Bioteknologi merupakan penerapan berbagai bidang ilmu, yaitu prinsip-prinsip biologi, biokimia, ilmu rekayasa, serta ilmu lainnya dalam pengolahan bahan dengan memanfaatkan makhluk hidup dan komponen-komponennya untuk menghasilkan barang dan jasa yang dapat meningkatkan kesejahteraan manusia (Tim Kemdikbud, 2017, hlm. 87).
Istilah Bioteknologi berasal dari kata “bio” yang artinya makhluk hidup, dan “teknologi” yang bermakna penerapan ilmu pengetahuan untuk membuat suatu cara atau alat untuk memudahkan manusia dalam memecahkan masalah atau membuat produk yang bermanfaat.
Sehingga dapat dikatakan pula bahwa pengertian bioteknologi adalah penggunaan organisme atau bagian dari organisme untuk membuat suatu produk atau jasa yang dapat membantu kehidupan manusia.
Contoh sederhananya adalah bagaimana kita dapat menggunakan bioteknologi untuk membuat makanan yang lezat, lebih kaya akan nutrisi dan mudah dicerna seperti tempe. Tempe adalah bahan makanan yang dibuat dari fermentasi kedelai dengan bantuan organisme jamur yang terdapat pada ragi.
Lalu produk apa lagi yang dapat dihasilkan oleh bioteknologi? Apakah pemanfaatannya hanya sebatas untuk mengolah bahan makanan saja? Simak pemaparan lengkap bioteknologi pada bacaan ini.
Perkembangan Bioteknologi
Bioteknologi mulai berkembang pesat sejak tahun 1857, setelah Louis Pasteur menemukan hasil fermentasi yang dilakukan oleh mikroorganisme. Pada tahun 1920, proses fermentasi yang melibatkan mikroorganisme sudah banyak digunakan untuk membuat larutan kimia, seperti pembuatan alkohol. Namun pada masa lalu perkembangan bioteknologi masih terbatas pada cara biasa atau konvensional.
Perkembangan bioteknologi terus meningkat sejalan dengan peningkatan kebutuhan pangan masyarakat. Pesatnya perkembangan bioteknologi modern didukung oleh pesatnya perkembangan ilmu pengetahuan yang melibatkan prinsip biokimia, biologi molekuler, dan rekayasa genetika.
Dengan demikian, bioteknologi dapat dikelompokkan menjadi dua, yakni bioteknologi konvensional dan bioteknologi modern.
Bioteknologi Konvensional
Apa itu Bioteknologi konvensional adalah bioteknologi yang menggunakan mikroorganisme secara langsung sebagai alat untuk menghasilkan produk dan jasa, misalnya jamur dan bakteri yang menghasilkan enzim-enzim tertentu untuk melakukan metabolisme tubuh sehingga diperoleh produk yang diinginkan.
Contoh produk bioteknologi konvensional adalah:
- tempe,
- tapai,
- yoghurt,
- keju, dan
- kecap.
Bioteknologi Modern
Bioteknologi modern adalah produksi pangan yang dilakukan dengan menerapkan teknik rekayasa genetika, yakni kegiatan manipulasi gen untuk mendapatkan produk baru dengan cara memanipulasi materi genetik, baik dengan cara menambah atau menghilangkan gen tertentu. Contoh bioteknologi modern adalah:
- transgenik,
- cloning,
- hibridoma,
- bayi tabung, dan
- fusi sel.
Perbedaan Bioteknologi Konvensional dan Modern
Melalui penjabaran di atas dapat disimpulkan bahwa perbedaan utama bioteknologi konvensional dan modern adalah Bioteknologi konvensional dilakukan dengan prosedur sederhana serta biaya yang relatif ringan dan menggunakan mikroorganisme secara langsung, seperti bagaimana mikroorganisme dalam ragi akan mengolah kacang kedelai menjadi tempe, tahu, dan tapai.
