GLOSARIUM
Antibiotik : Senyawa yang dihasilkan oleh suatu
mikrorganisme untuk menghambat pertumbuhan
mikrorganisme lain
Antibodi : zat yg dibentuk dl darah untuk memusnahkan
bakteri virus atau untuk melawan toksin yg
dihasilkan oleh bakteri
Asam amino : asam organik yg mengandung paling sedikit satu
gugusan amino (NH2) dan paling sedikit satu
gugusan karboksil (COOH) atau turunannya,
merupakan molekul dasar yg diikat satu sama lain
melalui ikatan peptida dl pembentukan molekul
protein yg lebih besar;
Asam nukleat : senyawa antara gula pentosa, asam fosfat, dan
basa nitrogen (ciri khas makhluk hidup)
Aseton : zat cair tanpa warna yg mudah terbakar dan
memiliki bau serta rasa yg khas (dipakai sbg
pelarut dl industri dan dl percobaan laboratorium);
CH3COCH3
Bakteri : makhluk hidup terkecil bersel tunggal, ada
di mana-mana, dapat berkembang biak dng
kecepatan luar biasa dng jalan membelah diri, ada
yg berbahaya dan ada yg tidak, dapat menyebabkan
peragian, pembusukan, dan penyakit;
98 BIOTEKNOLOGI
Biokimia : senyawa kimia dan proses kimia yg ada dl sel
atau tubuh makhluk hidup
Bioteknologi : teknologi yg menyangkut jasad hidup:-- rekayasa
genetik dan biologi molekul yg mendasarinya
tidak cuma bergerak seputar manusia
Bir : minuman mengandung alkohol yg dibuat dng
peragian lambat
Enzim : molekul protein yg kompleks yg dihasilkan oleh
sel hidup dan bekerja sbg katalisator dl berbagai
proses kimia di dl tubuh makhluk hidup
Fermentasi : penguraian metabolik senyawa organik oleh
mikroorganisme yg menghasilkan energi yg pd
umumnya berlangsung dng kondisi anaerobik dan
dng pembebasan gas
Genetika : cabang biologi yg menerangkan sifat turun-
temurun
Gliserol : cairan kental tidak berwarna dan tidak berbau,
rasanya manis dapat bercampur dng air dan
alkohol yg diperoleh dr lemak hewani atau nabati
atau dr fermentasi glukosa, digunakan sbg bahan
kosmetik, pengawet obat-obatan, pelembap buah-
buahan atau tembakau
Gula : bahan pemanis biasanya berbentuk kristal (butir-
butir kecil) yg dibuat dr air tebu, aren
Hama : hewan yg mengganggu produksi pertanian spt
babi hutan, tupai, tikus, dan terutama serangga
Hepatitis : radang hati
99BIOTEKNOLOGI
Hidroponik : cara bercocok tanam tanpa memakai
tanah, biasanya dikerjakan dl kamar kaca dng
memakai medium air yg berisi zat har
Industri : kegiatan memproses atau mengolah barang dng
memakai sarana dan peralatan, msl mesin;
Insulin : hormon yg dibentuk dl pankreas yg mengen-
dalikan kadar gula dl darah
Imobilisasi : pengubahan bentuk inorganik unsur hara menjadi
bentuk organiknya sbg hasil asimilasi unsur tsb
Interferon : peristiwa terjadinya proses rep-likasi jenis virus
tertentu pd sel atau jaringan, yg sebagian atau
seluruhnya tercegah sbg akibat adanya interaksi
antara sel atau jaringan itu dan virus lainnya
Jamur : j tumbuhan yg tidak berdaun dan tidak berbuah,
berkembang biak dng spora, biasanya berbentuk
payung, tumbuh di daerah berair atau lembap atau
batang busuk; cendawan; kulat;
Kultur : pemeliharaan; pembudidayaan;
Kanker : penyakit yg disebabkan oleh ketidakteraturan
perjalanan hormon yg mengakibatkan tumbuhnya
daging pd jaringan tubuh yg normal; tumor ganas
Karbohidrat : senyawa organik karbon, hidrogen, dan oksigen,
terdiri atas satu molekul gula sederhana atau lebih
yg merupakan bahan makanan penting dan sumber
tenaga (banyak ada dl tumbuhan dan hewan)
Keju :bahan makanan yg dibuat dr sari air susu melalui proses
peragian yg dikeraskan (dikentalkan)
100 BIOTEKNOLOGI
Kimia : ilmu tt susunan, sifat, dan reaksi suatu unsur atau zat;
Limbah : sisa proses produksi
Lipid : zat lemak yg tidak larut dl air, namun umumnya larut
dl alkohol dan eter dan yg memberi rasa lemah
Materi : bahan yg akan dipakai untuk membuat barang lain;
Mikroba : organisme yg sangat kecil ukurannya sehingga
untuk mengamatinya secara jelas diperlukan
mikroskop
Mikroorganisme: makhluk hidup sederhana yg terbentuk dr satu
atau beberapa sel yg hanya dapat dilihat dng
mikroskop, berupa tumbuhan atau hewan yg
biasanya hidup secara parasit atau saprofi t, msl
bakteri, kapang, ameba
Minyak : zat cair berlemak, biasanya kental, tidak larut
dl air, larut dl eter dan alkohol, mudah terbakar,
bergantung pd asalnya, dikelompokkan sbg minyak
nabati, hewani, atau mineral dan bergantung pd
sifatnya pd pemanasan dapat dikelompokkan sbg
asiri atau tetap
Modern : sikap dan cara berpikir serta cara bertindak sesuai
dng tuntutan zaman
Monomer : kelompok kecil molekul yg dapat dirangkaikan
dan disebut polimer
Mikrobiologi : ilmu tt seluk-beluk mikrobe ( bakteri, virus,
protozoa, dsb) secara umum, baik yg bersifat
parasit maupun yg penting bagi industri, pertanian,
kesehatan, dsb
101BIOTEKNOLOGI
Polimer : zat yg dihasilkan dng cara polimerisasi dr
molekul yg sangat banyak dng satuan struktur
berantai panjang, baik lurus, bercabang, maupun
menyilang yg berulang, msl plastik, serat, karet,
dan jaringan tubuh manusia;
Prinsip : asas (kebenaran yg menjadi pokok dasar berpikir,
bertindak, dsb); dasar;
Protein : kelompok senyawa organik bernitrogen yg rumit
dng bobot molekul tinggi yg sangat penting bagi
kehidupan; bahan organik yg susunannya sangat
majemuk, yg terdiri atas beratus-ratus atau beribu-
ribu asam amino, dan merupakan bahan utama
pembentukan sel dan inti sel; zat putih telur
Riset : penyelidikan (Riset) suatu masalah secara
bersistem, kritis, dan ilmiah untuk meningkatkan
pengetahuan dan pengertian, mendapatkan fakta
baru, atau melakukan penafsiran yang lebih baik;
Sains : pengetahuan sistematis tt alam dan dunia fi sik,
termasuk di dalamnya, botani, fi sika, kimia,
geologi, zoologi, dsb; ilmu pengetahuan alam;
Sake : arak Jepang, dibuat dari beras yg beragi, biasanya
disajikan panas- panas;
Sistem : perangkat unsur yg secara teratur saling berkaitan
sehingga membentuk suatu totalitas
Struktur : disusun dengan pola tertentu
Substrat : senyawa yg mengalami perubahan oleh hasil kerja
enzim; zat yang diubah oleh enzim
102 BIOTEKNOLOGI
Plasmid : DNA lain yang ingin dikembangkan di dalam
bakteri yang dapat digabung dan dilepaskan
dengan proses tertentu.
Rekayasa Genetik:Mengambil gen dari suatu organisme dan
menyisisip-kan gen ini pada organisme lain
Stabilisasi : usaha atau upaya membuat stabil; penstabilan
Tanah : permukaan bumi atau lapisan bumi yg di atas
sekali:
Teh : pohon kecil, tumbuh di alam bebas, daunnya
berbentuk jorong atau bulat telur, pucuknya
dilayukan dan dikeringkan untuk dibuat minuman
(di pabrik dsb); Camellia sinensis;-
Teknologi : metode ilmiah untuk mencapai tujuan praktis;
ilmu pengetahuan terapan;
Tembaga : logam yg berwarna kemerah-merahan sbg bahan
baku spt kawat, periuk, atau uang
Tembakau : tumbuhan berdaun lebar, daunnya diracik halus
dan dikeringkan untuk bahan rokok, cerutu, dsb;
Nicotiana tabacum;
“Dunia harus memanfaatkan potensi
besar dari bioteknologi untuk
mengakhiri kelaparan”
Bioteknologi merupakan pemanfaatan
organisme untuk menghasilkan barang
atau jasa yang bermanfaat sebagai
upaya memecahkan permasalahan yang
dihadapi umat manusia di abad 21 di
antaranya melalui rekayasa genetika
atau bioengineering. Dengan demikian
penting dilakukan ekserimen atau riset
untuk mengatasi permasalahan pangan
dimana salah satunya di visualisasikan
pada ambar 1.1.
