BAHAN AJAR
BIOTEKNOLOGI
1. PENGERTIAN BIOTEKNOLOGI
Bioteknologi berasal dari kata biologi dan teknologi. Biologi adalah ilmu pengetahuan mengenai makhluk hidup. Sedangkan teknologi adalah terapan ilmu pengetahuan dasar. Jadi dapat diartikan bioteknologi merupakan suatu teknik memanipulasi makhluk hidup untuk menghasilkan produk berupa barang maupun jasa yang bermanfaat bagi manusia.
Saat ini perkembangan bioteknologi tidak hanya didasari pada biologi semata, tetapi juga pada ilmu-ilmu terapan dan ilmu murni lainnya seperti biokimia, komputer, biologi molekuler, mikrobiologi, genetika, kimia, dan matematika secara terpadu dengan tujuan mencapai penerapan teknologi dari kapasitas mikroba dan atau sel-sel jaringan yang dibiakkan. Dengan kata lain bioteknologi merupakan ilmu terapan yang menggabungkan berbagai cabang ilmu dalam proses produksi barang dan jasa.
2. PRINSIP DASAR BIOTEKNOLOGI
Bioteknologi merupakan teknologi yang menggunaan makhluk hidup untuk membuat atau memodifikasi suatu produk, memperbaiki tanaman dan binatang, atau mengembangkan mikroorganisme untuk tujuan khusus yang bermanfaat bagi kehidupan manusia. Pemanfaatan makhluk hidup seperti bakteri, kapang, ganggang, khamir, virus, dan lain-lain berdasarkan pada karakteristiknya yang mampu berkembang biak dan melakukan berbagai reaksi kimia di dalam selnya.
Bioteknologi mencakup proses fermentasi, terutama dalam proses menghasilkan bahan pangan. Selain itu bioteknologi berperan dalam pengelolaan air dan sampah, penerapan baru dalam biomedik, daur ulang logam, dan pengikatan mineral batuan berkualitas rendah. Bioteknologi juga memiliki peranan penting dalam berbagai proses industri karena hampir semua bahan organik dapat dihasilkan melalui metode bioteknologi.
Sebagian besar teknik yang diterapkan dalam bioteknologi lebih efisien dalam pemakaian energi, ekonomis dan lebih aman. Selain itu residu yang dihasilkan dari proses bioteknologi dapat terurai secara biologis sehingga tidak bersifat toksik. Dalam jangka panjang bioteknologi diharapkan dapat memecahkan berbagai persoalan utama dunia khususnya segala hal yang berkaitan dengan obat-obatan, produksi pangan, pengendalian polusi, dan pengembangan sumber energi baru.
3. JENIS-JENIS BIOTEKNOLOGI
Bioteknologi terus berkembang sejalan dengan semakin bertambahnya kebutuhan manusia. Selain itu pengetahuan manusia juga semakin berkembang pada berbagai disiplin ilmu. Hingga saat ini ada dua macam bioteknologi yang masih dikembangkan yaitu bioteknologi konvensional (tradisional) dan bioteknologi modern.
1) Bioteknologi Konvensional (tradisional)
Bioteknologi konvensional secara umum menggunakan mikroba untuk memproduksi senyawa kimia dengan aktivitas yang sederhana. Bioteknologi konvensional telah dikenal ribuan tahun lalu. Sebagai contoh pada tahun 8000 SM bangsa Babilonia, Mesir, dan Romawi melakukan praktik pengembangbiakan secara selektif untuk meningkatkan kualitas ternak. Sedangkan di bidang teknologi pangan adalah pembuatan bir, anggur,keju dan roti. Beberapa contoh produk tersebut merupakan hasil dari fermentasi dengan menggunakan berbagai jenis mikroorganisme yang dikenal sejak abad ke-19. Hingga kini penerapan bioteknologi konvensional terus berkembang dan mencakup berbagai aspek kehidupan. Misalnya pada bidang pengolahan pangan, pertanian, peternakan, pengobatan, dan kesehatan.
Beberapa contoh produk dari penerapan bioteknologi konvensional dalam pengolahan pangan misalnya pada pembuatan tempe, oncom, yoghurt, keju, acar, bir, serta protein sel tunggal.
