Bioteknologi Dalam Kehidupan, Mari Belajar!

Hai, sobat pinter! Pada hari ini, kamu akan belajar lagi mengenai materi IPA SMP Kelas IX tentang Bioteknologi sebagai teknologi yang dikembangkan oleh manusia untuk memenuhi kebutuhan hidup dengan memanfaatkan makhluk hidup, misalnya pemanfaatan bakteri dan jamur. Yuk, pelajari bab bioteknologi ini dengan penuh antusias!

Bioteknologi dan Perkembangannya

Pembahasan pertama akan dimulai dengan pemahaman arti dari kata Bioteknologi sendiri yang sebenarnya berasal dari kata “bio” yang memiliki arti sebagai “makhluk hidup” dan kata “teknologi” yang berarti suatu cara (alat) untuk membuat mudah manusia dalam memecahkan masalah ataupun membuat produk yang memiliki guna.

Jadi, secara umum definisi dari bioteknologi adalah sebagai penggunaan organisme atau bagian dari organisme untuk membuat suatu produk atau jasa sehingga dapat menyejahterakan manusia. Sejarah awal dari perkembangan bioteknologi ini telah dimulai sejak tahun 1857, setelah penelitian dari  Louis Pasteur yang berhasil menemukan produk fermentasi yang dilakukan dengan menggunakan mikroorganisme.

Setelah itu, pada tahun 1920 sudah banyak ditemukan hasil fermentasi yang melibatkan andil mikroorganisme dalam prosesnya seperti untuk membuat larutan kimia misalnya alkohol. Pada prinsipnya, bioteknologi yang menggunakan secara langsung peran mikroorganisme seperti bakteri maupun jamur, enzim yang diproduksi oleh mikroorganisme, serta melibatkan proses fermentasi untuk menghasilkan produk atau jasa itu disebut sebagai bioteknologi konvensional.

Kemudian seiring dengan berjalannya waktu, lahirlah bioteknologi modern yang melibatkan beberapa prinsip yakni biokimia, biologi molekuler, serta rekayasa genetika.Sebagai hasil contoh dari bioteknologi modern ialah penemuan enzim-enzim yang dapat membantu dalam menjalankan proses rekayasa genetika.

Teknik ini juga dikenal dengan sebutan teknik DNA rekombinan yang merupakan proses kombinasi dari DNA suatu organisme yang dimasukkan ke dalam organisme lain. Hasil organisme transgenik, baik tumbuhan hewan, dan bakteri dimanfaatkan untuk keperluan penelitian serta pemenuhan kebutuhan di bidang lain, seperti bidang media, pertanian, peternakan, dan masih banyak lagi.

Penerapan Bioteknologi dalam Kehidupan

Dalam penerapan bioteknologi, banyak sekali aplikasinya yang sudah dimanfaatkan untuk memenuhi kebutuhan kehidupan. Dimulai dari pemanfaatan bioteknologi dalam bidang pangan, pertanian, peternakan, kesehatan, lingkungan sampai pada bidang forensik.

Baca juga: Listrik Dinamis dalam Kehidupan Sehari-hari

Bioteknologi Pangan

Tujuan penerapan dari bioteknologi dalam bidang pangan adalah tentu saja untuk menghasilkan produk makanan dengan memanfaatkan mikroorganisme secara maksimal. Beberapa contoh produk makanan yang dihasilkan dengan memanfaatkan bioteknologi meliputi tapai, yoghurt, keju, tempe, kecap, roti, dan minuman beralkohol. Penjelasan rincinya untuk proses pembuatan masing-masing produk makanan tersebut akan dijelaskan di bawah ini.

A. Tapai

Produk olahan tapai dibuat dngan menggunakan mikroorganisme yang ada di dalam ragi tapai, yaitu khamir Saccharomyces cerevisae, jamur Aspergillus sp., dan bakteri Acetobacter aceti. Mikroorganisme tersebut memiliki peranan yang sinergis, dimana mampu bekerjasama untuk mengubah bahan baku seperti singkong ataupun beras ketan menjadi produk makanan tapai.

