Materi Bioteknologi

BIOTEKNOLOGI
Bioteknologi didefinisikan sebagai manipulasi dan rekayasa genetika terhadap
sistem atau proses biologi berdasarkan prinsip-prinsip ilmiah dengan bantuan agen
biologi. Prinsip ilmiah yang dipakai dalam bioteknologi berdasarkan pada berbagai
disiplin ilmu, terutama mikrobiologi, biokimia, genetika, rekayasa biokimia dan kimia.
Yang dimaksud agen biologi adalah katalisator-katalisator biologi untuk menekan pada
mikroorganisme berenzim, sel hewan dan sel tumbuhan. Bioteknologi juga dikatakan
sebagai penggunaan ilmu biokimia, mikrobiologi dan rekayasa genetika secara terpadu
dengan tujuan untuk mencapai penerapan teknologi dari kemampuan mikroorganisme
dan sel-sel jaringan yang dibiakan. Dalam penertian sekarang, secara umum
bioteknologi diartikan sebagai teknologi yang bermanfaat bagi makhluk hidup atau
bagian-bagiannya untuk menghasilkan barang dan jasa untuk kesejahteraan manusia
dan lingkungannya. Saat sekarang ini bioteknologi telah merambah berbagai bidang,
dan dianggap sebagai suatu terobosan untuk memecahkan beberapa persoalan seharihari. Bidang kajian bioteknologi memiliki ruang lingkup yang luas, mulai dari yang
sederhana, misal pembuatan tempe sampai dengan bioteknologi yang sangat rumit,
misalnya kloning hewan. Sebagian besar teknik yang diterapkan dalam bioteknologi
cenderung lebih ekonomis, lebih sedikit dalam pemakaian energi dan lebih aman bila
dibandingkan dengan proses tradisonal sekarang. Di samping itu, sebagian besar proses
bioteknologi menghasilkan residu yang dapat diurai secara biologis serta tidak
mengandung racun.
A.
Pengembangan Bioteknologi
Seperti teknologi pada umumnya, bioteknologi merupakan proses atau
rangkaian proses yang terdapat dalam sistem biologi. Proses bioteknologi yang tertua
mungkin adalah fermentasi dengan jasad renik, yang dilakukan oleh orang-orang
Babilonia pada tahun 6.000 SM, yaitu dalam pembuatan bir. Tiga ribu tahun kemudian,
orang-orng Sumeria telah mampu membuat 20 macam bir yang berdeda. Proses
fermentasi ini terus menerus ditingkatkan. Peningkatan penggunaan jasad renik ini
berjalan terus sepanjang perkembangan kebudayaan manusia. Berbagai penemuan
telah diperoleh, misalnya senyawa-senyawa yang berasal dari bacteri dan fungsi yang
kemudian dapat digunakan untuk menggantikan produk-produk sintetis, seperti obatobatan antibiotika dan anti parasit. Dalam perkembangannya sekarang ini prosesproses bioteknologi lebih banyak begantung pada teknik rekombinasi genetika serta
penggunaan enzim, sel atau organel sel atau bagian-bagian sel.
1.
Peranan berbagai ilmu untuk mendukung bioteknolologi
Penerapan aplikasi bioteknologi suatu organisme dalam teknologi yang bermanfaat
bagi manusi dan produksi. Penggunaan organisme tersebut secara terarah,
terkontrol yang merupakan aplikasi terpadu secara biokimia, mikrobiologi dan
teknologi kimia. Manfaat bagi manusia antara lain di bidang industri, kesehatan,
pertanian, peternakan dan manfaat lainnya. Penggunaan biokimia, mikrobiologi
dan rekayasa kimia secara terpadu mempunyai tujuan untuk mencapai penerapan
2.
B.
teknologi dari kemampuan mikroba dan sel kultur jaringan. Jadi bidang-bidang
ilmu yang harus dipelajari dalam bioteknologi adalah biologi sel, biokimia, fisiologi,
mikrobiologi, genetika dan rekayasa genetika.
Peran manfaat bioteknologi di masa depan
Untuk memenuhi berbagai kebutuhan pokok manusia, teknologi di bidang biologi
tampak semakin menjadi tumpuan. Ini tampak terutama dalam dasawarsa terakhir
ini, di mana teknologi nyaris merambah semua aspek kehidupan. Secara
internasional, bioteknologi terbukti telah diaplikasikan secara sukses di bidang
kedokteran, pertanian, peternakan dan buhkan di bidang persenjataan militer.