Tempe terbuat dari kacang kedelai dengan bantuan jamur Rhizopus sp. Jamur ini mengubah protein kompleks kacang kedelai yang sukar dicerna menjadi protein sederhana yang mudah dicerna oleh manusia. Sedangkan oncom terbuat dari ampas kedelai dengan bantuan jamur Neurospora sitophila yang mengubah ampas kedelai menjadi oncom.
Yoghurt merupakan minuman yang dihasilkan dari hasil fermentasi air susu sapi, kambing, domba, atau kerbau oleh bakteri asam laktat sehingga memiliki rasa asam dan menyegarkan. Bakteri yang berperan dalam pembuatan yoghurt adalah jenis Lactobacillus bulgaricus dan streptococcus thermophillus. Keberadaan bakteri tersebut menyebabkan berubahnay struktur laktosa pada susu menjadi kental. Karena struktur laktosa susu telah diubah, maka youghurt dapat dikonsumsi oleh orang yang alergi terhadap susu.
Alkohol merupakan minuman hasil dari proses fermentasi khamir (yeast) pada zat tepung (karbohidrat) dan tidak melalui proses penyulingan. Khamir yang berperan dalam fermentasi tersebut misalnya Sacharomyces cerevisiae. Saat fermentasi, terjadi perubahan dari karbohidrat menjadi gula sederhana, kemudian diubah menjadi karbon dioksida dan alcohol. Minuman beralkohol hasil dari fermentasi khamir antara lain rum, bir, whiski, dan anggur. Produk-produk tersebut berbeda satu sama lain karena bahan mentah dan galur khamir yang digunakan berbeda. Namun pada setiap contoh produk tersebut digunakan khamir dari genus yang sama yaitu genus Sacharomyces untuk memfermentasikan substratnya.
Keju merupakan makanan bernutrisi tinggi yang dihasilkan dari proses fermentasi susu oleh bakteri. Susu dihilangkan kandungan airnya, selanjutnya dilakukan proses fermentasi. Secara komersil bakteri yang digunakan Streptococcus lactis dan Leuconostoc cryovorum kedalam air susu. Agar keju menjadi keras (cheddar), setelah dilakukan proses fermentasi ditambahkan enzim renin untuk menggumpalkan air susu kemudian diberi garam. Setelah itu keju tersebut dicelupkan kedalam parafin untuk mencegah kekeringan.
Protein sel tunggal (PST) adalah mikroorganisme kering seperti ganggang, bakteri, khamir, kapang, dan jamur yang ditumbuhkan dalam kultur skala besar. Protein ini digunakan untuk konsumsi manusia atau hewan. PST mengandung bahan sperti karbohidrat, lemak, vitamin, dan mineral. Contoh protein sel tunggal adalah Chorella, Spirulina, Euglena, dan Scenedesmus. Pada bioteknologi konvensional, protein sel tunggal dihasilkan dengan sistem konvensional. Dalam sistem ini semua bahan dimasukan kedalam tangki tempat terjadinya fermentasi (fermentor). Setelah sel-sel berhenti tumbuh, sel-sel tersebut baru dipanen.
Penerapan bioteknologi konvensional pada pertanian misalnya penyetekan tanaman. Manusia menyadari akan pentingnya tanaman dengan hasil panen yang banyak dan kualitas unggul. Sejak dahulu perbanyakan tanaman dilakukan melalui biji (generatif) yang menghasilkan keturunan dengan banyak variasi. Sedangkan cara vegetative mengahasilkan veriasi yang lebih sedikit dengan keseragaman yang besar. Ini sesuai dengan tujuan pengembangan cara vegetatif yaitu menghasilkan tanaman dengan jumlah banyak secara genetik seragam atau lebih dikenal sebagai kloning, salah satu cara kloning pada tumbuhan adalah dengan penyetekan.
Penyetekan dilakukan dengan memotong beberapa bagian dari tanaman (akar, batang, daun, atau tunas). Tujuannya agar bagian-bagian tersebut dapat membentuk akar-akar baru sehingga tumbuh menjadi tanaman baru. Contoh tanaman yang dikembangkan dengan teknik penyetekan adalah singkong, tebu dan nanas.
Diantara keuntungan yang didapatkan adalah menghasilkan tanaman baru yang memiliki keseragaman sifat sesuai yang diinginkan. Teknik penyetekan bukan tidak akan memberikan dampak negatif. Pertumbuhan tanaman biasanya berlangsung lambat. Selain itu sistem perakaran yang dibentuk adalah akar serabut yang tidak mampu menopang bagian batang tanaman yang tumbuh besar sehingga tanaman mudah roboh. Beberapa hal tersebut merupakan dampak negatif dari teknik penyetekan.
