bioteknologi

PENGERTIAN BIOTEKNOLOGI
Bioteknologi berasal dari istilah latin yaitu
Bio = hidup
Teknos = teknologi (penerapan)
Logos = ilmu
Secara harfiah, bioteknologi berarti ilmu yang menerapkan prinsip-prinsip biologi.
Pengertian bioteknologi yang lebih lengkap adalah pemanfaatan prinsip-prinsip dan kerekayasaan terhadap organisme, sistem, atau proses biologis untuk menghasilkan atau meningkatkan potensi organisme maupun menghasilkan produk dan jasa bagi kepentingan hidup manusia.

ILMU-ILMU YANG DIGUNAKAN DALAM BIOTEKNOLOGI
Mikrobiologi
Mikrobiologi merupakan cabang biologi yang mempelajari mikroba atau jasad renik. Pengetahuan sifat-sifat dan struktur mikroba mendukung kemajuan bioteknologi. Misalnya mikroba berupa bakteri dapat tumbuh pada kisaran suhu tertentu. Oleh karenanya, bakteri dapat digolongkan sebagai psikrofil yang tumbuh pada suhu 0℃ hingga 30℃, mesofil yang tumbuh pada suhu 25℃ hingga 40℃, dan termofil yang tumbuh pada suhu 50℃ atau lebih. Pengetahuan mengenai bakteri ini dapat digunakan saat membuat yoghurt. Yoghurt dibuat dari susu yang difermentasi dengan menggunakan bakteri Lactobacillus bulgaricus, pada suhu 40℃ selama 2,5 jam sampai 3,5 jam.
Biologi Sel
Biologi sel merupakan cabang biologi yang mempelajari sel. Pengetahuan mengenai sifat-sifat dan struktur sel akan mendukung aplikasi bioteknologi. Contohnya pengetahuan mengenai sifat totipotensi pada sel-sel tanaman bermanfaat untuk kultur jaringan. Totipotensi merupakan kemampuan sel-sel tanaman muda dan hidup untuk berdiferensiasi menjadi berbagai organ tanaman yang baru.
Genetika
Genetika merupakan cabang biologi yang mempelajari pewarisan sifat-sifat genetik makhluk hidup dari satu generasi ke generasi berikutnya. Pemahaman mengenai bentuk dan karakteristik materi pewarisan sifat yaitu DNA (gen) akan membantu percepatan kemajuan bioteknologi. Contoh dari penerapan ilmu genetika dalam bioteknologi adalah penemuan tanaman tomat yang tidak mudah rusak atu busuk, insulin manusia yang disintesis dari bakteri Escherichia coli.
Biokimia
Biokimia merupakan cabang ilmu kimia yang mempelajari dari aspek kimia. Biokimia menganggap hidup adalah kimia, gejala hidup adalah gejala kimia dan proses-proses hidup diselenggarakan atas dasar reaksi dan peristiwa kimia. Dengan biokimia ahli bioteknologi memperlakukan makhluk hidup sebagai bahan kimia yang dapat dipadukan dan direkayasa.

Selain mikrobiologi, biologi sel, dan biokimia ilmu-ilmu lain juga digunakan dalam bioteknologi. Contohnya virologi (ilmu mengenai virus), teknologi pangan, biologi pertanian, biologi kedokteran dan biologi kehutanan.

PERKEMBANGAN BIOTEKNOLOGI
Bioteknologi dapat digolongkan menjadi bioteknologi konvensional/ tradisional dan modern.
Bioteknologi Konvensional
Bioteknologi konvensional merupakan bioteknologi yang memanfaatkan mikroorganisme untuk memproduksi alkohol, asam asetat, gula, atau bahan makanan, seperti tempe, tape, oncom, dan kecap. Mikroorganisme dapat mengubah bahan pangan. Proses yang dibantu mikroorganisme, misalnya dengan fermentasi, hasilnya antara lain tempe, tape, kecap, dan sebagainya termasuk keju dan yoghurt. Proses tersebut dianggap sebagai bioteknologi masa lalu. Ciri khas yang tampak pada bioteknologi konvensional, yaitu adanya penggunaan makhluk hidup secara langsung dan belum tahu adanya penggunaan enzim.
Aplikasi konvensional mencakup berbagai aspek pada kehidupan manusia, seperti aspek pangan, pertanian, peternakan, hingga kesehatan dan pengobatan.
1. Pengolahan Bahan Makanan
a.) Pengolahan Produk Susu
Susu dapat diolah menjadi bentuk-bentuk baru, seperti yoghurt, keju, dan mentega.
