiotik ini pertama kali ditemukan oleh Alexander Fleming yang diberi nama Penicilin yang dihasilkan oleh Penicillium. Jamur ini hidup dengan menyerap makanan dari lingkungan yang digunakan untuk metabolisme, bahkan dapat menghasilkan zat yang disekresikan ke lingkungannya dan dapat membunuh mikroorganisme lain.
Beberapa kelompok dari antibiotik adalah sebagai berikut.
1) Penicilin
Penicilin ini dapat menghambat infeksi dengan mencegah terbentuknya dinding sel bakteri sehingga tidak membahayakan sel manusia. Jadi, apabila Anda sakit disebabkan oleh bakteri atau virus, maka penggunaan antibiotik ini tidak ada gunanya.
Komponen utama penicilin adalah penisilin G yang dapat diubah menjadi bentuk-bentuk lain. Penicilin G terdegradasi oleh asam lambung sehingga lebih baik penicilin diberikan melalui suntikan. Ada juga jenis penicilin yang tidak dipengaruhi oleh asam lambung, dapat berupa sirup atau tablet.
2) Tetrasiklin
Perlu Anda ketahui tetrasiklin dihasilkan dari bakteri Streptomycin aureofaciens. Tetrasiklin mengikat kalsium dan diakumulasi dalam tulang dan gigi yang sedang berkembang. Tetrasiklin aktif melawan bakteri yang memiliki larutan yang sama dengan penicilin.
3) Sefalosporin
Sefalosporin dihasilkan oleh jamur Cephalosporium. Sefalosporin yang terbaru sangat efektif untuk melawan bakteri yang resisten terhadap penicilin.
4) Eritromisin
Eritromisin bermanfaat untuk melawan bakteri yang resisten terhadap penicilin atau dapat digunakan untuk pasien yang alergi terhadap penicilin.
b. Vaksin
Pada masa ini berjuta-juta orang melakukan vaksinasi terutama bagi anak-anak yang masih kecil. Vaksin telah membantu dalam pencegahan serangan penyakit. Vaksin berasal dari mikroorganisme yang telah dilemahkan atau dimatikan. Vaksin pada umumnya dimasukkan dengan suntikan atau oral ke dalam tubuh manusia agar aktif melawan mikroorganisme tersebut. Contohnya, vaksin disentri, tetanus, dan lain-lain.
3. Mikroorganisme Pembasmi Hama Tanaman
Salah satu cara untuk mengurangi pencemaran lingkungan adalah penggunaan mikroorganisme sebagai pengendali hayati dalam membasmi hama tanaman. Pengendalian hama dapat digunakan dengan musuh alam; misalnya bakteri di tanah dan tanaman yaitu Bacillus thuringiensis. Bakteri ini dikembangkan menjadi insektisida mikrobial, yang menghasilkan protein kristal yang dapat membunuh serangga, yaitu larva atau ulat serangga.
Tahukah Anda, Bacillus thuringiensis sekarang ini dikembangkan dengan campuran tertentu, dapat sebagai perekat dan langsung disemprotkan pada tanaman pertanian.
4. Mikroorganisme yang Berperan dalam Bidang Industri
a. Sebagai Penghasil Energi Minyak bumi dan batu bara semakin lama akan semakin habis karena merupakan sumber daya alam tidak dapat diperbarui dan cadangannya semakin tipis. Apabila kebutuhan manusia meningkat apa yang akan terjadi? Saat ini sudah dikembangkan gas bio sebagai penghasil energi. Apa yang dimaksud dengan gas bio? Gas bio merupakan gas metana yang diproduksi oleh mikroorganisme di dalam medium kotoran ternak dengan tangki fermenter.
Prosesnya mikrooganisme mencerna kotoran menjadi gas metana, gas ini kemudian dapat dialirkan ke rumah-rumah sebagai penghasil energi seperti gas elpiji. Limbahnya sangat baik untuk pupuk tanaman.
b. Sebagai Pencerna Limbah
Limbah organik di rumah tangga, industri, pasar pada umumnya dibuang ke sungai yang dapat mengakibatkan pencemaran. Mikroorganisme dapat mengolah limbah melalui penguraian secara aerob dan anaerob. Secara aerob pada beberapa mikroorganisme (bakteri, protista, dan jamur) yang menguraikan materi organik dari limbah menjadi mineral-mineral, gas-gas, dan air. Hal tersebut membutuhkan banyak oksigen. Pemrosesan limbah ada dua materi, yaitu menggunakan lumpur aktif dan proses menggunakan saringan tetes.
