BAB
I. PENGANTAR
Mikrobiologi adalah
ilmu yang mempelajari segala sesuatu tentang mikrobia. Mikrobiologi dapat
diaplikasikan pada berbagai bidang, yaitu bidang pertanian dan lingkungan,
pangan dan industri, kesehatan, dan bioteknologi. Di alam ini ada banyak sekali
bakteri. Bakteri-bakteri yang terdapat di alam tidak semuanya merugikan atau
bahkan berbahaya, justru sebagian besar tidak bersifat patogenik dan berperan
sangat besar bagi kehidupan di dunia ini.
Salah satu
kajian bidang mikrobiologi adalah bagaimana mikroorganisme dapat bekerja dan
memberikan manfaat bagi kesejahteraan umat manusia. Penggunaan mikroorganisme
dapat diterapkan dalam bebagai bidang kehidupan, seperti: bidang pertanian
untuk meningkatkan produktifitas hasil pertanian; bidang makanan dan industri
untuk menghasilkan produk makanan alternatif yang kaya dengan gizi serta dapat
membatasi kerusakan bahan pangan dan hasil olahan makanan. Dalam bidang
kesehatan penggunaan mikroorganisme dapat mengetahui lebih dalam tentang
penyakit infeksi, penyebarannya serta cara pengobatannya dengan berbagai cara
seperti pemberian antibiotika. Dalam bidang bioteknologi penggunaan mikroorganisme
diaplikasikan dalam pemulihan dan remediasi lingkungan yang tercemar.
Makalah ini akan
membahas tentang aplikasi mikrobiologi dalam bidang pertanian dan lingkungan yang membahas tentang biopestisida
dan biofertilizer, pangan dan industri
yang membahas tentang penggunaan mikroba dalam produksi makanan dan industri
pembuatan bir, wine, dan spirit, kesehatan
yang membahas tentang pembuatan antibiotik, vaksin dan hormon insulin, dan bioteknologi yang membahas peran
mikroorganisme dalam rekayasa genetika dan pembersihan lingkungan.
BAB
II. PEMBAHASAN
A.
Bidang Pertanian dan Lingkungan
Di bidang
pertanian, banyak mirobia yang dimanfaatkan dan berhubungan timbal balik dengan
tanaman. Di bidang lingkungan, mikrobia biasanya dimanfaatkan dalam proses
pembuatan kompos, penjagaan kualitas air agar tetap bersih dan sehat untuk
diminum dan digunakan sehari-hari, maupun secara alami merombak jasad mati di
sekitarnya. Contohnya saja, untuk meningkatkan produktivitas dan tetap menjaga
kualitas hasil pertanian kini banyak orang mulai menggunakan biopestisida dan
biofertilizer.
Biopestisida ini
berasal dari agen hayati yang ramah lingkungan dan aman bagi kesehatan.
Biopestisida biasanya bekerja secara antagonis spesifik terhadap hama dan
penyakit yang menyerang tanaman pertanian. Oleh karena sifatnya yang antagonis
spesifik, biopestisida hanya menyerang hama dan penyakit target sehingga tidak
membahayakan tanaman pertanian dan manusia yang memakan produk pertanian itu. Biopestisida
dapat berupa biofungisida dan bioinsektisida. Salah satu contoh biofungisida
yang digunakan di Indonesia yaitu pemanfaatan Trichoderma harzianum. Mikroba yang
dapat mengendalikan hama tanaman antara lain yaitu Bacillus thurigiensis (BT).
Trichoderma
harzianum dapat menjadi hiperparasit pada beberapa
spesies jamur penyebab penyakit tanaman (Gambar 2.1.). Cara kerja agen
pengendali hayati yang bersifat antagonis dalam menekan populasi atau aktifitas
pathogen tumbuhan dapat berupa kompetisi, hiperparasitisme dan antibiosis. Jamur
Trichoderma harzianum bekerja dengan memproduksi senyawa racun berupa
trichodermin, trichodermol dan chrysophanol yang dapat menyebabkan lisis pada hifa
jamur lain. Kelebihan lain dari T.
harzianum adalah mampu membentuk koloni dengan sangat cepat di daerah
perakaran tanaman (rhizosfer) sehingga seperti mantel yang melindungi akar
tanaman dari serangan jamur penyakit, mempercepat pertumbuhan tanaman, dan
meningkatkan hasil produksi tanaman.
