BAHAN AJAR BIOTEKNOLOGI

BAHAN AJAR  BIOTEKNOLOGI

          Bioteknologi merupakan ilmu gabungan antara mikrobiologi, biokimia, dan rekayasa genetika, yang digunakan untuk memperoleh kemanfaatan teknologi melalui penggunaan mikroorganisme atau sel-sel jaringan yang dibiakkan. Dengan kata lain bioteknologi merupakan penggunaan mikroorganisme atau bagian tubuh organisme dalam teknologi untuk menghasilkan produk yang bermanfaat atau menaikkan nilai tambah suatu produk.

1. Bioteknologi di bidang Nilai Tambah Bahan Pangan.

Peningkatan nilai tambah bahan pangan meliputi  dua cara, yaitu cara tradisional dan cara modern.

A. Cara Tradisional

     Bioteknologi dengan cara tradisional artinya bioteknologi tanpa menggunakan peralatan khusus atau bioteknologi sederhana, misalnya  dengan menggunakan ragi ( Fermentasi ). Dalam kehidupan sehari-hari, bioteknologi sederhana diterapkan dalam berbagai bidang, sepert :

1. Industri makanan dan minuman

2. Pertanian, seperti :

a.   Pengembangan pupuk biologi (biofertilizer)

b.  pengendalian hama secara biologi (biological    pest control)

c.   Hidroponik dan aeroponik

3. perbaikan dan pencemaran lingkungan (bioremidiasi)

Bioteknologi makanan dan minuman

     Banyak macam makanan dan minuman yang diprodoksi dengan teknik bioteknologi, perhatikan table prodok makanan dan minuman berikut.

Jenis Makanan / Minuman	Bahan baku Utama	Mikroorganisme yang Berperan
1. Tempe	Kedelai, ampas tahu, dan kacang kara	Jamur tempe (Rhizophus oryzae)
2. Tahu	Kedelai	Biang  “ kecutan air tahu “ (berisi bakteri asam laktat Lactobaccillus sp)
3. Tape	Ketela dan ketan	Ragi tapai yang berisi campuran : 1. Saccharomyces sp (jamur) 2. Rhizopus sp (jamur) 3. Aspergillus sp (jamur) 4. Bakteri asam laktat
4. Oncom	Ampas pengolahan minyak kacang tanah	Jamur oncom (Monila sitophyla atau Neurospora crassa)
5. Tempe bungkil	Limbah minyak goreng dari kacang tanah	Ragi tempe (Rhizophus oryzae)
6. Kecap	Kedelai dan gula jawa	Aspergillus wenti atau A. flavus
7. Tauco	Kedelai	Bibit tauco (berisi: Rhizopus olygosporus, Rhizopus oryzae dan Aspergilus oryzae)
8. Nata de coco	Air kelapa dan gula pasir	Bibit nata (bakteri Acetobacterxylinum)
9. Yoghurt	Susu dan susu kedelai	Bibit yoghurt yang berisi Lactobaccilus bulgaricus dan Sriptococcus thermophillus
10. anggur	Sari buah anggur atau buah yang lain	Ragi tapai (yeast) atau ragi roti (Saccharomyces cerevisiae)
11. Bir	Buah-buahan yang mengandung gula	Ragi tapai (yeast) Saccharomycer cerevisiae
12. Cuka	Air kelapa. Kulit pisang, atau bahan lain yanmg mengandung gula	Ragi roti (Saccharomyces cerevisiae dan  Aerobacter sp )
13. Keju	Susu (laktosa dan kasein)	Lactobaccilus bulgaricus atau L. actis
14. Aceton, buitanol	Glugosa (zat gula sederhana)	Clostidium acetobutylicum
15. Alkohol	Glugosa (zat gula sederhana)	Ragi tapai (Khamir, gist)
16. Brem	ketan	Ragi ( berisi jamur Amilomyces rouxii, Candida sp dan Hansenula sp)

1). Tempe

  Tempe pada umumnya dibuat dari kedelai dengan bantuan mikroorganisme, yaitu jamur tempe (Rhizopus oryzae). Tempe merupakan makanan yang banyak mengandung protein yang sangat dibutuhkan oleh tubuh kita, untuk membangun sel-sel tubuh yang rusak.