Selama proses pembuatannya, akan terjadi pemecahan atau hidrolisis amilum yang menjadi glukosa dengan bantuan dari jamur Aspergillus sp. Proses tersebut yang akhirnya membuat produk tapai menjadi manis. Glukosa yang merupakan hasil produksi dari proses tersebut akan selanjutnya difermentasi menjadi alkohol oleh khamir Saccharomyces cerevisae dan membuat tapai memiliki aroma yang khas.

Ferementasi yang berlangsung dilakukan oleh mikroorganisme dalam proses pembuatan tapai ini termasuk menggunakan respirasi  anaerob atau maksudnya dalam proses pembuatan tapai tersebut tidak perlu adanya kehadiran dari oksigen. Sedangkan untuk rasa masam pada makanan tapai biasanya diakibatkan karena adanya kandungan asam cuka atau yang sering disebut sebagai asam asetat.

Asam cuka jenis ini dihasilkan melalui proses fermentasi alkohol yang dilakukan oleh bakteri Acetobacter aceti secara aerob (perlu oksigen dalam prosesnya). Sehingga, agar rasa masam pada tapai tidak terlalu kuat perlu dilakukan penutupan yang rapat pada wadah tapai dalam proses pembuatannya. Berikut ini merupakan gambar diagram perubahan kimia yang terjadi dalam proses pembuatan tapai.

B. Yoghurt

Selain tapai, makanan olahan lainnya adalah yoghurt. Produk ini dihasilkan dari proses fermentasi susu yang dilakukan dengan memanfaatkan bantuan bakteri. Kandungan gizi di dalam yoghurt terdiri dari protein, kalsium, beberapa vitamin seperti vitamin A, B, C, E, dan K. .

Dalam proses pembuatan yoghurt tersebut diperlukan adanya peranan dari bakteri asam laktat, seperti Lactobacillus casei, Streptococcus thermophillus, Lactobacillus bulgaricus, serta Bifidobacteria. Langkah awal pembuatannya, susu harus dididihkan terlebih dahulu pada suhu sekitar 85-90^oC dengan tujuan supaya bakteri lain yang tidak berkepentingan mati dan protein susu mengalami denaturasi atau kerusakan.

Bakteri asam laktat lalu menjalankan perannya dengan mengubah laktosa yang terkandung di dalam susu menjadi asam laktat yang menyebabkan hadirnya rasa masam pada produk olahan yoghurt. Akibat lainnya adalah pH dari yoghurt juga menjadi turun yang selanjutnya menyebabkan peristiwa denaturasi protein serta pelepasan kalsium dan fosfat dari protein kasein susu. Protein kasein lalu menjadi tidak stabil dan menimbulkan endapan yang membuat tekstur yoghurt mengental.

C. Keju

Jenis makanan yang dihasilkan dari suatu proses koagulasi atau pengentalan protein kasein susu. Dalam proses pembuatannya, susu akan dikondisikan dalam keadaan asam dan ditambahkan rennet. Pengkondisian pada susu agar asam dilakukan dengan menambahkan bakteri asam laktat seperti Lactococcus sp., Lactobacillus bulgaricus, dan Streptococcus thermophillus.

Sebenarnya, rennet ini adalah kompleks enzim yang diproduksi di dalam perut hewan ruminansia atau hewan memamah biak dengan komponen penyusunnya yang utama yaitu enzim renin atau enzim chymosin. Renin termasuk ke dalam kelompok enzim protease yang dapat memutuskan ikatan peptida dalam protein yang menghubungkan asam amino satu dengan asam amino yang lain.

Enzim tersebut memiliki peran yang penting dalam melakukan proses pemisahan dan pengentalan pada protein kasein susu, sehingga akan terbentuk bagian padat yang sering disebut sebagai dadih (curd) serta bagian yang cair yang disebut dengan air dadih (whey). Nah, selanjutnya dadih akan melalui tahapan proses selanjutnya yaitu pematangan dan pengemasan sampai pada akhirnya terciptalah produk olahan makanan yang kamu sebut dengan keju.

D. Tempe

Tempe juga diproduksi melalui proses fermentasi yang dilakukan dengan cara menumbuhkan jamur Rhizopus oryzae dan Rhizopus oligosporus pada biji kedelai. Selama proses pertumbuhannya, jamur itu akan menghasilkan benang yang disebut dengan hifa. Benang inilah yang membuat biji kedelai saling terikat satu sama lain hingga membentuk struktur yang kompak seperti yang dapat kamu lihat dalam gambar.