Gambar
2.1. Trichodema harzianum menginfeksi
jamur parasit yang lain
Bacillus thuringiensis
bekerja sebagai bioinsektisida dengan cara mengeluarkan racun di saluran
pencernaan serangga (Gambar 2.2).
Gambar 2.2. Proses kerja Bacillus thuringiensis sebagai bioinsektisida
Pemanfaatan
mikroba tanah untuk meningkatkan dan mempertahankan kesuburan tanah dalam
sistem pertanian sangat penting. Beberapa mikroba tanah seperti Rhizobium, Azospirillum dan Azotobacter,
bakteri pelarut fosfat, ektomikoriza, dan endomikoriza dapat dimanfaatkan
sebagai biofertizer pada pertanian organik. Bioferlizer berfungsi antara lain
untuk membantu penyediaan dan mempermudah penyerapan hara bagi tanaman,
membantu dekomposisi bahan organik, menyediakan lingkungan rhizosfer yang lebih
baik sehingga pertumbuhan dan produksi tanaman akan meningkat. Oleh
karena itu, sekarang banyak dikembangkan pemupukan tanaman menggunakan
biofertilizer. Salah satubiofertilizer yang akan dibahas di sini adalah Rhizobium dan Azospirillum.
Bakteri Rhizobium adalah salah satu contoh kelompok bakteri yang
berkemampuan sebagai penyedia hara bagi tanaman yang bekerja dengan cara
menambat N bebas dari udara. Dalam bekerja, Rhizobium bersimbiosis dengan akar tanaman legum dan membentuk bintil-bintil pada
akar. Azospirillum
mempunyai potensi cukup besar untuk dikembangkan sebagai pupuk hayati. Bakteri
ini banyak dijumpai berasosiasi dengen tanaman jenis rerumputan, termasuk
beberapa jenis serealia, jagung, cantel, dan gandum. Infeksi yang disebabkan
oleh bakteri ini tidak menyebabkan perubahan morfologi perakaran, meningkatkan
jumlah akar rambut, menyebabakan percabangan akar lebih berperan dalam
penyerapan hara. Keuntungan
lain dari bakteri ini, bahwa apabila saat berasosiasi dengan perakaran tidak dapat
menambat nitrogen, maka pengaruhnya adalah
meningkatkan penyerapan nitrogen yang ada di dalam tanah.
B.
Aplikasi Mikrobia dalam Bidang Pangan
dan Industri
Pertumbuhan
populasi manusia yang pesat dimana dalam 40 tahun terakhir mencapai 2 kali
lipat dari sebelumnya, mengharuskan tersedianya pemenuhan kebutuhan dasar pangan manusia dalam jumlah besar.
Hasil murni pertanian, peternakan, ataupun perkebunan, dirasa tidak mencukupi
kebutuhan nutrisi dan gizi manusia. Pengembangan dari teknologi pangan tepat
guna adalah salah satu cara untuk mengatasi problematika di atas. Dalam hal ini
peran mikrobia yang terkaji dalam lingkup mikrobiologi menjadi sangat penting
mengingat abilitas fermentasinya untuk mengubah bahan makanan biasa menjadi
bahan pangan yang sarat nutrisi. Berikut akan dijelaskan keterkaitan antara
pengembangan produksi makanan dan minuman dengan mikrobia yang menguntungkan
pada ranah Industri.
B.1. Produksi Makanan
Penggunaan mikrobia dalam dunia pangan antara
lain tampak dalam produksi: roti, olahan susu, cuka, sauerkraut, olahan kedelai, dll. Tabel 3.1 menunjukkan produk yang
dihasilkan menggunakan bantuan mikroba, beserta jenis mikrobanya.