2). Tape

  Tape merupakan makanan yang berasal dari ketela pohon (singkong) atau ketan. Dalam pembuatan tape  dibantu oleh mikroorganisme yaitu jamur ragi (Saccharomyces cereviceae) melalui proses fermentasi. Saccharomyces cereviceae juga digunakan dalam pembuatan brem dan minuman beralkohol dari buah anggur.

3). Kecap

  Kecap adalah sari kedelai yang telah difermentasikan dengan penambahan gula kelapa dan bumbu. Komposisi asam amino pada kecap kedelai sebagian besar adalah  asam glutomat, prolin, dan leusin.

  Untuk membuat kecap diperlukan mikroorganisme, yaitu sejenis jamur untuk melakukan fermentasi. Jamur yang diperlukan yaitu Rhizopus sp.

4). Nata de Coco

Nata De coco merupakan bahan bakanan  atau minuman hasil fermentasi dari air kelapa.  Nata de Coco berasal dari Pilipina;  Coco = Cocos = nama latin kelapa = Cocos nucifera. Nata de Coco dihasilkan dari  aktivitas bakteri Acetobacter xylinum . Kandungan gizi dalam Nata de Coco adalah ; selulosa, kalsium, fosfor, zat besi, lemak, dan karbohidrat.

B. Cara Modern

     Bioteknologi cara modern melibatkan penggunaan alat-alat khusus. Misalanya dalam pembuatan keju, yoghurt, dan asam cuka.

1). Keju

Keju merupakan bahan makanan yang berasal dari protein susu (kasein) yang digumpalkan dengan dipengarui oleh bakteri asam laktat, dan dicetak.

Penggumpalan kasein tersebut disebabkan oleh pengaruh bakteri asam laktat. Bakteri asam laktat akan tubuh dan berkembangbiak dalam protein susu dan akan menghasilkan asam laktat. Asam laktat bersifat menggumpalkan kasein dan akan menimbulkan cita rasa serta aroma keju. Keju dibedakan menjadi 4 macam berdasarkan kadar air.

1.     Keju lunak  penggumpalannya dibantu oleh Penicillium cammemberti.

2.     Keju setengah keras  penggumpalannya dibantu oleh Pinicillium  roqueforti.

3.     Keju keras penggumpalannya dibantu oleh Propiani bacterium, dan

4.     Keju sangat keras penggumpalannya dibantu oleh Lactobacillus sp.

2). Yoghurt

Yoghurt merupakan minuman susu asam yang dibuat dengan cara menambahkan bakteri laktat yaitu bakteri Streptococcus thermophillus dan Lactobacillus bulgaricus. Bakteri laktat ini selain mengumpalkan protein susu juga meningkatkan cita rasa dan aroma yoghurt.

3). Asam Cuka dan Asam Sitrat

Asam cuka atau biasa disebut dengan cuka saja, berasal dari etanol.

Etanol merupakan hasil fermentasi  anaerob ragi yang diuabah menjadi cuka oleh bakteri asam asetat, misalnya Acetobacter dan Glucanobacter. Asam cuka digunakan untuk menambah cita rasa makanan.

Asam sitrat merupakan prodok kapang jenis Aspergillus niger. Kapang ini akan mengeluarkan asam sitrat jika berada pada subtract tetes sirop yang sedikit mengandung Fe. Pada industri susu, asam sitrat ini digunakan untuk proses emulsi, juga digunakan dalam industri detergen.

1. Bioteknologi di Bidang Farmasi

Bioteknologi dalam bidang farmasi adalah

ditemukannya zat antibiotik.

Antibiotik pertama kali ditemukan oleh Alexander Flemming pada tahun 1928. Ia menemukan jamur Penicillium notatum yang dapat menghasilkan zat penghambat pertumbuhan bakteri, yang disebut pinisilin. Sampai sekarang sudah diotemyukan ratusan  jenis antibiotika.

Berdasarkan susunan molekul kimianya, antibiotic dikelompokkan menjadi Penisilin, Tetrasiklin, Eritomisin, dan Sifalospurin.        

2. Bioteknologi di Bidang Pengendalian Hama

     Bioteknologi dalam pengendalian hama tanaman, yaitu dengan menggunakan musuh alaminya, contoh pengendalian kutu loncat dengan semut rang rang. Pengendalian hama tikus dengan menggunakan burung hantu. Pengendalian larva Lepidoptera penyerang kubis dengan bakteri Bacillus thuringiemis, dan kelompok kapang Trichodsima koningii yang digunakan untuk mengendalikan penyakit tumbuhan.