Teknologi inseminasi buatan perlu dukungan penelitian ke arah sexing sperma,
sebab untuk sapi perah lebih diharapkan akan lahir betina, sedang untuk sapi
potong yang diambil dagingnya diharapkan akan lahir jantan. Seterusnya ke embrio
transfer dengan ini ternak unggul dapat diperbanyak dalam jumlah tak terbatas. Di
dalam pengembangan embrio transfer perlu peningkatan metode pemindahan
embrio dan penentuan jenis kelamin embrio yang dikehendaki. Untuk peningkatan
kualitas limbah pertanian telah dilakukan manipulsi mikroba rumen dengan
memanfaatkan gen selulosa dalam mikroba untuk menghasilkan enzim selulosa
pemecah selulosa menjadi gula dan lignin. Di samping juga dicoba berbagai jenis
jamur. Mengenai kebutuhan konsentrat yang terus meningkat, maka ditempuh
aplikasi bioteknologi di antaranya penggunaan pemacu tumbuh, juga melakukan
metode konvensional antara lain penyimpanan jagung dalam gudang yang besar,
diversifikasi bahan, substitusi jagung, tepung kedelai dan tepung ikan dengan
bahan lainnya.
Peran Mikrobiologi dalam Masalah Pangan
Kehidupan mikroorganisme sangat luas, seperti di air, tanah, udara, tubuh
hewan, tubuh manusia, tubuh tumbuhan dan lain-lain, sehingga dikatakan habitatnya
kosmopolit. Karena sifat kosmopolit ini dapat mengakibatkan bahan makanan mudah
rusak bila bercampur berbagai bacteri. Bahan pangan selain merupakan sumber gizi
bagi manusia, juga merupakan sumber gizi makanan bagi perkembangan
mikroorganisme. Pertumbuhan mikroorganisme selain yang merusak bahan makanan,
ada pula yang bersifat menguntungkan melalui fermentasi. Fermentasi adalah suatu
proses perombakan dari senyawa yang lebih kompleks menjadi lebih sederhana dengan
bantuan mikroorganisme.
Mikroorganisme yang paling banyak berperan dalam proses fermentrasi maupun
pembusukan bahan makanan adalah bacteri dan jamur. Dalam beberapa hal
pertumbuhan mikroorganisme pada bahan pangan yang menguntungkan sangat
diharapkan seperti untuk perbaikan mutu gizi, perbaikan daya cerna atau citra rasa.
- Kue Mikroba
Pada tahun 1521 Bernel Dioz Castilo telah mengenal bahwa penduduk Mexico
talah mengkomsumsi kue dengan aroma seperti keju yang dibuat dari suatu lendir.
Lendir ini adalah Spirulina maxima, ialah ganggang yang hidup di danau Texcoco.
Penduduk Kanembu di Chad Afrika mengkonsumsi mikroba Spiruline platensis.
-
SCP (Single cell Protein)
Istilah protein sel tunggal atau single cell protein (SCP) mengacu pda sel
mikroorganisme yang dikeringkan seperti ganggang, kapang, bakteri, yang
ditumbuhkan dalam sistem biakan berskala besar dan terutama digunakan sebagai
sumber protein dalam pangan. Namun demikian di dalam sel mikroba terdapat juga
karbohidrat, lemak, vitamin, mineral dan lain-lain. Protein mikroba ini diharapkan
dapat menggantikan protein dari hewan maupun tumbuhan yang diperlukan
semakin banyak sehingga dapat mengurangi penggunaan bahan pangan dari
kedelai, daging, ikan dan sebagainya.
Produk-produk protein sel tunggal telah banyak dijual, walaupun harganya masih
cukup mahal, misalnya sun chlorella, spirulina dan lain-lain. Produk protein sel
tunggal pertama kali telah dibuat pada masa Perang Dunia I, ketika di Jerman orang
memanfaatkan khamir roti Saccharomyces cereviciae ditumbuhkan pada melase
sebagai sumber karbon dan energi, serta garam amonium sebagai sumber nitrogen,
dan hasilnya dikonsumsikan sebagai pengganti protein. Pada Perang Dunia II
menggunakan spesies candida. Di Inggris khamir digunakan diet selama bertahuntahun dan kelebihan produk dijual untuk makanan ternak.
Rank Houvis Mc Dougall membuat SCP yaitu mikroprotein untuk konsumsi
manusia menggunakan Fusarium.
Mikroorganisme
Bahan dasar
Produk/hasil
Acetobacter xylinum
Air kelapa
Nata de coco
Monascus purpureus
Nasi merah
Angkak
Agaricus bisporus
Jerami, serbuk kayu, kertas Produksi jamur
Lentinus edodes
bekas.
Produksi jamur
Volvariella volvacea
idem
Produksi jamur
Ragi
idem
Fermentasi
Saccharomyces cerevisea Beras ketan, singkong
Fermetasi
Endomyopsis sp.
idem
Fermentasi
Aspergillus wentii
idem
Kecap
Rhizopus oligosporus
Kedelai
Tempe
Rhizopus oryzae
idem
Tempe
Mucor sp
idem
Tempe
Neurospora sitophila
idem
Oncom
Penicillium sp.
