Bioteknologi



Bioteknologi adalah pemanfaatan prinsip – prinsip dan kerekayasaan terhadap organisme, sistem, atau proses biologis untuk menghasilkan atau meningkatkan potensi organisme maupun menghasilkan produk dan jasa bagi kepentingan hidup manusia.

Ilmu – ilmu yang Digunakan dalam Bioteknologi
1.  Mikrobiologi: cabang biologi yang mempelajari mikroba atau jasad renik.
         Contoh: mikroba berupa bakteri dapat tumbuh pada kisaran suhu tertentu.
                                 Psikrofil: tumbuh pada suhu 0°C hingga 30°C.
                                 Mesofil: tumbuh pada suhu 25°C hingga 40°C.
                                 Temofil: tumbuh pada suhu 50°C atau lebih


2. Genetika: cabang biologi yang mempelajari pewarisan sifat – sifat genetik makhluk hidup dari satu generasi ke generasi berikutnya. Pemahaman mengenai bentuk dan karakteristik materi pewaris sifat, yaitu DNA (gen) akan membantu percepatan kemajuan bioteknologi.

3. Biokimia: cabang ilmu kimia yang mempelajari makhluk hidup dari aspek kimia.Biokimia menganggap hidup adalah kimia, gejala hidup adalah gejala kimia, dan proses – proses hidup diselenggarakan atas dasar reaksi dan peristiwa kimia. Dengan biokimia, ahli bioteknologi memperlakukan makhluk hidup sebagai bahan kimia yan dapat dipadukan dan direkayasa.

Perkembangan Bioteknologi
Bioteknologi Tradisional (konvensional): bioteknologi yang memanfaatkan mikroba, proses biokimia, dan proses genetik alami seperti mutasi dan rekombinasi genetik.
  •     Pangan
  1. Tempe: dibuat dari kedelai dengan menggunkan jamur Rhizopus.
  2. Oncom: dibuat dari ampas kedelai dengan menggunkan jamur Neurospora sitophila.
  3. Tapai ketan: dibuat dari beras ketan dengam menggunakan khamir Saccharomyces cereviceae.
  4. Kecap: dibuat dari kacang kedelai dengan menggunakan jamur Aspergillus.

  •     Pertanian
  1. Hidroponik: cara bercocok tanam tanpa menggunakan tanah sebagai tempat menanam tanaman.
  2. Suatu tanaman jenis mustard alami yang diseleksi oleh manusia menghasilkan tanaman brokoli, kubis, kembang kol.

  • Peternakan
  1. Domba ankon: domba berkaki pendek dan bengkok, sebagi hasil mutasi alami.
  2. Sapi jersey yang diseleksi oleh manusia agar menghasilkan susu dengan kandungan krim lebih banyak.

  • Kesehatan dan Pengobatan
  1. Antibiotik yang digunakan untuk pengobatan, diisolasi dari bakteri dan jamur.
  2. Vaksin: merupakan mikroorganisme atau bagian mikroorganisme yang toksinnya telah dimatikan, bermanfaat untuk meningkatkan imunitas.
Bioteknologi Modern: bioteknologi yang didasarkan pada manipulasi atau rakayasa DNA, selain memanfaatkan dasar mikrobiologi dan biokimia.
  •  Pangan
  1. Buah tomat hasil manipulasi genetik sehingga tahan lama, tidak cepat matang serta membusuk.
  2. Kentang yang telah mengalami mutasi genetik sehingga kadar pati kentang meningkat 20% dari kentang biasa.

  • Pertanian
  1. Tanaman kedelai Tengger dan kedelai hijau Camar yang berumur pendek dengan produktivitas    tinggi, diperoleh dari radiasi seleksi biji – biji kedelai.
  2. Tanaman jagung dan kapas yang resisten terhadap serangan penyakit gen tertentu.
  •  Peternakan
  1. Pembelahan embrio secara fisik mampu menghasilkan kembar identik pada domba, sapi, babi, kuda
  2. Ternak unggul hasil manipulasi genetik, contohnya unggul pada daging dan susunya.
  • Kesehatan dan pengobatan
  1. Hormon pertumbuhan somatotropin yang dihasilkan Escherichia coli.
  2. Manipulasi produksi vaksin dengan menggunakan E. Coli agar lebih efisien.

