Pemanfaatan Bioteknologi Konvensional di Berbagai Bidang Kehidupan

Bioteknologi Konvensional - Seperti yang telah Anda ketahui bahwa pada bioteknologi konvensional ini tidak ada rekayasa terhadap sifat alami gen biologi yang digunakan. Bioteknologi konvensional ini disebut juga bioteknologi tradisional karena perkembangan bioteknologi ini telah ada sejak ribuan tahun silam. Pada masa itu, manusia belum menyadari bahwa proses yang mereka lakukan merupakan proses bioteknologi. Bioteknologi konvensional yang dilakukan manusia saat itu umumnya menggunakan proses sederhana dan telah dilakukan secara turun temurun.

Perkembangan bioteknologi konvensional tidak hanya terjadi pada teknologi pengolahan pangan, seperti pembuatan minuman beralkohol (bir, anggur) dan makanan (roti, keju). Akan tetapi, berkembang hingga pada aspek kesehatan, pemuliaan tanaman, dan peternakan. Berikut ini beberapa pemanfaatan bioteknologi konvensional dalam beberapa bidang kehidupan.

Pengolahan Bahan Pangan

Mikroorganisme merupakan kelompok makhluk hidup mikroskopis yang dapat dijumpai hampir di semua tempat dan biasanya berasal dari kelompok bakteri atau jamur. Makhluk hidup sederhana ini memiliki daerah penyebaran yang sangat luas. Salah satu kemampuan mikroorganisme tersebut adalah dapat menghasilkan enzim yang disekresikan keluar tubuhnya. Enzim tersebut secara alami berfungsi untuk menguraikan substrat atau bahan makanan di sekelilingnya menjadi makanan baginya. Proses ini dikenal dengan fermentasi.

Fermentasi banyak manfaatnya bagi manusia. Proses ini dapat mengubah berbagai bahan mentah menjadi bahan yang berguna bagi manusia. Sejak lama, manusia menggunakan ragi atau khamir (Saccharomyces cereviceae) dalam pembuatan minuman beralkohol dan sebagai pengembang roti. Pada kondisi anaerob ragi memfermentasikan gula menjadi alkohol dan CO₂. Selain ragi, banyak agen biologi lain berperan dalam pengolahan bahan pangan.

Pertanian

Budidaya pertanian dan peternakan juga tidak lepas dari pengaruh bioteknologi konvensional. Sejak dahulu, manusia terus berupaya untuk mendapatkan berbagai tanaman bibit unggul di bidang pertanian. Bibit unggul tersebut diharapkan mempunyai sifat tahan hama dan dapat meningkatkan kualitas serta kuantitas hasil panen. Oleh karena itu, manusia mulai melakukan berbagai penyilangan varietas tanaman pertanian.

Berbagai cara dilakukan manusia mulai dari penyilangan yang menghasilkan varietas baru, perbanyakan vegetatif, hingga radiasi untuk mendapatkan sifat baru yang dapat dikembangkan. Teknologi pemupukan juga mengalami perubahan. Pemupukan alami dan buatan dari bahan sintesis telah dikembangkan untuk meningkatkan produksi pertanian.

Perbanyakan vegetatif yang dikembangkan untuk meningkatkan produksi pertanian, antara lain setek, cangkok, dan kultur jaringan. Berbeda dengan setek dan cangkok yang dilakukan di lingkungan terbuka, kultur jaringan dilakukan di laboratorium. Kultur jaringan merupakan teknik perbanyakan tanaman dengan cara mengisolasi dan menumbuhkan bagian tanaman atau jaringan tersebut dalam medium buatan secara aseptik, Seperti yang terlihat pada gambar berikut.

Teknik kultur jaringan

Peternakan

Penerapan bioteknologi konvensional juga terjadi pada peningkatan produksi di bidang peternakan. Sejak dahulu, manusia telah berusaha mengawinkan hewan-hewan ternak untuk memperoleh bibit unggul. Para peternak menyadari pentingnya bibit unggul untuk meningkatkan produksi daging, telur, dan susu yang berkualitas.

1.) Inseminasi Buatan
Salah satu teknik yang dikembangkan adalah inseminasi buatan. Inseminasi buatan adalah suatu cara untuk memasukkan mani (sperma atau semen) dari ternak jantan ke alat kelamin ternak betina. Sebelumnya, semen yang didapat dari ternak jantan dicairkan dan diproses terlebih dahulu. Untuk memasukkan semen ke dalam alat kelamin ternak betina menggunakan metode dan alat khusus yang disebut insemination gun.

Tujuan dilakukannya inseminasi buatan adalah untuk meningkatkan angka kelahiran ternak yang umumnya bergantung musim kawin. Dengan demikian, jarak kelahiran ternak dapat diatur. Selain itu, dengan adanya inseminasi buatan dapat memperbaiki kualitas ternak, mengoptimalkan penggunaan bibit unggul, dan mencegah penularan atau penyebaran penyakit ternak.