A. Pengertian Bioteknologi
Bioteknologi telah digunakan untuk meningkatkan nutrisi dalam
berbagai makanan untuk mengatasi kekurangan gizi di seluruh dunia . Bioteknologi seringkali juga dikaitkan dengan
penyelamatan lingkungan, sumber energi yang bersih, metode-
metode untuk membersihkan kontaminasi lingkungan, begitu pula
produk dan proses yang berwawasan lingkungan lebih menonjol
dilakukan daripada sebelumnya. Namun tidak semua orang sepakat
dengan defi nisi ini , beberapa pihak mencoba mengembangkan
defi nisi sendiri-sendiri.
Bioteknologi didefi nisikan sebagai pemakaian organisme
hidup, atau zat yang diperoleh dari organisme hidup untuk
menghasilkan produk atau proses nilai ( jasa) untuk manusia
. Pendapat sejenis menyatakan, Bioteknologi
yaitu penerapan teknologi yang memakai sistem-sistem hayati,
makhluk hidup atau derivatifnya, untuk membuat atau memodifi kasi
produk-produk atau proses- proses untuk pemakaian khusus Sejalan dengan pandangan, Bioteknologi yaitu
teknologi yang berdasar pada biologi , Ungkapan sejenis dinyatakan oleh Thieman & Palladino yang
menyatakan Bioteknologi yaitu ilmu memakai organisme
hidup atau produk organisme hidup untuk manfaat manusia untuk
membuat produk atau memecahkan masalah . Defi nisi lain, bioteknologi ialah penerapan teknologi
yang memakai sistem-sistem hayati, makhluk hidup atau
derivatifnya, untuk membuat atau memodifi kasi produk-produk atau
proses- proses untuk pemakaian khusus Defi nisi
lain, menurut menyatakan bioteknologi merupakan
penerapan asas-asas sains dan rekayasa untuk pengolahan suatu
bahan dengan melibatkan aktivitas jasad hidup untuk menghasilkan
barang dan atau jasa. Selaras defi nisi ini ,
mendefi nisikan bioteknologi sebagai bidang penerapan biosains
dan teknologi yang menyangkut penerapan praktis organisme hidup
atau komponen pada industri jasa dan manufaktur serta pengelolaan
lingkungan. Merujuk dari beberapa defi nisi di atas, Bioteknologi
yaitu pemakaian organisme hidup atau komponen subsellulernya
untuk menghasilkan barang dan jasa ( proses nilai) yang berguna
untuk kesejahteraan manusia.
Bioteknologi mengalami perkembangan secara bertahap.
Semenjak awal diterapkan atau disebut era bioteknologi nonmik-
robiol, di mana pada masa itu belum diketahui bahwa makanan
fermentasi merupakan hasil kerja makhluk hidup. Bioteknologi
dimensi baru ( bioteknologi mikrobiol) dimulai sejak 1957 sesudah
Louis Pasteur menemukan bahwa fermentasi merupakan akibat
kerja mikroorganisme. Secara lebih rinci, garis waktu penemuan
dan kemajuan ilmiah dalam bioteknologi disajikan pada tabel 1.1
Tabel 1.1 Garis Waktu Penemuan dan Kemajuan Ilmiah dalam
Bioteknologi
Sebelum Era Umum (SM)
7000 SM Orang Cina menemukan fermentasi melalui pembuatan bir.
6000 SM Yogurt dan keju dibuat dengan bakteri penghasil asam laktat
oleh berbagai orang.
4000 SM Orang Mesir memanggang roti beragi memakai ragi.
500 SM Dadih (moldy) kedelai yang berjamur digunakan sebagai
antibiotik.
250 SM Orang Yunani mempraktikkan rotasi tanaman untuk kesuburan
tanah maksimum.
4 BIOTEKNOLOGI
100 SM Orang Cina memakai krisan (chrysanthemum) sebagai
insektisida alami.
Sebelum Abad Ke 20
1663 Deskripsi rekaman pertama dari sel-sel yang sekarat oleh
Robert Hooke.
1862 Louis Pasteur menemukan asal bakteri fermentasi.
1869 Friedrich Miescher mengidentifi kasi DNA dalam sperma ikan.
1878 Walther Flemming menemukan kromatin yang mengarah
pada penemuan kromosom.
Abad ke-20
1919 Károly Ereky (Hongaria), pertama kali memakai kata
bioteknologi.
1950 Sintetis Antibiotik pertama dibuat.
1983 Teknik Polymerase Chain Reaction (PCR).
2000 Penyelesaian Proyek Genom Manusia.
Abad ke-21
2001 Genomics Celera dan Human Genome Project menciptakan
rancangan urutan genom manusia.
2002 Padi menjadi tanaman pertama yang genomnya diterjemahkan.
2013 Para peneliti mempublikasikan hasil antarmuka otak manusia-
ke- manusia pertama yang berhasil.
2017 Sel induk darah tumbuh di laboratorium untuk pertama
kalinya.
2017 Komunikasi dua arah dalam antarmuka mesin otak dicapai
untuk pertama kalinya.
B. Bioteknologi Konvensional dan Modern
Bioteknologi tradisional atau bioteknologi konvensional
yaitu bioteknologi yang memanfaatkan mikrobia ( organisme)
untuk memodifi kasi bahan dan dan lingkungan untuk memperoleh
produk optimal Pendapat lain menyatakan,
bioteknologi konvensional yaitu bioteknologi yang memakai
mikroorganisme sebagai alat untuk menghasilkan produk dan jasa
Dari defi nisi ini , dapat dikatakan bahwa
Bioteknologi konvensional yaitu bioteknologi yang mengandalkan
jasa dari mikrobia untuk menghasilkan produk baru lain melalui
proses fermentasi untuk pemenuhan kebutuhan manusia. Sebagai
contoh, nenek moyang kita juga mengambil keuntungan dari
mikroorganisme dan digunakan fermentasi untuk membuat tempe,
tapai, kecap, keju, yogurt. Selama proses fermentasi, keturunan
(strains) dari yeast ( Saccharomyces cerevisiae) melakukan dekom -
posisi gula untuk mendapatkan energi, dan proses ini meng-
hasilkan etanol. Uraian lebih rinci dibahas pada bioteknologi
fermentasi (Bab 2).
Bioteknologi modern yaitu pemakaian teknologi dengan
memanipulasi DNA dan kode genetik makhluk hidup Bioteknologi modern berkembang pesat sesudah
genetika molekuler berkembang dengan baik
Bioteknologi bertumpu pada teknik molelular, sehingga aspek- aspek
yang diakukan dapat dilaksanakan dengan efi sien di semua bidang
ilmu biologi (Amin, 2015). Sebagai contoh produk Bioteknologi
modern yaitu protein yang dibuat melalui kloning gen (gene
cloning) yang disebut recombinant DNA (Thieman & Palladino,
2013). Bioteknologi modern dilakukan melalui pemanfaatan
keterampilan manusia dalam melakukan manipulasi makhluk hidup
agar dapat digunakan untuk menghasilkan produk sesuai yang
diinginkan manusia. Perkembangan ini memungkinkan bagi kita
untuk mengidentifi kasi, mengisolasi, mengalihkan, dan mengguna-
kan gen- gen spesifi k yang mengendalikan sifat-sifat individu
pada suatu organisme. Sebagai contoh di bidang pertanian, terjadi
kemampuan yang meningkat untuk memperbaiki dan mengendalikan
sifat tanaman, pohon, hewan, ikan, dan mikroorganisme yang
membantu perbaikan genetik melalui teknik rekayasa genetik.
Teknologi DNA rekombinan merupakan penyebab utama
ketenaran bioteknologi DNA rekombinan merupakan
teknik untuk menghasilkan molekul DNA yang berisi gen baru
yang diinginkan atau kombinasi gen- gen baru atau dapat dikatakan
sebagai manipulasi organisme. Biologi modern berkembang pesat
sesudah genetika molekuler berkembang dengan baik. Dimulai
dengan pemahaman tentang struktur DNA pada tahun 1960an dan
hingga berkembangnya berbagai teknik molekuler telah menjadikan
pemahaman tentang gen menjadi semakin baik. Gen atau yang
sering dikenal dengan istilah DNA, merupakan materi genetik yang
bertanggung jawab terhadap semua sifat yang dimiliki oleh makhluk
hidup , Beberapa contoh produk Bioteknologi dari
hasil rekayasa genetik, antara lain nya dapat dilihat pada Tabel 1.2
sebagai berikut.
