Biologi_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 sehari-hari. 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 obat-obatan antibiotika dan anti parasit. Dalam perkembangannya sekarang ini proses-proses 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 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.

2.       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. 

B.       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 bertahun-tahun 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 Monascus purpureus Agaricus bisporus Lentinus edodes Volvariella volvacea Ragi Saccharomyces cerevisea Endomyopsis sp. Aspergillus wentii Rhizopus oligosporus Rhizopus oryzae Mucor sp Neurospora sitophila Penicillium sp. Thiobacillus sp. Aspergillus niger Jamur, bakteri, Actinomycetes Bakteri, jamur, protozoa Leuconostoc citrovarum Saccharomyces kefir Lactobacillus casei Aspergillus oryzae	Air kelapa Nasi merah Jerami, serbuk kayu, kertas bekas.      idem      idem Beras ketan, singkong      idem      idem Kedelai      idem      idem      idem Ampas kacang tanah Susu Bijih logam mutu rendah Gula, tebu, molase Bahan organik campuran Komponen limbah Susu Susu Susu Kedelai	Nata de coco Angkak Produksi jamur Produksi jamur Produksi jamur Fermentasi Fermetasi Fermentasi Kecap Tempe Tempe Tempe Oncom Keju Pencucian logam Asam organik Pengkomposan Perlakuan limbah Mentega Kefir Yakult Tauco

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 Vaksin BCG Vaksin rabies Vaksin DPT Vaksin polio	Hepatitis B BCG (Baccillus Calmette Guirin Anjing gila Dipteri, pertusis, tetanus 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 bahan-bahan 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 satu-satunya 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).

Gambar.  Vaksin yang direkayasa

Tabel senyawa yang diproduksi oleh mikroba yang direkayasa

No	N  a  m  a	F  u  n  g  s  i
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10	Interferon Interleukin 2 (dulu di kenal sebagai faktor pertumbuhan T-sel. Insulin Hormon pertumbuhan Aktivator plasminogen Faktor nekrosis tumor Eritropoietik Beta endorfins Enzim Vaksin protein	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. Mengontrol gejala-gejala sakit gula atau diabetes melitus. Melawan kekredilan akibat ketidaknormalan kelenjar putiari (kelenjar endokrin di bawah otak) ; juga meningkatkan penyembuhan. Melarutkan pembekuan darah, mengurangi kemungkinan “stroke” dan serangan jantung. Menyerang dan membunuh tumor (penyembuhan kanker). Memacu produksi sel darah merah dan dengan demikian dapat digunakan untuk melawan anemia. Mengurangi rasa sakit (nyeri). Merupakan morfin alami dalam  tubuh. Melakukan berbagai macam pelayanan, dari 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.

D.       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 pertama kali dikemukakan oleh G. 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.

     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.      

by. Teddy