Jumat, 04 Maret 2011

Tugas Mikrobiologi


1.       Perbandingan  penggunaan mikroba untuk pengembangan pertanian di Indonesia  dan penggunaan mikroba di negara lain:
a.       Penggunaan mikroba untuk pengembangan pertanian di Indonesia
Pada pertanian di Indonesia pertanian digunakan antara lain sebagai :
                                               i.      Teknologi  Kompos Bioaktif
Salah satu masalah yang sering ditemui ketika menerapkan pertanian organik adalah kandungan bahan organik dan status hara tanah yang rendah. Petani organik mengatasi masalah tersebut dengan memberikan pupuk hijau atau pupuk kandang. Kedua jenis pupuk itu adalah limbah organik yang telah mengalami penghacuran sehingga menjadi tersedia bagi tanaman. Limbah organik seperti sisa-sisa tanaman dan kotoran binatang ternak tidak bisa langsung diberikan ke tanaman. Limbah organik harus dihancurkan/dikomposkan terlebih dahulu oleh mikroba tanah menjadi unsur hara yang dapat diserap oleh tanaman. Proses pengkomposan alami memakan waktu yang sangat lama, berkisar antara enam bulan hingga setahun sampai bahan organik tersebut benar-benar tersedia bagi tanaman.
Proses pengomposan dapat dipercepat dengan menggunakan mikroba penghancur (dekomposer) yang berkemampuan tinggi. Penggunaan mikroba dapat mempersingkat proses dekomposisi dari beberapa bulan menjadi beberapa minggu saja. Di pasaran saat ini banyak tersedia produk-produk biodekomposer untuk mempercepat proses pengomposan, misalnya: SuperDec, OrgaDec, EM4, EM Lestari, Starbio, Degra Simba, Stardec, dan lain-lain.
Kompos bioaktif adalah kompos yang diproduksi dengan bantuan mikroba lignoselulolitik unggul yang tetap bertahan di dalam kompos dan berperan sebagai agensia hayati pengendali penyakit tanaman. SuperDec dan OrgaDec, biodekomposer yang dikembangkan oleh Balai Penelitian Bioteknologi Perkebunan Indonesia (BPBPI), dikembangkan berdasarkan filosofi tersebut. Mikroba biodekomposer unggul yang digunakan adalah Trichoderma pseudokoningii , Cytopaga sp, dan fungi pelapuk putih. Mikroba tersebut mampu mempercepat proses pengomposan menjadi sekitar 2-3 minggu. Mikroba akan tetap hidup dan aktif di dalam kompos. Ketika kompos tersebut diberikan ke tanah, mikroba akan berperan untuk mengendalikan organisme patogen penyebab penyakit tanaman.
                                              ii.      Bio Fertilizer
Petani organik sangat menghindari pemakaian pupuk kimia. Untuk memenuhi kebutuhan hara tanaman, petani organik mengandalkan kompos sebagai sumber utama nutrisi tanaman. Sayangnya kandungan hara kompos rendah. Kompos matang kandungan haranya kurang lebih : 1.69% N, 0.34% P2O5, dan 2.81% K. Dengan kata lain 100 kg kompos setara dengan 1.69 kg Urea, 0.34 kg SP 36, dan 2.18 kg KCl. Misalnya untuk memupuk padi yang kebutuhan haranya 200 kg Urea/ha, 75 kg SP 36/ha dan 37.5 kg KCl/ha, maka membutuhkan sebanyak 22 ton kompos/ha. Jumlah kompos yang demikian besar ini memerlukan banyak tenaga kerja dan berimplikasi pada naiknya biaya produksi.
Mikroba-mikroba tanah banyak yang berperan di dalam penyediaan maupun penyerapan unsur hara bagi tanaman. Tiga unsur hara penting tanaman, yaitu Nitrogen (N), fosfat (P), dan kalium (K) seluruhnya melibatkan aktivitas mikroba. Hara N tersedia melimpah di udara. Kurang lebih 74% kandungan udara adalah N. Namun, N udara tidak dapat langsung dimanfaatkan tanaman. N harus ditambat oleh mikroba dan diubah bentuknya menjadi tersedia bagi tanaman. Mikroba penambat N ada yang bersimbiosis dan ada pula yang hidup bebas. Mikroba penambat N simbiotik antara lain : Rhizobium sp yang hidup di dalam bintil akar tanaman kacang-kacangan ( leguminose ). Mikroba penambat N non-simbiotik misalnya: Azospirillum sp dan Azotobacter sp. Mikroba penambat N simbiotik hanya bisa digunakan untuk tanaman leguminose saja, sedangkan mikroba penambat N non-simbiotik dapat digunakan untuk semua jenis tanaman.
