ARTIKEL BIOLOGI TENTANG BIOTEKNOLOGI
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Istilah bioteknologi pertama kali dikemukakan oleh Karl Ereky, seorang insinyur Hongaria pada tahun 1917 untuk mendeskripsikan produksi babi dalam skala besar dengan menggunakan bit gula sebagai sumber pakan. Pada perkembangannya sampai pada tahun 1970, bioteknologi selalu berasosiasi dengan rekayasa biokimia (biochemical engineering). Definisi bioteknologi apabila dapat dilihat dari akar katanya berasal dari “bio” dan “teknologi”, maka kalau digabung pengertiannya adalah penggunaan organisme atau sistem hidup untuk memecahkan suatu masalah atau untuk menghasilkan produk yang berguna. Pada tahun 1981, Federasi Bioteknologi Eropa mendefinisikan bioteknologi sebagai berikut, bioteknologi adalah suatu aplikasi terpadu biokimia, mikrobiologi, dan rekayasa kimia dengan tujuan untuk mendapatkan aplikasi teknologi dengan kapasitas biakan mikroba, sel, atau jaringan di bidang industri, kesehatan, dan pertanian.Definisi bioteknologi yang lebih luas dinyatakan oleh Bull, et. al, (1982), yaitu penerapan prinsip-prinsip ilmiah dan rekayasa pengolahan bahan oleh agen biologi seperti mikroorganisme, sel tumbuhan, sel hewan, manusia, dan enzim untuk menghasilkan barang dan jasa. Bioteknologi berasal dari dua kata, yaitu 'bio' yang berarti makhuk hidup dan 'teknologi' yang berarti cara untuk memproduksi barang atau jasa. Dari paduan dua kata tersebut European Federation of Biotechnology (1989) mendefinisikan bioteknologi sebagai perpaduan dari ilmu pengetahuan alam dan ilmu rekayasa yang bertujuan meningkatkan aplikasi organisme hidup, sel, bagian dari organisme hidup, dan/atau analog molekuler untuk menghasilkan produk dan jasa (Goenadi & Isroi, 2003).
1.2. Tujuan Tujuan mempelajari bioteknologi dan industri bagi seorang engineer adalah agar mampu merekayasa suatu proses yang menggunakan energi bio (energi terbarukan) seperti halnya dalam mengolah limbah, yang menggunakan bakteri-bakteri pereduksi dan relatif lebih aman dibandingkan dengan menggunakan zat-zat kimia.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1. Pengertian Bioteknologi Bioteknologi adalah penggunaan biokimia, mikrobiologi, dan rekayasa genetika secara terpadu, untuk menghasilkan barang atau lainnya bagi kepentingan manusia.Biokimia mempelajari struktur kimiawi organisme. Rekayasa genetika adalah aplikasi genetik dengan mentransplantasi gen dari satu organisme ke organisme lain. Ciri utama bioteknologi:
1. Adanya aBen biologi berupa mikroorganisme, tumbuhan atau hewan
2. Adanya pendayagunsan secara teknologi dan industri
3. Produk yang dihasilkan adalah hasil ekstraksi dan pemurnian
Gbr. Kegunaan Bioteknologi untuk memenuhi kebutuhan manusia
2.2.Perkembangan Bioteknologi Perkembangan bioteknologi dibagi menjadi empat, yaitu:
1. Era bioteknologi generasi pertama bioteknologi sederhana. Penggunaan mikroba masih secara tradisional, dalam produksi makanan dan tanaman serta pengawetan makanan. Contoh: pembuatan tempe, tape, cuka, dan lain-lain.