2.) Fertilisasi In vitro
Kebutuhan manusia akan produk ternak semakin meningkat. Contohnya, kebutuhan masyarakat terhadap daging dan susu sapi. Hal tersebut ditandai oleh pemerintah yang masih mengimpor daging dan susu sapi.

Teknik perbanyakan ternak yang unggul mulai dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan masyarakat. Selain dengan teknik inseminasi buatan, perbanyakan ternak unggul dapat dilakukan dengan fertilisasi in vitro. 

Proses fertilisasi in vitro pada sapi

Pada fertilisasi in vitro, embrio dapat dihasilkan di luar uterus induk betina. Sifat dan jumlah embrio dapat diatur. Setelah embrio terbentuk, kemudian embrio tersebut ditanam (diimplantasikan) dalam uterus milik betina dari spesies yang sama untuk membantu mempercepat peningkatan populasi ternak yang unggul. Embrio sebelum diimplantasikan dapat disimpan dalam jangka waktu tertentu pada nitrogen cair bersuhu –196°C.

Pengobatan dan Kesehatan

Pada bidang pengobatan dan kesehatan, bioteknologi konvensional telah menghasilkan berbagai macam obat, di antaranya adalah antibiotik dan vaksin. Antibiotik adalah senyawa yang dihasilkan oleh mikro organisme seperti jamur atau bakteri yang dapat menghambat pertumbuhan hingga mematikan mikroorganisme lainnya.

Antibiotik pertama yang ditemukan berasal dari jamur Penicillium notatum yang biasa tumbuh pada kulit jeruk yang membusuk. Antibiotik yang dihasilkan Penicillium ini disebut penisilin. Sekresi jamur Pencillium yang mematikan pertumbuhan bakteri ini ditemukan secara tidak sengaja oleh Ale ander Flemming pada 1928.

(a) Alexander Flemming dan(b) pengaruh antibiotik
terhadap pertumbuhan bakteri serta (c) obat antibiotik.

Vaksin adalah senyawa atau zat dari kuman yang dilemahkan atau dimatikan racunnya sehingga dapat memicu kekebalan tubuh. Pengaruh vaksin mirip dengan infeksi potogen ketika menyerang tubuh, yakni terjadi respons kekebalan tubuh. Akibatnya, kekebalan tubuh untuk patogen tersebut menjadi aktif. Namun, vaksin tidak membahayakan tubuh karena sudah lemah dan tidak mengandung unsur patogen. 

Hasilnya, jika kuman yang sama menyerang tubuh, sistem kekebalan tubuh lebih cepat bereaksi dan lebih ampuh. Vaksin kali pertama digunakan oleh Edward enner untuk mengobati penyakit cacar air. Pemberian vaksin ini disebut juga vaksinasi. Melalui vaksinasi, manusia akan dapat kebal terhadap infeksi penyakit polio, difteri, tetanus, rabies, dan banyak penyakit lain tanpa harus terinfeksi sebelumnya oleh penyakit tersebut.

Lingkungan

Maraknya kasus pencemaran lingkungan dan menurunnya kesehatan masyarakat sekarang ini, umumnya terjadi karena limbah dan sampah yang dihasilkan dari kegiatan industri dan kegiatan rumah tangga. Agar kegiatan industri tetap berlangsung dan pencemaran dapat dikurangi, diperlukan teknologi yang dapat mengolah limbah hasil industri tersebut. Teknologi pengolahan limbah merupakan kunci dalam memelihara kesehatan lingkungan.

Berbagai teknik pengolahan limbah telah dicoba dan dikembangkan. Teknik pengolahan limbah, dalam hal ini limbah cair dibagi menjadi tiga metode pengolahan, yaitu:

1. pengolahan secara fisika;
2. pengolahan secara kimia;
3. pengolahan secara biologi.

Pangolahan air limbah dengan metode Biologi lebih efektif dibandingkan dengan metode lainnya. Proses pengolahan limbah dengan metode Biologi adalah metode yang memanfaatkan jasad hidup. Jasad hidup tersebut berfungsi sebagai katalis untuk menguraikan material yang terkandung dalam air limbah dan menjadikannya sebagai tempat berkembang biak. Salah satu proses pengolahan air limbah yang menggunakan jasad hidup (mikroorganisme) adalah pengolahan dengan cara lumpur aktif.

Pengolahan dengan cara ini dapat digunakan untuk mengolah air limbah dari industri pangan, pulp, kertas, tekstil, bahan kimia dan obat-obatan. Akan tetapi, proses ini menimbulkan masalah baru, yakni terjadi kelebihan endapan lumpur dari pertumbuhan mikroorganisme. Sekarang, hal itu dapat diatasi dengan teknologi ozon pada pengolahan air limbah dengan cara metode lumpur aktif tersebut, perhatikan gambar berikut ini.