Sementara itu, bioteknologi modern dilakukan menggunakan prosedur rumit dan membutuhkan biaya yang lebih tinggi dan melakukan manipulasi gen terhadap organisme yang akan dihasilkan. Contoh bioteknologi modern di antaranya seperti:
- trangenik sapi yang menghasilkan susu lebih banyak,
- kultur jaringan pada tebu, anggrek, dan pisang (tanpa benih/tanam konvensional),
- hingga ke teknologi kloning hewan atau duplikasi dna yang sama persis.
Penerapan Bioteknologi dalam Kehidupan
Bioteknologi banyak dimanfaatkan dalam berbagai bidang di antaranya dalam bidang pangan, pertanian, peternakan, kesehatan, lingkungan, dan forensik (Tim Kemdikbud, 2017, hlm. 55).
Bioteknologi Pangan
Bioteknologi pangan adalah bioteknologi yang digunakan untuk menghasilkan produk makanan dengan memanfaatkan mikroorganisme. Contoh produk bioteknologi pangan yaitu tapai, yoghurt, keju, tempe, kecap, roti, dan minuman beralkohol. Berikut adalah penjelasan masing-masing contoh.
Tapai
Tapai dibuat dengan memanfaatkan mikroorganisme yang ada dalam ragi tapai. Pada pembuatan tapai terlibat kerja sama sinergis antara berbagai mikroorganisme, yaitu Saccharomyces cerevisiae, jamur Aspergillus sp., dan bakteri Acetobacter aceti.
Selama pembuatan tapai terjadi pemecahan (hidrolisis) amilum atau pati menjadi glukosa. Proses ini dibantu oleh jamur Aspergillus sp. Proses inilah yang membuat tapai berasa manis. Glukosa yang dihasilkan dari proses tersebut difermentasi menjadi alkohol oleh khamir Saccharomyces cerevisiae. Proses ini menyebabkan tapai memiliki aroma yang khas.
Rasa masam pada tapai disebabkan adanya kandungan asam cuka (asam asetat). Asam cuka dihasilkan dari proses fermentasi alkohol oleh bakteri Acetobater aceti secara aerob (dalam keadaan terdapat oksigen). Fermentasi ini terjadi ketika pembungkus tapai terbuka. Untuk menghindari rasa masam tersebut, maka pembungkus harus ditutup rapat.
Yoghurt
Yoghurt adalah makanan yang dihasilkan dari fermentasi susu dengan bantuan bakteri Lactobacillus casei, Streptococcus thermophillus, Lactobacillus bulgaricus, dan Bifidobacteria. Makan atau minuman ini kaya akan protein, kalsium, vitamin A, B, C, E, dan vitamin K. Mengonsumsi yoghurt secara teratur memiliki banyak manfaat untuk kesehatan, di antaranya:
- meremajakan kulit,
- membantu proses pencernaan,
- menjaga jantung tetap sehat,
- mencegah hipertensi,
- mengurangi risiko osteoporosis,
- mengatasi jerawat, dan
- mengurangi kolesterol.
Keju
Keju merupakan makanan yang dihasilkan dari proses koagulasi atau pengentalan protein kasein susu dengan bantuan rennet dan bakteri asam laktat seperti Lactococcus sp., Lactobacillus bulgaricus, dan Streptococcus thermophillus.
Rennet adalah kompleks enzim yang dihasilkan di dalam perut hewan ruminansia (hewan memamah biak) yang komponen penyusun utamanya adalah enzim renin atau enzim chymosin. Enzim inilah yang berperan penting dalam pemisahan dan pengentalan protein kasein dalam susu, sehingga terbentuk bagian padat yang disebut dengan dadih (curd) dan bagian yang cair disebut dengan air dadih (whey).
Dadih tersebutlah yang akan diproses lebih lanjut melalui proses pematangan dan pengemasan sehingga terbentuk olahan makanan yang dikenal dengan keju.
Tempe
Proses pembuatan tempe melibatkan proses fermentasi yang dilakukan oleh jamur Rhizopus oryzae dan Rhizopus oligosporus. Fermentasi dilakukan dengan menumbuhkan jamur Rhizopus oryzae dan Rhizopus oligosporus pada biji kedelai.