Ampas kacang tanah
Keju
Thiobacillus sp.
Susu
Pencucian logam
Aspergillus niger
Bijih logam mutu rendah
Asam organik
Jamur,
bakteri, Gula, tebu, molase
Pengkomposan
Actinomycetes
Bahan organik campuran
Perlakuan limbah
Bakteri, jamur, protozoa
Komponen limbah
Mentega
Leuconostoc citrovarum
Susu
Kefir
Saccharomyces kefir
Susu
Yakult
Lactobacillus casei
Susu
Tauco
Aspergillus oryzae
Kedelai
C.
Mikroorganisme Penghasil Obat
Mikroorganisme tertentu memiliki kemampuan menghasilkan suatu produk
untuk menyembuhkan penyakit yang disebabkan oleh mikroorganisme lain atau
penyakit karena gangguan fisiologis. Dua produk yang erat kaitannya dengan dengan
mikroorganisme adalah vaksin dan antibiotik. Penemuan vaksin cacar pertama kali
ditemukan oleh Edward Jenner (1796) sehingga mendorong para ahli biologi lain
untuk meneliti vaksin maupun antibiotik melalui bioteknologi. Penemuan vaksin diawali
ketika Jenner melihat seorang pemerah susu sapi yang jari tangannya teredapat bekas
luka ketika menderita cacar, padalah pada waktu itu sedang terjadi wabah cacar.
Demikian juga seseorang yang telah sembuh dari penyakit cacar, dengan meninggalkan
bekas-bekas luka ternyata kebal terhadap penyakit cacar. Dengan sifat kekebalan cacar
tersebut Jenner mulai malakukan percobaan untuk mendapatkan vaksin dadar dari
serum darah tersebut. Sekarang kita tahu bahwa penyakit cacar disebabkan oleh virus
Variola, dan penyakit cacar sapi disebabkan oleh virus yang serupa walaupun berbeda.
Dimasukannya virus cacar sapi yang telah dilemahkan ke dalam tubuh pasien, akan
merangsang tubuh untuk membentuk antibodi yang efektif untuk melawan suatu infeksi
lanjutan dari virus cacar yang serupa. Cara yang dilakukan dengan memasukan
mikroorganisme yang dilemahkan ke dalam tubuh manusia untuk memberikan
kekabalan terhadap mikroorganisme berbahaya disebut vaksinasi.
Jenis vaksin
Penyakit yang disembuhkan
Vaksin hepatitis B
Hepatitis B
Vaksin BCG
BCG (Baccillus Calmette Guirin
Vaksin rabies
Anjing gila
Vaksin DPT
Dipteri, pertusis, tetanus
Vaksin polio
Polio melimylitis
Salah satu kelemahan vaksin-vaksin yang dibuat dengan cara seperti di atas
ternyata menimbulkan rasa sakit setelah diberi sintikan vaksin tersebut, misalnya
demam. Dewasa ini dengan bioteknologi mulai dibuat vaksin yang tidak menyebabkan
rasa sakit jika disuntikan ke tubuh orang sehat. Pembuatan vaksin ini adalah sebagai
berikut. Bacteri atau virus penyebab penyakit pada umumnya memiliki permukaan
protein yang khusus. Dengan penyisipan gen dihasilkan copy salinan dari permukaan
tersebut. Salinan permukaan protein tersebut kemudian digunakan untuk memvaksin.
Contoh vaksin aman telah dihasilkan hepatitis B, Chlamyda dan malaria. Antibiotik
pertama kali ditemukan oleh Louis Pasteur dari jamur Penisillium sp. Alexander
Flemming (Inggris, 1928) menemukan koloni jamur Penicillium notatum yang dapat
menghambat pertumbuhan bacteri Staphulococcus aureus dan sekitanya. Bacteri yang
resisten terhadap penisilin dapat dibunuh dengan sefalospurin C dari jamur jenis
Cephalospurium yang ditemukan oleh Prentis tahun 1984. Antibiotik adalah bahanbahan bersumber hayati berkadar rendah yang mampu menghambat pertumbuhan
mikroorganisme, sehingga dalam perkembangannya dapat digunakan untuk mengobati
suatu penyakit. Mikroorganisme yang mampu membuat zat antibiotik tertama adalah
fungi (jamur) Actinomycetes, Aspergillus dan beberapa jenis bacteri. Sampai sekarang
ini ditemukan lebih dari 2000 karakter antibiotik. Dengan adanya perkembngan
bioteknologi, sekarang mulai dikembangkan jenis-jenis mikroorganisme tertentu yang
telah diubah susunan genetiknya sehingga mampu menghasilkan antibiotik dalam
jumlah lebih besar dalam waktu yang singkat.