Tabel 2.1. Beberapa Hasil Produk Fermentasi Beserta
Mikrobia
|
No.
|
Produk
|
Fermentor
|
Produksi
|
|
1
|
Roti
|
Ragi, Saccharomyces
cerevisiae
|
Fermentasi pada suhu ± 25OC dalam
beberapa jam, ragi menghasilkan sedikit alcohol dan banyak CO2. CO2
membuat roti mengembang.
|
|
2
|
Yogurt
|
Streptococcus
thermophilus, Lactobacillus bulcaricus
|
Biasa disebut krim asam. Asam laktat 2-3% yang dihasilkan pada proses
fermentasi menyebabkan susu mengental.
|
|
3
|
Keju
|
Brevibacterium
linens, Penicillium camemberti, Penicillium roquerforti, Propionibacterium sp.
dll.
|
Bl dan Pc
mengeluarkan enzim proteolitik, sedang Lipase pada Pr melepaskan asam lemak berantai pendek seperti butirat,
kaproat, dan kaprilat yang membuat variasi rasa pada keju. Propionibacterium memproduksi asam
propionat, asam asetat, dan CO2, membuat tekstur keju
berlubang-lubang (keju swiss).
|
|
4
|
Cuka
|
Acetobacter aceti
|
Mengandung 4% asam asetat.
|
|
5
|
Sauerkraut dan Pickles
|
Lactobacillus
sp.,
Leuconostoc mesenteroides
|
Asinan kubis dan mentimun. Dibutuhkan dalam
pengawetan makanan.
|
|
6
|
Tempe
|
Rhizopus
oryzae, Rhizopus olygosporus.
|
Hifa jamur melakukan penetrasi ke dalam biji untukselanjutnya terjadi
fermentasi tempe. Nutrisi tempe lebih tinggi daripada kedelai biasa.
|
|
7
|
Kecap
|
Aspergilus
oryzae, Pediococcus soyae, Torulopsis sp., Aspergilus rouxii
|
Aspergilus oryzae memfermentasi zat tepung
menjadi glukosa. Glukosa diubah menjadi asam dan alcohol oleh mikrobia
lainnya.
|
B.2. Industri Bir,
Wine, dan Spirit
Secara umum, minuman keras seperti bir, wine,
whiskey, dll dibuat dari fermentasi biji atau buah. Wine terbuat dari anggur,
bir dari biji-bijian sereal, misalnya barley. Agen fermentasinya adalah Saccharomyces sp. Setelah proses
fermentasi selesai dan dihasilkan berbagai macam jenis alcohol, maka bir
didistilasi untuk memisahkan antara alcohol dengan materi lain yang tidak
dipergunakan.
Gambar
2.3. Proses Fermentasi Bir.
Sumber : Jacquelyn G Black. Microbiology:
Principles and Exploration 8th Edition
B.2. Industri Penting
Lainnya
Ruang lingkup mikrobiologi dalam bidang
industri memang sangat luas. Mikroorganisme dapat digunakan sebagai agen
sebagai agen pemroduksi bahan-bahan berguna bagi manusia seperti bahan bakar
(biofuels), bahkan digunakan sebagai pengekstrak logam dan mineral seperti
tembaga, besi, uranium, arsenic, timah, seng, kobalt, dan nikel.
C.
Bidang
Kesehatan
C.1.
Antibiotik
Antibiotika adalah suatu
zat yang dihasilkan oleh organisme tertentu dan berfungsi untuk menghambat
pertumbuhan organisme lain yang ada di sekitarnya. Antibiotika dapat diperoleh
dari jamur atau bakteri yang diproses dengan cara tertentu. Pembuatan
antibiotik dilakukan dengan fermentasi.
Proses fermentasi penisilin didahului oleh
tahapan seleksi strain Penicillium chrysogenum pada media agar dan
perbanyakan. Penicillium chrysogenum yang dihasilkan dapat mencapai
konversi yield maksimum sebesar 13 – 29 %. Hasil tersebut difermentasi ke dalam
fermentol pada suasana asam (pH 5,5). Selama proses fermentasi berlangsung
dilakukan pengadukan, sementara udara steril dikeluarkan kedalam fermentol. Temperatur
operasi dijaga konstan selama fermentasi penisilin berlangsung dengan cara
mensirkulasikan air pendingin. Kapang aerobik dibiarkan tumbuh selama 5 – 6
hari saat gas CO2 mulai terbentuk. Ketika penisilin ini dihasilkan jumlahnya
telah maksimum, maka cairan hasil fermentasi tersebut didinginkan hingga 28oF
(2oC), dan dimasukkan kedalam rotari vacum filter untuk memisahkan miselia
dan penisilin. Miselia akan dibuang, sehingga diperoleh
filtrat berupa cairan jernih yang mengandung penisilin. Tahap ekstraksi dan
Kristalisasi dilakukan untuk mendapatkan penisilin yang siap dikonsumsi. Jamur Penicillium notatum dan Penicillium crysogenum mengeluarkan zat penisilin yang dapat
mematikan bakteri yang hidup disekitarnya. Karena kemampuannya zat penisilin
dibuat sebagai antibiotik.