Proses pengolahan limbah dengan metode lumpur aktif.

Pada proses Gambar di atas, mikroba tumbuh dalam lumpur dan akan terjadi proses degradasi. Proses ini berlangsung dalam reaktor dengan pencampuran sempurna dilengkapi dengan daur lumpur dan cairannya. Sporotrichium sp. dapat menurunkan karakteristik limbah cair pulp, antara lain meliputi parameter BOD dan warna. Media terbaik bagi jamur Sporotrichium sp. agar dapat bekerja efektif dalam menurunkan mendegradasi karakteristik limbah cair industri pulp adalah dengan pengenceran sampai 75% dan penambahan glukosa 75%.

Pengolahan limbah dapat juga dilakukan dengan proses bioremoval. Proses bioremoval adalah suatu proses pengolahan limbah yang melibatkan mikroorganisme dalam mengatasi permasalahan ion logam berat. Bioremoval didefinisikan sebagai terakumulasinya dan terkonsentrasinya polutan dari suatu cairan oleh material biologi. Selanjutnya, material ini dapat dibuang dan ramah terhadap lingkungan. Berikut ini mikroorganisme yang berperan dalam bioremoval dan logam yang diolahnya.

Tumpukan minyak bumi di laut sekarang ini dapat diatasi dengan memanfaatkan mikroorganisme. Tumpukan minyak tersebut dapat diuraikan oleh bakteri Pseudomonas. Bakteri ini dapat menguraikan ikatan hidrokarbon yang membentuk minyak bumi. Gen yang mampu menguraikan minyak bumi terletak pada plasmid bakteri tersebut.

Bahan Bakar Alternatif

Teknologi biogas muncul karena didorong oleh naiknya harga minyak dunia. Biogas memberikan solusi terhadap masalah penyediaan energi dengan murah dan tidak mencemari lingkungan. Biogas kali pertama dikembangkan pada 1970 di Denmark. Saat itu, Denmark telah membangun 55 pengolahan biogas. China dan India mulai mengembangkan pengolahan biogas pada 1980-an.

Teknologi biogas pada dasarnya memanfaatkan proses pencernaan yang dilakukan oleh bakteri methanogen yang produknya berupa gas methana (CH4) dan bakteri asam. Bakteri ini bekerja dalam lingkungan yang tidak ada udara. Bakteri methanogen akan secara alami berada dalam limbah organik, seperti kotoran binatang, manusia, dan sampah organik rumah tangga.

Tahap lengkap pencernaan material organik oleh bakteri methanogen adalah sebagai berikut:

1. Hidrolisis. Pada tahap ini, molekul organik kompleks diuraikan menjadi bentuk yang lebih sederhana, seperti karbohidrat (simple sugars), asam amino, dan asam lemak.
2. Asidogenesis. Pada tahap ini terjadi proses penguraian yang menghasilkan amonia, karbondioksida, dan hidrogen sulfida.
3. Asetagenesis. Pada tahap ini dilakukan proses penguraian produk asidogenesis; menghasilkan hidrogen, karbondioksida, dan asetat.
4. Methanogenesis. Ini adalah tahapan terakhir dan sekaligus yang paling menentukan, yakni dilakukan penguraian dan sintesis produk tahap sebelumnya untuk menghasilkan gas methana (CH₄). Hasil lain dari proses ini berupa karbon dioksida, air, dan sejumlah kecil senyawa gas lainnya.

Kegagalan biogas bisa disebabkan tidak seimbangnya bakteri methan terhadap bakteri asam. Akibatnya, lingkungan menjadi sangat asam (pH kurang dari 7) yang dapat menghambat kelangsungan hidup bakteri methan. Keasaman substrat media biogas yang dianjurkan berada pada rentang pH 6,5–8. Suhu optimum untuk perkembangbiakan bakteri methan adalah 35°C.

Dilihat dari sisi konstruksinya, pada umumnya reaktor biogas bisa digolongkan dalam dua jenis, yakni fi ed dome dan floating drum. Fi ed dome mewakili konstruksi reaktor yang memiliki volume tetap sehingga produksi gas akan meningkatkan tekanan di dalam reaktor. Adapun floating drum berarti ada bagian pada kontruksi reaktor yang bisa bergerak untuk menyesuaikan dengan kenaikan tekanan reaktor. Pergerakan bagian reaktor tersebut juga menjadi tanda telah dimulainya produksi gas di dalam reaktor biogas.

Semua reaktor biogas untuk kotoran hewan
jenis fixed dome (kiri) dan floating drum (kanan)

Dari Gambar di atas dapat dilihat bahwa kedua jenis konstruksi reaktor biogas tersebut tidak jauh berbeda. Keduanya memiliki komponen tangki utama, saluran masuk dan residu keluar, separator (optional), dan saluran gas keluar. Perbedaan yang ada antara keduanya adalah pada bagian pengumpul gasnya (gas collector).