Belajar IPA #dirumahaja: Bab 7. Bioteknologi

Kompetensi Dasar :

Pengetahuan

3.7. Menerapkan konsep bioteknologi dan perannya dalam kehidupan manusia.

Keterampilan

4.7. Membuat salah satu produk bioteknologi konvensional yang ada di lingkungan sekitar.

Tujuan Pembelajaran :

Setelah mengikuti proses pembelajaran daring, peserta didik dapat :

1. Mendeskripsikan pengertian bioteknologi dengan benar.

2. Membedakan bioteknologi konvensional dan modern dengan benar.

3. Mengidentifikasi pemanfaatan bioteknologi dalam berbagai bidang dengan benar.

4. Menjelaskan dampak bioteknologi dalam berbagai bidang dengan benar.

Assalamualaikum Wr. Wb

Anak-anak, sebelum kita belajar IPA hari ini, jangan lupa untuk berdoa terlebih dahulu. Dengan doa dan upaya kalian yang sungguh-sungguh, Pak Arief yakin kalian akan mampu menguasai materi hari ini. Berikut Peta Konsep materi yang akan kita pelajari.

PETA KONSEP

APERSEPSI

Sebelum melanjutkan membaca ringkasan materi, silakan disimak dulu video berikut ini untuk memberikan gambaran mengenai materi yang akan kita pelajari.

RINGKASAN MATERI

Pernahkah kalian makan tempe atau makanan olahan dari tempe? Tempe adalah salah satu bahan makanan yang dibuat dari fermentasi kedelai dengan bantuan jamur yang terdapat pada ragi. Tahukah kalian, ternyata tempe lebih mudah dicerna oleh tubuh dibandingkan kedelai? Jika kalian perhatikan struktur tempe, kalian akan menemukan benang-benang putih pada tempe. Benang-benang tersebut disebut dengan hifa. Hifa merupakan tubuh jamur yang membentuk jejaring. Keberadaan hifa menyatukan butiran biji kedelai yang satu dengan yang lainnya, sehingga menjadi struktur yang lebih kompak dan padat yang kita kenal sebagai tempe. Tempe dapat dikelompokkan menjadi salah satu produk bioteknologi karena dalam proses pembuatan tempe melibatkan suatu mikroorganisme. Selain tempe, apa saja makanan sehari-hari yang merupakan produk bioteknologi? Apakah produk bioteknologi hanya berupa makanan saja? Untuk mengetahui jawaban pertanyaan tersebut, ayo kita pelajari bab ini dengan penuh antusias!

A. Prinsip Dasar Bioteknologi

Bioteknologi adalah pemanfaatan makhluk hidup (organisme) dalam rangka mendapatkan suatu produk maupun jasa yang mempunyai manfaat bagi kehidupan manusia.
Bioteknologi apabila didasarkan pada kerumitan prosesnya dapat dibedakan menjadi bioteknologi konvensional dan bioteknologi modern.

Bioteknologi konvensional

Bioteknologi konvensional adalah bioteknologi yang memanfaatkan secara langsung mikroorganisme seperti bakteri maupun jamur, enzim yang dihasilkan mikroorganisme, dan melibatkan proses fermentasi untuk menghasilkan produk atau jasa.
Contoh produk bioteknologi konvensional misalnya tempe, tapai, roti, keju, dan yoghurt. Selengkapnya bisa disimak tabel berikut.

Bioteknologi Modern

Bioteknologi modern adalah bioteknologi yang memanfaatkan prinsip biologi sel dan molekuler untuk menghasilkan produk yang bermanfaat bagi manusia.
Penerapan bioteknologi modern berdasarkan pada rekayasa genetika dan rekayasa biokimia.
Teknik rekayasa genetika dikenal juga dengan istilah teknik DNA rekombinan, yaitu proses mengkombinasikan DNA suatu organisme ke dalam DNA organisme lain.
Contoh produk bioteknologi modern misalnya kloning DNA, transgenesis, bayi tabung, antibiotik, dan vaksin. Contoh lain bisa disimak tabel berikut.

