BIOTEKNOLOGI KONVENSIONAL DAN MODERN Bioteknologi

A. PENGERTIAN BIOTEKNOLOGIBioteknologi adalah pemanfaatan prinsip-prinsip ilmiah yangmenggunakan makhluk hidup untuk menghasilkan produk dan jasaguna kepentingan manusia. Ilmu-ilmu pendukung dalam bioteknologimeliputi mikrobiologi, biokimia, genetika, biologi sel, teknikkimia, dan enzimologi. Dalam bioteknologi biasanya digunakanmikroorganisme atau bagian-bagiannya untuk meningkatkan nilaitambah suatu bahan

B. BIOTEKNOLOGI KONVENSIONAL DAN MODERNBioteknologi dapat digolongkan menjadi bioteknologi konvensional/tradisional dan modern. Bioteknologi konvensional merupakanbioteknologi yang memanfaatkan mikroorganisme untukmemproduksi alkohol, asam asetat, gula, atau bahan makanan,seperti tempe, tape, oncom, dan kecap.Mikroorganisme dapat mengubah bahan pangan. Prosesyang dibantu mikroorganisme, misalnya dengan fermentasi, hasilnyaantara lain tempe, tape, kecap, dan sebagainya termasuk kejudan yoghurt. Proses tersebut dianggap sebagai bioteknologi masalalu. Ciri khas yang tampak pada bioteknologi konvensional, yaituadanya penggunaan makhluk hidup secara langsung dan belum tahuadanya penggunaan enzim

1. Pengolahan Bahan Makanana. Pengolahan produk susuSusu dapat diolah menjadi bentuk-bentuk baru, sepertiyoghurt, keju, dan mentega.1) YoghurtUntuk membuat yoghurt, susu dipasteurisasi terlebih dahulu,selanjutnya sebagian besar lemak dibuang. Mikroorganismeyang berperan dalam pembuatan yoghurt, yaitu Lactobacillusbulgaricusdan Streptococcus thermophillus. Kedua bakteri tersebutditambahkan pada susu dengan jumlah yang seimbang, selanjutnyadisimpan selama 5 jam pada temperatur 45oC. Selama penyimpanantersebut pH akan turun menjadi 4,0 sebagai akibat dari kegiatanbakteri asam laktat. Selanjutnya susu didinginkan dan dapatdiberi cita rasa.

2) KejuDalam pembuatan keju digunakan bakteri asam laktat, yaituLactobacillus dan Streptococcus. Bakteri tersebut berfungsimemfermentasikanlaktosa dalam susu menjadi asam laktat.Proses pembuatan keju diawali dengan pemanasan susudengan suhu 90oC atau dipasteurisasi, kemudian didinginkan sampai30oC. Selanjutnya bakteri asam laktat dicampurkan. Akibat darikegiatan bakteri tersebut pH menurun dan susu terpisah menjadicairan whey dan dadih padat, kemudian ditambahkan enzim renindari lambung sapi muda untuk mengumpulkan dadih. Enzim renindewasa ini telah digantikan dengan enzim buatan, yaitu klimosin.Dadih yang terbentuk selanjutnya dipanaskan pada temperatur32oC 420oC dan ditambah garam, kemudian ditekan untukmembuang air dan disimpan agar matang. Adapun whey yangterbentuk diperas lalu digunakan untuk makanan sapi.

3) MentegaPembuatan mentega menggunakan mikroorganisme Streptococcuslactis dan Lectonostoceremoris. Bakteri-bakteri tersebutmembentuk proses pengasaman. Selanjutnya, susu diberi cita rasatertentu dan lemak mentega dipisahkan. Kemudian lemak mentegadiaduk untuk menghasilkan mentega yang siap dimakan.