3.   Bioteknologi  dalam Kultur Jaringan

     Kultur jaringan adalah termasuk perkembangbiakan  vegetatif, maka individu yang dihasilkannya sama persis dengan induknya.

Bagian tumbuhan yang akan  dikultur (eksplan) dapat diperoleh dari bagian tumbuhan, seperti pucuk, akar, meristem, bunga atau yang lainnya.

     Medium yang digunakan untuk menumbuhkan eksplan misalnya Skoog dan Murashige, dalam media tersebut dapat ditumbuhkan hormon seperti auksin atau sitokinin. Hormon ini dapat memicu pertumbuhan eksplan.

Keuntungan metode kultur jaringan diantaranya sebagai berikut :

(1). Eksplan yang dibutuhkan hanya sedikit dan dapat diambil dari seluruh bagian   tanaman

(2).  Sifat genetisnya tetap

(3).  Tidak tergantung pada musim

(4).  Dalam waktu singkat dapat memperoleh bibit unggul yang banyak

(5).  Diperoleh tanaman yang bebas virus dan bakteri.

4.  Hidroponik

Hidroponik artinya memperdayakan air, yaitu air sebagai media tanam atau juga dikenal sebagai soiless culture atau budi daya tanmpa tanah.

Unsur hara dalam hidroponik terdiri dari dua unsure hara, yaitu unsure makro dan mikro. Unsur makro meliputi :  nitrogen (N), Fosfor (P), Kalium (K), kalsium (Ca), Magnesium (Mg), dan belerang (S). Unsur makro meliputi : Besi (Fe), Mangan (Mn), tembaga (Cu), seng (Zn), boron (B), dan molybdenum (Mo). Tanaman yang ditanam secara hidroponik adalah kebanyakan tanaman sayuran.

5. Penanaman secara aeroponik

     Aeroponik adalah penanaman dengan pemberdayaan udara. Sistem ini menggunakan teknik menyemprotkan air ke udara sehingga membentuk kabut yang dapat mengenai akar tanaman sehingga akar tanaman menyerap unsure hara dalam kabut tersebut.

6.  Produksi Enzim

                                               

No	Jenis Enzim	Sumber Enzim	Pemanfaatan
1	Amilase	Aspergillus oryzae (jamur) dan Bacillus subtilis (bakteri)	Industri makanan dan industri tenun
2	Protease kapang	Aspergillus oryzae	Pelunak adonan roti
3	Protease bakteri	Bacillus subtilis	Pelunak daging
4	Penisilinasilase	Esherichia coli	Pembuatan pinisilin semisintetis
5	Renin	Mucor sp	Prodoksi susu

7.   Prodoksi Antibodi

Teknik yang digunakan untuk menghasilkan anti bodi adalah tehnik antibody monoclonal atau teknik hibridona. Karena teknik ini menyilangkan antara sel limfosit kelenjar linfe dengan sel myeloma (sel kangker).

Limfosit mampu menghasilkan zat antibody yang memberikan kekebalan pada tubuh.

Myeloma mampu berbiak denganm cepat. Sel hibridoma dibiarkan dalam kultur sel dan diambil zat antibosdinya.

Zat tersebut sangat berguna untuk kepentingan diagnostic dan pengobatan.

8. Prodoksi Vaksin

Pembuat vaksin pertama kali adalah Edwerd Jenner (1796). Cara pembuatan vaksin adalah melemahkan  agen penyakit dalam suatu media, memurnikannya kemudian membuatnya tidak aktif, selanjutnya vaksin dim,asukkan dalam tubuh untuk merangsang tubuh menghasilkan zat anti atau zat kekebalan.

Beberapa vaksin yang masih dikembangkan antara lain :

·        Hepatitis A dan B untuk penyakit hepatitis (hati)

·        Herpes simpleks, untuk penyakit kelamin

·        AIDS (Acquired Immune Dificiency Syndrome),    untuk kekebalan terhadap infeksi HIV (Human Immune Deficiency Virus).

·        Rabies, untuk kekebalan terhadap infeksi virus rabies

·        Cholera, untuk kekebalan terhadap serangan Vibrio cholerae

9. Menciptakan organisme Transgenik

Organisme transgenik adalah organisme yang mendapat sisipan gen tertentu dari organisme lain. tujuannya untuk mendapatkan  organisme dengan tambahan sifat baru. Pembuatannya dilakukan dengan pencangkokan gen ( teknik DNA rekombinan).