E. Kecap

Salah satu produk hasil bioteknologi yang berasal dari kacang kedelai. Pada proses pembuatan kecap secara tradisional biasanya akan melibatkan proses hidrolisis dan fermentasi dari penggunaan jamur Aspergillus oryzae, Aspergillus sojae, dan Aspergillus wentii. Di negara bunga sakura, proses fermentasi dalam pembuatan kecap juga melibatkan peran dari bakteri Saccharomyces cerevisae dan Lactobacillus untuk dapat menghasilkan aroma yang khas.

Sebagai tahap pertama dalam proses pembuatan kecap, kedelai akan dicuci hingga bersih lalu direbus sampai matang. Selanjutnya, dilakukan penaburan kultur jamur dan dicamur dengan air garam dengan jumlah tertentu. Jamur akan menjadi berkembang sehingga enzim yang mampu menghidrolisis amilum menjadi gula sederhana dan menghidrolisis protein menjadi asam amino akan dihasilkan.

Gula sederhana serta asam amino nanti akan mengalami reaksi membentuk ikatan amino-glikosida yang menjadikan warna kecap menjadi cokelat gelap. Selain itu juga akan terbentuk campuran butiran biji kedelai serta cairan kental berwarna cokelat gelap. Campuran itu kemudian dilakukan penyaringan untuk memisahkan cairan dengan butiran biji kedelai. Lalu, dilanjutkan ke tahap proses pemanasan agar jamur dan bakteri mati dan kecap pun siap dikemas dalam botol.

F. Roti

Dalam pembuatan roti dan donat biasanya akan memanfaatkan proses fermentasi dengan peran dari bakteri Saccharomyces cerevisae untuk membantu menghasilkan banyak gas karbon dioksida serta sedikit alkohol. Gas karbon dioksida dapat membuat adonan roti mengembang, sedangkan alkohol akan menghasilkan aroma khas pada adonan roti.

Untuk gas karbon dioksida yang terperangkap di dalam adonan akan ikut mengalami pemuaian ketika adonan roti dimasukkan ke dalam oven. Sehingga, roti menjadi semakin mengembang dan meninggalkan bekas rongga di dalam tubuh roti. Peristiwa tersebut yang menjadikan roti akan terlihat lebih menarik dengan berat roti yang lebih ringan dan membuat rotinya menjadi lebih mudah untuk dikonsumsi.

G. Minuman Beralkohol

Minuman beralkohol seperti bir dan wine juga dibuat dengan melibatkan proses bioteknologi. Bir sendiri merupakan jenis minuman beralkohol yang berasal dari biji serealia, sedangkan wine terbuat dari ekstrak buah anggur. Proses fermentasi dalam pembuatan minuman beralkohol biasanya menggunakan Saccharomyces. Jenis Saccharomyces dan juga jenis bahan baku yang berbeda menghasilkan aroma serta rasa yang khas pada beberapa jenis minuman beralkohol.

Selain itu, faktor lamanya proses fermentasi juga dapat mempengaruhi jumlah alkohol yang dihasilkan. Semakin lama proses fermentasi minuman beralkoholnya, maka akan semakin tinggi juga kadar atau kandungan zat alkohol yang berada di dalam minumannya.

Baca juga: Sistem Perkembangbiakan Tumbuhan dan Hewan

Bioteknologi Pertanian

Penerapan bioteknologi modern dalam bidang pertanian adalah dengan lahirnya teknik rekayasa genetika yang dilakukan dengan memanipulasi susunan gen organisme sehingga dihasilkan organisme dengan sifat baru yang unggul, sehingga produksi hasil pertanian dapat meningkat.

Manipulasi susunan gen  dapat dilakukan dengan menambah atau menghilangkan gen yang ada di dalam organisme. Coba perhatikan skema gambar tahap teknik rekayasa pada tanaman berikut ini!

Bioteknologi Peternakan

Bukan hanya pada tumbuhan, teknik rekayasa genetika juga diaplikasikan pada hewan. Misalnya pengembangan sapi transgenik yang tahan terhadap penyakit mastitis atau pembengkakan kelenjar susu akibat adanya aktivitas bakteri Staphylococcus aureus. Caranya adalah dengan memasukkan gen pengode enzim lysostaphin dari tubuh bakteri tersebut ke dalam tubuh objek sapi transgenik.

Selain teknik rekayasa genetika, ada juga teknik baru yang dikembangkan. Salahnya satunya adalah pengembangan teknik kloning yang dilakukan pada domba yang dapat kamu lihat skemanya dalam gambar berikut.

Bioteknologi Kesehatan

Dalam bidang kesehatan, beberapa bentuk hasil bioteknologinya adalah penemuan produk antibiotik, insulin sintetis (humulin), vaksin, serta antibodi monoklonal. Nah, simak semua pembahasan lengkapnya dalam ulasan yang ada di bawah ini dengan semangat ya!

A. Antibiotik

Penemuan antibiotik penisilin oleh Alexander Fleming pada tahun 1928 berfungsi sebagai senyawa yang dapat menghambat pertumbuhan mikroorganisme lain, misalnya bakteri. Seiring dengan perkembangan jaman, para ilmuwan berhasil menemukan antibiotik lain yang dapat kamu amati pada tabel berikut.

B. Insulin Sintetis (Humulin)

Penyakit diabetes melitus tipe II yang disebabkan oleh kerusakan reseptor hormon insulin dalam hati. Sedangkan, penyakit diabetes melitus tipe I yang disebabkan karena rusaknya sel pankreas sehingga hormon insulin tidak dapat diproduksi. Menanggapi hal tersebut, membuat para ilmuwan kemudian mengembangkan metode baru dalam pembuatan insulin sintetis sebagai berikut.

DNA yang mengkode hormon insulin dalam sel pankreas diambil. Lalu, DNA itu direkombinasikan ke dalam vektor (plasmid). Kemudian, plasmid tersebut akan dimasukkan ke dalam sel bakteri E.coli, sehingga bakteri tersebut dapat mengandung DNA pengode hormon insulin dan dapat memproduksinya sendiri yang selanjutnya melalui tahap pemurnian serta dikemas untuk diberikan kepada pasien.

C. Vaksin

Vaksinasi merupakan cara preventif yang digunakan untuk meningkatkan sistem kekebalan tubuh dengn cara memasukkan vaksin ke dalam tubuh, sehingga menjadi kebal terhadap penyakit tertentu akibat virus maupun bakteri. Untuk lebih jelasnya, kamu dapat mengamati mekanisme pembentukan antibodi karena pemberian vaksin dalam gambar ini.

Saat ini, ilmuwan telah berhasil mengisolasi gen yang mengkode protein yang berada dalam permukaan bakteri dan virus tertentu. Kemudian, gen ini dimasukkan ke dalam sel Saccharomyces dan berkembangbiak untuk menghasilkan protein yang sama dengan protein yang dikode sebelumnya tetapi tidak memiliki sifat berbahaya bagi tubuh. Jadi, ketika disuntikkan ke dalam tubuh, maka terbentuk antibodi yang dapat menangkal serangan bakteri atau virus tersebut.

D. Antibodi Monoklonal

Antibodi monoklonal merupakan sebuah antibodi yang spesifik untuk satu jenis antigen yang diproduksi dari satu jenis sel limfosit B sebagai hasil kloning dari sel induk. Secara umum, antibodi tersebut diperoleh dari kultur sel yang melibatkan proses penggabungan sel (fusi) sel myeloma atau sel tumor serta sel limfosit B dari hewan tikus dan kelinci. Berikut gambaran prosedur pebentukan antibodi monoklonal dari hewan tikus.

Tikus akan diimunisasi terlebih dahulu dengan menggunakan antigen tertentu, sehingga sel limfosit B akan mengenali antigen itu dengan membentuk antibodi. Selanjutnya, sel limfosit difusikan dengan sel tumor membentuk sel hibridoma yang kemudian diseleksi dan dikultur supaya dapat dihasilkan lebih banyak antibodi. Hasil antibodi inilah yang lalu dimurnikan dan dikemas untuk digunakan sebagai terapi pada penderita artritis, kanker sel darah putih, dan kanker payudara.

Bioteknologi Lingkungan

Sebagai upaya penanggulangan pencemaran laut akibat tumpahan minyak, digunakan bakteri Pseudomonas untuk membersihkan tumpahan minyak dengan cara memecah molekul minyak menjadi CO₂. Pemanfaatan bakteri untuk menguraikan polutan disebut bioremediasi. Selain menggunakan bakteri dalam mengatasi masalah pencemaran lingkungan, kamu juga dapat memanfaatkan tanaman eceng gondok dan bunga matahari yang disebut dengan fotoremediasi.

Bioteknologi Forensik

Dalam bidang forensik, ditemukan teknik investigasi DNA fingerprinting atau sidik DNA dengan menggunakan profil pita DNA. Terdapat dua aspek yang digunakan dalam DNA fingerprinting ini yaitu keseragaman dan variasi profil DNA pada satu individu. DNA digunakan sebagai acuan karena profil DNA yang unik pada setiap individu serta memiliki keterkaitan dengan profil DNA dalam suatu keluarga.

Baca juga: Kemagnetan dan Pemanfaatannya

Dampak Penerapan dan Pengembangan Bioteknologi

Pada pembahasan kali ini, akan diulas juga tentang bahaya dampak yang ditimbulkan dari pemanfaatan bioteknologi terhadap lingkungan, kesehatan, hingga sosial dan ekonominya.

Dampak terhadap Lingkungan

Organisme transgenik baik itu dalam bentuk tanaman maupun hewan juga dapat mencemari lingkungan. Karena keanekaragaman gen yang sudah tersebar secara alami di lingkungan akan menjadi terganggu keseimbangannya atau bahasa secara singkatnya adalah mampu merusak plasma nutfah yang merupakan materi pembawa sifat makhluk hidup.

Ringkasnya, proses pencemaran ini disebut juga dengan polusi gen. Sebagai contoh adanya pengembangan tanaman jagung transgenik yang dapat tahan terhadap herbisida. Apabila tanaman ini ditanam di lahan yang alami, tentu serbuk sari dapat membawa gen jagung transgenik dan akhirnya menyerbuki jagung yang alami. Nantinya, penyerbukan seperti inilah yang membuat gen-gen pada jagung alami akan terkontaminasi dengan gen-gen dari produk tanaman jagung transgenik.

Walaupun sebenarnya tanaman transgenik biasanya merupakan jenis tanaman yang unggul dan cenderung membuat para petani lebih memilih untuk menanam tanaman transgenik yang bersifat monokultur dibandingkan dengan harus menanam tanaman lokal. Hal tersebut kemudian berakibat terjadinya kelangkaan pada tanaman lokal dan pastinya menurunkan jumlah ketersediaan plasma nutfah di alam.

Selain itu, dampak negatif dari penggunaan tanaman transgenik ialah dapat menimbulkan hama baru yang memiliki sifat resisten atau lebih kuat daripada karakter kemampuan hama sebelumnya yang secara otomatis dapat menimbulkan terganggunya keseimbangan ekosistem.

Dampak terhadap Kesehatan

Selain berbahaya bagi lingkungan sekitar karena mengganggu keseimbangan ekosistem serta mempengaruhi jumlah plasma nutfah di alam. Masyarakat juga percaya bahwa pengembangan organisme transgenik ini mampu memberikan dampak besar bagi kesehatan manusia. Hal tersebut bukanlah tanpa alasan, sebab di dalam tubuh organisme transgenik terdapat kombinasi gen baru yang apabila dikonsumsi oleh manusia mampu memicu timbulnya penyakit.

Tentu saja, kemungkinan penyakit ini dapat muncul pada beberapa orang sensitif terhadap zat yang dihasilkan oleh organisme transgenik. Terdapat beberapa produk hasil bioteknologi lainnya, seperti alkohol yang banyak disalahgunakan pemanfaatannya untuk dijadikan sebagai minuman beralkohol, yang jika dilakukan konsumsi secara terus-menerus akan menimbulkan dampak buruk bagi kesehatan.

Dampak terhadap Sosial dan Ekonomi

Sedangkan untuk dampaknya terhadap bidang sosial dan ekonomi ialah bagi seorang yang memiliki modal, dapat mengembangkan pertanian transgenik yang mampu meningkatkan hasil panen menjadi sangat berlimpah dengan kualitas tinggi. Kegiatan tersebut tentunya memberikan efek bagi petani tradisional yang tentu menjadi kalah bersaing dalam pemasaran, sehingga dapat menimbulkan kerugian.

Apabila masalah tersebut berlanjut, pastinya akan melahirkan masalah baru seperti kesenjangan perekonomian yang semakin tinggi. Hal seperti ini juga berlaku jika negara yang sudah maju itu mengembangkan organisme transgenik untuk dipasarkan dalam perdagangan internasional, yang membuat negara berkembang akan kalah saing juga.

Pemahaman Akhir

Dalam pembahasan mengenai bioteknologi, kita memahami bahwa bioteknologi merupakan teknologi yang memanfaatkan makhluk hidup untuk memenuhi kebutuhan manusia. Perkembangan bioteknologi dimulai sejak lama, dari fermentasi konvensional hingga teknik rekayasa genetika modern. Penerapan bioteknologi dalam kehidupan sangat luas, termasuk dalam bidang pangan, pertanian, peternakan, kesehatan, lingkungan, dan forensik.

Dalam bidang pangan, bioteknologi digunakan untuk menghasilkan produk seperti tapai, yoghurt, keju, tempe, kecap, roti, dan minuman beralkohol. Teknik fermentasi dan rekayasa genetika memungkinkan kita untuk menciptakan produk dengan sifat dan rasa yang unik. Dalam pertanian, teknik rekayasa genetika memungkinkan pengembangan tanaman unggul yang memiliki hasil lebih baik dan tahan terhadap kondisi lingkungan tertentu. Pada peternakan, rekayasa genetika juga digunakan untuk menghasilkan hewan dengan sifat yang diinginkan.

Dalam bidang kesehatan, bioteknologi telah menghasilkan produk seperti antibiotik, insulin sintetis, vaksin, dan antibodi monoklonal. Hal ini membantu dalam penanggulangan penyakit dan meningkatkan kualitas hidup manusia. Dalam lingkungan, bioteknologi digunakan untuk membersihkan tumpahan minyak dan mengatasi pencemaran lainnya. Bidang forensik juga memanfaatkan bioteknologi dalam analisis DNA fingerprinting untuk identifikasi dan investigasi kriminal.

Namun, penerapan bioteknologi juga dapat menimbulkan dampak negatif. Penggunaan organisme transgenik dapat mengganggu ekosistem alami, menyebabkan polusi gen, dan mengancam keanekaragaman hayati. Ada juga kekhawatiran terkait dampak kesehatan manusia akibat konsumsi produk bioteknologi yang belum sepenuhnya dipahami. Selain itu, pengembangan bioteknologi juga dapat mengubah dinamika ekonomi dan sosial, terutama bagi petani tradisional.

Oleh karena itu, penting bagi masyarakat, ilmuwan, dan pemerintah untuk bekerja sama dalam mengembangkan dan menerapkan bioteknologi dengan bijak. Pengembangan teknologi ini harus mempertimbangkan dampak lingkungan, kesehatan, dan sosial secara holistik. Dengan pengawasan yang baik, bioteknologi dapat menjadi alat yang kuat untuk memenuhi kebutuhan manusia sambil tetap menjaga keseimbangan alam dan kesehatan masyarakat.

Nah, bagaimana sobat pinter mengenai pembelajaran bab bioteknologi kali ini? Pasti kamu merasa senang karena sekarang bertambah lagi pengetahuan dan wawasan yang kamu miliki. Namun, jangan cepat merasa puas dalam menuntut ilmu dan teruslah untuk belajar supaya kamu semakin pinter!

Sumber :

Sutarno. 2016. Rekayasa Genetik dan Perkembangan Bioteknologi di Bidang Peternakan. Proceeding Biology Education Conference 13 (1): 23-27

Zubaedah, Siti dkk. Ilmu Pengetahuan Alam Edisi Revisi untuk SMP/ MTs Kelas IX. Jakarta: Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan. 2018