b. Produk makanan nonsusu1) KecapDalam pembuatan kecap, jamur, Aspergillus oryzae dibiakkanpada kulit gandum terlebih dahulu. Jamur Aspergillus oryzaebersama-sama dengan bakteri asam laktat yang tumbuh pada kedelaiyang telah dimasak menghancurkan campuran gandum.Setelah proses fermentasi karbohidrat berlangsung cukup lamaakhirnya akan dihasilkan produk kecap.2) TempeTempe kadang-kadang dianggap sebagai bahan makananmasyarakat golongan menengah ke bawah, sehingga masyarakatmerasa gengsi memasukkan tempe sebgai salah satu menu makanannya.Akan tetapi, setelah diketahui manfaatnya bagi kesehatan,tempe mulai banyak dicari dan digemari masyarakat dalammaupun luar negeri. Jenis tempe sebenarnya sangat beragam, bergantungpada bahan dasarnya, namun yang paling luas penyebarannyaadalah tempe kedelai.Tempe mempunyai nilai gizi yang baik. Di samping itu tempemempunyai beberapa khasiat, seperti dapat mencegah dan mengendalikandiare, mempercepat proses penyembuhan duodenitis, memperlancarpencernaan, dapat menurunkan kadar kolesterol, dapatmengurangi toksisitas, meningkatkan vitalitas, mencegah anemia,menghambat ketuaan, serta mampu menghambat resiko jantungkoroner, penyakit gula, dan kanker.Untuk membuat tempe, selain diperlukan bahan dasar kedelaijuga diperlukan ragi. Ragi merupakan kumpulan spora mikroorganisme,dalam hal ini kapang. Dalam proses pembuatan tempepaling sedikit diperlukan empat jenis kapang dari genus Rhizopus,yaitu Rhyzopus oligosporus, Rhyzopus stolonifer, Rhyzopusarrhizus, dan Rhyzopus oryzae. Miselium dari kapang tersebut akanmengikat keping-keping biji kedelai dan memfermentasikannyamenjadi produk tempe. Proses fermentasi tersebut menyebabkanterjadinya perubahan kimia pada protein, lemak, dan karbohidrat.Perubahan tersebut meningkatkan kadar protein tempe sampaisembilan kali lipat.c) TapeTape dibuat dari bahan dasar ketela pohon denganmenggunakan sel-sel ragi. Ragi menghasilkan enzim yang dapatmengubah zat tepung menjadi produk yang berupa gula danalkohol. Masyarakat kita membuat tape tersebut berdasarkanpengalaman.2. Bioteknologi Bidang Pertaniana. Penanaman secara hidroponikHidroponik berasal dari kata bahasa Yunani hydro yang berartiair dan ponos yang berarti bekerja. Jadi, hidroponik artinyapengerjaan air atau bekerja dengan air. Dalam praktiknya hidroponikdilakukan dengan berbagai metode, tergantung media yang digunakan.Adapun metode yang digunakan dalam hidroponik, antaralain metode kultur air (menggunakan media air), metode kultur pasir(menggunakan media pasir), dan metode porus (menggunakanmedia kerikil, pecahan batu bata, dan lain-lain). Metode yang tergolongberhasil dan mudah diterapkan adalah metode pasir.Pada umumnya orang bertanam dengan menggunakan tanah.Namun, dalam hidroponik tidak lagi digunakan tanah, hanyadibutuhkan air yang ditambah nutrien sebagai sumber makanan bagitanaman. Apakah cukup dengan air dan nutrien? Bahan dasar yangdibutuhkan tanaman adalah air, mineral, cahaya, dan CO2.Cahayatelah terpenuhi oleh cahaya matahari. Demikian pula CO2 sudahcukup melimpah di udara. Sementara itu kebutuhan air dan mineraldapat diberikan dengan sistem hidroponik, artinya keberadaan tanahsebenarnya bukanlah hal yang utama.Beberapa keuntungan bercocok tanam dengan hidroponik,antara lain tanaman dapat dibudidayakan di segala tempat; risikokerusakan tanaman karena banjir, kurang air, dan erosi tidak ada;tidak perlu lahan yang terlalu luas; pertumbuhan tanaman lebihcepat; bebas dari hama; hasilnya berkualitas dan berkuantitas tinggi;hemat biaya perawatan.Jenis tanaman yang telah banyak dihidroponikkan darigolongan tanaman hias antara lain Philodendron, Dracaena, Aglonema,dan Spatyphilum. Golongan sayuran yang dapat dihidroponikkan,antara lain tomat, paprika, mentimun, selada, sawi, kangkung,dan bayam. Adapun jenis tanaman buah yang dapat dihidroponikkan,antara lain jambu air, melon, kedondong bangkok, danbelimbing.b. Penanaman secara aeroponikAeroponik berasal dari kata aero yang berarti udara danponos yang berarti daya. Jadi, aeroponik adalah pemberdayaanudara. Sebenarnya aeroponik merupakan tipe hidroponik (memberdayakanair), karena air yang berisi larutan unsur hara disemburkandalam bentuk kabut hingga mengenai akar tanaman. Akartanaman yang ditanam menggantung akan menyerap larutan haratersebut.Prinsip dari aeroponik adalah sebagai berikut. Helaianstyrofoam diberi lubang-lubang tanam dengan jarak 15 cm. Denganmenggunakan ganjal busa atau rockwool, anak semai sayuranditancapkan pada lubang tanam. Akar tanaman akan menjuntaibebas ke bawah. Di bawah helaian styrofoam terdapat sprinkler(pengabut) yang memancarkan kabut larutan hara ke atas hinggamengenai akar.3. Bioteknologi ModernSeiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan, para ahlitelah mulai lagi mengembangkan bioteknologi dengan memanfaatkanprinsip-prinsip ilmiah melalui penelitian. Dalam bioteknologimodern orang berupaya dapat menghasilkan produk secara efektifdan efisien.Dewasa ini, bioteknologi tidak hanya dimanfaatkan dalamindustri makanan tetapi telah mencakup berbagai bidang, sepertirekayasa genetika, penanganan polusi, penciptaan sumber energi,dan sebagainya. Dengan adanya berbagai penelitian serta perkembanganilmu pengetahuan dan teknologi, maka bioteknologi makinbesar manfaatnya untuk masa-masa yang akan datang. Beberapapenerapan bioteknologi modern sebagai berikut.a. Rekayasa genetikaRekayasa genetika merupakan suatu cara memanipulasikangen untuk menghasilkan makhluk hidup baru dengan sifat yangdiinginkan. Rekayasa genetika disebut juga pencangkokan gen ataurekombinasi DNA.Dalam rekayasa genetika digunakan DNA untuk menggabungkansifat makhluk hidup. Hal itu karena DNA dari setiapmakhluk hidup mempunyai struktur yang sama, sehingga dapatdirekomendasikan. Selanjutnya DNA tersebut akan mengatur sifatsifatmakhluk hidup secara turun-temurun.Untuk mengubah DNA sel dapat dilakukan melalui banyakcara, misalnya melalui transplantasi inti, fusi sel, teknologi plasmid,dan rekombinasi DNA.