2. Era bioteknologi generasi kedua. Proses berlangsung dalam keadaan tidak steril. Contoh: a. produksi bahan kimia: aseton, asam sitrat b. pengolahan air limbah c. pembuatan kompos
3. Era bioteknologi generasi ketiga. Proses dalam kondisi steril. Contoh: produksi antibiotik dan hormone
4. Era bioteknologi generasi baru ( bioteknologi baru ) Contoh: produksi insulin, interferon, antibodi monoclonal
2.3.Bioteknologi Dalam Industri Pengembangan bioteknologi industri terutama ditujukan untuk pengembangan proses lebih bersih, pengurangan biaya proses produksi dan penciptaan produk baru. Prioritas program antara lain:
a. Pengembangan galur unggul yang potensial untuk industri, pengembangan metoda dan teknik untuk meningkatkan produktivitas dalam peningkatan skala produksi.
b. Pengembangan rekayasa proses hilir untuk proses separasi dan pemurnian dalam industri pengolahan
c. Pemeliharaan dan pengembangan kearifan lokal yang mempunyai nilai tambah;
d. Peningkatan industri manufaktur yang kompetitif yang mendukung bioproses
e. Pengembangan produk dan proses baru yang efisien yang dapat mengurangi biaya produksi dan menurunkan tingkat percemaran
f. Pengembangan metoda untuk monitoring dan kontrol bioproses di industri.
g. Pengembangan biomaterial, biomimetik, biomembran, bioplastik dan lain lain.
Perkembangan biologi khususnya pada cabang zoologi, botani, taksonomi, biokimia, mikrobiologi, dan bioteknologi, manusia telah berhasil menemukan berbagai bagian tubuh tumbuhan atau hewan yang dapat diolah menjadi bahan baku industri. Berikut ini adalah contoh-contoh pemanfaatan Bioteknologi pada bidang industri :
1. Ditemukannya kandungan gula yang cukup tinggi pada batang tebu, menyebabkan berkembangnya pabrik pengolahan tebu menjadi gula.
2. Diketahuinya bahwa serabut biji kapas dan bulu domba dapat diolah menjadi benang, dan kepompong ulat sutera dapat diolah menjadi benang sutera, maka berkembanglah industri tekstil/kain, kain wol dan kain sutera.
3. Dengan berkembangnya mikrobiologi, telah diketahui berbagai struktur dan sifat-sifat dari berbagai jenis mikroba/jasad renik, baik yang menguntungkan maupun yang bersifat patogen (menyebabkan penyakit), maka berkembanglah industri obat-obatan, makanan/minuman yang berkhasiat obat. Contoh dalam industri makanan adalah sebagai berikut; Setelah diketemukannya jenis bakteri Lactobacillus yang sifat-sifatnya dapat bermanfaat bagi manusia dan dapat dibuat menjadi yoghurt, maka berkembanglah industri pembuatan yoghurt. Yoghurt ini dibuat dari susu yang difermentasikan dengan menggunakan bakteri Lactobacillus, pada suhu 40 derajat celcius selama 2,5 jam sampai 3,5 jam. Contoh lainnya pemanfaatan mikrobiologi dalam bidang industri makanan adalah pada industri kecap, tempe, oncom, keju, roti, dan nata de coco, serta minuman anggur.
4. Dalam industri obat-obatan, telah diketahui sifat-sifat bakteri Escherichia coli yang ternyata dapat dibuat/disintesis menjadi insulin; insulin ini sangat berguna bagi penderita penyakit Diabetes Melitus pada manusia.
5. Contoh perkembangan mikrobiologi dalam industri obat-obatan lainnya adalah pada industri pembuatan antibiotik dan vaksin.
Macam-macam antibiotik yang sudah berhasil dibuat antara lain adalah: Penisilin (dibuat dari jamur Penicillium), Sefalosporin (dihasilkan oleh jamur Cephalosporium), dan Tetrasiklin (dihasilkan oleh jamur Streptomycin). peranan bioteknologi dalam bidang industry, beberapa di antaranya adalah sebagai berikut : 1. Asam Sitrat mikroba : Aspergillus niger bahan : tetes gula dan sirup Fs. Asam Sitrat : pemberi citarasa, pengemulsi susu, dan antioksidan. Umumnya asam ini banyak terdapat pada jeruk.
