Coba kalian lihat foto kelinci dan
tanaman yang dapat berpendar seperti hewan ubur-ubur pada Gambar 13.1. Ahli
biologi molekular telah mengembangkan makhluk hidup yang dapat memancarkan
cahaya seperti makhluk hidup laut ubur-ubur. Para peneliti memasukkan DNA dari
makhluk hidup laut yang bertanggung jawab dalam memancarkan cahaya ke dalam
zigot kelinci atau kromosom tanaman. Akibatnya, dihasilkan kelinci ataupun
tanaman yang mengalami perubahan genetik sehingga dapat berpendar hijau pada
keadaan tertentu. DNA kelinci ataupun tanaman yang dapat berpendar hijau ini
merupakan hasil hasil rekayasa genetik menggunakan teknologi DNA rekombinan.
Rekayasa genetik merupakan bagian bioteknologi modern yang belakangan ini berkembang
sangat pesat. Praktek bioteknologi sebenarnya telah berlangsung sejak
berabadabad yang lalu, yaitu melalui bioteknologi tradisional. Contohnya
penggunaan mikroba untuk membuat minuman anggur dan keju, serta pemuliaan atau
penangkaran hewan ternak dan tanaman.
Ciri dan sifat mikroorganisme
Bioteknologi
secara harafiah berarti ilmu yang menerapkan prinsipprinsip 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:
·
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.
·
Mudah diperoleh dari lingkungan kita.
·
Memiliki sifat tetap, tidak berubah-ubah
·
Melalui teknik rekayasa genetik para ahli dapat
dengan cepat memodifikasi/ mengubah sifat mikroorganisme sehingga dapat
menghasilkan produk yang sesuai dengan yang kita inginkan.
·
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 (Gambar 13.2).
·
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 (Gambar 13.3). 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).
1.Bioteknologi
tradisional
Aplikasi bioteknologi tradisional mencakup berbagai aspek pada kehidupan
manusia, seperti aspek pangan, pertanian, peternakan, hingga kesehatan dan
pengobatan.
2.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 laktatBakteri 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.
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 menurunkan 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 tempe dibuat dari kedelai menggunakan
cendawan Rhizopus (Gambar 13.4)
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 (Gambar 13.5).
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 (Gambar 13.6).
Kesehatan
dan pengobatan
Beberapa contoh bioteknologi
tradisional di bidang pengobatan, misalnya:
1. Antibiotik yang digunakan manusia untuk pengobatan diisolasi dari bakteri
dan jamur (Gambar 13.7)
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)
(Gambar 13.8).
Bidang
peternakan
Beberapa contoh bioteknologi modern
di bidang peternakan, yaitu:
1. Pembelahan embrio secara fisik (spilitting) (Gambar 13.11) 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
(Gambar 13.12)
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 perubahan
senyawa-senyawa kompleks pada makanan atau minumam menjadi senyawa yang lebih
sederhana 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 (Gambar 13.14).
Gambar 13.14. Beberapa produk hasil
bioteknologi: a. sosis b. ikan c.daging, d. Mie, e.kultur sel hewan f. Tape.
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:
·
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.
·
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 auoklaf 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.
13.5.2. 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 nucleus
Transfer nukleus (gen inti) adalah
dengan memasukkan donor DNA dari hewan yang karakternya diinginkan kedalam sel
telur hewan yang intinya (DNA-nya) telah dihilangkan (Gambar 13.18). 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:
a.Penundaan pematangan pada tanaman tomat. Tomat hasil rekayasa (tomat flavor
savor) dapat bertahan beberapa minggu lebih lama dibandingkan dengan tomat
biasa (Gambar 13.19).
- 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 (Gambar 13.20).
·
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.
13.6.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.
