Bioteknologi - Pengertian, Sejarah, dan Penerepannya di Berbagai Bidang Kehidupan

Pengertian bioteknologi sering tumpang tindih dengan biotek. Walaupun kedua istilah ini sangat erat kaitannya, namun ada perbedaan dalam pengertiannya. Sampai saat ini, ilmu bioteknologi masih digunakan dan sangatlah besar peranannya mengenai kemajuan teknologi. Ini bisa kita lihat dengan maraknya peran bioteknologi dalam berbagai bidang pangan, kesehatan, pertanian, dan sebagainya.

Apa itu bioteknologi?

Bioteknologi dapat diartikan sebagai teknologi yang menyangkut jasad makhluk hidup, atau teknologi yang menggunakan makhluk hidup (pada umumnya berupa mikroba) untuk menghasilkan produk yang bermanfaat untuk kepentingan manusia.

Telah ditekankan di awal bahwa bioteknologi berbeda dengan biotek. Biotek sendiri memiliki arti pemanfaatan sistim biologi untuk menghasilkan barang atau jasa untuk kepentingan manusia.

Dari dua pengertian tersebut, terlihat bahwa cakupan biotek lebih luas dibandingkan bioteknologi, karena biotek memanfaatkan sistim biologi, sedangkan bioteknologi pada umumnya menggunakan mikroba saja.

Sejarah dan Perkembangan Bioteknologi

Bioteknologi dalam produksi pangan, sudah dikenal sejak 5000 tahun SM. Berbagai spesies tanaman dan hewan telah disilangkan untuk mendapat variasi genetis yang banyak. Keturunan hasil persilangan, diseleksi dan dikawinkan lagi untuk menghasilkan lebih banyak lagi gen yang berkualitas. Metode ini masih dipakai sampai sekarang untuk meningkatkan produksi pangan.

Salah satu jenis bahan makanan yang telah dibudidaya oleh manusia adalah jagung. Jagung yang ada sampai saat ini, merupakan salah satu keajaiban eksperimen agrikultural zaman purba dengan menggunakan bioteknologi.

Pada tahun 1960, seorang ahli agrikultural dari Amerika, Norman Borlaug mempelopori sebuah proyek menggunakan hibridasi serta melakukan seleksi perkawinan silang pada padi dan gandum, sekaligus beliau menerima hadiah Nobel Perdamaian tahun 1970. Era bioteknologi modern, dimulai tahun 1953 saat ahli biokimia dari Amerika, James Watson dan ahli biofisika dari Inggris, Francis Crick menemukan model DNA double helix.

Penemuan ini diikuti oleh ahli mikrobiologi dari Swiss, Werner Arber pada tahun 1960, beliau berhasil menemukan enzym restriksi yang ada di bakteri. Enzym ini memotong untaian pita DNA makhluk hidup pada titik yang tepat.

Disamping itu, pada tahun 1973, ahli genetika, Stanley Cohen dan ahli biokimia, Herbert Boyer memindahkan gen khusus dari suatu bakteri dan memasukannya ke bakteri lain menggunakan enzym restriksi. Kejadian inilah yang menandai awal mula teknologi rekombinasi DNA, yang disebut dengan rekayasa genetika.

Prestasi Bioteknologi

Awal mula prestasi bioteknologi ini dimulai dari tahun 1977, dimana gen-gen dari organsime lain dipindahkan ke dalam bakteri. Dilanjutkan dengan transfer gen manusia pertama kedalam bakteri Escherichia Coli.

Selain itu, terdapat beberapa prestasi modern, yaitu :

• Organisme Transgenic (Transfer gen dari suatu organisme ke organisme yang lain).
• Antibody Monoclonal (Obat untuk mengatasi substansi asing yang masuk ke dalam tubuh).
• Kloning
• Kultur Stelsel (Penumbuhan gen yang seragam dari tumbuhan atau hewan.

Penerapan Bioteknologi di berbagai bidang kehidupan

Penerapan bioteknologi harus didukung oleh berbagai cabang atau disiplin ilmu pengetahuan. Cabang biologi seperti genetika, mikrobiologi, reproduksi, dan ekologi berkaitan erat dengan perkembangan bioteknologi. Sedangkan ilmu kimia, elektronika, mekanika, dan fisika menjadi faktor pendukung bagi berkembangnya bioteknologi.