Perbedaan bioteknologi konvensional dan bioteknologi modern dapat dirangkum dalam tabel berikut:

B. Bioteknologi dan Pemanfaatannya
1. Bioteknologi Pangan

Bioteknologi pangan adalah bioteknologi yang digunakan untuk menghasilkan produk makanan dengan memanfaatkan mikroorganisme. Beberapa contoh produk bioteknologi di bidang pangan yaitu tape, yoghurt, keju, tempe, kecap, roti, dan minuman beralkohol. Penjelasan mengenai proses pembuatan produk makanan dengan memanfaatkan mikroorganisme sebagai berikut.

a. Produk Makanan Bahan Susu

Pada prinsipnya adalah memproses susu dengan fermentasi yang menghasilkan asam laktat. Susu dapat diolah menjadi bentuk-bentuk baru, seperti yoghurt, keju, dan mentega.

1) Yoghurt

Yoghurt merupakan minuman hasil fermentasi susu yang menggunakan bakteri Streptococcus thermophillus atau Lactobacillus bulgaricus.
Bakteri ini akan mengubah laktosa pada susu menjadi asam laktat. Efek lain dari proses fermentasi adalah pecahnya protein pada susu yang menyebabkan susu menjadi kental.
Untuk membuat yogurt, susu dipanaskan pada suhu tertentu selama beberapa waktu agar bebas dari bakteri yang dikenal dengan proses pasteurisasi.
Hasil akhirnya susu akan terasa asam dan kental. Proses penguraian ini disebut fermentasi asam laktat dan hasil akhirnya dinamakan yoghurt.

2) Keju

Keju merupakan bahan makanan yang dihasilkan dengan memisahkan zat-zat padat pada susu melalui proses pengentalan atau koagulasi.
Proses pengentalan ini dilakukan dengan bantuan bakteri Lactobacillus bulgaricus dan Streptococcus thermophillus.
Bakteri ini akan menghasilkan enzim renin, sehingga protein pada susu akan menggumpal dan membagi susu menjadi cair dan padatan (dadih).
Selanjutnya, enzim renin akan mengubah gula laktosa dalam susu menjadi asam dan protein yang ada pada dadih.
Dadih inilah yang akan diproses lebih lanjut melalui proses pematangan dan pengemasan sehingga terbentuk olahan makanan yang dikenal dengan keju.

3) 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 Bahan Non Susu

Produk-produk makanan yang juga menggunakan proses bioteknologi konvensional namun tidak berasal dari susu antara lain sebagai berikut.

1) Kecap

Kecap merupakan salah satu produk hasil bioteknologi yang terbuat dari kacang kedelai. Pada tahap awal kedelai akan difermentasi dengan menggunakan jamur Aspergillus wentii, Aspergillus oryzae, atau Aspergillus sojae.
Tahap selanjutnya kedelai yang sudah difermentasikan akan dikeringkan dan direndam di dalam larutan garam.
Pembuatan kecap dilakukan melalui proses perendaman kedelai dengan larutan garam, sehingga pembuatan kecap dinamakan fermentasi garam.
Jamur Aspergillus wentii akan merombak protein menjadi asam-asam amino, komponen rasa, asam, dan aroma khas.

2) Tempe

Tempe adalah makanan tradisional khas Indonesia yang sering dikonsumsi menjadi salah satu makanan favorit.
Pada dasarnya proses produksi tempe ini menggunakan teknik fermentasi. Fermentasi dilakukan dengan menumbuhkan jamur Rhizopus oryzae dan Rhizopus oligosporus pada biji kedelai.
Pada proses pertumbuhan, jamur akan menghasilkan benang-benang yang disebut dengan hifa. Benang-benang itu mengakibatkan biji-bijian kedelai saling terikat dan membentuk struktur yang kompak seperti pada gambar berikut.