 Yoghurt
Untuk membuat yoghurt, susu dipasteurisasi terlebih dahulu, selanjutnya sebagian besar lemak dibuang. Mikroorganisme yang berperan dalam pembuatan yoghurt, yaitu Lactobacillus bulgaricusdan Streptococcus thermophillus. Kedua bakteri tersebut ditambahkan pada susu dengan jumlah yang seimbang, selanjutnya disimpan selama ± 5 jam pada temperatur 45℃. Selama penyimpanan tersebut pH akan turun menjadi 4,0 sebagai akibat dari kegiatan bakteri asam laktat. Selanjutnya susu didinginkan dan dapat diberi cita rasa.
 Keju
Dalam pembuatan keju digunakan bakteri asam laktat, yaitu Lactobacillus dan Streptococcus. Bakteri tersebut berfungsi memfermentasikan laktosa dalam susu menjadi asam laktat. Proses pembuatan keju diawali dengan pemanasan susu dengan suhu 90℃ atau dipasteurisasi, kemudian didinginkan sampai 30℃. Selanjutnya bakteri asam laktat dicampurkan. Akibat dari kegiatan bakteri tersebut pH menurun dan susu terpisah menjadi cairan whey dan dadih padat, kemudian ditambahkan enzim rennin dari lambung sapi muda untuk mengumpulkan dadih. Enzim rennin dewasa ini telah digantikan dengan enzim buatan, yaitu klimosin. Dadih yang terbentuk selanjutnya dipanaskan pada temperature 32℃ – 420℃ dan ditambah garam, kemudian ditekan untuk membuang air dan disimpan agar matang. Adapun whey yang terbentuk diperas lalu digunakan untuk makanan sapi.
 Mentega
Pembuatan mentega menggunakan mikroorganisme Streptococcus lactis dan Lectonostoceremoris. Bakteri-bakteri tersebut membentuk proses pengasaman. Selanjutnya, susu diberi cita rasa tertentu dan lemak mentega dipisahkan. Kemudian lemak mentega diaduk untuk menghasilkan mentega yang siap dimakan.
b.) Produk Makanan Nonsusu
 Kecap
Dalam pembuatan kecap, jamur, Aspergillus oryzae dibiakkan pada kulit gandum terlebih dahulu. Jamur Aspergillus oryzae bersama-sama dengan bakteri asam laktat yang tumbuh pada kedelai yang telah dimasak menghancurkan campuran gandum. Setelah proses fermentasi karbohidrat berlangsung cukup lama akhirnya akan dihasilkan produk kecap.
 Tempe
Tempe kadang-kadang dianggap sebagai bahan makanan masyarakat golongan menengah ke bawah, sehingga masyarakat merasa gengsi memasukkan tempe sebgai salah satu menu makanannya. Akan tetapi, setelah diketahui manfaatnya bagi kesehatan, tempe mulai banyak dicari dan digemari masyarakat dalam maupun luar negeri. Jenis tempe sebenarnya sangat beragam, bergantung pada bahan dasarnya, namun yang paling luas penyebarannya adalah tempe kedelai.
Tempe mempunyai nilai gizi yang baik. Di samping itu tempe mempunyai beberapa khasiat, seperti dapat mencegah dan mengendalikan diare, mempercepat proses penyembuhan duodenitis, memperlancar pencernaan, dapat menurunkan kadar kolesterol, dapat mengurangi toksisitas, meningkatkan vitalitas, mencegah anemia, menghambat ketuaan, serta mampu menghambat resiko jantung koroner, penyakit gula, dan kanker.
Untuk membuat tempe, selain diperlukan bahan dasar kedelai juga diperlukan ragi. Ragi merupakan kumpulan spora mikroorganisme, dalam hal ini kapang. Dalam proses pembuatan tempe paling sedikit diperlukan empat jenis kapang dari genus Rhizopus, yaitu Rhyzopus oligosporus, Rhyzopus stolonifer, Rhyzopus arrhizus, dan Rhyzopus oryzae. Miselium dari kapang tersebut akan mengikat keping-keping biji kedelai dan memfermentasikannya menjadi produk tempe. Proses fermentasi tersebut menyebabkan terjadinya perubahan kimia pada protein, lemak, dan karbohidrat. Perubahan tersebut meningkatkan kadar protein tempe sampai sembilan kali lipat.