Jenis mikroorganisme
Antibiotik yang diproduksi
Penicillium notatum
Penicillium chrysogenum
Cephalosporium (fungsi)
Streptomyces gruceus
Streptomyces venecuelae
Streptomyces aureofaciens
Sterpomyces fradial
Sterptomyces rimosus
Penisilin
Penisilin
Sefalosporium
Streptomisin
Kloromisetin atau kloromfemikol
Teraksiklin
Neuromisin
Teramisin
Antibiotik lain berasal dari mikrooganisme berfilamen (Sterptomyces griseus) di
namakan stertomisin. Streptomisin dapat menjinakan mikroorganisme yang telah tahan
terhadap penisilin dan sefalosporin.
Streptomisin terutama digunakan dalam
pengobatan
tuberkulosis.
Selain
pembentukan antibiotika yang dimodifikasi
seperti di atas, fusi/peleburan sel dapat pula
memprodusir antibiotika baru dengan cara
mengaktifkan gen yang semula tidak aktif.
Fusi sel membentuk sel hibrid atau
rekombinan yang mengandung substansi
genetik dari dua sel atau lebih. Sel yang akan
berfusi mungkin dari spesies yang berlainan
sama sekali. Tujuan teknik ini ialah untuk
memperoleh senyawa genetik yang baru,
yaitu kombinasi yang mungkin jarang sekali
ditemukan di alam. Dengan demikian, dapat
dikatakan bahwa rekayasa genetika dapat
digunakan untuk membentuk antibiotika
yang termodifikasi. Salah satu produk
pertama dari teknologi ini adalah interferon,
yaitu sekelompok senyawa anti virus yang
mempunyai nilai (manfaat) dalam mengobati
beberapa bentuk kanker. Sebelum rekayasa
genetik, sel-sel manusia merupakan satusatunya sumber interferon khas manusia.
Tidak hanya sel-sel manusia yang secara
relatif sulit untuk dikembangbiakkan, tetapi
interferon yang mereka hasilkan juga diliputi
oleh
protein
yang
tidak
diinginkan.
Memisahkan interferon dari bahan kimia
adalah sangat mahal, dan tidak mungkin
untuk
memperoleh
kemurnian
yang
memadai. Sekarang bakteri yang direkayasa
secara genetik dan mengandung gen
interferon mengeluarkan sejumlah besar
obat-obatan ke dalam medium kultur yang
mudah dikembangbiakkan dan dimurnikan.
Sebelum rekayasa genetik, masing-masing
senyawa dalam daftar berikut tidak dapat
diperoleh atau dihasilkan dari hewan
mamalia (atau sel-sel mamalia yang
dikembangbiakkan di laboratorium) dalam
jumlah yang sangat sedikit. Sekarang
senyawa-senyawa tersebut diproduksi oleh
mikroba-mikroba yang direkayasa secara
genetik (walaupun banyak di antaranya yang
masih dalam tingkat eksperimental).
Tabel senyawa yang
No
N a m a
1
Interferon
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Gambar. Vaksin yang direkayasa
diproduksi oleh mikroba yang direkayasa
F u n g s i
Melawan
infeksi
yang
disebabkan
oleh
virus,
meningkatkan sistem kekebalan ; mungkin efektif untuk
melawan melanoma (kanker kulit) dan beberapa bentuk
leukimia ; dapat membantu menyembuhkan reumatik
tulang.
Mengaktifkan sistem kekebalan dan karena itu dapat
membantu mengobati kanker dan kerusakan atau
gangguan sistem kekebalan.
Interleukin 2 (dulu
di kenal sebagai
faktor pertumbuhan
T-sel.
Insulin
Hormon
pertumbuhan
Mengontrol gejala-gejala sakit gula atau diabetes melitus.
Melawan kekredilan akibat ketidaknormalan kelenjar
Aktivator
putiari (kelenjar endokrin di bawah otak) ; juga
plasminogen
meningkatkan penyembuhan.
Melarutkan pembekuan darah, mengurangi kemungkinan
Faktor
nekrosis “stroke” dan serangan jantung.
tumor
Menyerang dan membunuh tumor (penyembuhan
Eritropoietik
kanker).
Memacu produksi sel darah merah dan dengan demikian
Beta endorfins
dapat digunakan untuk melawan anemia.
Enzim
Mengurangi rasa sakit (nyeri). Merupakan morfin alami
dalam tubuh.
Melakukan
berbagai
macam
pelayanan,
dari
Vaksin protein
D.
menggerakan atau memacu reaksi-reaksi kimia untk
industri sampai ke penambahan enzim-enzim makanan
(diet) manusia.
Memacu kekebalan tubuh terhadap satu atau dua antigen
patogen tanpa resiko yang berkaitan dengan vaksin
konvensional.