2) Bioteknologi Modern
Bioteknologi modern berkembang sejak zaman 1950 sejak ditemukan struktur DNA (deoxyribonukleid acid) di dalam sel. Bioteknolodi modern merupakan bioteknologi yang didasarkan pada rekayasa genetika, teknologi enzim, reaksi biokimia, dan rekayasa produk.
Rekayasa genetika merupakan teknik pengambilan gen tertentu dari suatu organisme, kemudian menyisipkannya ke organisme lain. Teknologi ennzim merupakan teknik mempercepat reaksi dengan menggunakan enzim yang dihasilkan oleh hewan atau tumbuuhan. Rekayasa biokimia merupakan penggunaan bioreactor sebagai tempat pertumbuhan mikroorganisme untuk peroses biologis tertentu, agar tidak terkontaminasi oleh organism lain. Rekayasa produk merupakan peroses untuk menghasilkan molekul biologi (seperti antibodi dan enzim) dengan menggunakan teknik immobilisasi enzim dan sel yang dikombinasikan dengan alat mikroelektronis atau bahkan komputer.
Pengelolaan pangan meruupakan salah satu contoh bioteknologi modern yang digunakan untuk pengambangan bidang pangan dan peningkatan produksi perotein sel tunggal. Protein sel tunggal dalam bioteknologi modern dihasilkan dengan cara memasukan nutrien ke dalam fermentor, sehingga sel-selnya dapat dipanen secara terus-menerus. Contoh lainnya adalah memperbaiki kualitas tanaman pangan dengan mengubah sifat genetiknya. Oleh karena itu diperoleh buah-buahan yang tidak cepat membusuk oleh buah-buahan tanpa biji.
Penerapan bioteknologi dalam pertanian dapat diterapkan dalam beberapa contoh, salah satu contohnya adalah cara untuk mengatasi kesulitan setek alam yaitu dengan teknologi kultur in vitro. Kultur In vitro tanaman yaitu teknologi mengambangkan tanaman secara vegetatif dari bagian-bagian tubuh (somatik) tanaman di dalam kultur aseptic (bebas kuman) dengan lingkungan terkontrol (in vitro). Salah satu cara untuk membuat kultur jaringan tanaman adalah dengan memotong bagian tanaman yang akan dikultur menjadi irisan kecil. Potongan tanaman tersebut kemudian diletakkan pada cawan/ botol yang berisi medium yang mengandung nutrien dan hormon pertumbuhan. Setelah beberapa saat, akan tumbuh kalus (massa sel tumbuhan belum terspesialisasi) yang kemudia berkembang menjadi tanaman kecil dengan akar, batang, dan daun. Selanjutnya tanaman ini dapat ditumbuhkan pada tanah.
Keuntungan dari kultur in vitro ini adalah mampu menghasilkan tanaman yang diinginkan secara seragam dan dalam jumlah besar. Selain itu dapat menyelamatkan tanaman dari serangan virus. Karena jika tanaman terserang virus, maka hampir semua tanaman dapat terinfeksi oleh virus. Dengan kultur in vitro, maka bagian tanaman yang tidak terkena virus dapat diperbanyak dan dikembangkan lebih lanjut. Selain itu modifikasi genetik dapat menciptakan tanaman yang berwarna menarik, meningkatkan kandungan nutrisi tanaman, dan memperoduksi tanaman yang tahan terhadap serangan hama dan penyakit.
Penerapan bioteknologi modern pada bidang peternakan yaitu dengan cara kloning hewan ternak. Kloning merupakan teknologi perbanyakan makhluk hidup secar tidak kawin. Teknik ini menjadi sangat populer sejak tahun 1996, yaitu sejak kelahiran domba Dolly. Secara garis besar peroses Kloning Dolly atau hewan ternak adalah sebagai berikut. Pertama, penyiapan sel telur (ovum ) yang akan dijadikan tempat atau tuan rumah bagi inti sel somatik (sel tubuh) donor. Inti sel telur tersebut kemudian dikosongkan. Kedua, inti sel telur yang te;ah dikosongkan kemudian diisi dengan inti sel somatik donor dengan bantuan kejutan listrik. Ketiga, sel telur yang mengandung inti sel somatic yag berisi gen-gen donor akan bersifat seolah-olah telah dibuahi. Sel tersebut kemudian mulai membelah beberapa kali membentuk stadium morula. Morula kemudian diimplementasi (ditanamkan) ke dalam rahim induknya. Keempat, jika sudah saatnya, induk akan melahirkan anakan hasil kloning.