1) Transplantasi intiTransplantasi inti adalah pemindahan inti dari suatu sel ke selyang lain agar didapatkan individu baru dengan sifat sesuai denganinti yang diterimanya. Transplantasi inti pernah dilakukan terhadapsel katak. Inti sel yang dipindahkan adalah inti dari sel-sel usus katakyang bersifat diploid. Inti sel tersebut dimasukkan ke dalam ovumtanpa inti, sehingga terbentuk ovum dengan inti diploid. Setelahdiberi inti baru, ovum membelah secara mitosis berkali-kalisehingga terbentuklah morula yang berkembang menjadi blastula.Blastula tersebut selanjutnya dipotong-potong menjadi banyak seldan diambil intinya. Kemudian inti-inti tersebut dimasukkan kedalam ovum tanpa inti yang lain. Pada akhirnya terbentuk ovumberinti diploid dalam jumlah banyak. Masing-masing ovum akanberkembang menjadi individu baru dengan sifat dan jenis kelaminyang sama.2) Fusi selFusi sel adalah peleburan dua sel baik dari spesies yang samamaupun berbeda supaya terbentuk sel bastar atau hibridoma. Fusisel diawali oleh pelebaran membran dua sel serta diikuti olehpeleburan sitoplasma (plasmogami) dan peleburan inti sel (kariogami).Manfaat fusi sel, antara lain untuk pemetaan kromosom,membuat antibodi monoklonal, dan membentuk spesies baru. Didalam fusi sel diperlukan adanya:a) sel sumber gen (sumber sifat ideal);b) sel wadah (sel yang mampu membelah cepat);c) fusigen (zat-zat yang mempercepat fusi sel).3) Teknologi plasmidPlasmid adalah lingkaran DNA kecil yang terdapat di dalamsel bakteri atau ragi di luar kromosomnya. Sifat-sifat plasmid, antaralain:a) merupakan molekul DNA yang mengandung gen tertentu;b) dapat beraplikasi diri;c) dapat berpindah ke sel bakteri lain;d) sifat plasmid pada keturunan bakteri sama dengan plasmid induk.Karena sifat-sifat tersebut di atas plasmid digunakan sebagaivektor atau pemindah gen ke dalam sel target.4) Rekombinasi DNARekombinasi DNA adalah proses penggabungan DNA-DNAdari sumber yang berbeda. Tujuannya adalah untuk menyambungkangen yang ada di dalamnya. Oleh karena itu, rekombinasiDNA disebut juga rekombinasi gen.Rekombinasi DNA dapat dilakukan karena alasan-alasansebagai berikut.1) Struktur DNA setiap spesies makhluk hidup sama.2) DNA dapat disambungkanb. Bioteknologi bidang kedokteranBioteknologi mempunyai peran penting dalam bidang kedokteran,misalnya dalam pembuatan antibodi monoklonal, vaksin,antibiotika dan hormon.1) Pembuatan antibodi monoklonalAntibodi monoklonal adalah antibodi yang diperoleh darisuatu sumber tunggal. Manfaat antibodi monoklonal, antara lain:a) untuk mendeteksi kandungan hormon korionik gonadotropin dalamurine wanita hamil;b) mengikat racun dan menonaktifkannya;c) mencegah penolakan tubuh terhadap hasil transplantasi jaringanlain.2) Pembuatan vaksinVaksin digunakan untuk mencegah serangan penyakit terhadaptubuh yang berasal dari mikroorganisme. Vaksin didapat darivirus dan bakteri yang telah dilemahkan atau racun yang diambildari mikroorganisme tersebut.3) Pembuatan antibiotikaAntibiotika adalah suatu zat yang dihasilkan oleh organismetertentu dan berfungsi untuk menghambat pertumbuhan organismelain yang ada di sekitarnya. Antibiotika dapat diperoleh dari jamuratau bakteri yang diproses dengan cara tertentu.Zat antibiotika telah mulai diproduksi secara besar-besaranpada Perang Dunia II oleh para ahli dari Amerika Serikat danInggris.4) Pembuatan hormonDengan rekayasa DNA, dewasa ini telah digunakan mikroorganismeuntuk memproduksi hormon. Hormon-hormon yangtelah diproduksi, misalnya insulin, hormon pertumbuhan, kortison,dan testosteron.