Mikroorganisme untuk Membasmi Hama Tanaman
Dalam bidang pertanian telah dapat dibentuk tanaman dengan memanfaatkan
mikroorganisme dalam fiksasi nitogen yang dapat membuat pupuknya sendiri sehingga
dapat menguntungkan pada petani. Demikian pula terciptanya tanaman yang tahan
terhadap tanah gersang. Mikroba yang di rekayasa secara genetik dapat meningkatkan
hasil panen pertanian, demikian juga dalam cara lain, seperti meningkatkan kapasitas
mengikat nitrogen dari bacteri Rhizobium. Keturunan bacteri yang telah disempurnakan
atau diperbaiki dapat meningkatkan hasil panen kacang kedelai sampai 50%. Rekayasa
genetik lain sedang mencoba mengembangkan turunan dari bacteri Azotobacter yang
melekat pada akar tumbuh bukan tumbuhan kacang-kacangan (seperti jagung) dan
mengembangbiakan, membebaskan tumbuhan jagung dari ketergantungan pada
kebutuhan pupuk amonia (pupuk buatan).
Hama tanaman merupakan salah satu kendala besar dalam budidaya tanaman
pertanian. Untuk mengatasinya, selama ini digunakan pestisida. Namun ternyata
pestisida banyak menimbulkan berbagai dampak negatif, antara lain matinya organigme
nontarget, keracunan bagi hewan dan manusia, serta pencemaran lingkungan. Oleh
karena itu, perlu dicari terobosan untuk mengatasi masalah, tersebut dengan cara yang
lebih aman. Kita mengetahui bahwa mikroorganisme yang terdapat di alam sangat
banyak, dan setiap jenis mikroorganisme tersebut memiliki sifat yang berbeda-beda.
Dari sekian banyak jenis mikroorganisme, ada suatu kelompok yang bersifat patogenik
(dapat menyebabkan penyakit) pada hama tertentu, namun tidak menimbulkan
penyakit bagi makhluk hidup lain. Contoh mikroorganisme tersebut adalah bakteri
Bacillus thuringiensis. Hasil penelitian menunjukkan bahwa Bacillus thuringiensis
mampu menghasilkan suatu protein yang bersifat toksik bagi serangga, terutama
seranggga dari ordo Lepidoptera. Protein ini bersifat mudah larut dan aktif menjadi
menjadi toksik, terutama setelah masuk ke dalam saluran pencemaan serangga.
Bacillus thuringiensis mudah dikembangbiakkan, dan dapat dimafaatkan sebagai
biopestisida pembasmi hama tanaman. Pemakaian biopestisida ini diharapkan dapat
mengurangi dampak negatif yang timbul dari pemakaian pestisida kimia. Dengan
berkembangnya bioteknologi, sekarang dapat diperoleh cara yang lebih efektif lagi
untuk membasmi hama. Pada saat ini sudah dikembangkan tanaman transgenik yang
resisten terhadap hama. Tanaman transgenik diperoleh dengan cara rekayasa genetika.
Gen yang mengkode pembentukan protein toksin yang dimiliki oleh B. thuringiensis
dapat diperbanyak dan disisipkan ke dalam sel beberapa tanaman budidaya. Dengan
cara ini, diharapkan tanaman tersebut mampu menghasilkan protein yang bersifat
toksis terhadap serangga sehingga pestisida tidak diperlukan lagi.
E.
Mikroorganisme untuk Penyelesaian Masalah Pencemaran
Dalam perkembangan bioteknologi manusia mulai mengembangkan
penggunaan mikroorganisme untuk membantu melindungi lingkungan dari kerusakan
atau ganguan lingkungan yang serius, seperti kerusakan lingkungan yang diakibatkan
dari penyemprotan areal pertanian dengan menggunakan pestisida. Rekayasa genetika
diharapkan dapat menghasilkan mikroba yang mampu membersihkan lingkungan yang
semakin tercemar oleh limbah beracun. Misalnya terhadap polutan dan limbah beracun.
Banyak polutan beracun seperti senyawa-senyawa sintesis yang baru, dimana
mikroorganisme tidak mampu menghancurkan bahan-bahan kimia ini. Akibatnya
senyawa-senyawa tersebut mengumpul sampai ke tingkat yang membahayakan di
lingkungan. Perekayasa genetika berusaha mempercepat evolusi di laboratotium untuk
mengembangkan bakteri yang dengan cepat dapat menurunkan beberapa bentuk
senyawa beracun. Yang telah diusahakan dan dikembangkan adalah keturunan bakteri
yang menyerang minyak tanah (suatu tumpahan minyak dapat menjadi makanan besar
bagi bakteri ini). Sebagai biofilter, beberapa mikroorganisme mampu mengikat partikel
atau zat tertentu yang menyebabkan pencemaran. Bahan-bahan yang diserap ini
kemudian akan diuraikan oleh mikroorganisme tersebut menjadi bahan-bahan yang
tidak berbahaya bagi lingkungan. Jadi dalam penanganan limbah dengan menggunakan
mikroorganisme biofilter, limbah tersebut akan disaring oleh mikroorganisme jenis ini
dengan cara mengikat zat atau partikel limbah, baru kemudian diuraikan. Contoh
mikroorganismenya adalah Spirulina maxima yang mampu mengikat karbondioksida
dari perairan.