C.2. Vaksin
Vaksin adalah
bahan antigenik yang digunakan untuk menghasilkan kekebalan aktif terhadap
suatu penyakit sehingga dapat mencegah atau mengurangi pengaruh infeksi oleh
organisme lain. Vaksin dapat berupa galur virus atau bakteri yang telah
dilemahkan sehingga tidak menimbulkan penyakit. Vaksin dapat juga berupa
organisme mati atau hasil-hasil pemurniannya (protein, peptida, partikel
serupa virus, dsb). Vaksin akan mempersiapkan sistem kekebalan manusia atau
hewan untuk bertahan terhadap serangan patogen tertentu, terutama bakteri,
virus, atau toksin. Vaksin juga bisa membantu sistem kekebalan untuk melawan
sel-sel degeneratif (kanker).
Contoh vaksin yang mudah
dikembangkan adalah pembuatan virus polio inaktif. Mikroorganisme yang
digunakan adalah Poliovirus yang merupakan virus RNA kecil yang terdiri atas tiga strain berbeda.
Proses produksi vaksin inaktif polio secara umum melalui penyiapan medium (sel
vero) untuk pengembangbiakan virus, penanaman atau inokulasi virus, pemanenan virus, pemurnian virus dan inaktivasi virus.
Gambar 2.4. Proses
Pembuatan Vaksin
C.3. Hormon Insulin
Rekayasa DNA
dapat digunakan untuk memproduksi hormon. Hormon-hormon yang telah diproduksi,
misalnya insulin, hormon pertumbuhan, kortison, dan testosteron. Contohnya
adalah hormon insulin manusia yang dihasilkan dengan bantuan Escherechia
coli. Produksi insulin dapat dilakukan dengan cara mentransplantasikan
gen-gen pengendali hormon tersebut ke plasmid bakteri. Keberhasilan memindahkan
gen insulin manusia ke dalam bakteri sudah dapat diperoleh, yaitu melalui
bakteri-bakteri yang tumbuh dengan metode fermentasi. Teknik Plasmid bertujuan
untuk membuat hormone dan antibodi. Misal untuk membuat hormon insulin dengan
teknik plasmid. Gen atau DNA dipotong dengan Enzim Endonuklease Restriksi Gen
atau DNA disambung dengan Enzim Ligase.
Langkah dalam
pembuatan insulin yaitu mengisolasi plasmid dari E. coli. Plasmid
merupakan salah satu bahan genetik bakteri yang berupa untaian DNA berbentuk
lingkaran kecil. Pemotongan segmen plasmid menggunakan enzim restriksi
endonuklease, sementara itu DNA yang di isolasi dari sel pankreas
dipotong pada suatu segmen untuk mengambil segmen pengkode insulin. Pemotongan
dilakukan dengan enzim yang sama. DNA kode insulin tersebut disambungkan pada
plasmid menggunakan bantuan enzim DNA ligase. Hasilnya adalah kombinasi
DNA kode insulin dengan plasmid bakteri yang disebut DNA rekombinan. DNA
rekombinan yang terbentuk disisipkan kembali ke sel bakteri. Bakteri E. coli
berkembangbiak, maka akan dihasilkan koloni bakteri yang memiliki DNA
rekombinan. Setelah tumbuh membentuk koloni, bakteri yang mengandung DNA
rekombinan diidentifikasi menggunakan probe. Probe adalah rantai RNA
atau rantai tunggal DNA yang diberi label bahan radioaktif atau bahan
fluorescent dan dapat berpasangan dengan basa nitrogen tertentu dari DNA
rekombinan. Pada langkah pembuatan insulin ini probe yang digunakan adalah ARNd
dari gen pengkode insulin pankreas manusia. Memilih koloni bakteri mana yang
mengandung DNA rekombinan, caranya adalah menempatkan bakteri pada kertas
filter lalu disinari dengan ultraviolet. Bakteri yang memiliki DNA rekombinan
dan telah diberi probe akan tampak bersinar. Bakteri yang bersinar inilah yang
kemudian diisolasi untuk membuat strain murni DNA rekombinan. Dalam
metabolismenya, bakteri ini akan memproduksi hormon insulin.