Mikroba tanah lain yang berperan di dalam penyediaan unsur hara adalah mikroba pelarut fosfat (P) dan kalium (K). Tanah pertanian kita umumnya memiliki kandungan P cukup tinggi (jenuh). Namun, hara P ini sedikit/tidak tersedia bagi tanaman, karena terikat pada mineral liat tanah. Di sinilah peranan mikroba pelarut P. Mikroba ini akan melepaskan ikatan P dari mineral liat dan menyediakannya bagi tanaman. Banyak sekali mikroba yang mampu melarutkan P, antara lain: Aspergillus sp, Penicillium sp, Pseudomonas sp dan Bacillus megatherium. Mikroba yang berkemampuan tinggi melarutkan P, umumnya juga berkemampuan tinggi dalam melarutkan K.
Kelompok mikroba lain yang juga berperan dalam penyerapan unsur P adalah Mikoriza yang bersimbiosis pada akar tanaman. Setidaknya ada dua jenis mikoriza yang sering dipakai untuk biofertilizer, yaitu: ektomikoriza dan endomikoriza. Mikoriza berperan dalam melarutkan P dan membantu penyerapan hara P oleh tanaman. Selain itu tanaman yang bermikoriza umumnya juga lebih tahan terhadap kekeringan. Contoh mikoriza yang sering dimanfaatkan adalah Glomus sp dan Gigaspora sp.
Beberapa mikroba tanah mampu menghasilkan hormon tanaman yang dapat merangsang pertumbuhan tanaman. Hormon yang dihasilkan oleh mikroba akan diserap oleh tanaman sehingga tanaman akan tumbuh lebih cepat atau lebih besar. Kelompok mikroba yang mampu menghasilkan hormon tanaman, antara lain: Pseudomonas sp dan Azotobacter sp.
Mikroba-mikroba bermanfaat tersebut diformulasikan dalam bahan pembawa khusus dan digunakan sebagai biofertilizer. Hasil penelitian yang dilakukan oleh BPBPI mendapatkan bahwa biofertilizer setidaknya dapat mensuplai lebih dari setengah kebutuhan hara tanaman. Biofertilizer yang tersedia di pasaran antara lain: Emas, Rhiphosant, Kamizae, OST dan Simbionriza.
                                            iii.      Agen Bio-kontrol
Hama dan penyakit merupakan salah satu kendala serius dalam budidaya pertanian organik. Jenis-jenis tanaman yang terbiasa dilindungi oleh pestisida kimia, umumnya sangat rentan terhadap serangan hama dan penyakit ketika dibudidayakan dengan sistim organik. Alam sebenarnya telah menyediakan mekanisme perlindungan alami. Di alam terdapat mikroba yang dapat mengendalikan organisme patogen tersebut. Organisme patogen akan merugikan tanaman ketika terjadi ketidakseimbangan populasi antara organisme patogen dengan mikroba pengendalinya, di mana jumlah organisme patogen lebih banyak daripada jumlah mikroba pengendalinya. Apabila kita dapat menyeimbangakan populasi kedua jenis organisme ini, maka hama dan penyakit tanaman dapat dihindari.
Mikroba yang dapat mengendalikan hama tanaman antara lain: Bacillus thurigiensis (BT), Bauveria bassiana , Paecilomyces fumosoroseus, dan Metharizium anisopliae . Mikroba ini mampu menyerang dan membunuh berbagai serangga hama. Mikroba yang dapat mengendalikan penyakit tanaman misalnya: Trichoderma sp yang mampu mengendalikan penyakit tanaman yang disebabkan oleh Gonoderma sp, JAP (jamur akar putih), dan Phytoptora sp. Beberapa biokontrol yang tersedia di pasaran antara lain: Greemi-G, Bio-Meteor, NirAma, Marfu-P dan Hamago.
b.      Penggunaan mikroba untuk pengembangan pertanian di negara lain
                                               i.      Jepang
Pada tahun 1980-an, Prof. Dr. Teruo Higa dari University of The Ryukus, Okinawa, Jepang telah mengadakan penelitian terhadap sekelompok mikroorganisme yang dengan efektif dapat bermanfaat dalam memperbaiki kondisi tanah, menekan pertumbuhan mikroba yang menimbulkan penyakit dan memperbaiki efisiensi penggunaan bahan organik oleh tanaman. Kelompok mikroorganisme tersebut disebut dengan Effective Microorganisms yang disingkat EM.

