Perkembangan dan Peranan Mikroorganisme dalam Bioteknologi - Pada saat ini bioteknologi dapat dimanfaatkan untuk merekayasa organisme dalam menghasilkan barang atau jasa yang sangat diperlukan oleh manusia. Berikut ini akan dijelaskan tentang pemanfaatan bioteknologi dalam kehidupan.

A. Perkembangan Bioteknologi

Penerapan bioteknologi sudah dilakukan orang sejak dulu, misalnya dalam pembuatan makanan fermentasi dan pembuatan obat. Makanan dan minuman hasil fermentasi, seperti tempe, tape, bir, yoghurt, dan cuka. Dengan bioteknologi dihasilkan obat-obatan, seperti vaksin hepatitis, antibiotik, dan hormon insulin. Tahun 1797, Edward Jenner menggunakan mikroorganisme hidup untuk menghasilkan vaksin penyakit cacar.

Saat ini, bioteknologi dapat digunakan untuk mendeteksi penyakit pada seseorang secara dini. Bioteknologi dibagi menjadi dua macam, yaitu bioteknologi sederhana (konvensional) dan bioteknologi modern. Dalam bioteknologi, manusia memanfaatkan sel hewan dan sel tumbuhan atau mikroorganisme, misalnya jamur, bakteri, dan kapang. Penerapan bioteknologi didukung oleh berbagai ilmu, seperti mikrobiologi (cabang biologi yang mempelajari mikroba atau jasad renik), biologi sel (mempelajari sel), genetika (cabang biologi yang mempelajari sifat-sifat keturunan), dan biokimia (cabang ilmu kimia yang mempelajari aspek kimia pada makhluk hidup).

1. Bioteknologi Konvensional

Bioteknologi konvensional merupakan bioteknologi yang menggunakan organisme atau mikroba untuk menghasilkan suatu senyawa kimia atau produk dengan aktivitas-aktivitas mikroba dan belum menggunakan enzim. Ciri-ciri bioteknologi konvensional adalah:

a) Dikenal sejak awal peradaban manusia.

b) Menggunakan secara langsung hasil yang diproduksi organisme atau mikroorganisme berupa senyawa kimia atau bahan pangan tertentu yang bermanfaat bagi manusia.

c) Peralatan yang digunakan sederhana.

d) Pemanfaatan mikroorganisme terbatas.

2. Bioteknologi Modern

Bioteknologi modern merupakan bioteknologi yang memanfaatkan biologi molekuler dan sel untuk menghasilkan produk yang bermanfaat bagi manusia. Penerapan bioteknologi modern berdasarkan pada rekayasa genetika dan rekayasa biokimia. Rekayasa genetika adalah teknik pengambilan gen tertentu untuk menghasilkan organisme yang memiliki keunggulan secara genetik. Sedangkan, rekayasa biokimia seperti penggunaan tangki reaktor untuk pertumbuhan mikroorganisme untuk proses biologis tertentu supaya tidak terkontaminasi mikroorganisme lain.

Ciri-ciri bioteknologi modern adalah:

a) Mulai berkembang sejak ditemukan DNA.

b)Organisme atau mikroorganisme digunakan untuk memperbaiki serta meningkatkan kinerja genetik suatu organisme yang bermanfaat bagi manusia.

c) Peralatan yang digunakan sudah modern.

d) Pemanfaatan mikroorganisme ditambah dengan teknologi modern.

B. Peranan Mikroorganisme dalam Bioteknologi

Penerapan bioteknologi dalam kehidupan, biasanya menggunakan mikroorganisme. Mikroorganisme memiliki peranan yang sangat penting dalam pengembangan bioteknologi di berbagai bidang kehidupan. Peranan mikroorganisme dalam berteknologi adalah sebagai berikut.

1.      Penghasil Makanan atau Minuman

Mikroorganisme dapat dimanfaatkan untuk membuat tempe, oncom, makanan, tuak, cuka, dan kecap. Saat ini, pembuatan bahan makanan tersebut dikembangkan secara ilmiah dengan menggunakan teknologi yang lebih maju sehingga menghasilkan produk yang berkualitas, seperti bir, anggur, yoghurt, roti, keju, dan nata de coco. Proses pembuatan tempe masih perlu ditingkatkan dengan berbagai penelitian karena tempe memiliki kandungan zat gizi tinggi, terutama protein nabati dan memiliki beberapa khasiat antara lain menurunkan kolesterol darah.

Beberapa jamur juga dapat digunakan menghasilkan zat warna, misalnya jamur Neurospora sitophila sebagai penghasil warna merah dan orange, digunakan untuk membuat oncom. Bahan pewarna yang alami untuk makanan lebih aman dibandingkan pewarna sintetik karena pada umumnya pewarna sintetik dapat menyebabkan keracunan.

Contoh mikroorganisme yang berperan dalam pembuatan produk makanan, antara lain:

a. Rhizopus oligospurus (pembuatan tempe)

b. Acetobacter xylinum (pembuatan nata de coco)

c. Saccharomyces cerevisiae (pembuatan roti dan tapai)

d. Penecilium camemberti dan Penecillium requeforti (keju)

e. Aspergillus wentii  (pembuatan kecap)

f. Lactobacillus bulgaricus (keju dan yoghurt)

2.      Penghasil Protein Sel Tunggal (PST)

Mikroorganisme, seperti ganggang, jamur, maupun bakteri, dapat menghasilkan protein. Protein ini berada di dalam sel, bukan merupakan bahan yang disekresikan oleh sel.

a.      Kelebihan PST

PST sangat menguntungkan karena dapat digunakan sebagai sumber protein. Hal ini disebabkan karena:

1) Secara umum, organisme dapat membelah diri dengan cepat.

2) Tidak memerlukan lahan yang terlalu luas.

3) Dapat hidup di tempat limbah buangan, seperti selulosa, limbah minyak bumi, atau limbah organik yang lain.

4) Mikroorganisme fotosintetik seperti ganggang dapat memanfaatkan energi cahaya untuk digunakan sebagai penghasil PST.

Contoh protein sel tunggal adalah Spirulina dan Chorella.

b. Kekurangan PST

Ada beberapa kekurangan PST, antara lain:

1) PST mempunyai dinding sel yang terdiri atas selulosa, khususnya ganggang, sedangkan manusia tidak dapat mencerna selulosa.

2) PST yang dihasilkan kurang menarik, seperti jeli.

3) Kandungan asam nukleat (DNA dan RNA) dari PST cukup tinggi dan sulit dicerna serta dapat menimbulkan asam urat.

3.      Penghasil Zat-Zat Organik

Beberapa mikroorganisme dapat menghasilkan zat-zat organik, seperti etanol, asam cuka, asam sitrat, aseton, dan gliserol. Zat-zat organik itu dapat digunakan untuk berbagai keperluan, misalnya sebagai bahan minuman.

Untuk menghasilkan etanol (alkohol) dibutuhkan sel-sel ragi dengan bahan baku karbohidrat, seperti singkong dan beras. Adapun proses pembuatannya sering disebut dengan istilah fermentasi (proses peragian). Proses ini berlangsung secara anaerobik dan menghasilkan karbon dioksida dalam bentuk gelembung udara.

4.      Penghasil Obat

Berbagai macam mikroorganisme bermanfaat sebagai penghasil obat-obatan, contohnya Penicillium menghasilkan zat antibiotik yang mematikan mikroorganisme lain, disebut penisilin. Penisilin sangat penting karena dapat memberantas berbagai penyakit infeksi. Namun, ada beberapa jenis bakteri yang kebal terhadap penisilin karena dapat menghasilkan enzim yang dapat menghambat kerja penisilin.

5.      Pemisahan Logam dari Bijihnya

Bakteri kemolitotrof merupakan salah satu bakteri yang mampu memisahkan logam dari bijihnya. Bakteri ini hidup dari zat-zat anorganik, seperti besi dan belerang, dan memperoleh energi dari pemecahan bahan kimia tersebut. Energi tersebut digunakan untuk sintesis karbon dioksida dan air menjadi zat-zat organik. Proses sintesis ini dikenal dengan sebutan kemosintesis. Salah satu contoh bakteri pemisah logam ini adalah bakteri Thiobacillus ferooxidans yang digunakan untuk mengekstraksi tembaga dari bijih tembaga. Bakteri ini tumbuh subur dalam suasana asam dan tanpa zat organik.

Proses pemisahannya sebagai berikut:

1) Bijih logam tembaga berkualitas rendah yang dikenal sebagai larutan peluluh, ditimbun. Disinilah banyak ditemukan bakteri.

2) Kemudian, ke dalam larutan itu ditambahkan larutan asam sulfat sehingga terjadi reaksi antara tembaga dan asam sulfat membentuk tembaga sulfat (CuSO4).

3) Setelah itu, logam besi ditambahkan ke dalam larutan tersebut sehingga besi akan bereaksi dengan tembaga sulfat untuk melepaskan tembaga tersebut.

4) Melalui proses tersebut diperoleh tembaga murni yang telah terpisah dari bijihnya. Seluruh proses itu dibantu oleh bakteri Thiobacillus ferrooxidans.

6.      Penghasil Energi

Saat ini, persediaan bahan bakar makin menipis. Oleh karena itu, para ahli berusaha mencari solusi untuk menyelesaikan masalah energi melalui bioteknologi sehingga dapat diperoleh energi yang aman dan tersedia secara lestari.

Salah satu energi yang dikembangkan melalui bioteknologi saat ini adalah biogas. Biogas merupakan gas metana yang diproduksi oleh mikroorganisme di dalam medium kotoran ternak. Kotoran ternak dicerna oleh mikroorganisme menjadi gas metana yang kemudian dialirkan ke rumah-rumah sebagai penghasil energi. Sedangkan, limbahnya dapat digunakan sebagai pupuk.

Cara pembuatannya adalah campuran kotoran ternak dan air dimasukkan pada tangki pengumpul, kemudian diaduk. Setelah rata, tangki pengumpul dimasukkan ke dalam tangki pencerna.

7.      Pengurai Limbah

Pengolahan limbah secara biologis merupakan pengolahan limbah dengan menggunakan bakteri untuk mencerna limbah tersebut. Pengolahan limbah dengan cara ini tidak membutuhkan biaya yang besar dan lebih ramah lingkungan. Limbah industri harus diolah terlebih dahulu melalui Unit Pengolahan Limbah (UPL) sebelum dikeluarkan ke lingkungan agar tidak terjadi pencemaran. Dalam UPL biologis, bakteri pencerna dimasukkan ke dalam bak berisi limbah yang diberi aerator (alat pemasok udara) untuk memasukkan oksigen yang berguna untuk pernapasan bakteri secara aerobik. Limbah akan terurai dan dapat dibuang ke lingkungan setelah air dipisahkan dari endapan limbah yang tidak berbahaya.