Pemanfaatan Mikroorganisme dalam Bioteknologi, Kultur Jaringan (Tissue Culture), Hidroponik, dan Aeroponik
Bioteknologi adalah ilmu terapan yang mempelajari prinsip-prinsip ilmiah dengan menggunakan organisme atau bagian organisme untuk menghasilkan suatu produk yang digunakan untuk kepentingan manusia.
Bioteknologi dibedakan menjadi bioteknologi konvensional dan bioteknologi modern. Bioteknologi konvensional (tradisional) dilakukan secara sederhana, tidak diproduksi dalam jumlah besar, dan tidak menggunakan prinsip-prinsip ilmiah, serta menggunakan mikroorganisme (bakteri dan jamur) dan diproduksi dalam jumlah kecil. Contohnya: pembuatan tempe, oncom, tape, tuak, dan kecap.
Bioteknologi modern menggunakan peralatan canggih, produksi dalam jumlah besar, dan menggunakan prinsip-prinsip ilmiah, serta dapat menggunakan bagian-bagian tubuh organisme. Contohnya: produksi vaksin, asam amino, obat, pengolahan limbah, pembasmi hama tanaman, dan pemisahan logam.
1. Mikroorganisme untuk mengubah dan menghasilkan bahan makanan
Makanan hasil fermentasi memiliki nilai gizi lebih tinggi dan cita rasa serta aroma yang lebih menarik. Contoh makanan hasil fermentasi yaitu: tempe, kecap, tauco, asinan, tape, brem, cuka, keju, mentega, yoghurt,, nata de coco, roti, produk bir, dan anggur. Proses fermentasi. dengan bantuan mikroorganisme seperti khamir, kapang, dan bakteri. Peningkatan produksi akan kebutuhan protein dikembangkan pembuatan protein sel tunggal (SCP, single cell protein). SCP adalah bahan makanan yang berasal dan mikroorganisme, memiliki kadar protein 80%. Contoh mikroorganisme untuk pembuatan SCP, yaitu :
Bioteknologi dibedakan menjadi bioteknologi konvensional dan bioteknologi modern. Bioteknologi konvensional (tradisional) dilakukan secara sederhana, tidak diproduksi dalam jumlah besar, dan tidak menggunakan prinsip-prinsip ilmiah, serta menggunakan mikroorganisme (bakteri dan jamur) dan diproduksi dalam jumlah kecil. Contohnya: pembuatan tempe, oncom, tape, tuak, dan kecap.
Bioteknologi modern menggunakan peralatan canggih, produksi dalam jumlah besar, dan menggunakan prinsip-prinsip ilmiah, serta dapat menggunakan bagian-bagian tubuh organisme. Contohnya: produksi vaksin, asam amino, obat, pengolahan limbah, pembasmi hama tanaman, dan pemisahan logam.
Pemanfaatan Mikroorganisme dalam Bioteknologi
1. Mikroorganisme untuk mengubah dan menghasilkan bahan makanan
Makanan hasil fermentasi memiliki nilai gizi lebih tinggi dan cita rasa serta aroma yang lebih menarik. Contoh makanan hasil fermentasi yaitu: tempe, kecap, tauco, asinan, tape, brem, cuka, keju, mentega, yoghurt,, nata de coco, roti, produk bir, dan anggur. Proses fermentasi. dengan bantuan mikroorganisme seperti khamir, kapang, dan bakteri. Peningkatan produksi akan kebutuhan protein dikembangkan pembuatan protein sel tunggal (SCP, single cell protein). SCP adalah bahan makanan yang berasal dan mikroorganisme, memiliki kadar protein 80%. Contoh mikroorganisme untuk pembuatan SCP, yaitu :
- Spirulina mampu berfotosintesis dan dikembangkan sebagai sumber bahan.
- Chlorella (ganggang hijau uniseluler), mengandung 50% protein dan digunakan sebagai suplemen.
- Saccharomyces cerevisiae (ragi) dan Candida utilis menghasilkan protem berasam nukleat tinggi.