Sistem pengolahan dengan lumpur aktif merupakan pengolahan limbah cair yaitu bakteri aerobik dalam suatu bak limbah yang telah diberi aerasi, bertujuan untuk menurunkan bahan organik yang mengandung karbon atau nitrogen dalam limbah. Sedangkan sistem pengolahan dengan saringan tetes merupakan pengolahan limbah cair yang menggunakan biofilum yang merupakan lapisan mikroorganisme yang menutupi hamparan saringan atau filter pada dasar bak limbah. Hamparan tersebut berupa tumpukan arang, plastik, dan kerikil. Penguraian secara anaerob merupakan proses biologis gas bio (gas metan= CH4). Gas bio dapat berguna sebagai sumber
energi alternatif yaitu pembakaran untuk menghasilkan listrik. Tahukah Anda bahwa bakteri dapat mencerna limbah? Bakteri tersebut dimasukkan dalam bak yang berisi limbah yang diberi lubang untuk masuknya udara (aerator), sehingga limbah akan terurai dan dapat dibuang ke lingkungan yang airnya sudah dipisahkan dari endapannya. Misalnya limbah logam berat yaitu Chromium, limbah tersebut dapat direduksi oleh bakteri Enterobacter cloaceae sehingga tidak akan membahayakan lagi bagi manusia.
c. Sebagai Pemisah Logam Berat
Bakteri Thiobacillus ferroxidans dan Thiobacillus oxidans termasuk khemolitotrof, yaitu bakteri pemakan batuan yang tumbuh subur di tempat pertambangan, peranannya sangat penting karena dapat mengekstraksi berbagai jenis logam. Bakteri ini dapat memperoleh energinya dari oksidasi zat anorganik, yaitu besi dan belerang. Bakteri ini juga dapat tumbuh dengan subur dalam lingkungan tanpa adanya zat organik, dia mampu mengekstrak karbon secara langsung dari karbon dioksida di atmosfer. Pemanfaatan mikrorganisme ini untuk memisahkan logam dari bijih logam yang diterapkan di tambang logam karena logam tidak bisa dimanfaatkan jika terikat dengan bijihnya.
d. Penghasil Asam Amino
Pada makanan sering ditambahkan monosodium glutamat, yaitu sebagai penambah cita rasa. Tahukah Anda lebih dari 165.000 ton asam glutamat telah digunakan untuk pembuatan monosodium glutamat. Asam-asam amino itu antara lain lisin, lisin ini terdapat pada manusia, hanya tingkatnya rendah. Bakteri yang dapat menghasilkan asam amino adalah Corinebacterium glutamicum mampu untuk menghasilkan asam glutamat. Untuk itu mikroorganisme ini digunakan sebagai menjadi produk utama industri, yaitu penghasil asam amino.
e. Meningkatkan Produksi Pertanian
Bakteri Rhizobium mampu menambat nitrogen sehingga tanaman akan menjadi subur. Saat ini telah dikembangkan strain (galur) bakteri yang mampu menambat nitrogen secara efektif yang dinamakan legin. Legin dapat disimpan dan dibiarkan ke dalam medium untuk dijual. Caranya yaitu dengan menyebarkannya di ladang dengan tujuan agar tanaman polong dapat bersimbiosis dengan bakteri ini.
Bakteri Bacillus thuringiensis telah dikembangbiakkan karena kemampuannya untuk mematikan ulat yang menjadi hama tanaman, dengan cara menyemprotkan ke lahan pertanian. Hal ini merupakan cara pengendalian biologi atau hayati yang tidak menimbulkan pencemaran.
f. Penghasil Alkohol
Coba Anda amati produk dari etanol dan spirtus yang ada di pasaran saat ini. Jika Anda terkena spirtus, maka spirtus akan segera menguap karena mengandung alkohol. Tahukah Anda sebenarnya alkohol? Alkohol ini merupakan hasil fermentasi dari khamir, yaitu Saccharomyces cereviceae. Mikroorganisme tersebut dapat mengubah karbohidrat menjadi alkohol dan karbon dioksida.
Banyak sekali manfaat alkohol, di antaranya sebagai bahan bakar mesin karena mempunyai kelebihan mesin dapat menyala lebih lama, tidak menyebabkan polusi, dan tidak meningkatkan kadar karbondioksida di atmosfer.