Mikroorganisme juga dapat berperan dalam penanganan masalah pencemaran
dengan cara memecah ikatan kimia bahan pencemar. Setelah ikatan kimia dipecah,
bahan tersebut dapat diuraikan secara alamiah menjadi bahan yang tidak berbahaya
lagi, atau dapat dimanfaatkan oleh mikroorganisme yang lain. Contoh mikroorganisme
ini adalah jamur Chaetomium cellulolyticus yang mampu memecah ikatan kimia
selulosa. Mikroorganisme yang lain dapat secara langsung berfungsi sebagai pengurai
atau dekomposer limbah. Jadi bahan-bahan pencemar langsung diuraikan sehingga
menjadi bagian yang tidak berbahaya lagi. Contohnya adalah Candida lypitica yang
mampu menguraikan limbah minyak bumi.
F.
Mikroorganisme untuk Memisahkan Logam dari Bijinya
Banyak mikroba memiliki pilihan makanan yang aneh, tetapi tidak ada yang
sedemikian aneh seperti organisme berbentuk batang ini. Bacteri tersebut tidak
memperolah energi dari sinar matahari (biasanya, bakteri ini hidup di tempat yang
benar-benar gelap), juga tidak dari bahan organik di sekelilingnya. Sebaliknya,
Thiobacillus ferro oxidans memperoleh energi dari senyawa anorganik, seperti besi
sulfida dan menggunakan energi ini untuk membangun bahan yang diperlukannya
untuk hidup dari karbondioksida dan nitrogen di lingkungannya. Dalam proses ini
bakteri juga membuat asam sulfurat dan besi sulfat yang menjelaskannya mengapa
Thiobacillus ferro oxidans dapat digunakan di dalam operasi pertambangan.
Asam sulfurat dan besi sufat yang dihasilkannya menyerang batuan di
sekelilingnya dan melepaskan (melarutkan) logam mineral, Contohnya, aktivitas
mikroba ini akan mengubah tembaga, sulfida yang tidak larut menjadi tembaga sulfat
yang larut. Pada saat air mangalir melalui batuan tembaga sulfat akan terbawa dan
lambat laun terkumpul sebagai kolam berwarna biru cemerlang. Dengan cara ini
tembaga yang tersebar pada ribuan ton batuan logam berkualitas rendah akan
dikonsentrasikan di dalam kolam mineral tersebut. Logam akan diperoleh kembali
dengan mengalirkan larutan tembaga sulfat melalui potongan besi. Lambat laun,
lapisan tembaga akan tertimbun di atas besi dan ini dapat dipisahkan (dikeruk).
Uranium dilepaskan dari bijihnya dengan proses yang sama. Kira-kira 14 persen dari
tembaga yang diproduksi di Amerika Serikat bergantung kepada bioteknologi ini.
Sekarang mikroba pencuci terutama dipergunakan pada bahan limbah dari
pertambangan dan proses ekstraksi konvensional yang meninggalkan residu logam
dalam jumlah cukup banyak pada batuan yang terbuang tersebut. Timbunan yang
tingginya sampai 370 m (12100 kaki) dan beratnya 4 miliar ton, terbentuk dari bahan
limbah ini.
Air disiramkan ke puncak timbunan ini dan pada saat mengalir ke bawah, air
tersebut akan membawa senyawa logam terlarut yang dibentuk oleh kerja bakteri. Dari
namanya Thiobacillus ferro oxidans berarti bahwa bakteri tiadak pertu ditambahkan ke
dalam timbunan ini. Daerah tempat timbunan biasanya tertutup oleh tanah liat atau
aspal sehingga cairan yang kaya akan logam terkumpul pada kolam di bagian kaki
timbunan dan tidak akan meresap ke dalarn tanah. Dengan menggunakan mikroba,
para penambang masih berhadapan dengan tingginya biaya dalam membawa bilih
logam ke permukaan. Tetapi pengalaman yang diperoleh di pertambangan uranium
Stanrock di Kanada memperlihatkan bahwa biaya tidak selalu diperlukan. Pertambangan
ini dibuka pada tahun 1958, dan bekerja dengan prinsip-prinsip konvensional. Pada
tahun 1962 ditemukan bahwa kolam cairan yang telah terkumpul di bawah tanah
mengandung kira-kira 13.000 kg (29.000 lb) uranium oksida yang telah terlepas dari
batuan. Tidak lama kemudian pertambangan konvensional ini dihentikan dan bacteri
dibiarkan mengerjakan hampir semua pekerjaan tersebut, dan air disiramkan ke atas
batuan untuk membantu proses pencucian alamiah. Penambangan larutan di bawah
tanah ini telah mengurangi sampai seperempat biaya pada saat ini. Teknik serupa
hampir pasti akan dipergunakan pada pertambangan lain terutarna tambang dengan
bijih berkuaIitas rendah. Proses semi industri telah memperlihatkah harapan bahwa
mikroba pencuci dalam memperoleh kobalt, timah dan nikel dan logarn benlai lainnya,
seperti kadmium, galium, air raksa dan antimon, merupakan target masa depan.