Pada proses pertumbuhannya, jamur akan menghasilkan benang-benang yang disebut dengan hifa. Benang-benang itu mengakibatkan biji-bijian kedelai saling terikat dan membentuk struktur yang kompak.
Kecap
Kecap merupakan salah satu produk hasil bioteknologi yang terbuat dari kacang kedelai. Proses pembuatan kecap melibatkan proses hidrolisis dan fermentasi dengan menggunakan jamur Aspergillus oryzae, Aspergillus sojae, dan Aspergillus wentii.
Pada tahap awal pembuatan kecap, kedelai dicuci hingga bersih, kemudian direbus hingga matang. Selanjutnya, kedelai yang telah direbus ditaburi dengan kultur jamur Kemudian, dicampur air garam dalam jumlah tertentu.
Setelah beberapa waktu, jamur akan berkembang, menghasilkan enzim yang mampu menghidrolisis amilum menjadi gula sederhana dan menghidrolisis protein menjadi asam amino. Gula sederhana dan asam amino akan mengalami reaksi membentuk ikatan amino-glikosida sehingga menghasilkan warna cokelat gelap.
Dari proses tersebut, akan terbentuk campuran butiran biji kedelai dan cairan kental berwarna cokelat gelap. Selanjutnya, campuran ini disaring untuk memisahkan cairan dengan butiran biji kedelai. Cairan cokelat gelap tersebut selanjutnya dipanaskan untuk mematikan jamur maupun bakteri. Cairan inilah yang disebut dengan kecap.
Roti
Roti adalah makanan yang terbuat dari bahan dasar utama tepung terigu dan air. Pembuatan roti dan donat memanfaatkan peristiwa fermentasi yang dibantu oleh Saccharomyces cerevisiae. Fermentasi yang dilakukan oleh Saccharomyces cerevisiae menghasilkan banyak gas karbon dioksida dan sedikit alkohol.
Gas karbon dioksida akan membuat adonan roti mengembang, sedangkan alkohol akan menghasilkan aroma khas pada adonan roti. Gas karbon dioksida yang terperangkap dalam adonan akan memuai saat adonan dimasukkan ke oven, sehingga membuat roti semakin mengembang, dan meninggalkan rongga dalam roti.
Minuman Beralkohol
Bioteknologi juga banyak dimanfaatkan dalam pembuatan minuman beralkohol, misalnya bir dan wine. Pembuatan minuman beralkohol melibatkan proses fermentasi yang dilakukan oleh Saccharomyces. Jenis Saccharomyces dan jenis bahan baku yang berbeda mampu menghasilkan aroma dan rasa yang khas pada jenis-jenis minuman beralkohol. Lama proses fermentasi memengaruhi jumlah alkohol yang dihasilkan, semakin lama, semakin tinggi kadarnya.
Bioteknologi Pertanian
Bioteknologi pertanian adalah bioteknologi yang dimanfaatkan untuk membantu dan meningkatkan produksi pertanian meningkat baik dalam segi kualitas maupun kuantitas (jumlah). Peningkatan jumlah penduduk menjadi salah satu pemicu sehingga industri pertanian tidak dapat dilakukan secara konvensional lagi.
Selain itu, Penerapan bioteknologi modern dalam pertanian berpotensi meningkatkan produksi tanaman budi daya dan mengurangi pemakaian bahan kimia berbahaya seperti pestisida. Bioteknologi modern dalam pertanian dilakukan dengan menerapkan teknik rekayasa genetika.
Melalui rekayasa genetika kita dapat menciptakan bibit unggul yang akan memberikan produk bermutu tinggi, misalnya tahan terhadap hama atau mampu menambah nilai gizi, seperti dikembangkannya golden rice yang mengandung vitamin A.
Menurut Tim Kemdikbud (2017, hlm. 68) Teknik rekayasa genetika dilakukan melalui beberapa tahapan berikut.
- Menyiapkan potongan DNA yang mengandung gen tertentu, misalnya gen “tahan serangan hama” dari makhluk hidup lain. Pemotongan DNA dibantu oleh enzim restriksi (enzim pemotong).