Tabel 1.2 Contoh Produk Bioteknologi Modern
Produk Kegunaan
Insulin Mengobati diabetes.
Interferon Mengobati kanker dan infeksi virus.
Interleukin
Merangsang produksi antibodi pada pasien
dengan gangguan sistem kekebalan tubuh.
Antibodi
monoklonal
Mengobati kanker dan merangsang produksi
antibodi.
Jaringan activator
plasminogen
Mendiagnosis dan mengobati penyakit
arthritis dan kanker.
C. Bioteknologi sebagai Pengetahuan Multidisiplin
Sejak penemuan DNA, genetika molekuler dan bioteknologi
telah mengalami revolusi dalam kegiatan riset atau penelitian
dan aplikasi dalam teknik- teknik yang digunakan
Bioteknologi secara luas sebagai pengetahuan multidisiplin, mulai
dari modifi kasi dan pemakaian sistem biologis untuk menciptakan
produk baru di salah satu ujung spektrum, untuk aplikasi teknologi
menuju pemecahan masalah biologis di sisi lain
Salah satunya, para peneliti dapat memakai DNA penanda
untuk mengikuti ciri individu yang menghuni pada lingkungan yang
berbeda, peningkatan pemahaman kita terhadap konstitusi genetik
dalam populasi, keanekaragaman, dan evolusi dari materi genetik
itu sendiri
Bahasan rekayasa genetika atau bioenggineering bertumpu
pada teknik molekuler, sehingga aspek-aspek yang dilakukan dapat
dilaksanakan dengan efi sien di semua bidang ilmu biologi. Menjadi
suatu keharusan bila ilmuwan baik di Fisika, Kimia maupun Ilmu
Pengetahuan Alam (IPA) mengembangkan pendekatan molekuler
ini sebab suatu tuntutan. Selain pusat-pusat informasi yang ada
di dunia maya hampir semuanya dengan pendekatan molekuler,
pendekatan ini menjadi salah satu solusi hampir di semua bidang yang
menyangkut kehidupan warga , bidang peternakan, pertanian,
kedokteran, farmasi, forensik Visualisasi bagaimana
ilmu dasar dapat difasilitasi dan dijembatani oleh bioinformatika
untuk menjadi dasar aplikasi kemanfaatan yang lebih luas disajikan
pada Gambar 1.2 .
Hubungan antara
ilmu dasar, bioinformatika,
dan penerapan ilmu dapat
dije las kan sebagaimana
con toh berikut ini: pada
ting kat ilmu dasar (basic
science), ilmuwan melaku-
kan penelitian dalam wila-
yah kajian mikrobiologi
untuk menemukan gen atau
produk gen pada bakteri
sebagai agen penyebab
penyakit. Guna mengetahui
lebih mendalam masing-
masing gen diperlukan
keter libatan kajian dari
bidang biokimia, biologi
molekuler dan genetika. Proses ini juga melibatkan pemakaian
ilmu komputer untuk mempelajari urutan gen (sekuens gen) dan juga
untuk menganalisis struktur protein yang dihasilkan oleh gen ini.
Penerapan ilmu komputer untuk mempelajari data- data DNA dan
protein telah melahirkan berkembangnya ilmu baru yang dikenal
sebagai bioinformatika. Selanjutnya, hasil penelitian dasar yang
telah menyediakan dan memberikan pemahaman yang detail gen
ini , maka gen ini dapat dimanfaatkan dalam berbagai keperluan,
misalnya untuk pengembangan obat-obatan, bioteknologi pertanian,
aplikasi dalam bidang lingkungan dan sebagainya
Gambar 1.2: Pohon Ragam Keilmuan
Bioteknologi dan Aplikasinyta
D. Rekayasa Genetik
Penggabungan antara teknologi DNA rekombinan dengan
bioteknologi melahirkan suatu bidang studi yang sangat dinamis dan
kompetitif yang disebut bioteknologi molekuler (Ahmad, 2014).
Secara defi nisi rekayasa genetik atau rekombinan DNA merupakan
kumpulan teknik- teknik eksperimental yang memungkinkan
peneliti untuk mengisolasi, mengidentifi kasi, dan melipatgandakan
suatu fragmen dari materi genetika ( DNA) dalam bentuk murninya
(Sutarno, 2016). Oleh sebab itu, penelitian-penelitian secara terus
menerus dilakukan dalam rangka menemukan cara baru untuk
memakai molekul- molekul ini untuk kesejahteraan manusia.
Teknologi Rekayasa Genetik merupakan contoh bioteknologi
modern dengan teknik DNA rekombinan Dengan
kemajuan bioteknologi telah memungkinkan para ilmuwan
untuk mengeplorasi keragaman genetik dunia
Dengan penemuan DNA, genetika molekular dan bioteknologi
telah mengalami revolusi di dalam kegiatan riset (penelitian) dan
aplikasi dalam teknik- teknik yang digunakan (Mohamad Amin,
2015) sebagai upaya perbaikan dan mempertahankan kualitas dan
kuantitas dari suatu produk bioteknologi.
Suatu metode yang sama sekali baru dikembangkan
memungkinkan terjadinya pengamatan atau eksperimen yang
sebelumnya tidak mungkin dilakukan akhirnya dapat berhasil
dirancang dan dilaksanakan. Menurut (Ahmad, 2014) sejak
ditemukannya enzim restriksi ( enzim yang dapat memotong DNA
pada urutan yang spesifi k) dan ditemukannya enzim ligase ( enzim yang
dapat menyambungkan potongan DNA), maka DNA dari organisme
apa saja dapat diisolasi, dipotong-potong, disambungkan kembali
dan dipindahkan ke organisme lain. Proses mengkombinasikan
beberapa DNA dan memperbanyak DNA rekombinan ini di
dalam sel disebut kloning. Proses memasukkan DNA ke dalam sel
disebut transformasi dan sel yang dihasilkan disebut transforman.
Agar suatu DNA dapat diperbanyak di dalam sel, maka DNA ini
harus disisipkan ke dalam suatu plasmid (berfungsi sebagai vektor
atau pembawa) yang dapat bereplikasi di dalam sel. Kumpulan
sel-sel yang mengandung plasmid rekombinan yang sama disebut
sebagai suatu klon.
1. Keunggulan Rekayasa Genetik
Rekayasa genetik berdampak pada upaya perbaikan, keamanan
produk, dan pemecahan teknis dalam penyebarluasan pemakaian
obat dengan bahan baku yang terbatas (Ahmad, 2014). Beberapa
keunggulan rekayasa genetik antara lain, Pertama Pemuliaan
tanaman dapat dilakukan melalui modifi kasi genetik untuk meng-
hasil kan tanaman yang sesuai dengan kriteria yang diinginkan
(Arief, 2012), misalnya tanaman yang tahan terhadap penyakit, tahan
perubahan lingkungan, dan hasilnya maksimal. Kedua, pemindahkan
materi genetik dari sumber yang sangat beragam dapat dilakukan
dengan ketepatan tinggi dan terkontrol dalam waktu yang lebih
singkat (Sutarno, 2016). Melalui proses rekayasa genetik ini, telah
berhasil dikembangkan berbagai organisme maupun produk yang
menguntungkan bagi kehidupan manusia. Ada beberapa hal yang
perlu diketengahkan berkait dengan teknologi rekayasa genetik ini,
yaitu rekayasa genetik juga berpengaruh pada bidang immunologi,
terutama dalam pembuatan antibodi monoklonal, teknologi
fermentasi, teknologi pengolahan limbah, dan bioelektrokimia,
teknologi eksplorasi bahan tambang.
2. Teknik Dasar Rekayasa Genetik
Beberapa teknik yang
sering digunakan dalam
teknik rekayasa gene-
tik meliputi (1) peng gu-
naan vektor, (2) kloning,
(3) polymerase chain
reaction (PCR), (4) seleksi,
screening, dan (5) analisis
re ko mbinan (Sutarno,
2016).
Metode-metode ini
disebut teknologi DNA
rekom binan atau rekayasa
genetik yang inti proses-
nya yaitu kloning gen
dan hal ini telah melahir-
kan jaman kebe saran
gene tika
Ber kem bangnya teknologi molekuler maka berkembang pula
teknik- teknik untuk memanipulasi muncul teknik rekayasa genetik
(genetic engineering).
Adapun langkah-langkah dari rekombinasi genetik meliputi
(1) identifi kasi gen yang diharapkan; (2) pengenalan kode DNA
Gambar 1.3 Proses teknologi DNA
rekombinan.
terhadap gen yang diharapkan; (3) pengaturan ekpresi gen yang
sudah direkayasa; dan (4) pemantauan transmisi gen terhadap
keturunannya.