2. Vitamin - B1 oleh Assbya gossipii - B12 oleh Propionibacterium dan Pseudomonas
3. Enzim a. Amilase digunakan dalam produksi sirup, kanji, glukosa. Glukosa isomerase : mengubah amilum menjadi fruktosa. Fruktosa digunakan sebagai pemanis makanan menggantikan sukrosa. mikroba: Aspergillus niger ............Aspergillus oryzae ............Bacillus subtilis b. Protease - digunakan antara lain dalam produksi roti, bir - protease proteolitik berfungsi sebagai pelunak daging dan ..campuran deterjen untuk menghilangkan noda protein mikroba: Aspergillus oryzae ............Bacillus subtilis c. Lipase Antara lain dalam produksi susu dan keju untak meningkatkan cita rasa. mikroba: Aspergillus niger ........... Rhizopus spp d. Asam Amino - asam glutamat bahan utama MSG (Monosodium Glutamat) - Lisin asam amino esensial, dibutuhkan dalam jumlah besar ..oleh ternak. Keduanya oleh Corynobacterium glutamicum
2.4.Biotegnologi dalam produksi pangan Proses fermentasi dari suatu organisme dapat mengubah suatu makanan dan minuman. Proses fermentasi merupakan perubahan enzimatik secara anaerob dari suatu senyawa organik dan menjadi produk organik yang lebih sederhana. Hal tersebut disebabkan mikroorganisme dapat tumbuh menjadi dua kali lipat dan juga massa mikroba minimal mengandung 40% protein dan memiliki kandungan vitamin dan mineral yang tinggi. Beberapa jenis mikroorganisme dalam produk makanan dan minuman adalah sebagai berikut.
1. Pembuatan Tape Tape merupakan makanan hasil fermentasi yang mengandung alkohol.Makanan ini dibuat dari beras ketan ataupun singkong dengan jamur Endomycopsis fibuligera, Rhizopus oryzae, ataupun Saccharomyces cereviceae sebagai ragi. Ragi tersebut tersusun oleh tepung beras, air tebu, bawang merah dan putih, kayu manis. Sebelum membuat tape perlu diperhatikan untuk menghasilkan kualitas yang bagus, warnanya menarik, rasanya manis dan strukturnya lembut dengan menggunakan cara antara lain: a. bahan dasar singkong atau beras ketan memiliki kualitas baik; b. memperhitungkan macam dan banyak ragi yang digunakan; c. memilih cara pemasakan bahan dasar (ditanak atau direbus); d. memilih cara menyimpan tape (dengan plastik atau daun); e memperhatikan keadaan lingkungan pada saat menyimpannya. Adakalanya pembuatan tape ketan dilanjutkan yang akhirnya akan menghasilan brem,baik untuk diminum atau untuk kue.
2. Pembuatan Tempe Tempe adalah makanan yang populer di negara kita. Meskipun merupakan makanan yang sederhana, tetapi tempe mempunyai atau mengandung sumber protein nabati yang cukup tinggi. Tempe terbuat dari kedelai dengan bantuan jamur Rhizopus sp. Jamur ini akan mengubah protein kompleks kacang kedelai yang sukar dicerna menjadi protein sederhana yang mudah dicerna karena adanya perubahan-perubahankimia pada protein, lemak, dan karbohidrat. Selama proses fermentasi kedelai menjadi tempe, akan dihasilkan antibiotika yang akan mencegah penyakit perut seperti diare.