Beberapa jenis mikroorganisme menghasilkan antibiotik. Antibiotik senyawa organik yang dihasilkan oleh suatu mikroorganisme yang dapat menghambat atau mematikan mikroorganisme lain (bakteri penyebab penyakit). Penggunaan antibiotik dimulai ketika ditemukan antibiotik penisilin oleh Alexander Fleming (1929). Penisilin ditemukan pada kapang Pénicillium notatum dan Pénicillium chrusogenum. Antibiotik lainnya seperti; streptomisin (pada kapang Streptomyces griseus, digunakan untuk pengobatan TBC), sefalosporin (pada kapang Cephalosporium acremoniutn, mengobati penyakit radang paru-paru/pneumonia), tetrasiklin (mengobati infeksi karena bakteri), tetramisin, basitrosin, neomisin, dan.axafisilin,
3. Mikroorganisme untuk menghasilkan asam amino
Produksi asam amino dengan fermentasi. Mikroorganisme penghasil asam amino berpotensi tinggi adalah golongan bakteri. Contoh : asam amino yang dihasilkan dari bakteri Corynebacterium glutamicum adalah asam glutamat.
4. Mikroorganisme untuk menghasilkan energi
Bakteri pengurai penghasil enzim selulase pada lambung hewan memamah biak yang merombak selulosa menjadi karbon dioksida (CO2) dan metana (CH4). Metana disebut gas bio, dimanfaatkan sebagai bahan bakar, dan limbahnya digunakan sebagai pupuk.
5. Mikroorganisme untuk meningkatkan produksi pertanian
Pengendalian hama dengan musuh alamiahnya dikenal dengan biological control atau pengendalian hayati. Pestisida mikroba adalah agen pengendali hama yang merupakan zat-zat atau substansi dari mikroba, misalnya jamur, bakteri, virus, dan protozoa. Bakteri pengikat nitrogen bebas dari udara, seperti bakteri Rhizobium dan Azotobacter.
6. Mikroorganisme untuk mengatasi masalah pencemaran
Bioremediasi adalah usaha memperbaiki kualitas lahan (tanah dan air) dari pencemaran dengan menggunakan makhluk hidup seperti mikroorganisme dan tanaman hijau. Contohnya bakteri kemolitotrof yang dapat mengambil dan mengumpulkan ion-ion logam berat beracun yang mencemari tanah dan air akibat pencemaran industri. Bakteri kelompok metanogen merombak limbah pertanian atau limbah peternakan untuk menghasilkan gas bio yang dapat menghemat pemakaian bahan bakar minyak (BBM). Yang saat ini dikembangkan adalah strain bakteri yang mampu merombak senyawa-senyawa minyak.
7. Mikroorganisme untuk industri pertambangan
Bakteri Thiobacillus ferrooxidans dapat memisahkan tembaga dari bijihnya. Pemanfaatan bakteri kemoiitotrof untuk memperoleh logam, seperti mangan dan uranium.
Kultur Jaringan (Tissue Culture), Hidroponik, dan Aeroponik
1. Kultur jaringan/kultur invitroMembiakkan bagian tanaman yang ditumbuhkan dalam media buatan sehingga tumbuh menjadi tanaman sempurna. Kultur jaringan, pertama kali dilakukan oleh F.C. Steword (1958). Tiga langkah utama kultur jaringan pada tanaman:
- Inisiasi: penanaman bagian tumbuhan yang akan dibiakkan dalam medium yang steril.
- Multiplikasi: perbanyakan atau pembiakan jaringan pokok pada medium pertumbuhan.
- Pengakaran: pemberian hormon untuk memacu pertumbuhan akar, dan tanaman.
- Menghasilkan tanaman dalam jumlah yang banyak dan waktu singkat.
- Tanaman baru memiliki sifat yang sama dengan induknya (diambil sifat-sifat unggul).
- Untuk upaya konservasi tumbuhan langka.
Cocok tanam tanpa menggunakan tanah sebagai media tanam. Makanan tumbuhan hidroponik diperoleh dari air yang mengandung zat-zat organik. Keuntungan hidroponik:
- Tidak memerlukan lahan yang luas.
- Pemberian pupuk/mineral menjadi lebih efisien.
- Bibit penyakit yang berasal dari tanah dapat dihindari.
- Tumbuhan pengganggu (gulma) dapat dicegah keberadaannya.