G.
Sifat Totipotensi untuk Kultur Jaringan
Kultur jaringan adalah suatu cara memperbanyak tanaman dari sel atau
jaringan tanaman dewasa sehingga diperoleh individu baru yang sempurna. Dasar dari
kultur jaringan adalah suatu sifat yang dimiliki tumbuhan yang disebut totipotensi. Sifat
totipotensi adalah kemampuan sel yang apabila diletakkan dalam lingkungan yang
sesuai dapat tumbuh menjadi individu baru yang sempurna. Untuk itu diperlukan
medium yang tepat untuk pertumbuhan sel, yaitu medium yang mengandung nutrisi
dan hormon tumbuh. Selain kondisi steril, kedua hal tersebut adalah kunci pokok bagi
keberhasilan kultur jaringan. Totipotensi
Haberlandt, seorang ahli fisiologi Jerman.
Kemudian oleh F.C. Steward berhasil
dibuktikan totipotensi dari satu sel
wortel yang dikultur pada medium
tertentu dan menghasilkan tanaman
wortel yang utuh dan lengkap.
Penggunaan kultur jaringan mempunyai
berbagai keuntungan antara lain :
Diperoleh propagasi klonal,
artinya didapatkan turunan secara
genetik
yang
identik
dengan
induknya atau seragam dalam jumlah
besar.
pertama
kali
dikemukakan
oleh
G.
Gambar. Kultur jaringan
-
-
-
Dapat digunakan sebagai
pemuliaan tanaman, seperti seleksi,
kultur anther atau polen, kultur
protoplas, dan fusi protoplas.
Diperoleh tumbuhan yang bebas dari
virus, karena digunakan eksplan yang
benar-benar bebas virus.
Metabolisme sekunder, yaitu sifat
totipotensi tidak terbatas pada struktur,
tetapi
menyangkut
kemampuan
mensintesis bahan kimia alami.
Untuk pelestarian plasma nutfah.
H.
Rekayasa Genetika
Rekayasa
genetika
merupakan
tindakan untuk memanfaatkan gen atau DNA
dari suatu orgnisme untuk keperluan
manusia. Hal ini dapat dilakukan antara lain
dengan persilangan, radiasi. Pencangkokan
atau transplantasi gen atau kultur jaringan.
Dalam
pencangkokan
gen
biasa
menggunakan bakteri atau virus.
Gambar. Transplantasi gen pada
wortel
1.
Transfer gen (transplantasi gen)
Transfer gen dikenal pula pencangkokan gen. Dengan memanfaatkan teknologi
mutakhir, para ahli telah berhasil menemukan kedudukan gen di dalam kromosom.
Bahkan dengan perantaran mikroorganisme bersel satu mereka mampu
memindahkan gen dari suatu species ke kromosom lainnya. Penerapan teknik ini
banyak memberikan manfaat yang dapat digunakan untuk menyembuhkan
penyakit yang diturunkan untuk menghasilkan berbagai macam tanaman panen
yang lebih. Pada organisme tingkat tinggi, seperti tanaman dan hewan, gen yang
dicangkok terlebih dahulu harus disambung ke dalam alat mengangkut, yaitu vektor
seperti virus dan plasmid. Suatu vektor harus mampu memasuki suatu sel yang
selanjutnya menjadi bagian dari genom sel sehingga mentaati kontrol sel secara
normal pada transkripsi dan replikasi DNA. Tentu saja sangat penting bahwa setiap
gen tambahan di mana vektor bisa membawa masuk ke dalam sel harus tidak
berbahaya bagi sel. Pada masa sekarang, secara rutin gen-gen dicangkokan ke
dalam sel-sel di kultur laboratorium.
Manfaat dari pencangkokan gen tidak dapat diragukan lagi dalam bidang pertanian,
terutama untuk memperoleh gen-gen tanaman yang dapat bertahan dan melawan
sebagian besar penyakit atau hama dan tumbuhan pembunuh (rumput liar). Para
peneliti tanaman pangan telah bekerja keras untuk mentransplantasikan gen-gen
pengikat nitrogen dan menghasilkan tumbuhan polongan yang mampu mengikat
nitrogen sendiri tanpa bersimbiosis dengan bacteri pengikat nitrogen.