 Tape
Tape dibuat dari bahan dasar ketela pohon dengan menggunakan sel-sel ragi. Ragi menghasilkan enzim yang dapat mengubah zat tepung menjadi produk yang berupa gula dan alkohol. Masyarakat kita membuat tape tersebut berdasarkan pengalaman.
Bioteknologi Modern
Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan, para ahli telah mulai lagi mengembangkan bioteknologi dengan memanfaatkan prinsip-prinsip ilmiah melalui penelitian. Dalam bioteknologi modern orang berupaya dapat menghasilkan produk secara efektif dan efisien.
Dewasa ini, bioteknologi tidak hanya dimanfaatkan dalam industri makanan tetapi telah mencakup berbagai bidang, seperti rekayasa genetika, penanganan polusi, penciptaan sumber energi, dan sebagainya. Dengan adanya berbagai penelitian serta perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, maka bioteknologi makin besar manfaatnya untuk masa-masa yang akan datang.
Penerapan bioteknologi modern sebagai berikut.
Rekayasa Genetika
Rekayasa genetika merupakan suatu cara memanipulasikan gen untuk menghasilkan makhluk hidup baru dengan sifat yang diinginkan. Rekayasa genetika disebut juga pencangkokan gen atau rekombinasi DNA. Dalam rekayasa genetika digunakan DNA untuk menggabungkan sifat makhluk hidup. Hal itu karena DNA dari setiap makhluk hidup mempunyai struktur yang sama, sehingga dapat direkomendasikan. Selanjutnya DNA tersebut akan mengatur sifat-sifat makhluk hidup secara turun-temurun. Untuk mengubah DNA sel dapat dilakukan melalui banyak cara, misalnya melalui transplantasi inti, fusi sel, teknologi plasmid, dan rekombinasi DNA.
1) Transplantasi inti
Transplantasi inti adalah pemindahan inti dari suatu sel ke sel yang lain agar didapatkan individu baru dengan sifat sesuai dengan inti yang diterimanya. Transplantasi inti pernah dilakukan terhadap sel katak. Inti sel yang dipindahkan adalah inti dari sel-sel usus katak yang bersifat diploid. Inti sel tersebut dimasukkan ke dalam ovum tanpa inti, sehingga terbentuk ovum dengan inti diploid. Setelah diberi inti baru, ovum membelah secara mitosis berkali-kali sehingga terbentuklah morula yang berkembang menjadi blastula. Blastula tersebut selanjutnya dipotong-potong menjadi banyak sel dan diambil intinya. Kemudian inti-inti tersebut dimasukkan ke dalam ovum tanpa inti yang lain. Pada akhirnya terbentuk ovum berinti diploid dalam jumlah banyak. Masing-masing ovum akan berkembang menjadi individu baru dengan sifat dan jenis kelamin yang sama.
2) Fusi sel
Fusi sel adalah peleburan dua sel baik dari spesies yang sama maupun berbeda supaya terbentuk sel bastar atau hibridoma. Fusi sel diawali oleh pelebaran membran dua sel serta diikuti oleh peleburan sitoplasma (plasmogami) dan peleburan inti sel (kariogami). Manfaat fusi sel, antara lain untuk pemetaan kromosom, membuat antibodi monoklonal, dan membentuk spesies baru. Di dalam fusi sel diperlukan adanya:
a) sel sumber gen (sumber sifat ideal);
b) sel wadah (sel yang mampu membelah cepat);
c) fusigen (zat-zat yang mempercepat fusi sel).
3) Teknologi plasmid
Plasmid adalah lingkaran DNA kecil yang terdapat di dalam sel bakteri atau ragi di luar kromosomnya. Sifat-sifat plasmid, antara lain:
a) merupakan molekul DNA yang mengandung gen tertentu;
b) dapat beraplikasi diri;
c) dapat berpindah ke sel bakteri lain;
d) sifat plasmid pada keturunan bakteri sama dengan plasmid induk.
Karena sifat-sifat tersebut di atas plasmid digunakan sebagai vektor atau pemindah gen ke dalam sel target.
4) Rekombinasi DNA
Rekombinasi DNA adalah proses penggabungan DNA-DNA dari sumber yang berbeda. Tujuannya adalah untuk menyambungkan gen yang ada di dalamnya. Oleh karena itu, rekombinasi DNA disebut juga rekombinasi gen. Rekombinasi DNA dapat dilakukan karena alasan-alasan sebagai berikut.
1) Struktur DNA setiap spesies makhluk hidup sama.