Teknologi EM dikembangkan untuk menunjang pembangunan pertanian ramah lingkungan, menekan penggunaan pupuk kimia dan pestisida dengan sistem alami yang akhirnya dapat meningkatkan produktivitas tanah, mengurangi biaya produksi dan menghasilkan bahan pangan yang bebas bahan kimia sehingga bersih dan sehat untuk di konsumsi.

Teknologi EM yang sudah mulai akrab dengan masyarakat adalah Effective Microorganisms-4 biasa disingkat EM-4 adalah suatu kultur campuran beberapa mikroorganisme yang dapat digunakan sebagai inokulan mikroba yang berfungsi sebagai alat pengendali biologis. Mikroorganisme tersebut berfungsi dalam lingkungan hidup tanaman sebagai penekan dan pengendali perkembangan hama dan penyakit.

EM-4 mengandung beberapa mikroorganisme utama yaitu bakteri fotosintetik, bakteri asam laktat, Ragi ( yeast ), Actinomycetes dan jamur fermentasi

1. Bakteri Fotosintetik ( Rhodopseudomonas spp. )
Bakteri ini adalah mikroorganisme mandiri dan swasembada. Bakteri ini membentuk senyawa-senyawa bermanfaat dari sekresi akar tumbuhan, bahan organik dan gas-gas berbahaya dengan sinar matahari dan panas bumi sebagai sumber energi. Zat-zat bermanfaat yang terbentuk anatara lain, asam amino asam nukleik, zat bioaktif dan gula yang semuanya berfungsi mempercepat pertumbuhan
Hasil metabolisme ini dapat langsung diserap tanaman dan berfungsi sebagai substrat bagi mikroorganisme lain sehingga jumlahnya terus bertambah

2. Bakteri asam laktat ( Lactobacillus spp. ) dapat mengakibatkan kemandulan ( sterilizer) oleh karena itu bakteri ini dapat menekan pertumbuhan mikroorganisme yang merugikan; meningkatkan percepatan perombakan bahan organik; menghancurkan bahan organik seperti lignin dan selulosa serta memfermentasikannya tanpa menimbulkan senyawa beracun yang ditimbulkan dari pembusukan bahan organik Bakteri ini dapat menekan pertumbuhan fusarium, yaitu mikroorganime merugikan yang menimbukan penyakit pada lahan/ tanaman yang terus menerus ditanami.