c. Bioteknologi bidang pertanianDewasa ini perkembangan industri maju dengan pesat.Akibatnya, banyak lahan pertanian yang tergeser, lebih-lebih didaerah sekitar perkotaan. Di sisi lain kebutuhan akan hasil pertanianharus ditingkatkan seiring dengan meningkatnya jumlah penduduk.Untuk mendukung hal tersebut, dewasa ini telah dikembangkanbioteknologi di bidang pertanian. Beberapa penerapan bioteknologipertanian sebagai berikut.1) Pembuatan tumbuhan yang mampu mengikat nitrogenNitrogen (N2) merupakan unsur esensial dari protein DNAdan RNA. Pada tumbuhan polong-polongan sering ditemukan nodulpada akarnya. Di dalam nodul tersebut terdapat bakteri Rhizobiumyang dapat mengikat nitrogen bebas dari udara, sehingga tumbuhanpolong-polongan dapat mencukupi kebutuhan nitrogennya sendiri.Dengan bioteknologi, para peneliti mencoba mengembangkanagar bakteri Rhizobium dapat hidup di dalam akar selain tumbuhanpolong-polongan. Di samping, itu juga berupaya meningkatkankemampuan bakteri dalam mengikat nitrogen dengan teknikrekombinasi gen.Kedua upaya di atas dilakukan untuk mengurangi atau meniadakanpenggunaan pupuk nitrogen yang dewasa ini banyakdigunakan di lahan pertanian dan menimbulkan efek samping yangmerugikan.2) Pembuatan tumbuhan tahan hamaTanaman yang tahan hama dapat dibuat melalui rekayasagenetika dengan rekombinasi gen dan kultur sel. Contohnya, untukmendapatkan tanaman kentang yang kebal penyakit maka diperlukangen yang menentukan sifat kebal penyakit. Gen tersebut, kemudiandisisipkan pada sel tanaman kentang. Sel tanaman kentangtersebut, kemudian ditumbuhkan menjadi tanaman kentang yangtahan penyakit. Selanjutnya tanaman kentang tersebut dapat diperbanyakdan disebarluaskan.

d. Bioteknologi bidang peternakanDengan bioteknologi dapat dikembangkan produk-produkpeternakan. Produk tersebut, misalnya berupa hormon pertumbuhanyang dapat merangsang pertumbuhan hewan ternak. Denganrekayasa genetika dapat diciptakan hormon pertumbuhan hewanbuatan atau BST (Bovin Somatotropin Hormon). Hormon tersebutdirekayasa dari bakteri yang, jika diinfeksikan pada hewan dapatmendorong pertumbuhan dan menaikkan produksi susu sampai20%.