Bioteknologi dengan Menggunakan Mikroorganisme
Bioteknologi umumnya menggunakan mikroorganisme seperti bakteri, khamir (yeast), dan kapang, karena:
  1. Pertumbuhannya cepat
  2. Sel – selnya memiliki kandungan protein yang tinggi
  3. Dapat menggunakan produk – produk sisa sebagai substratnya
  4. Menghasilkan produk yang tidak toksik
  5. Sebagai organisme hidup, reaksi biokimianya dikontrol oleh enzim organisme itu sendiri sehingga tidak memerlukan tambahan reaktan dari luar.
yeast

Mikroorganisme Pengubah dan Penghasil Makanan atau Minuman
  1. Mikroorganisme dapat mengubah nilai gizi makanan atau minuman dalam proses fermentasi.
  2. Proses fermentasi: perubahan enzimatik secara anaerob dari senyawa organik menjadi produk organik yang lebih sederhana.
  3. Mikroorganisme pada proses fermentasi menyebabkan perubahan senyawa – senyawa kompleks pada makanan atau minuman menjadi senyawa yang lebih sederhana dan peningkatan cita rasa dan aroma makanan atau minuman.
    • Contoh : Oncom dibuat dari ampas tahu, singkong, kelapa, atau kacang tanah, dengan penambahan mikroorganisme berupa Neurospora. Neurospora mengeluarkan enzim amilase, lipase, dan protease yang aktif selama proses fermentasi, juga menguraikan bahan – bahan dinding sel ampas kacang kedelai, singkong, kelapa. Fermentasi pada pembuatan oncom juga menyebabkan terbentuknya sedikit alkohol dan berbagai ester yang beraroma sedap.
  4. Mikroorganisme dapat dijadikan langsung sebagai sumber makanan. Karena:
    • Massa mikroorganisme dapat tumbuh 2 kali lipat dalam waktu satu jam.
    • Massa mikroba minimal mengandung 40% protein serta memiliki kandungan vitamin dan mineral yang tinggi.
    • Makanan yang berasal dari mikroorganisme disebut protein sel tunggal (single-cell protein). Protein sel tunggal merupakan makanan kaya protein yang berasal dari mikroorganisme. Sampai sengan saat ini mikroorganisme protein sel tunggal ditumbuhkan di dalam sirup glukosa, ampas buah – buahan, dan sisa berbagai produk pertanian.
      • Contoh mikroorganisme protein sel tunggal yaitu jamur Fusarium graminearum yang mengandung protein 45% dan lemak 13%. Fusarium sangat bergizi seperti halnya daging. Kelebihannya adalah memiliki kandungan serat tinggi dan bebas kolesterol. Hifa jamur Fusarium (mikoprotein) makanan yang sangat bergizi.

Mikroorganisme Penghasil Obat

  1. Antibiotik: senyawa yang dihasilkan oleh suatu mikroorganisme untuk menghambat pertumbuhan mikroorganisme lain. Empat kelompok antibiotik,
    • Penisilin: komponen utamanya berupa penisilin
    • Sefalosporin: dihasilkan oleh jamur Cephalosporium.
    • Tetrasiklin: dihasilkan oleh bakteri Streptomycin.
      • Penisilin
    • Eritromisin: memiliki kisaran yang sama dengan penisilin.
  2. Vaksin: mikroorganisme atau bagian mikroorganism yang telah dilemahkan. Vaksin berasal dari,
    • Mikroorganisme yang telah mati: digunakan untuk menghasilkan vaksin batuk rejan dari bakteri penyebab batu rejan. Bakteri tersebut dimatikan dengan pemanasan atau penggunaan senyawa kimia untuk mendenaturasi enzimnya.
    • Mikroorganisme yang telah dilemahkan: (vaksin atenuasi). Vaksin yang melawan tuberkulosis dan poliomielitis. Contohnya vaksin difteri dan tetanus yang dihasilkan dari substansi toksin yang sudah tidak berbahaya dari bakteri.

Mikroorganisme Pembasmi Hama Tumbuhan
Bakteri Bacillus thuringiensis (Bt) dapat ditemukan di tanah dan tanaman. Bacillus thuringiensis merupakan spesies bakteri yang dikembangkan menjadi insektisida mikrobial.Bakteri Bt menghasilkan protein kristal yang dapat membunuh serangga maupun larva atau ulat serangga. Berbagai macam Bt:

  1. Bacillus thuringiensis varietas tenebrionis menyerang kumbang kentang colorado dan larva kumbang daun.
  2. Bacillus thuringiensis varietas kurstaki menyerang berbagai jenis ulat tanaman pertanian.
  3. Bacillus thuringiensis varietas israelensis menyerang nyamuk dan lalat hitam.
  4. Bacillus thuringiensis varietas aizawai menyerang larva ngengat dan berbagai ulat, terutma ulat ngengat diamondback.