3.Ragi / Yeast ( Saccharomyces spp. )
Melalui proses fermentasi, ragi menghasilkan senyawa-senyawa bermanfaat bagi pertumbuhan tanaman dari asam amino dan gula yang dikeluarkan oleh bakteri fotosintetik atau bahan organik dan akar-akar tanaman. Ragi juga menghasilkan zat-zat bioaktif seperti hormon dan enzim untuk meningkatkan jumlah sel aktif dan perkembangan akar. Sekresi Ragi adalah substrat yang baik bakteri asam laktat dan Actinomycetes

4.Actinomycetes
Actinomycetes menghasilkan zat-zat anti mikroba dari asam amino yang dihasilkan bakteri fotosintetik. Zat-zat anti mikroba ini menekan pertumbuhan jamur dan bakteri.
Actinomycetes hidup berdampingan dengan bakteri fotosintetik bersama-sama menongkatkan mutu lingkungan tanah dengan cara meningkatkan aktivitas anti mikroba tanah.

5.JamurFermentasi
Jamur fermentasi ( Aspergillus dan Penicilium ) menguraikan bahan secara cepat untuk menghasilkan alkohol, ester dan zat-zat anti mikroba. Pertumbuhan jamur ini membantu menghilangkan bau dan mencegah serbuan serangga dan ulat-ulat merugikan dengan cara menghilangkan penyediaan makanannya.
Tiap species mikroorganisme mempunyai fungsi masing-masing tetapi yang terpenting adalah bakteri fotosintetik yang menjadi pelaksana kegiatan EM terpenting. Bakteri ini disamping mendukung kegiatan mikroorganisme lainnya, ia juga memanfaatkan zat-zat yang dihasilkan mikroorganisme lain.

Secara umum manfaat Teknologi EM-4 dalam bidang pertanian adalah sebagai berikut :
1.Memperbaik sifat biologis,fisik dan kimia tanah
2.Meningkatkan produksi tanaman dan menjaga kestabilan produksi
3.Memfermentasi bahan organik tanah dan mempercepat dekomposisi
4.Menghasilkan kualitas dan kuantitas hasil pertanian berwawasan lingkungan
5.Meningkatkan keragaman mikroba yang menguntungkan di dalam tanah

Aplikasi Teknologi EM-4
EM_4 dikulturkan dalam bentuk medium cair berwarna coklat dalam kondisi dorman.
Pada saat disemprotkan ke dalam tanah atau tubuh tanaman (proses inokulasi) EM-4 secara aktif memfermentasikan bahan organik (sisa-sisa tanaman, pupuk hijau, pupuk kandang dll )Hasil fermentasi dapat diserap langsung oleh perakaran tanaman, misalnya gula, alkohol, asam amino, protein, karbohidrat dan senyawa organik lainnya. Selain itu, EM-4 merangsang perkembangan mikroorganisme yang menguntungkan tanaman; melindungi tanaman dari serangan penyakit sehingga pada akhirnya dapat menyuburkan tanah, meningkatkan produktifitas tanaman dengan biaya minimal