Rekayasa genetika
Rekayasa genetika adalah prosedur dasar dalam menghasilkan suatu produk bioteknologi. Secara umum, rekayasa genetika melakukan modifikasi pada mahluk hidup melalui transfer gen dari suatu organisme ke organisme lain. Prosedur rekayasa genetika secara umum meliputi:
- Isolasi gen.
- Memodifikasi gen sehingga fungsi biologisnya lebih baik.
- Mentrasfer gen tersebut ke organisme baru.
- Membentuk produk organisme transgenik.
Prosedur pembentukan organisme transgenic ada dua, yaitu:
- Melalui proses introduksi gen
- Melalui proses mutagenesis
Proses introduksi gen
Beberapa langkah dasar proses introduksi gen adalah:
- Membentuk sekuen gen yang diinginkan yang ditandai dengan penanda yang spesifik
- Mentransformasi sekuen gen yang sudah ditandai ke jaringan
- Mengkultur jaringan yang sudah mengandung gen yang ditransformasikan
- Uji coba kultur tersebut di lapangan
Mutagenesis
Memodifikasi gen pada organisme tersebut dengan mengganti sekuen basa nitrogen pada DNA yang ada untuk diganti dengan basa nitrogen lain sehingga terjadi perubahan sifat pada organisme tersebut, contoh: semula sifatnya tidak tahan hama menjadi tahan hama. Agen mutagenesis ini biasanya dikenal dengan istilah mutagen. Beberapa contoh mutagen yang umum dipakai adalah sinar gamma (mutagen fisika) dan etil metana sulfonat (mutagen kimia).
Human Genome Project
Human Genome Project adalah usaha international yang dimulai pada tahun 1990 untuk mengidentifikasi semua gen (genom) yang terdapat pada DNA dalam sel manusia dan memetakan lokasinya pada tiap kromosom manusia yang berjumlah 24. Proyek ini memiliki potensi tak terbatas untuk perkembangan di bidang pendekatan diagnostik untuk mendeteksi penyakit dan pendekatan molekuler untuk menyembuhkan penyakit genetik manusia.
Kultur jaringan
Teknik kultur jaringan
Kultur jaringan merupakan salah satu cara perbanyakan tanaman secara vegetatif. Kultur jaringan merupakan teknik perbanyakan tanaman dengan cara mengisolasi bagian tanaman seperti daun, mata tunas, serta menumbuhkan bagian-bagian tersebut dalam media buatan secara aseptik yang kaya nutrisi dan zat pengatur tumbuh dalam wadah tertutup yang tembus cahaya sehingga bagian tanaman dapat memperbanyak diri dan bergenerasi menjadi tanaman lengkap. Prinsip utama dari teknik kultur jaringan adalah perbayakan tanaman dengan menggunakan bagian vegetatif tanaman menggunakan media buatan yang dilakukan di tempat steril.
Kultur jaringan adalah serangkaian kegiatan yang dilakukan untuk
membuat bagian tanaman (akar, tunas, jaringan tumbuh tanaman) tumbuh
menjadi tanaman utuh (sempurna) dikondisi invitro (didalam gelas).
Keuntungan dari kultur jaringan lebih hemat tempat, hemat waktu, dan
tanaman yang diperbanyak dengan kultur jaringan mempunyai sifat sama
atau seragam dengan induknya. Contoh tanaman yang sudah lazim
diperbanyak secara kultur jaringan adalah tanaman anggrek.
Metode kultur jaringan dikembangkan untuk membantu memperbanyak tanaman, khususnya untuk tanaman yang sulit dikembangbiakkan secara generatif. Bibit yang dihasilkan dari kultur jaringan mempunyai beberapa keunggulan, antara lain: mempunyai sifat yang identik dengan induknya, dapat diperbanyak dalam jumlah yang besar sehingga tidak terlalu membutuhkan tempat yang luas, mampu menghasilkan bibit dengan jumlah besar dalam waktu yang singkat, kesehatan dan mutu bibit lebih terjamin, kecepatan tumbuh bibit lebih cepat dibandingkan dengan perbanyakan konvensional.