Mikroorganisme Pengolah Limbah
Mikroorganisme membantu pengolahan berbagai jenis limbah, terutama dalam penguraian limbah organik. Tujuannya untuk mengurangi kandungan BOD dan bahan padat tersuspensi. Pengolahan limbah cair juga dibutuhkan untuk menghilangkan pupuk yang masuk ke saluran air, bahan kimia beracun, dan padatan terlarut.
Pemrosesan limbah secara aerob terdiri dari 2 metode:

  1. Pengolahan dengan Lumpur Aktif: pengolahan limbah cair dengan membiakkan bakteri aerobik dalam satu tangki limbah yang diberi aerasi dengan tujuan untuk menurunkan bahan organik yang mengandung karbon atau nitrogen dalam limbah. Bakteri yang berperan adalah bakteri heterotrof.
  2. Pengolahan dengan Saringan Tetes: pengolahan limbah cair dengan memanfaatkan teknologi biofilm. Biofilm merupakan lapisan mikroorganisme yang menutupi hamparan saringan atau filter pada dasar tangki limbah. Limbah yang berasal dari tangki sedimentasi primer disemprotkan dari lengan – lengan penyemprot yang berputar lambat di bagian atas tangki pengolahan saringan tetes ke hamparan biofilm di dalam tangki. Mikroorganisme pada biofilm akan menguraikannya.
Pemrosesan limbah secara anaerob:
Penguraian Lumpur: proses penguraian bahan padat yang terakumulasi dari pemrosesan aerob atau dari endapan perlakuan fisik sebelumnya. Contohnya Methanobacterium yang mengubah materi organik menjadi gas metana (CH4), karbon dioksida (CO2), dan hidrogen (H2), termasuk air serta mineral.


Mkroorganisme Pemisah Logam dari Bijih Logam
Peranan mikroorganisme di dalam proses ekstraksi logam dari bijihnya akan semakin penting karena:

  1. Deposit – deposit mineral yang lebih kaya sudah banyak berkurang.
  2. Metode pengolahan bijih secara tradisional yaitu dengan peleburan merupakan penyebab utama polusi udara dan kini banak ditentang oleh kelompok pencinta lingkungan.
  3. Mikroorgnisme mampu memperbaiki kedua keadaan ini. Contohnya beberrapa bakteri aerobik autotrofik, Thiobacillus oxidans dan T. Ferrooxidans bila ditumbuhkan dalam lingkungan yang mengandung bijih tembaga akan menghasilkan asam dan mengoksidasi bijih tersebut disertai pemisahan logam tembaganya.


Bioteknologi dengam Menggunakan Kultur Jaringan Tumbuhan

  1. Kultur jaringan tumbuhan merupakan salah satu teknik klona (kloning) tumbuhan. Suatu klon tumbuhan merupakan populasi tumbuhan yang diproduksi secara aseksual dari satu nenek moyang. Klon menghasilkan sejumlah besar tumbuhan yang identik secara genetik. Klon tersebut ditumbuhkan dengan kultur jaringan pada kondisi steril dengan mengontrol konsentrasi nutrien serta hormon.
  2. Kultur jaringan tumbuhan (mikropropagasi): bentuk perbanyakan tumbuhan secara vegetatif dengan memanipulasi jaringan somatik tumbuhan di dalam kultur aseptik dengan lingkungan terkontrol. Dengan kultur jaringan, tumbuhan utuh dapat dihasilkan dari bagian akar, batang, atau daun, yang disebut eksplan. Eksplan dapat membentuk tumbuhan yang utuh (planlet) karena adanya sifat totipotensi. Totipotensi pada tumbuhan merupakan kemampuan sel tumbuhan untuk berkembang menjadi tumbuhan utuh.
  3. Potongan jaringan tumbuhan yang terdiri dari sejumlah kecil sel – sel pada medium kultur yang sesuai dan dibiarkan tumbuh menjadi massa sel yang belum terdiferensiasi disebut sebagai kalus. Medium kultur membutuhkan gula, garam – garam anorganik, nitrogen organik, dan unsur – unsur mikro.


Bioteknologi dengan Menggunakan Rekayasa Genetik
Rekayasa genetik: suatu kumpulan teknik – teknik eksperimental yang memungkinkan peneliti untuk mengisolasi, mengidentifikasi, dan melipatgandakan suatu fragmen DNA dalam bentuk murninya.
Tahapan Dasar Rekayasa Genetik:

  1. Enzim restriksi memotong sekuen (urutan) basa spesifik pada molekul DNA.
  2. Enzim yang sama memotong sekuen yang sama pada plasmid DNA.
  3. DNA dengan ujung yang sama dengan DNA plasmid.
  4. DNA plasmid dengan ujung yang sama dengan DNA.
  5. DNA asing, DNA plasmid, dan enzim – enzim modifikasi dicampur.
  6. Sekumpulan plasmid rekombinan yang mengandung DNA asing dimasukkan ke dalam sel inang.
  7. Sel inang membelah dan memperbanyak plasmid rekombinan.

Manfaat Rekayasa Genetik
Manfaat Rekayasa Genetik di Bidang Kedokteran dan Farmasi:
  1. Pembuatan insulin manusia oleh bakteri
  2. Terapi gen manusia
  3. Antibodi monoklonal
Manfaat Rekayasa Genetik di Bidang Peternakan dan Pertanian:
  1. Organisme transgenik:
  2. Transfer gen pada hewan
  3. Klona embrio
  4. Klona dengan transfer inti
  5. Tanaman hasil rekayasa genetik (transgenik)

Langganan: Postingan (Atom)