3. Manfaat dari Metode Rekayasa Genetik
Biologi molekuler memiliki peran yang sangat penting, tidak
hanya sekedar menjawab pertanyaan ilmiah dasar, namun juga
aplikasinya dalam mengatasi masalah yang dapat mempengaruhi
perikehidupan manusia
Beberapa manfaat yang didapatkan dari metode rekayasa genetika,
di antaranya:(1) mengurangi biaya dan meningkatkan penyediaan
sejumlah bahan yang sekarang digunakan di dalam pengobatan,
pertanian, dan industri; (2) menggembangkan tanaman atau hewan
yang bersifat unggul; (3) menukar gen dari satu organisme kepada
organisms lainnya sesuai dengan keinginan manusia, menginduksi
sel untuk membuat bahan-bahan yang sebelumnya tidak pernah
dibuat
E. Tantangan Bioteknologi dalam Abad 21
Abad ini dikenal sebagai abad globalisasi dan abad teknologi
informasi. Perubahan yang sangat cepat dan dramatis dalam bidang
ini merupakan fakta dalam kehidupan peserta didik di semua jenjang
pendidikan. Bioteknologi telah banyak diterapkan dalam berbagai
produk sepanjang abad ke-21 Terkait kepentingan pribadi, sosial, ekonomi dan lingkungan,
peserta didik perlu dibekali dengan kompetensi yang memadai agar
menjadi peserta aktif dalam warga (Amin, 2015).
1
Banyak masalah dan tantangan untuk diselesaikan dengan
memakai bioteknologi, misalnya bagaimana menyembuhkan
penyakit yang mengancam kehidupan manusia. Dengan demikian
kemampuan untuk lebih memahami proses biologi dan merancang
solusi permasalahan warga dengan memakai bioteknologi
Sejalan dengan pendapat, ketergan-
tungan kita makin terasa kepada negara-negara yang telah maju (misal
USA, UK, Japan) saat kita–para ahli bioteknologi biomolekuler
dalam melakukan riset (Mohamad Amin, 2015). Peralatan, zat
reagen, software pendukung analisis semua hampir tergantung
kepada mereka. Mengapa mereka bisa seperti itu? Lagi-lagi sistem
dan mereka memiliki prediksi jauh ke depan tentang bisnis yang
menggiurkan untuk abad 21 yaitu bisnis dalam bidang bioteknologi.
warga berbasis pengetahuan ini , unggulan yang
diandalkan anggotanya yaitu kemampuan akal, yaitu daya
penalaran yang merupakan perpaduan antara apa yang diketahui
tentang kebenaran yang berasaskan ilmu pengetahuan, informasi-
informasi yang relevan dan pengalaman-pengalaman kebenaran
lain yang didapatnya. Daya penalaran untuk menghasilkan ide-ide
baru, inovasi–baik untuk jasa maupun produk dan kemampuan
merealisasikannya akan menjadi basis dari pertumbuhan ekonomi
dan kemakmuran kehidupan warga nya. Kemampuan
menghasilkan, menghimpun, mendiseminasikan, dan memanfaatkan
ilmu pengetahuan untuk melakukan inovasi berdasar ide-ide baru
merupakan basis dari terciptanya unggulan- unggulan baru baik
secara comparative maupun competitive . Di dalam
abad 21 peran ilmu pengetahuan (scientifi c knowledge) menjadi
semakin dominan dalam berwarga global. warga yang
perikehidupannya bertumpu pada ilmu pengetahuan (knowledge-
based society) yang perekonomiannya semakin menuju ke ekonomi
berbasis pengetahuan (knowledge-based economy) melalui kegiatan
industri jasa maupun produksi yang berbasis pengetahuan.
Perkembangan pesat teknik informatika (TI) dengan adanya
internet, basis data di awan (cloud), dan gawai cerdas (smart gadget)
mengharuskan pengelolaan data yang sangat besar atau ‘big data’
dikelola dengan pendekatan dan metode yang tepat juga (Aditya,
2018). Pengembangan kemampuan peserta didik dalam bidang sains
merupakan salah satu kunci keberhasilan peningkatan kemampuan
dalam menyesuaikan diri dengan perubahan dan memasuki dunia
teknologi, termasuk teknologi informasi Salah satu
metode yang dikembangkan yaitu pendekatan pembelajaran
mesin atau machine learning, yang memungkinkan prediksi fungsi
dan struktur asam nukleat ataupun protein dengan resolusi dan
ketepatan sangat baik (Aditya, 2018). Teknik kekinian (up date)
untuk mengungkap proses alamiah (in vivo) yang selama begitu
sulit diikuti sebab pathway (jalan) yang hanya berlangsung singkat
dalam hitungan sepersejuta sekon atau proses yang begitu rumit
dengan jalur yang panjang, sekarang sudah terjawab dengan dibantu
oleh berkembangnya bionformatika.
F. Bioinformatika sebagai Tren Riset
Bioinformatika yaitu ilmu yang mempelajari penerapan
teknik komputasional untuk mengelola dan menganalisis informasi
biologi Selain itu, bioinformatika
didefi nisikan sebagai ilmu gabungan antara biologi molekuler
dan teknik informatika (Aditya, 2018). Sebagai bagian penelitian,
bioinformatika juga didefi nisikan sebagai manipulasi dan analisis
bervariasi yang dilakukan oleh para peneliti berbasis laboratorium
pada set data biologis yang masif berada di ribuan basis data berbasis
internet, di mana masing-masing kumpulan data yang berbeda ini
memiliki tujuan yang spesifi k (Crawford, 2018). Defi nisi sejenis
menyatakan, bioinformatika, merupakan ilmu berbasis multidisipliner
yang menggabungkan pendekatan biologi molekuler dan teknik
informatika, dapat digunakan dalam manajemen informasi . Terkait dengan hal ini, seyogyanya semua
yang terlibat di dalam perkembangan ilmu biologi memanfaatkan
bioinformatika untuk pengembangan ilmu sebab dapat menjembatani
ilmu dasar menjadi ilmu yang teraplikasi di dalam kehidupan, dan
hasil penelitian ilmu dasar tidak senantiasa terus di awang-awang.
Saat ini, bioinformatika sebagai disiplin ilmu yang sedang
berkembang (Amin, 2015). Bioinformatika menjadi faktor intrinsik
bagi penelitian ilmu kehidupan, namun dalam beberapa dekade terakhir
menjadi bidang keahlian yang esensial . Spesialisasi bioinformatik merupakan
bidang penelitian interdisipliner yang didorong oleh adanya Proyek
Genom Manusia atau Human Genome Project . Bioinformatika dapat juga untuk digunakan
dalam manajemen informasi di bidang penyimpanan data in silico
dari kegiatan eksperimen biologi molekuler
Bioinformatika juga sangat membantu analisis bahan alam yang
bermanfaat untuk kesehatan dan kesejahteraan manusia,
Saat ini, berkembangnya ilmu bioinformatika merupakan salah
satu konsekuensi banyaknya data eksperimen laboratorium para
peneliti biologi molekuler Bioinformatika, basis
data biologis, dan pemakaian komputer di seluruh dunia telah
mempercepat penelitian biologi di banyak bidang, seperti biologi
evolusioner . Saat ini National Center for
Biotechnology Information (NCBI), merupakan salah satu basis data
genom berbagai organisme yang sudah dapat diakses secara daring
pada situs internet: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/.
Bioinformatika juga sangat membantu analisis bahan alam
yang bermanfaat untuk kesehatan dan kesejahteraan manusia. NCBI
ini juga dapat digunakan mendapatkan informasi tentang senyawa
melalui PubChem (https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/) yang
divisualisakan pada Gambar 1.4 dan 1.5 sebagai berikut.
Gambar 1.4 Web NCBI Gambar 1.5 Web pubchem
Kecepatan dan ketepatan dalam penelitian biologi molekuler
dapat didukung oleh keberadaan sistem basis data bioinformatika
secara daring. Diprediksi, tren penelitian berbasis bioinformatika
diperkirakan akan meningkat di Indonesia
Sejalan dengan pandangan ini , kunci keberhasilan dalam peri
kehidupan warga global berbasis pengetahuan yang semakin
kompetitif yaitu : (1) kecepatan (speed) dalam menanggapi
dinamika dan perubahan keperluan warga yang semakin cepat,
(2) fl eksibilitas (customization) dalam memenuhi selera warga
yang semakin bervariasi, dan (3) kepercayaan (trust) sebagai anggota
warga global yang berwatak unggul
G. Biomatematika sebagai Teknik Analisis
Biomatematika (biomathematics) yaitu sebuah disiplin yang
mengkuantifi kasi kejadian biologis memakai alat matematika
Biomatematika, aplikasi matematika di bidang
biologi, saat ini tengah menjadi fokus dari dunia sains modern . Biomatematika terkait dengan dan mungkin menjadi bagian
dari disiplin lain termasuk bioinformatika, biofi sika, bioteknologi,
dan biologi komputasi, sebab disiplin ini termasuk pemakaian alat
matematika dalam studi biologi . Para ahli biologi
telah memakai cara berbeda untuk menjelaskan fungsi-fungsi
biologis, sering memakai kata-kata atau gambar.