3. Pembuatan Oncom Oncom merupakan makanan yang dikenal di kawasan Jawa Barat.Oncom terbuat dari ampas tahu, yaitu ampas kedelai dengan bantuan jamur Neurospora sitophila. Jamur ini dapat menghasilkan zat warna merah atau oranye yang merupakan pewarna alami. Neurospora dapat mengeluarkan enzim amilase, lipase protease yang aktif selama proses fermentasi. Selain itu, juga dapat menguraikan bahan-bahan dinding sel ampas kacang kedelai, singkong, atau kelapa.Fermentasi ini juga menyebabkan terbentuknya sedikit alkohol dan berbagai ester yang beraroma sedap.
4. Pembuatan Kecap Kecap terbuat dari kacang kedelai berwarna hitam.Untuk mempercepat fermentasi biasanya dicampurkan sumber karbohidrat atau energi yang berbentuk tepung beras atau nasi, sedangkan warna larutan kecap yang terjadi, tergantung pada waktu. Perendaman kedelai dilakukan dalam larutan garam, maka pembuatan kecap dinamakan fermentasi garam. Fermentasi pada proses pembuatan kecap dengan menggunakan jasmur Aspergillus wentii dan Rhizopus sp. Coba Anda perhatikan beberapa kecap di pasaran, ada yang kental, ada pula yang encer. Kecap yang kental karena banyak ditambahkan gula merah, gula aren, atau gula kelapa, sedangkan kecap yang encer dikarenakan mengandung lebih banyak garam.Ada juga kecap ikan, kecap udang, dan sebagainya. Itu bisa dilakukan karena selama proses pembuatan ada penambahan sari ikan ataupun sari udang ke dalamnya.
5. Pembuatan Asinan Sayuran Asinan sayuran merupakan sayuran yang diawetkan dengan jalan fermentasi asam.Bakteri yang digunakan adalah Lactobacillus sp., Streptococcus sp., dan Pediococcus.Mikroorganisme tersebut mengubah zat gula yang terdapat dalam sayuran menjadi asam laktat. Asam laktat yang terbentuk dapat membatasi pertumbuhan mikroorganisme lain dan memberikan rasa khas pada sayuran yang difermentasi atau sering dikenal dengan nama ‘acar’.
6. Pembuatan Roti Proses fermentas pada pembuatan rotii ini dengan bantuan dari yeast atau khamir yaitu sejenis jamur. Yeast yang ditambahkan pada adonan tepung akan menjadikan proses fermentasi, yaitu akan menghasilkan gas karbon dioksida dan alkohol. Gas karbon dioksida tersebut dapat berguna untuk mengembangkan roti, sedangkan alkohol dibiarkan menguap. Selanjutnya, akan terlihat jika adonan tersebut dioven akan tampak lebih mengembang dan ukurannya membesar, hal ini dikarenakan gas akan mengembang jika temperatur tinggi.
7. Pembuatan Keju Pada umumnya keju disukai banyak orang. Keju dibuat dari air susu yang diasamkan dengan memasukkan bakteri, yaitu Lactobacillus bulgarius dan Streptococcus thermophillus. Untuk mengubah gula susu (laktosa) menjadi asam susu (asam laktat) susu dipanaskan terlebih dahulu pada suhu tertentu dengan maksud untuk membunuh bakteri yang berbahaya agar berhasil dalam proses pembuatannya. Selanjutnya, ditambahkan campuran enzim yang mengandung renin untuk menggumpalkan susu sehingga terbentuk lapisan, yaitu berupa cairan susu yang harus dibuang, sedangkan bagian yang padat diperas dan dipadatkan. Enzim tersebut akan menambah aroma dan rasa, juga akan mencerna protein dan lemak menjadi asam amino. Umumnya keju dapat dikelompokkan menurut kepadatannya yang dihasilkan dalam proses pemasakan. Keju menjadi keras apabila kelembabannya kecil dan pemampatannya besar.Jika masa inkubasinya semakin lama, maka keasamannya makin tinggi sehingga cita rasanya makin tajam. Misalnya, keju romano, parmesan sebagai keju sangat keras, keju cheddar, swiss sebagai keju keras yang berperan Propioniobacterium sp., keju roqueorforti yang berperan Pennicilium reguerforti sebagai keju setengah lunak, keju camemberti sebagai keju lunak yang berperan.