Dengan demikian tumbuhan hasil rekayasa
genetika tersebut dapat tumbuh baik pada
lahan yang miskin akan nitrogen. Bila kita
mencangkokan gen-gen yang relevan ke dalam
tanaman pangan lain dan mengaturnya dengan
bacteri tersebut, maka kita tidak perlu
menggunakan pupuk nitrogen. Dalam tahun
1987, percobaan pertama terhadap tanaman
yang mengandung gen-gen pestisida dilakukan
dengan menggunakan tanaman tembakau.
Gen-gen pestisida berasal dari bacteri Bacillus
thuringiensis. Bacteri ini menghasilkan suatu
toksin yang membunuh larva hewan ngengat,
tetapi tidak berbahaya (beracun) terhadap
insekta lain, mamalia atau burung.
2.
Transplantasi nukleus pada hewan
Transplantasi nukleus dilakukan dengan
dipindahkannya sebuah telur dan diganti
dengan nukleus dari suatau sel yang
berdiferensiasi. Bila nukleus dari sebuah sel di
dalam usus seekor berudu (kecebong)
dicangkokan ke dalam sebuah telur katak,
maka zigot artifisial begitu terbentuk
berkembang secara normal menjadi seekor
katak dewasa secara seksual. Transplantasi
nukleus memasukan semua gen dari nukleus
yang ditransplantasikan ke dalam setiap sel
yang menghasilkan embrio, termasuk “germ
cells”, yaitu sel-sel yang menumbuhkan telur
dan sperma. Gen-gen yang ditransplantasikan
ini akan diteruskan pada generasi selanjutnya.
Gambar.
Percobaan
transplantasi nukleus
I.
Bioteknologi dalam Bidang Kedokteran
Berkembangnya bioteknologi juga bermanfaat dalam bidang kedokteran, di
antaranya dihasilkan insulin dari rekayasa genetika. Insulin sangat penting terutama
bagi penderita penyakit diabetes melitus atau kencing manis yang sudah parah. Dari
manfaat yang diperoleh, dapat di katakan bioteknologi membuka cakrawala baru dalam
dunia medis. Aplikasi bioteknologi modern dalam dunia medis, misal dalam pembuatan
antibodi, terapi penyakit genetika, pembuatan antibiotik dan penemuan vaksin baru.
1.
Pembuatan antibodi
Benda asing yang masuk ke dalam tubuh kita disebut antigen, sementara itu tubuh
kita akan beraksi terhadap masuknya benda asing tersebut dengan cara
membentuk antibodi untuk pertahanan diri.
Gambar. Produksi anti monoklonal dan poliklonal
Gambar. Terapi
genetika
Berbagai antigen yang terdapat dalam tubuh kita akan merangsang timbulnya
antibodi yang bermacam-macam pula, disebut antibodi pioliklonal. Bioteknologi
dapat digunakan untuk mengatasi kekurangan pembuatan antibodi poliklonal,
artinya dimungkinkan diperoleh suatu antibodi yang spesifik, lebih murni dan dapat
diproduksi dalam jumlah lebih besar. Antibodi yang spesifik ini dinamakan antibodi
monoklonal. George Kohler dan Cesar Milstein tahun 1975 berhasil membuat
antibodi murni yang dihasilkan oleh sekelompok sel yang identik, yaitu dengan
menggabungkan dua tipe sel (sel yang mampu menghasilkan antibodi dan sel
kanker/ sel meiloma) dari tubuh mencit. Dari penggabungan sel-sel tersebut dapat
diperoleh sesuatu sel yang mampu terus-menerus membelah dan tumbuh, yang
akan menghasilkan sel hibridoma (bastar) yang membawa sifat dri kedua sel asal.
Sifat gabungan yang dihasilkan adalah sel antibodi dan mampu menghasilkan
antibodi dan mampu hidup dalam jangka waktu lama. Dengan cara ini dapat
dihasilkan antibodi yang spesifik dalam jumlah yang besar.
2.
Terapi genetika
Biasanya penderita penyakit genetik akan kehilangan salah satu komponen gen
dalam tubuhnya, sehingga mengakibatkan produk gen akan mengalami gangguan.
Contoh penyakit genetik dan bersifat menurun yang tidak dapat diobati di
antaranya thalasemmia, buta warna, hemofilia dan lain-lain. Dengan kemajuan
bioteknologi beberapa penyakit keturunan ini dapat dicari pemecahan
penyembuhannya. Sel penderita dimasukan DNA dari gen yang diinginkan untuk
terapi, selanjutnya sel ini akan dibiarkan dalam medium kultur jaringan. Setelah
diperoleh jumlah sel yang cukup, sel dimasukan lagi ke dalam tubuh penderita.
Diharapkan kekurangan komponen gen dapat di atasi setelah ke dalam tubuh
dimasukan sel yang membawa gen yang diperlukan.