Biomatematika yaitu bidang yang menerapkan teknik mate-
matika untuk menganalisis dan memodelkan fenomena biologis
. Inti dari biomatematika sendiri yaitu me ng -
gunakan matematika sebagai alat bantu dalam aplikasi biologi.
Misalnya pada bidang epidemi, matematika digunakan untuk
melakukan pemodelan penyebaran suatu penyakit
Bioma tematika digunakan dalam berbagai aplikasi mulai dari
obat hingga pertanian. sebab teknologi baru mengarah pada
pening katan jumlah data biologis yang tersedia, biomathematics
akan menjadi disiplin yang semakin dibutuhkan untuk membantu
menganalisis dan memanfaatkan data secara efektif, Oleh sebab itu, pembuatan model membutuhkan ilmuwan
untuk membuat beberapa asumsi untuk menyederhanakan proses.
H. Bioteknologi dan Dunia Kerja
Modal intelektual (intellectual capital) didefi nisikan sebagai
aset berwujud dari karyawan, seperti keterampilan, pengetahuan
dan pengalaman yang merupakan kunci utama untuk sukses dalam
pengetahuan berbasis ekonomi berdasar visualisasi
Gambar 1.6. tentang sumberdaya kunci terkait dengan era ekonomi
pada saat warga kita bertani tradisional (< 1880), maka sumber
daya alam menjadi tumpuan untuk pengembangan keperluan
hidupnya. Selanjutnya, didirikanlah pabrik untuk skala industri di
abad industri (1880-1955). Era informasi (1995-2000) ditandai dengan
perkembangan teknologi semua bidang terutama teknologi informasi
dan komputer. Lebih lanjut, agar manusia bisa menghadapi kompetisi
global, maka diperlukan kecerdasan berupa “intelectual capital” yang
telah dimulai sesudah era informasi tercapai (> ±1995-2000).
Gambar 1.6 Sumber Daya Utama menurut Era Ekonomi
Di dalam abad 21 peran ilmu pengetahuan (scientifi c knowledge)
menjadi semakin dominan dalam berwarga global Hal ini memicu perkembangan teknologi yang begitu
pesat mendorong kinerja penelitian menjadi lebih cepat pula warga yang perikehidupannya bertumpu pada ilmu
pengetahuan dikenal sebagai “warga berbasis pengetahuan”
(knowledge-based society) yang perekonomiannya semakin menuju
ke ekonomi berbasis pengetahuan (knowledge-based economy),
yaitu melalui kegiatan industri jasa maupun produksi yang
berbasis pengetahuan (knowledge-based industry)
Keberhasilan dalam mengembangkan inovasi- inovasi dalam bidang
bioteknologi mengantar lahirnya bioteknologi industri.
Beberapa produk yang ditawarkan yaitu insulin untuk obat
bagi penderita diabetes. Inovasi bioteknologi juga banyak menawar-
kan obat biologis (seperti enzim, antibodi, faktor pertumbuhan,
vaksin, dan hormon) pada saat ini. Banyak perusahaan bioteknologi
mencari obat untuk kanker yang merupakan penyebab utama kedua
kematian, sesudah jantung. Lebih dari 350 produk bioteknologi
yang saat ini sebagai obat kanker, diabetes, jantung, penyakit
alzheimer dan parkinson, arthritis, AIDS, dan penyakit lainnya
Dengan demikian, prospek karir
dalam bidang bioteknologi menunjukkan kecenderungan yang
sangat baik. Bioteknologi menawarkan banyak pilihan pekerjaan,
seperti teknisi laboratorium yang terlibat dalam penelitian dasar dan
pengembangan, pemrogram komputer, direktur laboratorium, dan
penjualan dan tenaga pemasaran.
I. Penguatan STEM
Secara bentuk kelompok, buatlah akun bersama dan carilah
referensi dengan memakai database online (misalnya:
sciencedirect.com, springer.com, tandfonline.com, researchgate.net,
elsevier.com, https://www.library.unisa.edu.au/ dan id.portalgaruda.
org, dll). sesudah itu identifi kasilah Tipe Referensi antara lain nya:
buku, bab dari buku, prosiding, ensiklopedia, artikel dalam jurnal,
artikel dalam majalah, artikel dalam koran, paten, laporan, undang-
undang, tesis, halaman web, siaran televisi, fi lm, bukti pembayaran,
kasus (Mendeley), blog, gambar atau tabel, kamus, web, paten, peta.
Untuk memudahkan hasil kerjamu, masukkan pada managemen
reference ( mendeley, endnote, atau zotero)
FERMENTASI
Fermentasi yaitu proses yang
melibatkan mikroba untuk
menghasilkan produk makanan
dan minuman termasuk roti, bir,
anggur, sampanye, yogurt, dan
keju.
A. Pengertian Bioteknologi Fermentasi
Fermentasi, dari kata Latin “fervere”, didefi nisikan oleh Louis
Pasteur sebagai “La vie sans ‘ air” yang artinya hidup tanpa udara
Fermentasi merupakan salah satu proses penting
yang berkontribusi pada kebutuhan nutrisi pada jutaan manusia
Dari sudut pandang biokimia, fermentasi yaitu
proses ametabolik untuk menurunkan energi dari senyawa organik
tanpa keterlibatan agen pengoksidasi eksogen
Devinisi lain menyatakan fermentasi yaitu proses mikroba yang
penting yang menghasilkan produk makanan dan minuman termasuk
roti, bir, anggur, sampanye, yogurt, dan keju Proses fermentasi tidak mengkonsumsi oksigen, maka
ekstrapolasi oleh beberapa orang bahwa fermentasi harus terjadi di
lingkungan yang bebas oksigen (Godbey, 2014). Salah satu aplikasi
mikroorganisme paling awal dalam fermentasi yaitu dalam proses
pembuatan bir dan anggur, yang melibatkan khamir. Fermentasi
yaitu penguraian metabolik senyawa organik oleh mikroorganisme
yang menghasilkan energi yang pada umumnya berlangsung dengan
kondisi anaerobik dan dengan pembebasan gas (dalam KBBI).
Bioteknologi fermentasi fokus bahasannya yaitu proses
fermentasi itu sendiri. Proses fermentasi dilakukan oleh sel untuk
mengekstrak energi dari bahan awal seperti glukosa Banyak mikroba yang hidup pada keadaan oksigen yang
sedikit, seperti dalam usus hewan, air yang dalam, dalam tanah.
Mikroba seperti ini memperoleh energi tanpa oksigen ( anaerob).
Proses ini yaitu fermentasi. Fermentasi mirip glikolisis dalam hal
pemakaian melibatkan Nikotinamida Adenin Dinucleotida (NAD+)
2
dalam menghasilkan NADH dan asam piruvat. Dalam respirasi
aerob, oksigen diperlukan sebagai akseptor elektron dari NADH
untuk membentuk molekul air. Dalam jalur glikolisis, sesudah
terbentuk asam piruvat, maka akan membentuk ATP melalui daur
krebs
B. Klasifi kasi dan Keunggulan Fermentasi
Fermentasi makanan telah diklasifi kasikan dalam beberapa cara
seperti (1) minuman beralkohol yang difermentasi oleh ragi; (2) cuka
difermentasi dengan Acetobacter; (3) susu yang difermentasi dengan
lactobacilli; (4) acar/cuka yang difermentasi dengan lactobacilli;
(5) ikan atau daging yang difermentasi dengan lactobacilli; dan (6)
protein nabati yang difermentasi dengan kapang dan ragi Beberapa keunggulan proses fermentasi, antara lain
nya (1) dihasilkan energi; (2) tidak memerlukan oksigen; (3) Rasio
NADH / NAD + tidak berubah oleh proses; dan (4) Rasio hidrogen
terhadap karbon tidak berubah antara reaktan dan produk
C. Tipe-tipe Fermentasi
Tipe-tipe fermentasi yang paling umum yaitu (1) fermentasi
asam laktat, (2) fermentasi alkohol, (3) fermentasi ragi roti, (4)
asam cuka, dan (5) fermentasi alkali. Visualisasi tipe-tipe fermentasi
berdasar produk dan jenis mikroorganisme digambarkan pada
Gambar 2.2.
Gambar 2.2: Tipe Fermentasi
Gambar 2.3: Proses Fermentasi
Asam laktat.
Fermentasi asam laktat
(lactic acid fermentation),
saat bakteri asam laktat
hadir dalam substrat seperti
susu, akan memfermentasi
laktosa dalam susu menjadi
asam laktat, menghasilkan
makanan fermentasi asli yang
disebut dadih. Makanan nabati
dan campuran sayur / ikan / udang juga difermentasi oleh bakteri
asam laktat, dan telah disajikan sebelumnya di seluruh dunia oleh
fermentasi asam laktat. ). Dalam fermentasi asam
laktat, elektron dari NADH mengubah asam piruvat menjadi etanol.
NAD+ memperbarui elektron tergeser NADH dan diubah menjadi
pyruvate untuk menjadi lactate atau ethanol sebagai tahap akhir dari
proses fermentasi Proses fermentasi
dapat dilihat pada Gambar 2.3 berikut ini.
Fermentasi alkohol
(alco holic fermentations)
yaitu salah satu proses ter-
penting dan tertua, yang
me libat kan produksi etanol
dan karbon dioksida. Proses
ini meng hasilkan produksi
berbagai minuman, seperti
anggur, bir, dan minuman
keras.Pembuatan bir dari
anggur, banyak proses yang
digunakan, manun tergantung
pada galur khamir seperti Sacharomyces cerevisiae . Cara yang sering digunakan dalam fermentasi alkohol
yaitu mengubah gula dari buah anggur menjadi alkohol dengan
memanipulasi tingkat fermentasi ). Hal
ini dilakukan pembuat anggur untuk mengontrol kadar alkohol agar
aroma yang diinginkan tercapai
Fermentasi ragi roti (leavened bread fermentation) juga dibuat
dari ragi melalui fermentasi alkohol, dan etanol merupakan produk
samping atau produk minor dalam pembuatan roti sebab waktu
fermentasi yang relatif singkat. Karbon dioksida yang dihasilkan
oleh ragi meninggalkan roti, menghasilkan kondisi anaerob,
dan memanggang menghasilkan permukaan kering yang tahan
Gambar 2.4 Proses Fermentasi
Alkohol.
terhadap invasi oleh mikroorganisme di lingkungan . Biasanya, ragi yang digunakan proses fermentasi adonan
gandum dan tepung ragi dengan ragi, umumnya memakai
Saccharomyces cerevisiae
Fermentasi cuka (vinegar fermentation) yaitu fermentasi yang
melibatkan produksi asam asetat yang menghasilkan makanan atau
bumbu yang umumnya dianggap aman, sebab asam asetat bersifat
bakteriostatik atau bakterisida, tergantung pada konsentrasi yang
digunakan. saat produk fermentasi beralkohol tidak disimpan
secara anaerob, bakteri yang termasuk dalam genus Acetobacter
yang ada di lingkungan mengoksidasi bagian etanol menjadi asam
asetat atau cuka Cuka yaitu bumbu yang
dapat diterima yang digunakan dalam pengawetan dan pengawetan
mentimun dan sayuran lainnya
Makanan fermentasi yang melibatkan fermentasi basa (alkaline
fermentation) umumnya dianggap aman. Fermentasi basa yaitu
proses di mana pH substrat meningkat hingga nilai basa setinggi 9
sebab hidrolisis enzimatik dari protein dari bahan mentah menjadi
peptida, asam amino, dan amoniak atau sebab perlakuan alkali
selama produksi
D. Mikroorganisme dalam Bioteknologi Fermentasi
Mikroorganisme memiliki peran penting dalam menentukan
karakteristik makanan dan minuman etnis yang diproduksi Banyak mikroorganisme yang telah dimanfaatkan
untuk produk fermentasi (Tabel 2.1). Mikroorganisme yang
digunakan dalam fermentasi pangan secara tradisional pada
umumnya merupakan kultur campuran yang diperoleh dari bahan
baku ataupun lingkungan dan sering tidak teridentifi kasi. Industri-
industri fermentasi yang telah maju, mulai digunakan kultur mikrobia
hasil penelitian untuk menunjang penjaminan mutu produknya.
Mikrobia yang sering digunakan dalam fermentasi yaitu bakteri,
khamir, dan jamur. Bakteri banyak digunakan dalam fermentasi
pangan dalam bentuk cair, misalnya bakteri untuk pembuatan asam
asetat dan nata de coco. Namun ada pula khamir pada medium
padat, misalnya pada proses pembuatan bir dan wine, dan tempe
atau produksi jamur itu sendiri.
Tabel 2.1: Contoh Produk Fermentasi dan Mikrobia yang
Menghasilkannya
Jenis Mikrobia Produk Bahan Dasar
Bakteri
Acetobacter xylinum
Acetobacter acetii
Lactobacillus sp
Nata de
Coco
Asam asetat
Asam laktat
Air kelapa
Air susu
Khamir
(Yeast)
Saccharomyces cerevisiae
Saccharomyces roxii
Hanseniaspora uvarum
Tapai
Kecap
Wine
( alkohol)
Karbohidrat
Kedelai
Karbohidrat
Jamur
Rhizopus oryzae
Neurospora sitophila
Monascus purpureus
Tempe
Oncom
Angkak
Kedelai
Kedelai
Beras
1. Bakteri
Bakteri merupakan mikrobia uniseluler. Kecenderungan
bakteri tidak memiliki khlorofi l. Ada beberapa yang fotosintetik
dan reproduksi aseksualnya secara pembelahan. Bakteri tersebar
luas di alam, di dalam tanah, di atmosfer, di dalam endapan-endapan
lumpur, di dalam lumpur laut, dalam air, pada sumber air panas,
di daerah antartika, dalam tubuh hewan, manusia, dan tanaman.
Jumlah bakteri tergantung keadaan sekitar. Misalnya, jumlah bakteri
di dalam tanah tergantung jenis dan tingkat kesuburan tanah.
Ada berbagai macam bakteri yang penting dalam fermentasi,
yang antara ain yaitu sebagai berikut
a. Acetobacter xylinum. Bakteri ini digunakan dalam pembuatan
nata de coco. Bakteri Acetobacter xylinum mampu mensintesis
selulosa dari gula yang dikonsumsi. Nata yang dihasilkan
berupa subtrat yang mengambang di permukaan.
b. Acetobacter acetii. Bakteri ini penting dalam produksi asam
asetat, yang mengoksidasi alkohol sehingga menjadi asam
asetat. Banyak ada pada ragi tapai, yang menyebabkan
Tapai yang melewati 2 hari fermentasi akan berasa masam.
c. Bacillus sp. Mikrobia dari genus Bacillus ini merupakan
bakteri dengan kemampuan yang paling luas. Pada mulanya
hanya digunakan untuk menghasilkan enzim amilase. Namun
perkembangan terkini berkembang untuk bioinsektisida yang
diwakili oleh Bacillus thuringiensis maupun untuk penanganan
limbah seperti Bacillus subtilis dan Bacillus megaterium.
Melalui rekayasa genetika, kini bakteri ini juga digunakan
untuk produksi bahan baku plastik ramah lingkungan
d. Bividobacterium sp. Bakteri ini bersifat anaerob dan digunakan
sebagai mikrobia probiotik. Produk probiotik dari bakteri ini
bisanya berbentuk padat.
e. Lactobacillus sp. Bakteri ini cukup populer sebab selain dapat
digunakan dalam produksi asam laktat juga banyak berperan
dalam fermentasi pangan seperti yogurt.
2. Khamir
Molds ( khamir) yang memainkan peran paling penting dalam
fermentasi termasuk genera Rhizopus milik keluarga Mucoraceae, dari
ordo Mucorales, dalam subkelas Zygomycota dari kelas Zygomycetes
Umumnya digunakan untuk menyebut bentuk-
bentuk yang menyerupai jamur dari kelompok Ascomycetes yang
tidak berfi lamen namun uniseluler dengan bentuk ovoid atau spheroid.
Khamir ada yang bermanfaat dan ada pula yang membahayakan
manusia (Hidayat et al., 2006). Molds ( khamir) yang memainkan
peran paling penting dalam fermentasi termasuk genera Rhizopus
milik keluarga Mucoraceae, dari ordo Mucorales, dalam subkelas
Zygomycota dari kelas Zygomycetes (Anggriawan, 2017).
Fermentasi khamir banyak digunakan dalam pembuatan roti,
bir, wine, dan sebagainya. Khamir yang tidak diinginkan yaitu yang
ada pada makanan dan menyebabkan kerusakan pada saurkraut,
juice buah, sirup, molase, madu, jelly, daging, dan sebagainya. Ada
berbagai khamir yang memiliki fungsi penting dalam fermentasi, di
antaranya yaitu sebagai berikut (Hidayat et al., 2006).
a. Saccharornyces cerevisiae, merupakan khamir yang
paling popular dalam pengolahan makanan. Khamir ini telah lama
digunakan dalam industri wine dan bir. Dalam bidang pangan,
khamir digunakan dalam pengembangan adonan roti dan dikenal
sebagai ragi roti.
30 BIOTEKNOLOGI
b. Saccharomyces roxii, yaitu khamir yang digunakan dalam
pembuatan kecap. Bakteri Saccharomyces roxii berkontribusi
pada pembentukan aroma.
3. Jamur
Jamur telah digunakan sebagai bahan makanan dan penyedap
makanan selama berabad- abad sebab nilai gizi dan obat mereka
dan keragaman komponen bioaktif mereka (Bao et al., 2013).
Jamur merupakan mikrobia multiseluler yang banyak dimanfaatkan
manusia dalam fermentasi maupun budidaya. Dalam bidang
fermentasi umumnya yang digunakan yaitu jamur berbentuk hifa
dan dikenal dengan sebutan jamur. Contohnya pada pembuatan
tempe, angkak dan kecap. Sedang yang dibudidayakan untuk
diambil badan buahnya dikenal sebagai cendawan, misalnya jamur
tiram, jamur merang, jamur kuping dan sebagainya. Ada beberapa
jenis jamur yang memiliki kedudukan penting dalam fermentasi,
antara lain sebagai berikut
a. Rhizopus oryzae. Jamur ini penting pada pembuatan tempe.
Aktivitas jamur Rhizopus menjadikan nutrisi pada tempe
siap dikonsumsi manusia. Aktivitas enzim yang dihasilkan
menjadikan protein terlarut meningkat. Produk tempe kini juga
telah dikembangkan menjadi produk isofl avon yang penting
bagi kesehatan.
b. Aspergillus niger. Jamur ini digunakan dalam pembuatan
asam sitrat. Asam sitrat merupakan salah satu asam organik
yang banyak digunakan dalam bidang pangan, misalnya pada
pembuatan permen dan minuman kemasan. Jamur ini sering
mengontaminasi makanan, misalnya roti tawar.
31BIOTEKNOLOGI
c. Neurospora sitophila. Jamur ini merupakan sumber beta
karoten pada fermentasi tradisional. Produk oncom yang
dikenal di Jawa Barat yaitu hasil fermentasi yang dilakukan
oleh Neurospora sitophila. Produksi spora untuk sumber beta
karoten yang dapat disubstitusikan pada makanan juga telah
diteliti. Selain mampu memberikan asupan, beta karoten juga
merupakan sumber warna yang cukup menarik.
d. Penicillium sp. Jamur ini paling terkenal sebab kemampuannya
menghasilkan antibiotika yang disebut penisilin. Sejak pertama
kali dikenal terus digunakan sampai sekarang. Jamur penghasil
anti biotika saat ini telah banyak diketahui sehingga ragam
antibiotik yang semakin banyak. Selain untuk pembuatan
antibiotika, spesies yang lain juga digunakan dalam pembuatan
keju khusus.
E. Faktor yang Memengaruhi Fermentasi
Fermentasi yaitu metode yang paling ekonomis untuk
menghasilkan dan mengawetkan makanan
Beberapa faktor yang memengaruhi fermentasi yaitu (1) batasan
nutrisi; (2) senyawa anti mikrobia; (3) racun pembunuh; (4) suhu,
pH, oksigen dan dampak media kultur; dan (5) toleransi terhadap
etanol
1. Batasan Nutrisi
Dua macronutrients seringkali tersirat dalam penyebab
fermentasi terjebak saat hadir dalam jumlah kecil nitrogen dan
fosfat. Mikronutrien kurang vitamin dan mineral telah terbukti
untuk membatasi kecepatan fermentasi. Kekurangan tiamin
dapat memperlambat fermentasi. Konsentrasi etanol yang tinggi
menghambat translokasi asam amino dan sumber nitrogen lainnya,
sehingga nitrogen harus tersedia pada tahap pertama fermentasi dan
disimpan di dalam vakuola untuk digunakan nanti Selain itu, penambahan asam amino tertentu dapat
meningkatkan kemampuan untuk cepat sintesis protein terdegradasi
sebagai transporter glukosa
2. Senyawa Antimikrobia
Kebutuhan nutrisi ragi selama fermentasi dapat dipengaruhi
oleh zat penghambatan yang hadir di media. Senyawa ini termasuk
racun pembunuh, pengawet kimia (terutama sulfi t) dan bahan kimia
pertanian yang mengandung logam berat .Pengawet kimia dapat memengaruhi aktivitas mikroba yang
menyebabkan kenaikan dalam fase laten
3. Racun Pembunuh
Kegiatan pembunuh pertama kali dilaporkan pada strain
Saccharomyces cerevisiae. Sejak itu, pembunuh karakteristik telah
terdeteksi di genera ragi lain seperti Pichia, Hansenula, Williopsis
dan Kluyveromyces Pembunuh
strains yeast menghasilkan protein ekstraseluler atau glikoprotein
(faktor pembunuh) yang membunuh ragi sensitif lainnya
4. Suhu, pH, Oksigen dan Dampak Media Kultur
Pertumbuhan dari ragi selain Saccharomyces tergantung pada
kondisi fermentasi seperti:suhu, konsentrasi etanol, konsentrasi
3
substrat dan pH. Beberapa studi yang dilakukan di anggur dan
sari menunjukkan bahwa pertumbuhan Kloeckera apiculata dan
Saccharomyces cerevisiae yaitu hasil fermentasi optimal pada
suhu di bawah 20 °C. Hal ini memungkinkan Kloeckera apiculata
untuk menang bersama-sama dengan Saccharomyces cerevisiae
selama fermentasi Situasi ini dapat
mengubah komposisi kimia dari anggur, sebab senyawa aromatik
tergantung terutama pada ragi dan suhu fermentasi
5. Toleransi terhadap Etanol
Beberapa penelitian telah melaporkan peran membran plasmatik
dalam toleransi etanol dari Saccharomyces cerevisiae. Toleransi
yang tinggi untuk etanol sehingga berkorelasi nyata dengan tingkat
kejenuhan asam lemak dan fl uiditas membran
F. Peran Mikroorganisme dalam Proses Fermentasi
Teknologi fermentasi sebagian besar merupakan teknologi
yang memakai mikroorganisme untuk produksi makanan dan
minuman seperti keju, yogurt, minuman alkohol, cuka, acar, sosis,
kecap, dan lain-lain. Terkait teknologi fermentasi, mikroorganisme
berperan dan produk yang dihasilkan disajikan sebagai berikut
1. Metabolit primer penting tertentu dalam skala yang lebih besar
seperti gliserol, asam asetat, asam laktat, aseton, butanol dan
butanadiol, serta berbagai asam organik, asam amino, vitamin,
dan polisakarida.
2. Metabolit sekunder yang berguna (kelompok metabolit
yang tidak memainkan peranan langsung dalam kehidupan
mikroorganisme) seperti penisilin, steptomisin, oksitetrasiklin,
sefalosporin, giberelin, alkaloid dan aktinomisin.
3. Enzim dalam skala industri, seperti enzim interseluler-
invertase, asparaginase, dan DNA ligase.
G. Aplikasi Praktis Bioteknologi Fermentasi
Fermentasi yaitu salah satu proses “ bioteknologi pangan”
tertua yang digunakan untuk menyiapkan makanan dan minuman
yang dicatat dalam sejarah manusia purba
Indonesia memiliki beberapa makanan fermentasi tradisional, dimana
proses pembuatannya sangat tergantung pada mikroorganisme yang
secara alami ada dalam bahan mentah dan di lingkungan
Indonesia memiliki keanekaragaman besar makanan dan minuman
yang difermentasi etnis Selain tempe, ada
banyak produk etnik fermentasi terkenal di Indonesia, beberapa di
antaranya yaitu tempe, tapai, alkohol, kecap, yoghurt, nata, dan
kombucha. Uraian lebih terperinci disajikan sebagai berikut.
1. Fermentasi Tempe
Tempe yaitu makanan populer di Indonesia yang disiapkan
dengan memfermentasi kedelai (Anggriawan, 2017). Kata tempe
diperkirakan berasal di Jawa Tengah, di Indonesia . Catatan sejarah mengungkapkan tempe berasal dari
bahasa Jawa kuno seperti yang disebutkan dalam Serat Centhini vol.
3 (1814), menggambarkan tempe sebagai menu kerajaan Sunan Giri
yang disajikan di Jawa selama abad ke-17
Gambar 2.5 Tempeh
Tempe yaitu makanan tradisional dari Indonesia yang
dibuat dengan memfermentasi kedelai dengan jamur Rhizopus
spp ,Tempe yaitu makanan tradisional khas
Indonesia yang sering dikonsumsi dan menjadi salah satu makanan
favorit ,Di antara ragam makanan terfermentasi
jamur, tempe dari kedelai yang difermentasi mengandung nilai gizi
yang tinggi , Tempe biasanya diproduksi secara
tradisional dan diproduksi di industri rumahan di Indonesia
Tempe bermanfaat, dibandingkan dengan makanan sehat lainnya
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 . Pengujian yang dilakukan meliputi
pengamatan kekompakan, tekstur, pH, warna, dan kandungan
protein dan determinan asam amino
2. Fermentasi Tapai
Salah satu contoh pro-
duk pangan bioteknologi
kon ven sional yaitu tapai.
Tapai biasanya singkong
(Mani hot utillisima) atau
ketan (Oryza sativa gluti-
nous) yang difermentasi
dengan penambahan starter
cam puran kering yang
disebut ragi tapai yang
secara alami mengandung
jamur berfi lamen, ragi dan
bak teri Tapai yaitu makanan fermentasi
tra di sional dari Indonesia dengan rasa asam manis asam khas
Tapai dibuat
dengan memanfaatkan mikroorganisme yang ada pada ragi.
Mikroorganisme ini akan mengubah zat organik menjadi zat organik
lain Inokulum yang digunakan untuk fermentasi Tapai dinamai ragi,
didominasi oleh ragi ( Saccharomyces cerevisiae), jamur amilolitik,
bakteri asam laktat dan bakteri asam asetat
Proses pemberian ragi atau pencampurannya, saat singkong tesebut
sudah relatif dingin (suhu ruang). Tapai sebagai produk makanan
Gambar 2.6 Tapai
cepat rusak sebab fermentasi lanjut sesudah kondisi optimum tercapai,
sehingga harus segera dikonsumsi. Namun jika disimpan di tempat
yang dingin akan dapat bertahan lebih lama. Proses fermentasi dalam
pembuatan Tapai cenderung berlangsung dalam suasana mikroaerob.
Artinya, memerlukan sedikit oksigen. Oleh sebab itu selama
proses fermentasi, wadah harus ditutup untuk mencegah terjadinya
kontaminasi. Tapai yang terbentuk selanjutnya dapat diolah lebih
lanjut menjadi beberapa macam produk olahan. Mulai dari digoreng,
dikolak, campuran kue, dibuat tepung, sirup, brem, dan anggur Tapai.
3. Fermentasi Alkohol
Pembuatan minuman
beral kohol merupakan proses
fermentasi dengan ban tuan
jamur Aspergillus oryzae,
Jamur Aspergillus oryzae
akan menghasilkan enzim
amilase yang dapat mengu-
raikan amilum menjadi
glukosa atau gula . Anggur mung-
kin merupakan produk
fermen tasi tertua yang dike-
tahui, dan jejak kunonya
setidak nya 5000 bc Bioteknologi pangan juga
banyak dimanfaatkan dalam pembuatan minuman beralkohol.
Selan jutnya, gula akan difermentasikan lanjut menjadi alkohol dan
Gambar 2.7 Alkohol
gas karbondioksida. Proses ini kemudian akan menghasilkan
minuman beralkohol dengan cita rasa tertentu sesuai dengan bahan
baku yang digunakan Lamanya proses
pembuatan wine dengan memanfaatkan Saccharomyces cerevisiae
fermentasi akan memengaruhi jumlah dan kadar alkohol yang
dihasilkan. Proses fermentasi, semakin tinggi kandungan alkoholnya.
4. Fermentasi Kecap
Kecap merupakan
salah satu produk hasil
bioteknologi yang terbuat
dari kacang kedelai
Kecap yaitu kecap Indo-
nesia dan biasanya dibuat
secara tradisional oleh
produsen skala kecil,
dengan sedikit atau tanpa
inovasi dalam proses sejak kuno Kecap, yang
disebut kecap di Indonesia yaitu kecap jenis Cina, dipengaruhi
oleh gaya memasak lokal Indonesia yang
biasanya berasa manis dan asin.
Salah satu proses pembuatan kecap, diawali kedelai difermen-
tasi dengan memakai jamur Aspergillus wentii. Tahap
selanjutnya kedelai yang sudah difermentasikan, dikeringkan, dan
direndam di dalam larutan garam. Pembuatan kecap dilakukan
melalui proses perendaman kedelai dengan larutan garam, sehingga
Gambar 2.8 Kecap
pembuatan kecap dinamakan fermentasi garam. Jamur Aspergillus
wentii merombak protein menjadi asam- asam amino, komponen
rasa, asam, dan aroma khas
5. Fermentasi Yoghurt
Gambar 2.9 Yoghurt
Yoghurt yaitu salah satu jenis susu fermentasi yang dihasilkan
oleh suatu proses yang dikenal sebagai proto-cooperation atau difermentasikan dengan memakai campuran
bakteri starter culture Bakteri ini akan
mengubah laktosa pada susu menjadi asam laktat . Secara khusus, fermentasi dan interaksi antara Streptococcus
salivarius (subsp. Thermophilus) dan Lactobacillus delbrueckii.
Kerjasama kedua jenis bakteri ini (S. salivarius dan L. delbrueckii)
akan merangsang pertumbuhan satu sama lain dan dengan mudah
mengubah nutrisi. Bakteri S. thermophilus menyediakan asam format,
asam folat, dan asam lemak, sementara aktivitas proteolitik oleh L.
delbrueckii menyediakan asam amino
Pembuatan yogurt, melibatkan campuran bakteri seperti
Streptococcus thermophillus dan strains Lactobacillus (Lactobacillus
delbruecktii dan Lactobacillus bulgaricus). Dalam pembuatan
yogurt ini , bahan-bahan ( susu, mikroba, dan gula) dicampuran
untuk menghasilkan asam laktat. Kemudian dapat ditambahkan buah
dan perasa lain, sebelum didinginkan sampai pada suhu 4 0C—5 0C,
untuk mencegah perubahan komposisi
Cara lainnya, pada pembuatan Yogurt air susu dipasteurisasi pada
suhu 73 0C selama 15 detik. Kemudian ditambahkan kultur starter
bakteri. Fermentasi pada suhu 40 0C selama 2,5 -3,5 jam sampai
susu menggumpal, dan asam laktat dihasilkan. Bakteri mengubah
gula susu ( laktosa) pada kondisi anaerobic. Lactose diubah menjadi
asam laktat yang bersifat menggumpalkan casein ( protein susu).
Dihasilkan krem yogurt tebal dengan rasa sedikit asam Proses penyimpanan yogurt, sebaiknya disimpan suhu 40C
untuk mengurangi aktivitas mikroba.
6. Fermentasi Nata de Coco
Nata de Coco ( air kelapa), Nata de Pina (nanas), Nata de Soya
(limbah tahu). Acetobater xylinum ditumbuhkan pada substrat gula
yang diberi air kelapa dieramkan beberapa hari didapatkan nata de
coco. Yang kaya serat dan baik untuk sumber makanan berserat
tinggi. Selulosa murni produk kegiatan mikrobia Acetobacter
xylinum: mengubah gula menjadi selulosa
Gula pada air kelapa diubah
menjadi asam asetat dan benang-
benang selulosa. Lama-kelamaan
akan terbentuk suatu massa yang
kokoh dan mencapai ketebalan be-
be rapa sentimeter. Dengan demi-
kian, nata de coco dapat juga diang-
gap sebagai selulosa bakteri yang
berbentuk padat, berwarna putih,
transparan, berasa manis, bertekstur dan kenyal
7. Fermentasi Kombucha
Kombucha yaitu minuman
yang kemungkinan berasal dari
Manchuria yang diperoleh dari teh
yang difermentasi oleh kon sorsium
mikroba yang terdiri dari beberapa
bakteri dan ragi (Villarreal-Soto,
Beaufort, Bouajila, Souchard, &
Taillandier, 2018). Minuman tradisi-
onal hasil fermentasi larutan teh dan gula dengan memakai
starter mikrobia kombucha (Acetobacter xylinum dan beberapa jenis
khamir) dan difermentasi selama 8 – 12 hari
Kombucha yaitu minuman populer di antara banyak makanan
fermentasi tradisional
H. Penguatan STEM
Lakukan penelitian di lapangan tentang bioteknologi fermen-
tasi, misalnya fermentasi tempe, fermentasi tapai, fermentasi
alkohol, fe
.jpeg)
.jpeg)