8. Pembuatan Yoghurt Yoghurt merupakan minuman yang terbuat dari air susu. Apabila dibandingkan dengan susu biasa, yoghurt dapat memberikan efek pengobatan terhadap lambung dan usus yang terluka. Selain itu, yoghurt dapat menurunkan kadar kolesterol dalam darahsehingga mencegah penyumbatan di pembuluh darah. Dalam proses pembuatannya, air susu dipanaskan terlebih dahulu agar tidak terkontaminasi bakteri yang lain. Setelah dingin, ke dalam air susu dimasukkan bakteri Lactobacillus bulgaricus dan Streptococcus termophillus. Susu dibiarkan selama 4-6 jam pada suhu 38 C – 44 C atau selama 12 jam pada suhu 32 C. Pada masa inkubasi akan dihasilkan asam laktat, asam inilah yang membuat yoghurt berasaasam, dapat juga ditambahkan dengan buah, kacang, atau rasa lain yang diinginkan.
2.5.Bioteknologi dalam kedokteran dan produksi obat peranan bioteknologi dalam bidang kedokteran dan produksi obat, beberapa di antaranya adalah sebagai berikut :
1. Antibodi Monoklonal adalah antibodi sejenis yang diproduksi oleh sel plasma klon sel-sel sejenis. Antibodi ini dibuat oleh sel-sel hibridoma (hasil fusi 2 sel berbeda; penghasil sel Limpa dan sel mieloma) yang dikultur. Bertindak sebagai antigen yang akan menghasilkan anti bodi adalah limpa. Fungsi antara lain diagnosis penyakit dan kehamilan
2. Terapi Gen adalah pengobatan penyakit atau kelainan genetik dengan menyisipkan gen normal
3. Antibiotik Dipelopori oleh Alexander Fleming dengan penemuan penisilin dari Penicillium notatum. - Penicillium chrysogenum memperbaiki penisilin yang sudah ada. .......................................Dilakukan dengan mutasi secara .......................................iradiasi ultra violet dan sinar X. - Cephalospurium penisilin N. - Cephalosporium sefalospurin C. - Streptomyces streptomisin, untuk pengobatan TBC
4. Interferon Adalah antibodi terhadap virus. Secara alami hanya dibuat oleh tubuh manusia. Proses pembentukan di dalam, tubuh memerlukan waktu cukup lama (dibanding kecepatan replikasi virus), karena itu dilakukan rekayasa genetika.
5. Vaksin Contoh: Vaksin Hepatitis B dan malaria. Secara konvensional pelemahan kuman dilakukan dengan pemanasan atau pemberian bahan kimia. Dengan bioteknologi dilakukan fusi atau transplantasi gen.
Gbr. Tahapan sintesis vaksin yang direkayasa secara genetika
2.6.Bioteknologi Dalam Perbanyakan Tanaman / Kultur Jaringan Sifat TOTIPOTENSIAL tanaman, dapat diterapkan untuk kultur jaringan. Kultur jaringan (sel) adalah mengkultur/membiakkan jaringan (sel) untuk memperoleh individu baru. Penemu F.C. Steward menggunakan jaringan floem akar wortel. MANFAAT / KEUNTUNGAN KULTUR JARINGAN 1. Bibit (hasil) yang didapat berjumlah banyak dan dalam waktu yau~g singkat
2. Sifat identik dengan induk
3. Dapat diperoleh sifat-sifat yang dikehendaki
4. Metabolit sekunder tanaman segera didapat tanpa perlu menunggu tanaman dewasa
2.7.Bioteknologi Dalam Pemberantasan Hama Dalam membatasi pemakaian pestisida, dilakukan upaya pemberantasan hama secara biologi antara lain penggunaan musuh alami dan menciptakan tanaman resisten hama.