2) DNA dapat disambungkan

 
KAITAN BIOTEKNOLOGI DALAM BIDANG PERTANIAN
Dewasa ini perkembangan industri maju dengan pesat. Akibatnya, banyak lahan pertanian yang tergeser, lebih-lebih di daerah sekitar perkotaan. Di sisi lain kebutuhan akan hasil pertanian harus ditingkatkan seiring dengan meningkatnya jumlah penduduk. Untuk mendukung hal tersebut, dewasa ini telah dikembangkan bioteknologi di bidang pertanian. Beberapa penerapan bioteknologi pertanian sebagai berikut.
Pembuatan tumbuhan yang mampu mengikat nitrogen
Nitrogen (N2) merupakan unsur esensial dari protein DNA dan RNA. Pada tumbuhan polong-polongan sering ditemukan nodul pada akarnya. Di dalam nodul tersebut terdapat bakteri Rhizobium yang dapat mengikat nitrogen bebas dari udara, sehingga tumbuhan polong-polongan dapat mencukupi kebutuhan nitrogennya sendiri.
Dengan bioteknologi, para peneliti mencoba mengembangkan agar bakteri Rhizobium dapat hidup di dalam akar selain tumbuhan polong-polongan. Di samping, itu juga berupaya meningkatkan kemampuan bakteri dalam mengikat nitrogen dengan teknik rekombinasi gen. Kedua upaya di atas dilakukan untuk mengurangi atau meniadakan penggunaan pupuk nitrogen yang dewasa ini banyak digunakan di lahan pertanian dan menimbulkan efek samping yang merugikan.
Pembuatan tumbuhan tahan hama
Tanaman yang tahan hama dapat dibuat melalui rekayasa genetika dengan rekombinasi gen dan kultur sel. Contohnya, untuk mendapatkan tanaman kentang yang kebal penyakit maka diperlukan gen yang menentukan sifat kebal penyakit. Gen tersebut, kemudian disisipkan pada sel tanaman kentang. Sel tanaman kentang tersebut, kemudian ditumbuhkan menjadi tanaman kentang yang tahan penyakit. Selanjutnya tanaman kentang tersebut dapat diperbanyak dan disebarluaskan.
Penanaman secara hidroponik
Hidroponik berasal dari kata bahasa Yunani:
 Hydro berarti air
 Ponos berarti bekerja
Jadi, hidroponik artinya pengerjaan air atau bekerja dengan air. Dalam praktiknya hidroponik dilakukan dengan berbagai metode, tergantung media yang digunakan. Adapun metode yang digunakan dalam hidroponik, antara lain metode kultur air (menggunakan media air), metode kultur pasir (menggunakan media pasir), dan metode porus (menggunakan media kerikil, pecahan batu bata, dan lain-lain).
Metode yang tergolong berhasil dan mudah diterapkan adalah metode pasir. Pada umumnya orang bertanam dengan menggunakan tanah. Namun, dalam hidroponik tidak lagi digunakan tanah, hanya dibutuhkan air yang ditambah nutrien sebagai sumber makanan bagi tanaman. Apakah cukup dengan air dan nutrien? Bahan dasar yang dibutuhkan tanaman adalah air, mineral, cahaya, dan CO2. Cahaya telah terpenuhi oleh cahaya matahari. Demikian pula CO2 sudah cukup melimpah di udara. Sementara itu kebutuhan air dan mineral dapat diberikan dengan sistem hidroponik, artinya keberadaan tanah sebenarnya bukanlah hal yang utama.
Beberapa keuntungan bercocok tanam dengan hidroponik, antara lain tanaman dapat dibudidayakan di segala tempat; risiko kerusakan tanaman karena banjir, kurang air, dan erosi tidak ada; tidak perlu lahan yang terlalu luas; pertumbuhan tanaman lebih cepat; bebas dari hama; hasilnya berkualitas dan berkuantitas tinggi; hemat biaya perawatan.
Jenis tanaman yang telah banyak dihidroponikkan dari golongan tanaman hias antara lain Philodendron, Dracaena, Aglonema, dan Spatyphilum. Golongan sayuran yang dapat dihidroponikkan, antara lain tomat, paprika, mentimun, selada, sawi, kangkung, dan bayam. Adapun jenis tanaman buah yang dapat dihidroponikkan, antara lain jambu air, melon, kedondong bangkok, dan belimbing.
Penanaman secara aeroponik
Aeroponik berasal dari kata:
 Aero berarti udara
 Ponos berarti daya
Jadi, aeroponik adalah pemberdayaan udara. Sebenarnya aeroponik merupakan tipe hidroponik (memberdayakan air), karena air yang berisi larutan unsur hara disemburkan dalam bentuk kabut hingga mengenai akar tanaman. Akar tanaman yang ditanam menggantung akan menyerap larutan hara tersebut.