(a) Tempe; (b) Jamur Rhizopus oryzae

Pada waktu pertumbuhan jamur, jamur juga akan membuat suatu enzim protease yang dapat menguraikan protein kompleks yang ada pada kedelai menjadi asam amino yang lebih mudah dicerna oleh tubuh kita.

3) Tape

Tape dibuat dengan memanfaatkan mikroorganisme yang ada pada ragi.
Salah satu mikroorganisme yang berperan dalam pembuatan tape adalah khamir Saccharomyces cerevisiae.
Khamir Saccharomyces cerevisiae dan tape singkong sebagai hasil fermentasi dapat dilihat pada gambar berikut.
(a) Tape Singkong; (b) Khamir Saccharomyces cerevisiae
Selain Saccharomyces cerevisiae, jamur Aspergillus sp., dan bakteri Acetobacter aceti juga berperan dalam pembuatan tape.
Mikroorganisme yang terdapat pada tape biasanya memiliki pekerjaan yang saling sinergis, artinya mikroorganisme tersebut akan bekerja saling bergantian untuk mengubah bahan baku dari singkong atau beras ketan menjadi tape.

Perubahan Kimia yang Terjadi dalam Pembuatan Tape

Adapun proses dalam pembuatan tape dapat digambarkan seperti bagan di bawah ini.
Selama pembuatan tape terjadi fermentasi amilum menjadi glukosa yang bantu oleh Aspergillus sp. Sedangkan untuk mengubah glukosa menjadi produk baru yaitu alkohol dibantu oleh kapang Saccharomyces cerevisiae, untuk merubah alkohol menjadi asam cuka, maka proses tersebut dikendalikan oleh Acetobater acetii.
Mekanisme antara kerja seperti ini disebut sinergisme glukosa menjadi alkohol. Proses perubahan ini terjadi karena adanya kerja enzim-enzim pada sel ragi yang dihasilkan oleh mikroorganisme.
Proses fermentasi tape memanfaatkan respirasi anaerob pada mikroorganisme (pernapasan yang tidak membutuhkan oksigen).

4) Minuman Beralkohol

Bioteknologi pangan juga banyak dimanfaatkan dalam pembuatan minuman beralkohol.
Pembuatan minuman beralkohol merupakan proses fermentasi dengan bantuan jamur Aspergillus oryzae.
Jamur Aspergillus oryzae akan menghasilkan enzim amilase yang dapat menguraikan amilum menjadi glukosa atau gula.
Selanjutnya, gula akan difermentasikan lanjut menjadi alkohol dan gas karbondioksida. Proses tersebut kemudian akan menghasilkan minuman beralkohol dengan cita rasa tertentu sesuai dengan bahan baku yang digunakan.
Lama proses fermentasi akan mempengaruhi jumlah alkohol yang dihasilkan. Semakin lama proses fermentasi, semakin tinggi kandungan alkoholnya.
Contoh minuman beralkohol adalah wine atau anggur.
Minuman anggur dibuat dari buah anggur dengan memanfaatkan Saccharomyces cerevisiae melalui proses fermentasi, seperti halnya fermentasi pada pembuatan alkohol biasanya. .

5) Roti

Pembuatan roti juga memanfaatkan peristiwa fermentasi yang dibantu oleh yeast atau khamir Saccharomyces cerevisiae. Yeast merupakan sejenis jamur yang ditambah pada adonan tepung dan akan menimbulkan proses fermentasi.
Proses ini akan menghasilkan gas karbondioksida dan alkohol.
Gas karbondioksida berperan dalam mengembangkan roti, sedangkan alkohol akan berkontribusi dalam menghasilkan aroma dan memberi rasa pada roti.
Adonan akan tampak lebih mengembang dan membesar pada saat adonan dimasukkan ke oven, karena gas akan mengembang pada suhu tinggi.
Peristiwa ini yang membuat tekstur roti lebih menarik, lebih ringan, dan lebih mudah untuk dikonsumsi.