Gambar 2.5.
Proses Pembuatan Insulin
D. Bidang
Bioteknologi
Bioteknologi merupakan
ilmu yang menerapkan prinsip-prinsip biologi yang memanfaatkan jasad hidup untuk meningkatkan
potensi makhluk agar menghasilkan produk dan jasa yang bermanfaat. Penerapan bioteknologi biasanya menggunakan mikroorganisme.
Mikroorganisme memiliki peranan yang
sangat penting dalam pengembangan
bioteknologi di berbagai bidang kehidupan.
Aplikasi mikroorganisme
dalam bioteknologi diantaranya sebagai berikut:
D.1.
Rekayasa Genetika
Rekayasa Genetika merupakan teknik biologi modern saat ini.
Rekayasa genetika melibatkan pemindahan gen atau lebih dikenal dengan Transgen,
yaitu menyisipkan/ mengintroduksikan
gen asing yang ada pada organisme tertentu kedalam organisme lain sehingga
mampu mengekspresikan gen asing
tersebut.
· Transgenik pada Tumbuhan
Berbagai
peneliti dari ilmuwan pertanian
sekarang mampu memberikan
gen-gen pengkode sifat-sifat yang
bermanfaat pada sejumlah tanaman pangan,
misalnya sifat penundaan pematangan buah peningkatan nilai gizi serta resistensi terhadap pembusukan dan
penyakit. Gen ini dapat ditransfer dari tumbuhan yang lain dengan menggunakan
sebuah vector ( pembawa DNA) berupa
plasmid.
Vektor yang paling umum
digunakan untuk mengintroduksikan
tanaman adalah sebuah plasmid, disebut plasmid Ti ( Ti plasmid) dari bakteri
tanah Agrobacterium tumefaciens. Plasmid ini mengintegrasikan salah satu DNA
nya, dikenal dengan DNA T, kedalam DNA kromosom sel tanaman inangnya. Plasmid Ti
rekombinan ini selanjutnya diintroduksikan kedalam kultur sel melalui metode
elektroporasi, yaitu sel tanaman yang akan menerima gen asing harus mengalami
pelepasan dinding sel hingga menjadi protoplas (sel yang kehilangan dinding sel. Selanjutnya
sel diberi kejutan listrik dengan voltase tinggi untuk membuka pori-pori membran sel tanaman
sehingga DNA asing dapat masuk ke dalam sel dan bersatu
(terintegrasi) dengan DNA kromosom tanaman.
Kemudian, dilakukan proses pengembalian dinding sel tanaman. atau dikembalikan pada Agrobacterium yang kemudian
diberikan sebagai suspensi cair untuk
menginfeksi suatu tanaman yang dikehendaki atau pada sel- sel tanaman
yang dikultur. Begitu plasmid diambil oleh sel tanaman, DNA T nya berintegrasi
kedalam DNA kromosom sel . Hasil akan menunjukkan bahwa sel-sel yang telah
tertransformasi pembawa transgen yang dikehendaki dapat meregenerasi tanaman
utuh yang menunjukkan sifat baru yang diberikan oleh transgen.
Gambar 2.6. Proses Pemanfaatan Mikroba
dalam Rekayasa Genetika
· Budidaya
Hewan
Teknologi DNA memungkinkan ilmuwan menghasilkan
hewan transgenic yang mempercepat proses pembiakan selektif. Tujuannya
menciptakan hewan transgenic yang sama dengan tujuan pembiakan tradisional,
misalnya dengan membuat bulu domba dengan kualitas wol yang lebih baik, sapi
yang dewasa dalam jumlah singkat.
D.2.
