BIOTEKNOLOGI ~ MATERI DAN SOAL IPA UNTUK SMA

Bioteknologi adalah pemanfaatan prinsip-prinsip ilmiah dengan menggunakan makhluk hidup untuk menghasilkan produk barang atau jasa guna kepentingan manusia. Ilmu yang digunakan untuk mendukung bioteknologi adalah mikrobiologi, biokimia, biologi molekuler, genetika dan fisika serta ilmu lain termasuk ekonomi. Biasanya dalam bioteknologi digunakan mikroorganisme atau bagian-bagiannya untuk meningkatkan nilai tambah suatu bahan.

Bioteknologi tradisional adalah bioteknologi yang memanfaatkan mikroorganisme untuk memproduksi alkohol, asam asetat , gula atau bahan makanan seperti kecap dan tuak. Masyarakat kita telah mengnal bioteknologi tradisional misalnya dalam membuat tempe, tape dan tuak.
Bioteknologi modern memanfaatkan prinsip-prinsip ilmiah untuk memperoleh produk dan jasa. Berbagai mikroorganisme dimanfaatkan sebagai bahan makanan, pengubah bahan makanan, penghasil obat, pembasmi hama tanaman, pengendali pencemaran dan penghasil garam.

Aplikasi Bioteknologi pada Pengubahan dan Peningkatan Nilai Tambah Bahan Makanan
Tempe merupakan contoh produk hasil bioteknologi teknologi tradisional dari suatu bahan pangan jenis lain. Kini proses pembuatan secara tradisional itu ada yang dilakukan secara ilmiah dengan menggunakan teknologi maju sehingga memiliki produk-produk yang berkualitas misalnya produk yoghurt, bir, anggur, keju, roti dan nata de coco.

Spirulina sp

Penggunaan mikriorganisme sebagai bahan makanan sudah dikenal sejak awal abad ke-16. Protein sel tunggal (PST, adalah bahan makanan berkadar protein tinggi yang berasal dari mikroba. Istilah protein sel tunggal digunakan untuk membedakan bahwa protein ini berasal dari organisme bersel tunggal atau banyak. Contoh PST adalah : Spirulina (alga biru), Fusarium (jamur) dll.

Bioteknologi pada Bidang Pertanian
Unsur N merupakan penyusun utama dari udara dalam bentuk gas N2, dengan kandungan kira-kira 79%. Sayangnya tumbuhan tidak mengambilnya dalam bentuk ion NO3 maupun NH4. Untuk membentuk senyawa yang mengandung ionNO3 maupun NH4 dibutuhkan mikroorganisme penambat nitrogen.
Salah satu sarsaran pengembangan bioteknologi adalah meningkatkan kemampuan bakteri dalam menambat nitorgen dengan cara memasukkan gen yang mengontrol kemampuan menambat nitrgen dengan teknik rekombinasi ge.; kedua, mengupayakan agar bakteri penambat nitrogen dapat hidup di dalam akar tanaman selain kacang.

Bioteknologi Pada Pengendalian Hama Tanaman

Insektisida biologis

Pengendalian hama dan penyakit pada tanaman budidaya, dengan menggunakan pestisida sintetis, banyak menimbulkan dampak negatif. misalnya menimbulkan resistensi pada hama target, membunuh organisme non target dan tidak ramah pada lingkungan.
Mikroorganisme di alam dapat dijadikan sebagai agen pengendalia Hayati, yaitu pengendalian hama dengan menggunakan musuh alami. Misalnya pengendalian hama serangga pada tanaman pertanian dan menggunakan bakteri patogen serangga, yaitu Bacillus thuringiensin (Bt ).
Bakteri BT dapat ditemukan ditanan dan tanaman. Bacillus thuringiensis merupakan bakteri yang dikembangkan menjadi insektisida 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 atau kubis, brokoli dan kentang.

Bioteknologi pada bidang Farmasi.
Berikut ini adalah produk-produk yang menghasilkan mikroba yang berhubungan dengan dunia farmasi :
a. Antibiotik
Antibiotik merupakan senyawa yang dihasilkan oleh suatu mikroorganisme untuk menghambat pertumbuhan mikroorganisme lain. Banyak ditemukan mikroorganisme yang mengandung substansi dengan aktivitas antibiotik. Namun beberapa diantanyan terlalu mahal, untuk produksi komersiil atau mempunyai efek samping yang berbahaya. Antibiotik dibagi menjadi empat kelompok yaitu : penisiln, tetrasiklin, eritromisin dan sefalospurin.
b. Hormon
Pada tahun 1949, penderita arthritis berhasil disembuhkan setelah diobati dengan horon steroid kortison. Sejak itu jenis steroid ini digunakan untuk mengobati berbagai macam penyakit seperti reumatik, leukemia, anemia, hemafotik dan beberapa penyakit lain.
Pada tahun 1952 ditemukan jenis kapang/jamur Rhizopus arrhizus yang dapat mengubah steroid yang berasal dari hewan ataupun tumbuhan menjadi kortison. Jenis-jenis Aspergillus ternyata juga dapat mengubah progresteron (steroid yang berasal dari hewan) menjadi senyawa kortison.
c. Vitamin dan Asam amino
Vitamin dan asam amino dibutuhkan tubuh untuk melangsungkan metabolisme secara normal. Biasanya manusia mendapatkan dari bahan makanan yang masuk ke dalam tubuhnya. Beberapa jenis mikroba dapat menghasilkan vitamin dan asam amino tertentu. Dengan mengkultur dan memelihara mikroba tertentu kemudian mengekstraknya. Salah satu contohnya : Pseudomonas sp dan Propionibacterium sp adalah penghasi vitamin B12.
d. Antibodi Monoklonal
Antibodi adalah protein yang dihasilkan oleh sel limfosit B atau sel T guna melawan antigen yang dimasukkan ke dalam tubuh. Secara alami tubuh mampu memproduksi antibodi. Antibodi tertentu hanya mampu melawan antigen tertentu pula. Antibodi yang dibentuk oleh klon sel limfosit sebagai antibodi poliklonal.