Bioteknologi tumbuh menjadi ilmu yang kajiannya bersifat multidisipliner, artinya dikaji dengan berbagai cabang ilmu pengetahuan. 

A. Penerapan bioteknologi di bidang lingkungan

Pada masalah pengelolaan sampah, sebagai contoh bioteknologi digunakan untuk menghasilkan material yang dapat di daur ulang secara biologis (biodegradable). Salah satu bahan tersebut berasal dari asam laktat yang dihasilkan bakteri selama fermentasi batang-batang jagung yang terbuang.

Kemudian molekul-molekul asam laktat bergabung secara kimia membentuk plastik yang dapat terurai dan ramah lingkungan. Bioteknologi ini memerlukan disiplin ilmu biologi dan ilmu kimia yang tinggi. Penyebarluasan produk plastik dari bahan batang jagung ini diharapkan mampu bernilai ekonomis yang berkelanjutan di masa depan.

B. Penerapan bioteknologi dalam bidang pertambangan

Bioteknologi juga telah diterapkan dalam industri pertambangan. Contoh yaitu secara alami tembaga ditemukan berikatan dengan unsur lain dalam bentuk mineral chalcopyrite. Sementara itu, bakteri Thiobacillus ferrooxidans dapat menggunakan molekul-molekul tembaga yang ditemukan dalam mineral chalcopyrite (kakopirit), untuk membentuk senyawa copper sulfat (CuSO4), yang selanjutnya dapat diberi perlakuan secara kimia untuk mendapatkan tembaga murni.

Proses industri mikrobiologi ini baru digunakan dengan nilai bijih yang rendah, hanya mendapat sekitar 10% dari produksi di Amerika. Prosentase ini akan naik jika cadangan industri tambang konvensional sudah kehabisan bahan. Cara ini juga telah dikembangkan untuk menggunakan bakteri dalam menambang mineral seng, timah, dan logam-logam lainnya.

C. Penerapan bioteknologi dalam bidang pertanian dan perkebunan

• Kultur Jaringan

Menggunakan teknik kultur jaringan sangat membantu dalam bidang pebibit unggul untuk pertanian dan perkebunan. Teknik ini sangat menguntungkan karena dapat menghasilkan bibit unggul dalam jumlah yang banyak, waktu yang relatif singkat, dan kualitas yang baik.

• Teknik bertanam lahan terbatas

Teknik bertanam hidroponik atau bertanam dengan media tanpa tanah merupakan salah satu biotek yang baik untuk meningkatkan produksi pangan. Teknik ini cocok dikembangkan di daerah perkotaan yang lahan pertaniannya semakin sempit. Namun, lahan pertanian yang sempit tetap dapat menghasilkan dengan bantuan teknologi ini. Sistem dari cara hidroponik ini sangat bervariasi, misalnya Drip, NFT dan Aeroponik.

• Pembuatan bibit unggul dengan rekayasa genetika

Menciptakan bibit unggul dari hewan dan tumbuhan untuk meningkatkan hasil produktifitas, sekarang sudah banyak dilakukan. DNA dari jenis tumbuhan dirubah strukturnya dilaboratorium melalui proses radiasi nuklir. Tanaman seperti jagung, gandum, tomat, padi, dan semangka yang sudah direkayasa diharapkan mampu lebih tahan penyakit, tahan kekeringan, buahnya tahan lama, tidak berbiji, tidak mudah membusuk, dan hasil panennya lebih banyak. Salah satu perusahaan yang bernama BATAN juga sudah memproduksi bibit padi unggul yang bernama Atomita dan berbagai varietas kedelai unggul guna meningkatkan produktivitas pangan.

D. Penerapan bioteknologi dalam bidang pertanian dan peternakan

• Imunisasi Hewan Ternak

Imunisasi adalah usaha untuk mereproduksi secara masal, sehingga dapat dihasilkan anak hewan ternak yang unggul secara serempak. Usaha ini juga dapat dilakukan pada hewan seperti unggas, kambing, domba, biri-biri, kuda, dan sapi. Teknologi yang satu ini merupakan perkembangan dari sistem perkawinan silang secara tradisional. 