1. Bacillus thuringiensis menghasilkan bioinsektisida yang toksin terhadap larva serangga. -Transplantasi gen penghasil toksin pada tanaman menghasilkan ..tanaman yang bersifat resisten hama serangga. - Kristal (racun Bt) diolah menjadi bentuk yang dapat disemprotkan ..ke tanaman. Racun akan merusak saluran pencernaan serangga.
2. Baculovirus sp. Virus disemprotkan ke tanaman. Bila termakan, serangga akan mati dengan sebelumnya, menyebarkan virus melalui perkawinan.Skema teknik kultur jaringan sederhana yang dilakukan
2.8.Bioteknologi Dalam Menyelesaikan Masalah Pencemaran
1. Pencemaran oleh minyak. Strain-strain Pseudomorms mengkonsumsi hidrokarbon. Rekayasa genetik membentuk bakteri super yang meogandung empat jenis plasmid pembawa gen untuk konsumsi hidrokarbon.
2. Limbah organik dapat diuraikan oleh bakteri aerob atau anaerob.
Gbr. Skema pengolahan air limbah
2.9.Bioteknologi Penambangan / Biohidrometalurgi Thichacillus ferrooxidan berperan memisahkan logam dari bijihnya atau kotoran sehingga didapat logam berkualitas tinggi. Sebagai contoh pada tembaga (Cu). ................................................................... aktivitas Reaksi: CuFeS2 + 2 Fe2(SO4)3 + 2 H2O + 3 O2 ———————————> CuSO4 + 5 FeSO4 + 2 H2SO4 + Energi ................................................. aktivitas CuSO4 + 2 Fe+ + H2SO4 + Energi ———————————> 2 FeSO4 + Cu2+ + 2 H+ Thiobacillus ferrooxidan bersifat kemolitotrof 2.10 PROTEIN SEL TUNGGAL protein sel tunggal (single cell protein = scp)adalah makanan berkadar protein tinggi, berasal dari mikroorganisme Contoh:
1. Mikoprotein dari Fusarium .............. Substrat: tepung gandum dan ketan ............
2. Spirulina dan Chlorella Kelebihan SCP:
1. Kadar protein lebih tinggi dari protein kedelai atau hewan
2. Pertumbuhan cepat
2.11.Rekayasa genetika/AND rekombion
1. Vektor, berupa plasmid bakteri atau viral ADN virus.
Gbr. Pembuatan plasmid dan mekanisme penyisipan gen
2. Bakteri, berperan dalam perbanyakan plasmid melalui perbanyakan bakteri.
Gbr. Pemisahan DNA oleh enzim restriksi
3. Enzim, terdiri dari enzim RESTRIKSI (pemotong plasmid/ADN) dan enzim LIGASE (penyambung ptongan-potongan ADN)
Gbr. Proses produksi insulin manusia dengan rekayasa genetika
2.12.Pengembangan Tanaman Kerbal Dan Mampu Menambat N2 Dari Udara
1. Tanaman kebal terhadap penyakit, misalnya tembakau kebal terhadap TMV.
Skema rekayasa genetika untuk membuat tumbuhan kebal virus TMV
2. Tanaman mampu menambat N2. Pemberian nitrogen dalam bentuk pupuk buatan secara berlebih ternyata berdampak negatif yaitu:
1. Meningkatkan tekanan osmosis air tanah
2. Meningkatkan keasaman tanah akibat lanjut adalah defisiensi Ca, Mg dan K
3. Terjadinya eutrofikasi karena penumpukan NO3 di perairan, jalan keluarnya adalah dilakukan rekayasa genetika
BAB III
DAFTAR PUSTAKA
http://bebas.ui.ac.id/v12/sponsor/Sponsor-Pendamping/Praweda/Biologi/0150%20Bio%203-7b.htm
Komentar