Sel limfosit B dari hewan mampu menghasilan antibodi. Dalam gambar diatas nampak tikus difusikan dengan mieloma. Selanjutnya hibridoma dikembangbiakkan/kloning, diseleksi untk memperoleh satu hibridoma penghasil antibodi yang sesuai. satu hibridoma tersebut dikulturkan agar diperoleh antibodi untuk manusia.
Karena antibodi yang dihasikan berasal dari pengklonan satu sel hibridoma, maka disebut sebagai antibodi monoklonal.

Bioteknologi pada Dunia Pertambangan.
Mikroorganisme berperan dalam usaha mendapatkan logam dari bijih logam. Peranan mikroorganisma di dalam proses ekstraksi logam dari bijihnya akan menjadi semakin penting karena alasan-alasan berikut :
- Deposit-deposit mineral yang lenih kaya sudah banyak berkurang. Kini, bijih bermutu rendah banyak diolah dan membutuhkan pengembangan teknik-teknik yang dapat mengekstraksi logam dengan lebih sempurna.
- Metode pengolahan bijih secara tradisional yaitu dengan peleburan, merupakan penyebab utama polusi udara dan kini banyak ditemtang oleh kelompok pecinta lingkungan.
Mikroorganisma mampu memperbaiki kedua keadaan ini. Misalnya beberapa bakteri aerobik sutotrofik, Thiobacillus oxidans dan Thiobacillus ferrooxidans bila ditumbuhkan dalam lingkungan yang mengandung bijih tembaga akan menghasilakn asam dan mengoksidasi bijih tersebut disertai pemisahan logam tembaganya. Proses ini disebut pencucian mikrobial (mikrobial leaching)

Pengolahan Limbah dengan Mikroorganisme
Mikroorganisme membantu pengolahan berbagai jenis limbah, terutama dalam penguraian limbah organik. Limbah organik berasal dari rumah tangga, pasar atau industri sering dibuang langsung ke sungai atau timbulnya limbah cair. Tujuan utama pengolahan limbah cair dengan mikroorganisme adalah untuk mengurangi kandungan BOD dan bahan tersuspensi. Pengolahan limbah cair dibutuhkan untuk menghilangkan pupuk yang masuk dalam saluran air bahan kimia beracun, dan padatan terlarut. Contoh mikroorganisme yang dapat digunakan untuk pengolahan limbah adalah : Methanobacillus, Pseudomonas, Paecilomyces dll

Kultur Jaringan.

Melakukan kultur jaringan hanya memerlukan beberapa milimeter pucuk tumbuhan yang mengandung jaringan muda atau jaringan lain yang bersifat meristematik. Bagian tumbuhan yang akan dikultur itu disebut eksplan. Eksplan ini mula-mula dicuci dengan alkohol 70% agar steril, kemudian dimasukkan ke dalam medium dan dihindarkan dari kontaminasi mikroorganisme. Eksplan tadi sel-selnya akan berkembang biak, membentuk gumpalan sel yang belum terdiferensiasi yang disebut kalus. Jika beberapa sel dalam kalus diambil kemudian dikultur, maka sel-sel tersebut akan membelah diri membentuk jutaan kalus yang baru.

Rekayasa Genetika.
Rekayasa atau manipulasi genetika adlah suatu upaya untuk memanipulasi sifat makhluk hidup untuk menghasilkan makhluk dengan sifat yang diinginkan. Memanipulasi sifat genetik ini dilakukan untk menambah atau mengurangi DNA. Menggabungkan dua DNA dari sumber yang berbeda dikenal dengan rekombinasi DNA. DNA hasil rekombinasi dikenal sebagai DNA rekombinan.
Tahapan dasar rekayasa genetika dimulai ketika para pakar menemukan bahan-bahan kimia tertentu yang disebut enzim restriksi endonuklease mampu berfungsi sebagai gunting molekuler, yaitu dapat mengenal kemudian memotong secara kimiawi tempat-tempat khusus di sepanjang sebuah molekul DNA.
penemuan yang lainadalah bahwa suatu enzim yang disebut ligase, dapat menggabungkan potongan DNA yang digunting dari suatu gen dengan potongan DNA gen lain dari makhluk yang tidak berkaitan.

Kloning

kloning adalah membuat klon sel atau individu melalui pembiakan aseksual. Kloning pada hewan dihasilkan melalui sebuah prosedur yang dinamakan transplantasi inti sel. Transplantasi inti sel melibatkan proses penggantian inti sel pada sel telur dengan inti sel yang berasal dari sel somatik dewasa. Sel telur akhirnya akan membelah membentuk blastosit. Blastosit kemudian dimanfaatkan sesuai dengan kebutuhan antara lain dikembangkan dalam uterus sehingga dilahirkan klon.

MATERI YANG BERKAITAN :