• Organisme Transgenik

Organisme transgenik adalah hewan atau tumbuhan yang susunan gennya telah diberi tambahan (ditransfusi) berupa gen dari hewan atau tumbuhan lain untuk tujuan peningkatan kualitas dan produksi. 

Contoh : produksi pada sapi perah telah berhasil ditingkatkan dengan menyisipkan gen penghasil susu, sehingga susu yang dihasilkan semakin banyak dan meningkat kualitasnya.

E. Penerapan bioteknologi dalam bidang pengolahan makanan.

• Pembuatan tempe dengan memanfaatkan jamur tempe (Rhizopus sp)

Makanan berbahan dasar biji kedelai yang betprotein tinggi merupakan hasil dari proses fermentasi, misalnya dilakukan pada proses pembuatan tempe harus dilakukan dalam kondisi lingkungan yang anaerob.

Cara pembuatannya adalah biji kedelai yang sudah dibersihkan, direbus terlebih dahulu sebelum diberi jamur tempe. Setelah waktunya cukup, jamur tempe akan tumbuh dan mengubah struktur serta tekstur biji kedelai. Perubahan ini disertai dengan perubahan kandungan zat kimia di dalam biji kedelai. Kandungan zat gizi dalam tempe sangat baik untuk memenuhi kebutuhan protein nabati bagi tubuh manusia.

• Pembuatan tape dengan memanfaatkan jamur tape (Sacharomyces Cerevisae)

Selain tempe, tape juga merupakan hasil dari proses fermentasi. Bahan tape yang akan difermentasi adalah bahan yang banyak mengandung karbohidrat. Biasanya tape dibuat dari ubi ketela pohon tapi ada juga yang berbahan beras ketan. Pada proses fermentasi, tape akan menghasilkan zat gula karena mikroba telah mengurai senyawa karbohidrat yang kompleks menjadi senyawa gula yang sederhana. Sehingga rasa dari tape akan menjadi manis.

• Pembuatan kecap dengan memanfaatkan jamur kecap (Aspergillus Wenti)

Bahan dasar dari kecap kedelai adalah gula, kedelai hitam, air, dan garam. Proses fermentasi kecap adalah memanfaatkan aktivitas dari jamur aspergillus wenti. Pembuatan kecap dianggap mampu meningkatkan nilai gizi dari bahan-bahan asalnya serta praktis dalam penggunaannya. Di zaman sekarang ini kecap sudah diproduksi dalam bentuk kemasan yang mudah dalam penyimpanannya. Rasanya yang manis dan penuh cita rasa, membuat kecap menjadi salah satu komponen penting dari banyaknya jenis masakan ibu-ibu rumah tangga. 

• Pembuatan roti dengan memanfaatkan jamur roti (yeast)

Yeast atau ragi adalah jamur yang digunakan untuk membuat roti yang biasanya dari jenis sacharomyces. 

Terigu yang banyak mengandung karbohidrat merupakan media tumbuh yang baik untuk jamur Saccaromyces. Jamur ini melakukan respirasi secara anaerob tanpa memerlukan oksigen dan pada proses ini, dihasilkanlah gas karbondioksida. Karbondioksida inilah yang sebenarnya adalah hasil sampingan dari proses pernafasan (respirasi) jamur roti. Kemudian gas CO2 ini digunakan untuk proses pengembangan roti. Aktivitas pernafasan anaerob jamur ini menyebabkan bahan roti mengembang dan memperlembut teksturnya. 

• Pembuatan keju menggunakan bakteri Streptococus Thermophillus

Jika bakteri ini hidup dalam susu, maka terjadi perubahan zat kimia di dalamnya, juga kandungan gula susu akan berubah menjadi asam susu. Keju yang dimanfaatkan adalah endapannya, sementara bagian yang cair hasil proses fermentasi. Keju dalam bentuk padat lebih praktis dan awet dalam penyimpanan, serta mampu mempertahankan cita rasanya. 