e. Bioteknologi bahan bakar masa depanKamu sudah mengetahui bahwa bahan bakar minyaktermasuk sumber daya yang tidak bisa diperbarui. Oleh karena itu,suatu saat akan habis. Hal itu merupakan tantangan bagi parailmuwan untuk menemukan bahan bakar pengganti yang diproduksimelalui bioteknologi.Saat ini telah ditemukan dua jenis bahan bakar yang diproduksidari fermentasi limbah, yaitu gasbio (metana) dan gasahol(alkohol).Alternatif bahan bakar masa depan untuk menggantikanminyak, antara lain adalah biogas dan gasohol. Biogas dibuat dalamfase anaerob dalam fermentasi limbah kotoran makhluk hidup. Padafase anaerob akan dihasilkan gas metana yang dibakar dan digunakanuntuk bahan bakar.Di negara Cina, dan India terdapat beberapa kelompok masyarakatyang hidup di desa yang telah menerapkan teknologifermenter gasbio untuk menghasilkan metana. Bahan baku teknologifermenter tersebut adalah feses hewan, daun-daunan, kertas,dan lain-lain yang akan diuraikan oleh bakteri dalam fermenter.Sedangkan teknologi gasohol telah dikembangkan olehnegara Brazil sejak harga minyak meningkat sekitar tahun 1970.Gasohol dihasilkan dari fermentasi kapang terhadap gula tebu yangmelimpah. Gasohol bersifat murah, dapat diperbarui dan tidakmenimbulkan polusi.

f. Bioteknologi pengolahan limbahKaleng, kertas bekas, dan sisa makanan, sisa aktivitaspertanian atau industri merupakan bahan yang biasanya sudah takdikehendaki oleh manusia. Bahan-bahan tersebut dinamakan limbahatau sampah. Keberadaan limbah sangat mengancam lingkungan.Oleh karena itu, harus ada upaya untuk menanganinya. Penanganansampah dapat dilakukan dengan berbagai cara, misalnya denganditimbun, dibakar, atau didaur ulang. Di antara semua cara tersebutyang paling baik adalah dengan daur ulang.Salah satu contoh proses daur ulang sampah yang telah diujipada beberapa sampah tumbuhan adalah proses pirolisis. Prosespirolisis yaitu proses dekomposisi bahan-bahan sampah dengansuhu tinggi pada kondisi tanpa oksigen. Dengan cara ini sampahdapat diubah menjadi arang, gas (misal: metana) dan bahananorganik.Bahan-bahan tersebut dapat dimanfaatkan kembali sebagaibahan bakar. Kelebihan bahan bakar hasil proses ini adalahrendahnya kandungan sulfur, sehingga cukup mengurangi tingkatpencemaran. Bahan hasil perombakan zat-zat makroorganik (darihewan, tumbuhan, manusia ataupun gabungannya) secara biologiskimiawidengan bantuan mikroorganisme (misalnya bakteri, jamur)serta oleh hewan-hewan kecil disebut kompos.Dalam pembuatan kompos, sangat diperlukan mikroorganisme.Jenis mikroorganisme yang diperlukan dalam pembuatan komposbergantung pada bahan organik yang digunakan serta prosesyang berlangsung (misalnya proses itu secara aerob atau anaerob).Selama proses pengomposan terjadilah penguraian, misalnyaselulosa, pembentukan asam organik terutama asam humat yangpenting dalam pembuatan humus. Hasil pengomposan bermanfaatsebagai pupuk.Bioteknologi dapat diterapkan dalam pengolahan limbah,misalnya menguraikan minyak, air limbah, dan plastik. Cara laindalam mengatasi polusi minyak, yaitu dengan menggunakanpengemulsi yang menyebabkan minyak bercampur dengan airsehingga dapat dipecah oleh mikroba. Salah satu zat pengemulsi,yaitu polisakarida yang disebut emulsan, diproduksi oleh bakteriAcinetobacter calcoaceticus. Dengan bioteknologi, pengolahanlimbah menjadi terkontrol dan efektif. Pengolahan limbah secarabioteknologi melibatkan kerja bakteri-bakteri aerob dan anaerob.