Prinsip dari aeroponik adalah sebagai berikut. Helaian styrofoam diberi lubang-lubang tanam dengan jarak 15 cm. Dengan menggunakan ganjal busa atau rockwool, anak semai sayuran ditancapkan pada lubang tanam. Akar tanaman akan menjuntai bebas ke bawah. Di bawah helaian styrofoam terdapat sprinkler (pengabut) yang memancarkan kabut larutan hara ke atas hingga mengenai akar.
Vaksin untuk tanaman.
Hasil panen lahan pertanian biasanya sangat rentan terserang penyakit, terutama penyakit yang disebabkan oleh virus. Dengan adanya infeksi oleh berbagai macam virus, suatu tanaman akan terganggu pertumbuhannya, kualitasnya menurun, dan secara otomatis pasti akan menurunkan penghasilan para petani.Namun, sekarang para petani telah berhasil membuat alternatif dengan membuat pemberantas virus alami. Salah satu cara yang diterapkan yaitu dengan menyuntikan semacam vaksin ke dalam tubuh tanaman. Seperti halnya vaksin folio, vaksin ini mengandung strain virus yang telah dilemahkan. Vaksin ini kemudian membuat suatu tanaman kebal terhadap virus tertentu.
Namun, selain menggunakan metode suntikan, sekarang telah ditemukan cara untuk menghasilkan kekebalan dalam tubuh tanaman, yaitu dengan cara menyisipkan sebuah gen dari virus TMV (Tobacco Mosaik Virus) ke dalam tubuh tanaman tembakau. Kemudian gen ini menghasilkan protein seperti yang di temukan di permukaan tubuh virus TMV, dan kemudian dia bekerja sebagai imun TMV dalam tubuh tanaman tersebut. TMV mempunyai susunan tubuh yang terdiri atas protein sub unit sebagai mantel, dan untaian molekul RNA. Langkah pertama untuk melakukan proses penyisipan gen yaitu dengan cara mengkonversikan RNA dari mantel virus ke dalam cDNA sebuah bakteri yang bisa disisipi. Kemudian gen dari bakteri tersebut ditransfer ke agrobakter yang bertindak sebagai vector. Agrobakter mampu disisipi DNA tersebut karena dia mempunyai plasmid TI. Kemudian DNA agrobakter tersebut disisipkan ke dalam satu sel tanaman, dan sel tanaman tersebut ditumbuhkan dalam kultur yang sesuai. Setelah tumbuh besar tanaman tersebut diuji coba dengan virus (TMV) setelah melakukan percobaan tersebut ternyata tanaman yang telah disisipi gen agrobakter yang mengandung DNA virus akan kebal terhadap serangan TMV. Jadi tidak hanya bagian tubuh tertentu dari tanaman yang kebal terhadap virus, namun juga keseluruhan tubuh tanaman.
Pestisida secara genetika
Selama 35 tahun, beberapa petani telah menggunakan suatu bakteri sebagai pestisida, bakteri tersebut adalah Bacillus thruringiensis (Bt), yang telah diresmikan menjadi pestisida tanaman. Bakteri tersebut menghasilakn sebuah kristal protein yang membunuh serangga dan larvanya yang membahayakan tanaman. Cara yang dilakukan untuk menyebarkan bakteri tersebut pada lahan pertanian adalah dengan menyebarkan spora bakteri pada lahan pertanian, dengan demikian petani akan dapat menjaga tanamannya walaupun tidak menggunakan bahan-bahan kimia pembunuh serangga..
Dengan adanya bioteknologi, petani tidak hanya dapat menyebarkan bakteri pada lahan pertanian mereka, namun mereka juga dapat menyebarkan gen Bt ke lahan mereka. Tanaman yang mengandung gen racun Bt dapat membantu membunuh serangga . Dengan adanya bioteknologi tanaman, telah banyak tanaman yang mempunyai insektisida dari gen, seperti tanaman tomat, tembakau, jagung, dan kapas. Kenyataannya, sebagian besar biji kapas yang diproduksi sekarang mengandung gen racun Bt, yang sangat efektif melindungi tanaman kapas dari serangan serangga. Cara kerja dari gen racun tersebut adalah ketika serangga memakan daun kapas, dimana ketika mereka memakan daun kapas tersebut mereka akan mati terbunuh.