Pembersihan Lingkungan
Para ahli bioteknologi
mampu mentansfer gen gen pengkode protein kemampuan metabolisme yang
berharga dari suatu mikrobia
tertentu kedalam mikroorganisme lain, yang digunakan untuk
mengatasi masalah lingkungan.
Saat ini banyak bakteri yang mampu mengekstraksi logam berat
seperti tembaga timbel, dan nikel dari lingkungan yang menggabungkan logam-logam
itu menjadi senyawa tembaga sulfat atau timbel sulfat. Mikroba yang direkayasa
genetic bisa menjadi penting dalam
penambangan mineral maupun pembersihan
limbah pertambangan yang kaya toksik, karena kemampuannya dalam
mendegradadi hidrokarbon dan senyawa kimia lainnya. Sehingga dapat digunakan di
pusat limbah cair atau mengolah limbah
sebelum dilepas ke lingkungan.
Salah satu mikroba yang berperan dalam mengekstraksi logam berat: Nitrobacter sp
Biofuel atau bahan bakar hayati dari tanaman pangan seperti jagung
, kedelai dan singkong. Dalam teknik ini tidak ada rekayasa genetika yang
terlibat akan tetapi Untuk menghasilkan etanol, pati yang dibuat secara alamiah
oleh tumbuhan diubah menjadi gula yang kemudian difermentasikan oleh
mikroorganisme. Proses ini mampu menghasilkan bahan bakar yang ramah lingkungan.
BAB
III. PENUTUP
SIMPULAN
1.
Aplikasi mikrobiologi dalam
bidang pertanian dan lingkungan yaitu biopestisida dengan memanfaatkan Trichoderma harzianum sebagai agen
pengendali hayati untuk menekan penyakit layu pada tanaman dan Bacillus
thuringiensis sebagai insektisida.
2.
Aplikasi mikrobiologi dalam
bidang pangan dan industri dengan memanfaatkan bebagai macam mikroorganisme Saccharomyces cerevisiae, Streptococcus
thermophilus, Lactobacillus
bulcaricus, Brevibacterium linens, Penicillium camemberti, Penicillium
roquerforti, Propionibacterium sp, Acetobacter
aceti, Lactobacillus sp., Leuconostoc
mesenteroides, Rhizopus oryzae, Rhizopus olygosporus, Aspergilus oryzae,
Pediococcus soyae, Torulopsis sp.,
Aspergilus rouxii melalui fermentasi.
3.
Aplikasi mikrobiologi dalam
bidang kesehatan dengan memanfaatkan Penicillium chrysogenum untuk pembuatan antibiotik, virus dalam pembuatan
vaksin, dan plasmid bakteri untuk pembuatan hormon insulin.
4.
Aplikasi mikrobiologi dalam bioteknologi dengan
memanfaatkan plasmid TI dari Agrobacterium tumifaciens untuk rekayasa
genetika dan Nitrobacterium sp. dalam pembersihan lingkungan.
Daftar Pustaka
Black,
Jacquelyn G. 2012. Microbiology: Principles and Exploration 8th
Edition. USA : John Wiley & Sons, Inc.
Prasetyo, Budi. 2011. Peranan
Bakteri dibidang Pertanian. http://adsberbagi.blogspot.com/2011/12/peranan-bakteri-di-bidang-pertanian.html. Diakses tanggal 16 September 2012.
Prihatini,
T., A. Kenjtanasari, dan Subowo. 1996. Pemanfaatan Biofertilizer untuk
Peningkatan Produktivitas Lahan Pertanian. Jurnal Litbang Pertanian XV
(1).
Campbell.
Biologi Edisi Kedelapan. Jilid 1
. 2010. Jakarta: Erlangga.
Abbas
AK, Lichtman AH. Antibodies and antigens.
In: Schmitt WR, Krehling H, editors. Cellular and molecular immunology. 5th
ed. Philadelphia: Elsevier Saunders; 2005. p. 43-64.
Riswahyudi, A.
H. & Syahrudin, Elisna. 2011. Mikrobiologi
Kesehatan. Departemen
Pulmonologi dan Ilmu Kedokteran Respirasi FKUI-RS Persahabatan, Jakarta. http://www.klikpdpi.com/jurnal.
0 comments:
Post a Comment