Penerapan bioteknologi dalam bidang pengobatan dan kesehatan adalah dihasilkannya produk hormon, vaksin dan bayi tabung. Hormon hasil bioteknologi sat ini tersedia untuk mengobati berbagai penyakit, misalnya insulin untuk pengobatan diabetes dan hormon pertumbuhan untuk pengobatan gangguan perkembangan tubuh serta untuk cepat dalam penyembuhan luka. Vaksin hasil bioteknologi modern dapat dilihat dari hasil rekayasa genetika menawarkan metode baru dalam pembuatan vaksin untuk mencegah penyakit seperti hepatitis B serta untuk membanatua deteksi dan diagnosis penyakit akibat virus dan kelainan bawaan.
Bayi tabung dari hasil bioteknologi ini digunakan untk meperoleh keturunan (anak) agar dapat melestarikan jenisnya dengan menanamkan hasil fertilisasi ke dalam rahim wanita. Bayi tabung dapat didefinisikan sebagai suatu teknologi fertilisasi sel telur dan sel sperma dalam suatu tabung ( in vitro) hingga terbentuk zigot yang kemudian menjadi morula dam di implantasi ke dalam rahim wanita.
Teknologi bayi tabung masih memiliki keterbatasan, yaitu harus tersedianya rahim seorang wanita. Hingga kini, rahim masih dijadikan sebagai medium alami yang takkan tergantikan dalam membeesarkan janin yang kemudian berkembang menjadi bayi yang nantinya akan dilahirkan.
Dampak negatif dari bayi tabung diantaranya terdapat kemunkinan jika teknologi bayi tabung dikembangkan dan menemukan alat yang dapat mengandung dan melahirkan manusia yang akan mempermudah tugas biologis kaum wanita. Namun denga teknologi seperti itu disinyalir akan menghilangkan sifat-sifat keibuan dan kebapakan dalam merawat anaknya. Sedangkan dampak positif dari teknologi bayi tabung adalah dapat mengatasi masalah pasangan suami istri yang menginginkan keturunan namun memiliki masalah dengan reproduksi. Halangan reproduski ini misalnya wanita atau pria yang tidak mampu menghasilkan sel telur atau sperma yang subur, rahim wanita yang rapuh, ataupun terhambatnya pertumbuhan bayi.
Berdasarkan pada penjelasan diatas, dapat disimpulkan bahwa terdapat perbedaan prinsip dasar pengembangan bioteknologi konvensional dan modern yaitu:
(1) Bioteknologi konvensional sudah dikenal sejak awal peradaban manusia, sebaliknya bioteknologi modern mulai berkembang setelah ditemukannya DNA.
(2) Bioteknologi konvensional menggunakan langsung hasil yang diproduksi organisme dan atau mikroorganisme berupa senyawa kimia atau bahan pangan tertentu yang bermanfaat bagi manusia, sedangkan bioteknologi modern menggunakan organisme dan atau mikroorganisme untuk perbaikan dan peningkatan kerja genetis organisme dan atau mikroorganisme yang bermanfaat bagi manusia.
(3) Bioteknologi konvensional menggunakan peralatan sederhana dan memanfaatkan keterbatasan aktivitas mikroorganisme. Sedangkan bioteknologi modern menggunakan peralatan modern seperti mesin isolasi dan mengurutan DNA. Selain itu juga memanfaatkan organisme dan atau mikroorganisme dngan tambahan teknologi enzim, rekayasa biokimia, dan rekayasa produk.
Daftar Pustaka
Aryulina, Diah et.all. 2004. Biologi SMA untuk Kelas X. Jakarta:Esis.
Jati, Wijaya. 2007. Aktif Biologi. Jakarta:Ganeca Exact.
Petunjuk Teknis Pengembangan Silabus dan Contoh atau Model Silabus SMA/MA mata Pelajaran Biologi. 2006. BSNP.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar