Mikroorganisme memegang peranan penting dalam perkembangan bioteknologi. Pemanfaatan mikroorganisme dalam berbagai tahapan perkembangan bioteknologi dari bioteknologi kuno hingga modern, menjadikan mikroorganisme sebagai organisme penting dan selalu ikut serta disetiap penemuan besar terkait bioteknologi. Alasan utama mikroorganisme dijadikan subjek pada proses bioteknologi yaitu: 

a.        Pertumbuhan dan perbanyakan mikroba perlangsung dengan cepat 

b.        Mudah diperoleh dari lingkungan

c.        Sifat genetik mudah dimodifikasi melalui rekayasa genetika 

d.        Memiliki plasmid yang digunakan sebagai vektor

e.        Tidak tergantung iklim dan kondisi lingkungan 

f.         Memiliki sifat yang tetap dan tidak berubah

A.  Mikroorganisme di bidang bioteknologi pertanian

Tanah merupakan  wilayah  dengan  tingkat  keanekaragaman  mikroorganisme yang tinggi (lebih dari 100 juta mikroba per gram tanah), sehingga sangat mempengaruhi kualitas dari tanah tersebut. Sebagian besar mikroba memiliki peranan yang mengunungkan bagi bidang pertanian seperti dekomposisi, fiksasi nitrogen, palarutan fosfat, perangsangan pertumbuhan, biokontrol patogen hama dan bakteri serta membantu proses penyerapan unsur hara. Beberapa cabang bidang pertanian yang memanfaatkan mikroorganisme:

a.  Pembuatan kompos bioaktif. 

Proses pengomposan dapat dipercepat dengan menggunakan mikroba komposer dengan kemampuan yang baik. Penggunaan mikroba dalam proses dekomposisi akan mempersingkat waktu proses pengomposan. Mikroba dekomposer yang sering digunakan dalam pembuatan pupuk kompos antara lain Trichoderma pseudokoningii, Cytopaga sp, dan fungi pelapuk putih. Mikroba akan tetap hidup dan aktif di dalam kompos dan pada saat diberikan pada tanaman, mikroba dekomposer berperan ganda dengan membantuk tanaman mengendalikan organisme patogen.

b.  Biofertilizer.

Penggunaan  pupuk  kimia  saat  ini  sudah  sangat  melewati ambang batas kebutuhan. Untuk memenuhi kebutuhan zat hara tanaman, petani dapat mengandalkan pupuk kompos yang diproduksi menggunakan mikroba. Mikroba tanah banyak yang berperan dalam penyerapan unsur hara bagi tanaman. Salah satu nutrisi penting bagi tanaman adalah Nitrogen yang sangat melimpah diudara tetapi sedikit di tanah. Tanaman tidak dapat mengambil   nitrogen   diudara   secara   langsung   sehingga   membutuhkan mikroba pengikat nitrogen (contoh: Rhizobium sp) untuk memfiksasi nitrogen dari  udara  bebas.  

Mikroba  akan  membentuk  simbiosis  dengan  tanaman untuk dapat dimanfaatkan dalam proses pengikatan oksigen bebas diudara. Mikroba non simbiotik (Azoospirillum sp dan Azetobacter sp) juga dapat mengikat nitrogen bebas udara ke dalam tanah. Bakteri yang dapat melarutkan fosfat dalam tanaman antara lain Aspergillus sp, Penicillium sp, Pseudomonas  sp,  dan  Bacillus  megatherium.  Mikroba-mikroba  tersebut dapat digunakan sebagai biofertilizer untuk membantu tanaman memperoleh nutrisi dari tanah maupun udara.

c.   Agen  Biokontrol.  

Hama  dan  penyakit  merupakan  masalah  serius  dalam bidang pertanian.   Penggunaan   pestisida   dan   fungisida   secara   besar- besaran    akan merusak lingkungan. Mikroba dapat menjadi agen biokontrol alami terhadap patogen tanaman  . Mikroba yang biasa digunakan sebagai biokontrol antara lain Bacillus thurigiensis, Bauveria bassiana, Paecilomyces fumosoroseus, dan Methazium anisopliae. Selain itu, Trichoderma sp juga dapat mengendalikan penyakit tanaman yang disebabkan oleh Ganoderma sp, jamur akar putih, dan Phytoptora sp.

Gambar   Bakteri sebagai agen biokontrol tanaman terhadap patogen yang merusak tanaman.

(Sumber: Haas & Defago, 2005) 

B.  Mikroorganisme di bidang bioteknologi peternakan dan perikanan

Peran mikroorganisme dalam bidang peternakan dan perikanan sangat penting. Beberapa penyakit yang menyerang ternak dan ikan disebabkan oleh mikroorganisme.   Peran  mikroba   yang    menguntungkan   akan membantuk metabolisme serta sebagai bahan pakan atau pakan tambahan serta probiotik. Dalam hal metabolisme, mikroba membantu ternak dan ikan menghidrolisis selulosa karena enzim yang dimilikinya. Selain itu, bakteri mampu memfiksasi urea sebagai sumber nitrogen.

C.  Mikroorganisme di bidang bioteknologi pangan

Mikroorganisme dapat mengubah substrat suatu bahan menjadi produk yang berbeda melalui proses fermentasi. Teknologi fermentasi telah digunakan sejak zaman  dahulu  di  awal  bioteknologi  berkembang.  Proses  fermentasi menghasilkan berbagai macam produk makanan dan minuman seperti tempe, kecap,  yogurt,  keju,  oncom, roti,  dan minuman  beralkohol.  Berikut  beberapa bahan pangan yang diproduksi dengan memanfaatkan mikroorganisme:

a.  Kecap. Kecap merupakan produk makanan hasil fermentasi menggunakan mikroorganisme Aspergillus wentii dengan bahan dasar kedelai.

b.  Tempe. Tempe merupakan produk fermentasi jamur Rhizopus sp dengan bahan baku kedelai. Tempe merupakan makanan asli Indonesia dan telah dikenal sejak lama oleh penduduk Indonesia.

c.   Keju.  Keju  merupakan produk  fermentasi  laktosa  di  dalam  susu  menjadi asam laktat dengan bantuan kanteri asam laktat seperti Lactobacillus bulgaricus, lactobacillus lactis, dan Streptococcus sp.

d.  Oncom.     Oncom     merupakan     produk     fermentasi     kacang     oleh mikroba Neurospora sp dan Rhizopus sp.

e.  Yoghurt.   Yoghurt   merpakan   produk   fermentasi   bahan   berupa   susu oleh Lactobacillus bulgaricus dan Streptococcus camemberti. 

f. Minuman beralkohol. Pembuatan minuman beralkohol seperti anggur dan bir menggunakan  mikroorganisme  dalam  proses  fermentasinya.  Bir  dibuat dengan bahan biji-biji sereal seperti gandum dan difermentasi oleh khamir.

g.  Roti. Roti merupakan produk yang dihasilkan dari tepung. Roti membentuk struktur yang lebih menarik, besar, serta lembung dengan bantuan mikroba Khamir Sacharomyces cerevisiae. Khamir memanfaatkan glukosa sebagai substrat   respirasinya   sehingga   menghasilkan   karbon   dioksida     yang akan menyebabkan terbentuknya gelembung-gelembung CO2 yang terperangkap  dalam  adonan  roti  sehingga  mengakibatkan  struktur  roti menjadi mengembang.

D.  Mikroorganisme di bidang bioteknologi farmasi

Mikroorganisme  memiliki  peran  penting  dalam  perkembangan  bioteknologi farmasi.   Diawali   dengan   diperolehnya   antibiotik   penisilin, penelitian tentang pemanfaatan mikroorganisme untuk memproduksi agen obat terus berkembang. Saat ini, pemanfaatan mikroorganisme untuk memperoleh agen obat telah banyak yang teridentifikasi. Berikut beberapa peran mikroorganisme dalam bidang bioteknologi farmasi:

a. Pembuatan   Antibiotik.   

Mikroorganisme    dapat    menghasilkan   metabolit sekunder yang mampu menghambat pertumbuhan mikroorganisme lainnya. Metabolit yang menghambat pertumbuhan mikroorganisme disebut dengan antibiotik. Antibiotik digunakan untuk melawan infeksi mikroba patogen. Beberapa mikroba yang menghasilkan antibiotik antara lain Streptomyces aureofaciens (bacitrasin) dan Aspergillus fusmigatus (furmigilin). Hingga saat ini,  sekitar  100 macam  antibiotik telah teridentifikasi.  Jenis  antibiotik yang sudah   dikenal   diantaranya   adalah   penicillin,   streptomycin,   tetrasiklin, aeromisin, kioromisetin, amfisin, dan sefalosporin. Penicillin dihasilkan oleh jamur Penicillin notatum. Demikian juga antibiotik streptomycin dihasilkan oleh jamur Streptomyces griceus. Sementara itu, antibiotik seperti tetrasiklin dan sefalosporin dihasilkan oleh bakteri.

b. Pembuatan vaksin. 

Vaksin dapat digunakan untuk membentuk antibodi dalam tubuh sehingga tahan terhadap serangan bakteri maupun virus patogen. 

Gambar   Pemanfaatan bioteknologi dalam bidang farmasi

(Sumber: Smith, 2009)

E.  Mikroorganisme di bidang bioteknologi energi

Beberapa  mikroorganisme  mampu  menghasilkan  senyawa  etanol  (alkohol) melalui proses fermetnasi. Pembuatan alkohol menggunakan bahan baku berupa bahan organik dengan kandungan karbohidrat yang tinggi. Etanol merupakan bahan baku dari gasohol, bahan bakar campuran bensil dengan etanol absolut. Gasohol telah mulai digunakan sejak tahun 2008 untuk mengurangi pemakaian bahan bakar fosil. Sumber energi alternatif lainnya dapat dapat diproduksi menggunakan mikroorganisme adalah biogas. Biogas merupakan gas metana hasil penguraian sampah organik secara anaerob oleh mikroorganisme. Keuntungan penggunaan gas metana dalam bahan bakar adalah mengurangi pencemaran udara.

F.  Mikroorganisme di bidang bioteknologi pengolahan bahan tambang

Beberapa  bakteri  kemosintesis  hidup  dengan  memanfaatkan  zat  anorganik seperti tembaga, besi, dan belerang. Bakteri kemosintesis mampu membuat senyawa organik menjadi senyawa organik dengan memanfaatkan energi dari senyawa tersebut. Kemampuan mikroorganisme untuk memisahkan logam dan batuan     merupakan     bagian     dari     perkembangan     bioteknologi     dalam dunia    pertambangan  mineral.  Tembaga,  uranium,  dan  emas  secara  efisien dapat diekstrak oleh bakteri Thiobacillus feroxidans dari bijihnya. Penemuan ini selain dapat meningkatkan mutu logam mineral, juga dapat mengurangi  kerusakan  lingkungan  yang  disebabkan  oleh  aktivitas penambangan.

Gambar   Proses isolasi tembaga dari papan sirkuit sisa barang elektronik 

G.  Mikroorganisme di bidang bioteknologi bioremediasi

Bioremediasi merupakan metode penggunaan mikroorganisme dalam upaya mengontrol kerusakan lingkungan oleh bahan tercemar. Mikroorganisme digunakan untuk mengurai atau mendegradasi bahan pencemar lingkungan menjadi bentuk    yang  lebih  sederhana  dan  ramah  lingkungan. Sejak  tahun      1900-an, masyarakat telah menggunakan mikroorganisme untuk mengolah air limbah pada saluran air. Mikroorganisme yang digunakn sebagai agen bioremediasi adalah khamir, fungi, yeast, alga, dan bakteri. Beberapa jenis bakteri yang telah digunakan dalam proses bioremediasi antara lain genus Achromobacter, Arthrobacter, Acinetobacter, Actinomyces, Aeromonas, Brevibacterium, Flavobacterium, Moraxella, Klebsiella, Xanthomyces, Pseudomonas, dan Bacillus yang memiliki kemampuan untuk mendegradasi minyak bumi. Sejumlah bakteri seperti Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter calcoaceticus,  Arthrobacter  sp.,  Streptomyces  viridans  dan  lain-lain menghasilkan senyawa biosurfaktan atau bioemulsi.

Gambar   Proses bioremediasi limbah minyak menggunakan mikroorganisme

(Sumber: Lawrence Berkeley National Lab) 

Sumber: Modul PPG (Pendidikan Profesi Guru) Modul 6. Bioteknologi

Penulis: Eko Prasetya, M. Sc, dkk

Baca Juga

Bagikan Artikel