2. Bioteknologi Industri

Peran dari pemanfaatan bioteknologi pada bidang industri adalah berupa produk makanan dan juga minuman, protein sel tunggal dan zat organik.

a. Penghasil Protein Sel Tunggal (PST)

Pengertian PST adalah protein yang dihasilkan oleh mikroorganisme dan letaknya berada di dalam sel mikroorganisme tersebut.
Tujuan PST adalah untuk mendapatkan protein dalam rangka mengatasi kekurangan protein. Contoh mikroorganisme yang menghasilkan PST adalah Bakteri Methylophillus methylotrophus dan alga hijau (chlorella).

b. Penghasil Zat Organik

Bioteknologi juga dapat berperan dalam menghasilkan zat organik.
Zat organik merupakan suatu zat yang mempunyai kandungan karbon, oksigen dan hidrogen. Zat organik dihasilkan dari proses fermentasi mikroorganisme.
Sebagai contoh adalah asam sitrat oleh Aspergillus nigger.

3. Bioteknologi Pertanian

Di bawah ini merupakan bioteknologi pertanian yang sangat bermanfaat bagi kehidupan manusia.

a. Organisme Transgenik

Organisme transgenik adalah organisme yang memperoleh sisipan gen tertentu dari organisme lain sebagai pembawa sifat yang diharapkan.

b. Kultur Jaringan

Menumbuhkan eksplan pada media sehingga akan tumbuh kalus dan pada akhirnya akan menjadi plantet (tanaman) kecil yang memiliki akar, batang dan juga daun.
Keuntungan teknik kultur jaringan dengan pemanfaatan bioteknologi adalah:

Memiliki sifat yang mirip dengan induknya;
Bisa diperbanyak dalam waktu yang singkat dan cepat;
Tidak memerlukan tempat/lokasi yang luas;
Kesehatan dan kualitas dari bibit yang terjamin;
Kecepatan dalam pertumbuhan yang lebih cepat jika dibandingkan dengan yang alami.

c. Hidroponik

Pengertian hidroponik adalah teknik dalam bercocok tanam tanpa memakai tanah sebagai media tanamnya. Hidroponik juga memanfaatkan bioteknologi.
Keuntungan cara bertanam dengan hidroponik adalah :

Tidak membutuhkan lokasi/ tempat yang luas;
Pupuk lebih hemat;
Kualitas produksi (hasil panen) yang baik;
Tanaman bebas dari hama dan penyakit;
Panen dapat berlangsung secara terus menerus;
Tanaman dapat tumbuh dengan lebih cepat.

d. Aeroponik

Pengertian aeroponik adalah teknik bercocok tanam tanpa memakai media tanam untuk tumbuhnya akar, dan akar dibiarkan secara terbuka menggantung pada suatu tempat yang kelembabannya telah dijaga.

4. Bioteknologi Lingkungan

Penerapan bioteknologi pada bidang lingkungan misalnya:

Biogas dan gasohol merupakan salah satu alternatif bahan bakar masa depan untuk menggantikan minyak bumi yang dibuat dari fermentasi limbah.

Biogas (metana) dihasilkan dari fermentasi limbah kotoran makhluk hidup. Pada fase anaerob akan dihasilkan gas metana yang dibakar dan digunakan untuk bahan bakar.
Gasohol (alkohol) merupakan fermentasi molase oleh Saccharomyces cerevisie.

Biohidrometalurgi/pemisahan logam dari bijihnya. Untuk mikroorganisme yang mempunyai peran adalah Thiobacillus ferrooxidans yang mempunyai sifat kemolitotrof yaitu yang bisa memakai senyawa anorganik sebagai sumber energi.
Pencemaran logam berat dari limbah industri dapat diatasi dengan memanfaatkan bioteknologi. Pencemaran logam berat dari limbah industri bisa dengan menggunakan bakteri Thiobacillus ferrooxidans dan Bacillus subtilis untuk mengikat zat logam berat tersebut yang telah mencemari lingkungan.
Bioremediasi adalah suatu cara menghilangkan polutan ataupun kontaminan yang terdapat di air, tanah dan juga udara dengan memanfaatkan mikroorganisme seperti halnya Pseudomonas, Flavo-bacterium, Azetobacter dan juga Arthobacter.
Pemanfaatan bioteknologi dapat digunakan untuk mengatasi pencemaran limbah organik yaitu dengan menggunakan tumbuhan air seperti halnya enceng gondok.

5. Bioteknologi Peternakan

Pemanfaatan bioteknologi :

1. Inseminasi Buatan (Kawin Suntik)

Kawin suntik atau dikenal dengan istilah inseminasi buatan (IB) adalah proses memasukkan cairan sperma (semen) dari sapi jantan yang unggul ke dalam saluran reproduksi sapi betina dengan bantuan manusia.
Inseminasi buatan ini dilakukan dengan cara memasukkan sperma (semen) yang telah dibekukan dengan menggunakan alat seperti suntikan.
Inseminasi buatan memiliki beberapa manfaat, antara lain efisiensi waktu, efisiensi biaya, dan juga memperbaiki kualitas anakan sapi.
Perbaikan kualitas misalnya sebagai penghasil daging yang berkualitas (sapi potong). Sebagai contoh, untuk menghasilkan anakan sapi dengan kualitas daging yang baik dan berjumlah banyak, diambil sel-sel sperma dari sapi Brahman dari India untuk diinseminasikan pada sapi betina lokal..

2. Kloning

Kloning merupakan proses menghasilkan individu-individu dari jenis yang sama yang identik dengan induknya secara penampilan dan genetik.

Prinsip kerja kloning adalah menyalin materi genetik (DNA) dari suatu individu dan memasukkan ke dalam suatu embrio untuk menggantikan materi genetik (DNA) embrio tersebut. Setelah embrio tumbuh akan menghasilkan individu baru seperti yang dikloning.

Contoh dari kloning yaitu domba dolly. Domba dolly merupakan Mammalia pertama yang berhasil di kloning. Hewan yang selanjutnya berhasil di kloning yaitu sapi, kelinci, monyet dan sebagainya.

6. Bioteknologi Kedokteran dan Kesehatan

Pada bidang kedokteran dan kesehatan, pemanfaatan bioteknologi :

a. Antibodi Monoklonal

Antibodi monoklonal adalah antibodi yang spesifik untuk satu jenis antigen, yang dihasilkan dari satu jenis sel limfosit B yang merupakan hasil kloning dari sel induk.
Antibodi monoklonal umumnya dihasilkan dari kultur sel yang melibatkan penggabungan (fusi) sel myeloma (sel tumor) dan sel limfosit B dari tikus atau dari kelinci.
Untuk menghasilkan antibodi monoklonal, tikus atau kelinci diimunisasi terlebih dahulu dengan antigen tertentu. Akibatnya, sel limfosit B kelinci akan mengenali antigen tersebut dan akan membentuk antibodi. Sel limfosit selanjutnya difusikan dengan sel tumor membentuk sel hibridoma. Penggabungan sel tumor ini dimaksudkan agar sel limfosit dapat terus membelah menghasilkan antibodi. Sel hibridoma kemudian diseleksi untuk selanjutnya dikultur sehingga dapat lebih banyak dihasilkan antibodi.
Antibodi yang dihasilkan selanjutnya dimurnikan kemudian dikemas untuk digunakan terapi, misalnya untuk terapi artritis, penolakan saat transplantasi organ, kanker sel darah putih, kanker payudara, dan jenis kanker yang lainnya.

b. Insulin

Penyebab penyakit diabetes melitus salah satunya adalah seseorang tidak dapat menghasilkan hormon insulin, yang disebabkan rusaknya sel-sel pankreas.
Orang yang menderita penyakit diabetes melitus memiliki kadar gula dalam darah yang tinggi.
Gejala awal penderita diabetes melitus, yaitu sering buang air kecil, mudah haus, dan mudah lapar. Jika tidak segera ditangani, akan mengakibatkan komplikasi, seperti penyakit jantung, stroke, gagal ginjal, dan kerusakan pada mata.
Untuk mengatasi penyakit diabetes melitus, penderita perlu mendapatkan tambahan hormon insulin sintetis. 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. Menggabung (merekombinasi) potongan DNA yang mengode gen tertentu dengan vektor. 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.

c. Terapi Gen

Terapi gen adalah merupakan pengobatan terhadap penyakit atau kelainan genetik dengan menyisipkan gen yang normal.

d. Antibiotik

Perkembangan bioteknologi dalam bidang kesehatan dimulai dengan penemuan antibiotik penisilin oleh Alexander Fleming tahun 1928.

Antibiotik merupakan senyawa yang dapat menghambat pertumbuhan mikroorganisme lain, khususnya bakteri.

Antibiotik penisilin dihasilkan oleh jamur Penicillium notatum dan Penicillium chrysogenum.

Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan, saat ini ilmuwan telah berhasil menemukan berbagai jenis antibiotik yang diperoleh dari berbagai jenis mikroorganisme. Perhatikan Tabel berikut!

e. Vaksin

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 ini dimasukkan ke dalam tubuh manusia, maka sel darah putih (limfosit B) akan mengenali protein tersebut dan membelah menjadi sel plasma dan sel memori. 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.
Contoh vaksin adalah vaksin hepatitis B, vaksin Covid-19 dan malaria.

C. Dampak Bioteknologi di Berbagai Bidang

Berikut adalah dampak dari bioteknologi pada berbagai bidang, antara lain:

1. Dampak Bioteknologi Bidang Lingkungan

Bioteknologi memiliki dampak pada bidang lingkungan. Organisme transgenik yang dilepaskan ke alam bebas bisa jadi membuat terjadinya perubahan keseimbangan ekosistem. Hal ini disebabkan karena setiap spesies tertentu mempunyai fungsi tersendiri pada suatu ekosistem. Organisme transgenik tersebut dikhawatirkan akan membuat perubahan peranan organisme lain dalam ekosistem.

2. Dampak Bioteknologi Bidang Sosial Ekonomi

Selain bidang lingkungan, bioteknologi juga berdampak pada bidang sosial ekonomi. Timbulnya hak paten atas rekayasa genetik, swastanisasi pada kelompok tertentu akan memberikan suatu pengaruh terhadap kehidupan masyarakat. Misalnya dengan adanya penemuan tanaman transgenik yang dipatenkan, maka untuk mendapatkan tanaman tersebut harus membeli kepada pemegang lisensi tersebut, hal ini akan memberatkan bagi petani yang mempunyai modal yang terbatas.

3. Dampak Bioteknologi Bidang Kesehatan

Suatu organik yang disisipi oleh gen yang tahan zat antibiotik dikhawatirkan bisa menurunkan daya tahan tubuh kepada penyakit jika dikonsumsi oleh manusia, hal ini dapat menimbulkan masalah yang cukup serius. Inilah dampak bioteknologi pada bidang kesehatan.

4. Dampak Bioteknologi Bidang Etika/Moral

Dampak bioteknologi selanjutnya adalah pada bidang etika/ moral. Pemindahan gen suatu makhluk ke dalam sel tubuh makhluk yang lain dianggap tidak etis oleh masyarakat, karena hal ini merupakan pelanggaran terhadap hukum alam yang terbuka.