Tahapan yang dilakukan dalam perbanyakan tanaman dengan teknik kultur jaringan adalah:
1) Pembuatan media
2) Inisiasi
3) Sterilisasi
4) Multiplikasi
5) Pengakaran
6) Aklimatisasi
Media merupakan faktor penentu dalam perbanyakan dengan kultur jaringan. Komposisi media yang digunakan tergantung dengan jenis tanaman yang akan diperbanyak. Media yang digunakan biasanya terdiri dari garam mineral, vitamin, dan hormon. Selain itu, diperlukan juga bahan tambahan seperti agar, gula, dan lain-lain. Zat pengatur tumbuh (hormon) yang ditambahkan juga bervariasi, baik jenisnya maupun jumlahnya, tergantung dengan tujuan dari kultur jaringan yang dilakukan. Media yang sudah jadi ditempatkan pada tabung reaksi atau botol-botol kaca. Media yang digunakan juga harus disterilkan dengan cara memanaskannya dengan autoklaf.
Inisiasi adalah pengambilan eksplan dari bagian tanaman yang akan dikulturkan. Bagian tanaman yang sering digunakan untuk kegiatan kultur jaringan adalah tunas.
Sterilisasi adalah bahwa segala kegiatan dalam kultur jaringan harus dilakukan di tempat yang steril, yaitu di laminar flow dan menggunakan alat-alat yang juga steril. Sterilisasi juga dilakukan terhadap peralatan, yaitu menggunakan etanol yang disemprotkan secara merata pada peralatan yang digunakan. Teknisi yang melakukan kultur jaringan juga harus steril.
Multiplikasi adalah kegiatan memperbanyak calon tanaman dengan menanam eksplan pada media. Kegiatan ini dilakukan di laminar flow untuk menghindari adanya kontaminasi yang menyebabkan gagalnya pertumbuhan eksplan. Tabung reaksi yang telah ditanami ekplan diletakkan pada rak-rak dan ditempatkan di tempat yang steril dengan suhu kamar.
Pengakaran adalah fase dimana eksplan akan menunjukkan adanya pertumbuhan akar yang menandai bahwa proses kultur jaringan yang dilakukan mulai berjalan dengan baik. Pengamatan dilakukan setiap hari untuk melihat pertumbuhan dan perkembangan akar serta untuk melihat adanya kontaminasi oleh bakteri ataupun jamur. Eksplan yang terkontaminasi akan menunjukkan gejala seperti berwarna putih atau biru (disebabkan jamur) atau busuk (disebabkan bakteri).
Aklimatisasi adalah kegiatan memindahkan eksplan keluar dari ruangan aseptic ke bedeng. Pemindahan dilakukan secara hati-hati dan bertahap, yaitu dengan memberikan sungkup. Sungkup digunakan untuk melindungi bibit dari udara luar dan serangan hama penyakit karena bibit hasil kultur jaringan sangat rentan terhadap serangan hama penyakit dan udara luar. Setelah bibit mampu beradaptasi dengan lingkungan barunya maka secara bertahap sungkup dilepaskan dan pemeliharaan bibit dilakukan dengan cara yang sama dengan pemeliharaan bibit generatif.
Keunggulan inilah yang menarik bagi produsen bibit untuk mulai mengembangkan usaha kultur jaringan ini. Saat ini sudah terdapat beberapa tanaman kehutanan yang dikembangbiakkan dengan teknik kultur jaringan, antara lain adalah: jati, sengon, akasia, dll.
Bibit hasil kultur jaringan yang ditanam di beberapa areal menunjukkan pertumbuhan yang baik, bahkan jati hasil kultur jaringan yang sering disebut dengan jati emas dapat dipanen dalam jangka waktu yang relatif lebih pendek dibandingkan dengan tanaman jati yang berasal dari benih generatif, terlepas dari kualitas kayunya yang belum teruji di Indonesia. Hal ini sangat menguntungkan pengusaha karena akan memperoleh hasil yang lebih cepat. Selain itu, dengan adanya pertumbuhan tanaman yang lebih cepat maka lahan-lahan yang kosong dapat c
KEUNTUNGAN PEMANFAATAN
KULTUR JARINGAN
v Pengadaan bibit tidak tergantung musim
v Bibit dapat diproduksi dalam jumlah banyak dengan waktu yang relatif lebih cepat (dari satu mata tunas yang sudah respon dalam 1 tahun dapat dihasilkan minimal 10.000 planlet/bibit)
v Bibit yang dihasilkan seragam
v Bibit yang dihasilkan bebas penyakit (menggunakan organ tertentu)
v Biaya pengangkutan bibit relatif lebih murah dan mudah
v Dalam proses pembibitan bebas dari gangguan hama, penyakit, dan deraan lingkungan
v lainnya