Mikroorganisme Negara-negara maju, seperti Jepang, telah cukup lama menggunakan mikroorganisme dalam pertanian. Apalagi di Eropa dan Amerika Serikat (AS), yang saat ini gencar mengampayekan pertanian back to nature, menunjukkan arah positif dengan peningkatan persentase konsumsi bahan makanan organik. Karena itu, penggunaan teknologi mikroorganisme yang efektif untuk pertanian bermanfaat ganda. Pertama, menjawab permasalahan pupuk kimia dan produksi pangan. Kedua, memberikan prospek terhadap pertanian back  to nature yang menjadi kecenderungan di dunia.
2.       Peranan virus dalam rekombinasi  DNA
a.       Bakteriofag
Bakteriofag, virus-virus yang menginfeksi bakteri, bisa relatif mudah tumbuh sebagai plakat virus     pada kultur bakteri. Bakteriofag kadang-kadang memindahkan materi genetik dari satu sel bakteri ke yang lain dalam proses yang dikenal sebagai transduksi, dan transfer gen horizontal adalah salah satu alasan mengapa mereka menjabat sebagai alat penelitian utama dalam perkembangan awal biologi molekuler. Kode genetik, fungsi ribozim, DNA rekombinan pertama dan perpustakaan genetik awal semua tiba di menggunakan bakteriofag. unsur genetik tertentu berasal dari virus, seperti promotor yang sangat efektif, biasanya digunakan dalam penelitian biologi molekuler saat ini. Tumbuh virus hewan luar hewan inang hidup lebih sulit. Klasik, telur ayam dibuahi sering digunakan, tetapi kultur sel semakin digunakan untuk tujuan ini hari ini.Sejak beberapa virus yang menginfeksi eukariota perlu untuk mengangkut bahan genetik mereka ke dalam inti sel inang, mereka adalah alat yang menarik untuk memperkenalkan gen baru ke dalam host (dikenal sebagai transformasi atau transfeksi). Modifikasi retrovirus sering digunakan untuk tujuan ini, karena mereka mengintegrasikan gen mereka ke dalam kromosom inang. Pendekatan menggunakan virus sebagai vektor gen sedang dilaksanakan dalam terapi gen penyakit genetik. Sebuah masalah yang jelas yang harus diatasi dalam terapi gen virus adalah penolakan dari virus transformasi oleh sistem kekebalan tubuh. terapi fag, penggunaan bakteriofag untuk memerangi penyakit bakteri, merupakan topik penelitian yang populer sebelum munculnya antibiotik dan baru-baru ini melihat minat baru. Oncolytic virus adalah virus yang menginfeksi disukai sel-sel kanker. Sedangkan upaya awal untuk mempekerjakan virus ini dalam terapi kanker gagal, ada laporan pada tahun 2005 dan 2006 untuk mendorong hasil awal. Sebuah aplikasi baru dari virus rekayasa genetika dalam nanoteknologi baru-baru ini dijelaskan, melihat penggunaan virus dalam ilmu material dan nanoteknologi. Untuk digunakan dalam pemetaan neuron melihat aplikasi pseudorabies dalam ilmu saraf.


b.      Virus Herpes simplex-timidin kinase (HSV-tk)
                        Suatu pendekatan in vivo (di dalam organisme hidup) yang menjanjikan telah berhasil  dilakukan dalam  mengatasi sel tumor, yaitu menggunakan gen virus herpes simplex-timidin kinase (HSV-tk) sebagai “gen pembunuh”. Gen tersebut diisolasi dari virus herpes simplex, suatu virus penyebab penyakit herpes. Tahap-tahap medis dalam terapi gen menggunakan gen HSV-tk untuk mematikan sel-sel glioblastoma  multiform (suatu tumor otak), secara garis besar dapat dijelaskan sebagai berikut:
1)      Operasi pembuangan bagian tumor yang dapat dibuang dari otak,
2)      Pemasukan sel penghasil vektor yang membawa “gen pembunuh (gen HSV-tk)” secara injeksi atau implantasi ke sisa tumor yang tidak dapat dibuang dari otak,
3)      Pemulihan setelah operasi serta pemeriksaan hasil menggunakan Magnetic Resonance Imaging-Scan (MRI-Scan),
4)      Pemberian ganciclovir (GCV) secara intravenous (infus) sesuai dosis
5)      Perlakuan dengan penyinaran (radiasi) berenergi tinggi. Penyinaran dilakukan ke bagian yang telah pulih, dua atau tiga minggu setelah pembedahan. Kemudian  setiap dua bulan, tumor otak pasien dipantau dengan MRI-Scan dan setelah satu tahun diharapkan terapi gen tersebut memberikan hasil yang positif. Berdasarkan hasil penelitian disimpulkan bahwa pengobatan melalui terapi gen dengan memanfaatkan gen HSV-tk untuk mematikan glioblastoma multiform memberikan hasil yang memuaskan.

Tidak ada komentar:

Posting Komentar