- Kualitas buah tanaman lebih baik, meningkatkan hasil produksi panen.
- Tidak tergantung dengan musim.
Merupakan modifikasi sistem hidroponik. Aeroponik tidak menggunakan tanam, tetapi akar tanaman diletakkan menggantung dalam suatu wadah yang dijaga kelembabannya. Zat makanan diperoleh melalui larutan nutrien yang disemprotkan ke bagian akar tanaman. Keunggulan aeroponik dibandingkan dengan hidroponik adalah peningkatan metabolisme dan kecepatan pertumbuhan tanaman.
Rekayasa Genetika (Rekombinasi Genetika)
Teknik rekayasa genetika adalah suatu cara mengganti atau menambah DNA dari organisme lain ke susunan DNA asli dalam suatu sel dari suatu organisme. Teknik ini dilakukan dengan cara pencangkokan atau pencampuran DNA, yaitu dengan menyisipkan DNA asing pada DNA asli. Dalam proses ini diperlukan mikroorganisme sebagai pembawa, biasanya bakteri. Contoh produk rekayasa genetika, yaitu: vaksin hepatitis, hormon insulin, antibodi monoklonal, dan penggabungan protoplasma.1. Vaksin hepatitis
Untuk mencegah hepatitis (radang hati).. Awalnya vaksin hepatitis diperoleh dari plasma darah penderita hepatitis. Setelah adanya rekayasa genetika, gen yang bertanggungjawab membentuk selubung protein (antigen) di sekeliling virus telah berhasil diisolasi. Gen ini selanjutnya disisipkan ke dalam sel khamir. Sel khamir yang telah disisipi gen virus akan menghasilkan selubung protein yang digunakan untuk membuat vaksin hepatitis.
2. Hormon insulin
Digunakan untuk penderita diabetes melitus. Pada awalnya, hormon ini diperoleh dari sapi atau babi, tetapi kelemahannya hormon insulin pada sapi dan babi berbeda dengan hormon insulin pada manusia. Dengan rekayasa genetika, hormon insulin dibuat dalam jumlah yang besar, murah, dan secara kimia sama dengan hormon insulin manusia.
3. Antibodi monoklonal
Diperoleh melalui rekayasa genetika dengan cara menggabungkan sel limfosit (penghasil antibodi) dengan sel yang terkena penyakit. Saat ini antibodi monoklonal dapat mengobati keracunan dan mengetahui adanya kehamilan.
4. Penggabungan protoplasma
Rekayasa genetika ini banyak digunakan dalam bidang pertanian. Misalnya penggabungan protoplasma untuk menghasilkan tanaman hibrida dan untuk mengatasi penyakit tanaman.
Pada awalnya, hormon insulin diperoleh dari sapi atau babi. Dengan rekayasa genetika, hormon insulin dibuat dalam jumlah yang besar, murah, dan secara kimia sama dengan hormon insulin manusia.
Misalnya melalui rekayasa genetika dapat muncul hewan atau tumbuhan transgenik (organisme yang materi genetisnya telah diubah dengan teknik rekombinasi DNA). Keberadaan organisme transgenik ini dikhawatirkan mengganggu keseimbangan ekosistem.
3. Antibodi monoklonal
Diperoleh melalui rekayasa genetika dengan cara menggabungkan sel limfosit (penghasil antibodi) dengan sel yang terkena penyakit. Saat ini antibodi monoklonal dapat mengobati keracunan dan mengetahui adanya kehamilan.
4. Penggabungan protoplasma
Rekayasa genetika ini banyak digunakan dalam bidang pertanian. Misalnya penggabungan protoplasma untuk menghasilkan tanaman hibrida dan untuk mengatasi penyakit tanaman.
Pada awalnya, hormon insulin diperoleh dari sapi atau babi. Dengan rekayasa genetika, hormon insulin dibuat dalam jumlah yang besar, murah, dan secara kimia sama dengan hormon insulin manusia.
Dampak Penerapan Bioteknologi
Misalnya melalui rekayasa genetika dapat muncul hewan atau tumbuhan transgenik (organisme yang materi genetisnya telah diubah dengan teknik rekombinasi DNA). Keberadaan organisme transgenik ini dikhawatirkan mengganggu keseimbangan ekosistem.