Tujuan transgenik adalah :

a. prodoksi bahan biofarmasetika (untuk diagnostic dan pengobatan)

b. menciptakan bibit unggul(tumbuhan maupun hewan)

c. terapi gen untuk mengatasi penyakit keturunan

Beberapa organisme transgenik yang telah dihasilkan adalah :

a.   Bakteri Transgenik

Umumnya digunakan untuk    pengobatan atau  farmasi, seperti :

1.   bakteri E. coli transgenetik yang disisipi gen insulin dari manusia ; fungsi untuk  membantu penderita kencing manis (diabetes)

2.   Bakteri E. coli yang disisipi gen pinisilin, sehingga bakteri tersebut dapat menghasilkan pinisilin

b. Tanaman Transgenik

No	Tanaman Transgenik	Sifat yang dimiliki
1	Tomat	Proses pematangan buah yang lambat sehingga daya simpannya lebih lama
2	Tomat, Kentang, Jagung	Tahan terhadap insektisida
3	Kentang	Tahan terhadap serangan serangga dan virus
4	Kedelai, kapas, jagung, gula bit	Tahan terhadap herbisida
5	Papaya, squash	Tahan terhadap serangan virus
6	Kapas, jagung, padi	Tahan terhadap herbisida dan serangan hama serangga
7	Padi	Kadar beta karotennya tinggi (provitamin A)
8	Kedelai	Kadar asam lemak oleatnya tinggi

c. Rekayasa genetika

1. Transplantasi inti

Transplantasi inti adalah pemindahan inti dari suatu sel ke sel yang lain agar didapatkan individu baru yang sifatnya sesuai dengan inti yang diterimanya.

2. Fusi sel

Fusi sel adalah peleburan dua sel baik dari spesies yang sama maupun yang berbeda supaya terbentuk sel bastar atau hibridoma.

Manfaat fusi sel adalah untuk penmetaan kromosom, membuat anti bodi monoclonal, dan membentuk spesies baru.

3.  Teknologi plasmid

     Plasmid adalah lingkaran DNA kecil yang terdapat didalam sel bakteri atau ragi diluar kromosomnya.

Sifat plasmid antara lain :

a. molukel 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.

10. Prodoksi Protein Tunggal (PST)

     Protein tunggal dihasilkan dari jamur terapi, khususnya dari jenis Saccharomyces sp. Jamur tersebut ditumbuhkan  dalam media cair dengan suplai O₂ yang cukup secara teratur dan secara periodik diberi tambahan nutrien.Prodok yang dipanen berupa biomasa sel Saccharomyces sp yang merupakan sumber protein.  Protein sel tunggal juga didapatkan dari Spirulina sp dan Chlorella sp.

a. Hewan Transgenik

Hewan transgenetik yang telah berhasil diciptakan, antara lain tikus, domba, kambing, dan bebertapa jenis ternak lainnya. Domba atau kambing yang telah disisipi oleh  protein antitripsin manusia mampu menghasikan protein antitripsin yang dapat dipanen melalui air susunya. Jenis protein ini sangat dibutuhkan untuk  mengobati penderita amfisema, yaitu suatu penyakit keturunan.

b. Dampak Penerapan Bioteknologi Modern

Manfaat penerapan bioteknologi modern antara lain :

1.  Dihasilkannya sumber pangan alternative untuk memenuhi kebutuhan gizi, seperti prodoksi Chlorella sp. Dan Spirulina sp

2. Prodoksi obat-obatan dengan rekayasa genetika diharapkan dapat menjadi terobosan baru di bidang farmasi dan kedokteran

3.   Pelestarian hewan dan tumbuhan langka dan terancam punah melalui teknik kultur jaringan dan cloning.

4.   Meningkatkan nilai ekonomi tanaman prodoksi

5. Mengatasi kekuirangan pangan dengan meningkatkan kualitas dan jumlah prodoksi.

Dampak negetif  Bioteknologi modern, antara lain :

1.   dapat mengubah keseimbangan ekosistem

2.   dapat menimbulkan serius bagi kesehatan

3. prodok bioteknologi masih merupakan perdebatan, yang menyangkut tentang  kesehatan dan moral karena melanggar hukum alam yang berlaku.

4.  merugikan pertanian tradisi

BAHAN AJAR KEMAGNETAN