• Pembuatan yoghurt menggunakan bantuan bakteri asam susu

Yoghurt merupakan salah satu olahan susu dengan menggunakan bantuan bakteri yang mengubah gula susu menjadi asam laktat. Rasa yoghurt sendiri sedikit asam dan biasanya dijadikan minuman kemasan yang siap dikonsumsi. Menurut penelitian para ahli, mengkonsumsi yoghurt secara teratur dapat membantu proses pencernaan makanan pada manusia.

F. Penerapan bioteknologi dalam bidang kesehatan.

• Pembuatan alkohol menggunakan bantuan jamur Sacharomyces Cerevisae\

Bila proses dari fermentasi tape dilanjutkan, maka gula yang merupakan hasil penguraian karbohidrat akan merubah lagi struktur kimianya menjadi alkohol. Alkohol adalah hasil senyawa kimia karbon yang mudah terbakar. Bila alkohol ini masuk kedalam tubuh dapat menimbulkan rasa mabuk, atau termasuk zat yang dapat mempengaruhi kerja system saraf. 

Alkohol dapat digunakan sebagai antiseptic, sterilisasi alat-alat kesehatan dan berbagai fungsi dalam bidang kedokteran. Pada masyarakat dan budaya tertentu, banyak jenis minuman yang mengandung alkohol. Secara medis, mengkonsumsi alkohol akan berakibat buruk bagi kesehatan jantung dan paru-paru karena alkohol termasuk dalam zat adiktif yang berbahaya. 

• Pembuatan zat antibiotik

Zat antibiotik dihasilkan dari mikroba jamur atau bakteri yang berguna untuk menghambat pertumbuhan bakteri. Alexander Fleming adalah orang yang pertama kali mengisolasi tentang antibiotik dari jamur Penicillium, yang kemudian dikenal dengan sebutan penicilin. Sekarang sudah banyak jenis antibiotik berbagai macam penyakit, terutama penyakit infeksi bakteri dan jamur. 

Penicilin dan Ampisilin merupakan antibiotik yang dihasilkan oleh jamur, sedangkan Basitrosin, Entrosin, dan Tetrasiklin adalah antibiotik yang dihasilkan oleh bakteri. 

• Pembuatan antibodi monoklonal

Antibodi monoklonal adalah penggabungan dari tipe-tipe sel yang berbeda untuk memproduksi obat yang bermanfaat untuk menyerang organisme asing yang masuk ke dalam tubuh. Hormon dan enzim yang diperlukan tubuh dapat diproduksi menggunakan jenis bakteri tertentu. Contohnya insulin sekarang sudah dapat dibuat menggunakan bantuan bakteri. Gen yang memproduksi insulin dimasukan dalam bakteri dan akan memproduksi  insulin. Selain itu, protein sel tunggal (PST) adalah jenis protein yang juga dihasilkan melalui kerja bakteri. 

• Organisme transgenik

Pada tahun 1986 diproduksi faktor VIII yang pertama. Faktor VIII adalah faktor yang mengatur penggumpalan protein darah. Faktor ini tidak diproduksi oleh tubuh yang menderita hemofilia, atau jika diproduksipun telah sangat berkurang aktivitasnya. Kondisi ini menyebabkan penderita hemofilia sangat beresiko mengalami kematian karena pendarahan setelah mendapat luka kecil. 

Dalam prosedur bioteknologi ini, gen manusia yang mengatur penggumpalan darah dan menyalurkannya ke sel hamster (sejenis tikus) yang ditumbuhkan melalui kultur jaringan. Sel hamster tersebut kemudian memproduksi faktor VIII untuk digunakan oleh penderita hemofilia. Faktor VIII telah diproduksi secara komersial pada tahun 1992.

Latihan Soal

1. Apakah yang dimaksud dengab kajian bioteknologi bersifat multidisipliner?
2. Sebutkan contoh penerapan bioteknologi dalam bidang kesehatan!
3. Apa yang dimaksud dengan organisme transgenik? Berilah contohnya!
4. Sebutkan contoh penerapan rekayasa genetika dalam bidang pertanian!
5. Apakah yang dimaksud dengan antibodi monoklonal?