- Menyiapkan vektor (perantara) misalnya menggunakan plasmid Ti yang diambil dari bakteri Agrobacterium tumefaciens atau menggunakan virus tertentu. Plasmid adalah suatu DNA dalam bakteri yang berbentuk sirkuler dan mampu melakukan duplikasi secara mandiri. Secara alami plasmid dapat ditransfer ke dalam sel lain dengan membawa gen tertentu.
- Menggabung (merekombinasi) potongan DNA yang mengandung gen tertentu dengan plasmid Ti menggunakan enzim ligase, sehingga dihasilkan plasmid Ti yang telah mengandung gen “tahan serangan hama”.
- Memasukkan plasmid Ti yang telah mengandung gen “tahan serangan hama” pada sel-sel tanaman.
- Tanaman akan mendapatkan DNA yang mengandung gen “tahan serangan hama” dan tumbuh menjadi tanaman yang memiliki sifat tahan terhadap serangan hama.
Contoh Bioteknologi Pertanian
Beberapa contoh penerapan bioteknologi pada bidang pertanian adalah sebagai berikut.
- Golden Rice (nasi yang kaya akan vitamin zat besi dan vitamin A)
- Padi Transgenik (menghasilkan lebih banyak beras)
- Tanaman Tahan Hama
- Kapas Anti Serangga
- Bunga Antilayu
- Buah Tahan Busuk
Bioteknologi Peternakan
Bioteknologi juga banyak diterapkan dalam bidang peternakan, yaitu dengan dikembangkannya hewan transgenik melalui teknik rekayasa genetika. Mulanya kegiatan rekayasa genetik hanya dilakukan pada pengembangan hewan ternak sehingga tahan terhadap penyakit, dan memiliki pertumbuhan yang cepat.
Kemudian di bidang peternakan Bioteknologi juga dapat meningkatkan kuantitas produksi susu pada sapi perah. Peningkatan produksi susu dilakukan dengan cara memproduksi hormon bovine somatotropin (BST).
Bioteknologi Kesehatan
Bioteknologi banyak diaplikasikan dalam bidang kesehatan atau bidang medis, misalnya pembuatan antibiotik, vaksin, hormon insulin sintetis, dan antibodi monoklonal.
Antibiotik
Perkembangan bioteknologi dalam bidang kesehatan dimulai dengan penemuan antibiotik penisilin oleh Alexander Fleming tahun 1928. Antibiotik adalah senyawa yang dapat menghambat pertumbuhan mikroorganisme lain, khususnya bakteri.
Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan, saat ini ilmuwan telah berhasil menemukan berbagai jenis antibiotik yang diperoleh dari berbagai jenis mikroorganisme.
Insulin Sintetis (Humulin)
Insulin adalah hormon peptida yang mengatur metabolisme karbohidrat, lemak dan protein dengan meningkatkan penyerapan glukosa dari darah ke sel-sel hati, lemak dan otot rangka. Hal ini sangat penting bagi manusia.
Jika seseorang mengidap penyakit diabetes melitus tipe I ia tidak dapat menghasilkan hormon insulin, yang disebabkan rusaknya sel-sel pankreas. Oleh karena itu ia akan memiliki kadar gula dalam darah yang tinggi dan membahayakan nyawa pengidapnya.
Melalui bioteknologi, ilmuwan telah dapat memproduksi hormon insulin sintetis seperti hormon insulin yang dihasilkan oleh pankreas manusia. Untuk menghasilkan hormon insulin, DNA yang mengode hormon insulin dalam sel pankreas diambil. Selanjutnya DNA tersebut direkombinasikan ke dalam vektor (perantara), misalnya plasmid.
Plasmid yang telah mengandung DNA pengode hormon insulin dimasukkan ke dalam sel bakteri E. coli, sehingga bakteri E. coli mengandung DNA pengode hormon insulin. Dengan memiliki DNA tersebut, bakteri mampu menghasilkan hormon insulin. Selanjutnya, hormon insulin yang dihasilkan dimurnikan dan dikemas untuk diberikan pada pasien.
Vaksin
Vaksin digunakan untuk melakukan vaksinasi, yakni suatu proses peningkatan sistem kekebalan tubuh. Caranya adalah dengan cara memasukkan vaksin ke dalam tubuh seseorang, sehingga memiliki kekebalan terhadap penyakit tertentu yang disebabkan oleh virus atau bakteri.
Vaksin dapat berupa bakteri dan virus yang telah dilemahkan atau merupakan bagian kecil dari tubuh bakteri atau virus. Bakteri dan virus memiliki protein khusus pada permukaan tubuh luarnya. Jika protein ini dimasukkan ke dalam tubuh manusia, maka sel darah putih (limfosit B) akan mengenali protein tersebut dan membelah menjadi sel plasma dan sel memori.
Setelah dikenali, sel plasma akan menghasilkan antibodi dan melepaskannya ke dalam cairan tubuh. Sel memori akan tetap mengikat antibodi untuk digunakan ketika ada bakteri atau virus yang sebenarnya masuk ke dalam tubuh, sehingga tubuh dapat dengan segera menangkal bakteri atau virus tersebut.
Bioteknologi Lingkungan
Bioteknologi juga banyak digunakan dalam bidang lingkungan, misalnya melalui bioremediasi, yaitu pemanfaatan bakteri untuk mendegradasi atau menguraikan polutan yang mencemari lingkungan. Misalnya ilmuwan dapat memanfaatkan bakteri dari genus Pseudomonas untuk membersihkan tumpahan minyak.
Bakteri Pseudomonas mampu memanfaatkan minyak sebagai sumber energinya dengan cara memecah molekul minyak menjadi karbon dioksida (CO2). Namun, yang dilakukan bakteri tersebut membutuhkan waktu yang sangat lama. Untuk mempercepat proses tersebut, ilmuwan menambahkan formula yang mengandung senyawa kalium fosfat dan urea sebagai nutrisi tambahan bagi bakteri.
Bioteknologi Forensik
Forensik merupakan aplikasi teknikteknik dan metode ilmiah yang digunakan untuk menginvestigasi suatu kejahatan atau tindak kriminal. Pada awalnya, untuk mencari atau menginvestigasi pelaku suatu tindak kejahatan hanya menggunakan tes sidik jari saja.
Namun, seiring dengan perkembangan bioteknologi, telah ditemukan teknik investigasi yang lebih akurat yaitu melalui teknik DNA fingerprinting atau sidik DNA. DNA fingerprinting adalah teknik yang dilakukan untuk mengidentifikasi seseorang berdasarkan pada profil pita DNA.
DNA dapat digunakan sebagai acuan dalam investigasi karena profil DNA unik pada setiap individu dan memiliki keterkaitan dengan profil DNA dalam suatu keluarga.
Dampak Negatif Bioteknologi
Berdasarkan berbagai uraian di atas, tentunya sudah tidak usah diragukan lagi dampak positif atau manfaat yang diberikan oleh pengembangan bioteknologi. Namun selain memberikan berbagai keuntungan, penerapan bioteknologi juga memiliki dampak negatif, yakni sebaga berikut.
- Produk bioteknologi hasil rekayasa genetika dapat menyingkirkan plasma nutfah, yaitu jenis makhluk hidup yang masih memiliki sifat aslinya.
- Produk makanan beralkohol menimbulkan dampak buruk bagi kesehatan bila dikonsumsi.
- Tanaman kedelai transgenik yang mengandung gen dari kacang Brazil dapat memicu reaksi alergi pada orang tertentu yang sensitif terhadap kacang Brazil.
- Perusahaan bermodal besar dapat mengembangkan pertanian transgenik yang dapat meningkatkan hasil panen menjadi sangat berlimpah dengan kualitas sangat baik. Tindakan ini dapat membuat petani tradisional kalah bersaing.
Referensi
- Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. (2017). Ilmu Pengetahuan Alam SMP/MTs Kelas IX. Jakarta: Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan.