1. Pendahuluan

Di banyak percakapan publik, industri pertambangan dan metalurgi sering hadir dalam dua wajah ekstrem. Di satu sisi, ia dipuji sebagai tulang punggung ekonomi: memberi devisa, membuka lapangan kerja, dan menopang rantai industri dari hulu ke hilir. Di sisi lain, ia dicurigai sebagai sumber kerusakan: polusi, limbah, lubang tambang, konflik sosial, dan bentang alam yang berubah permanen.

Dua wajah ini sebenarnya lahir dari akar yang sama: industri tambang itu besar, dan yang besar selalu meninggalkan jejak. Jejaknya bisa berupa kemajuan ekonomi, tapi juga bisa berupa residu kimia dan risiko lingkungan yang sulit dibersihkan.

Masalahnya, selama bertahun-tahun, cara kita menyelesaikan jejak itu sering terasa repetitif. Logikanya hampir selalu “tambang dulu, urus limbah belakangan.” Padahal pada skala industri modern, limbah bukan sekadar efek samping. Limbah adalah bagian dari proses. Dan kalau limbah adalah bagian dari proses, maka solusi terbaik adalah membuatnya bisa dikelola sejak awal, bukan menambal setelah terjadi.

Dalam orasi ilmiah ini, Prof. Siti Khodijah Chaerun menempatkan biometalurgi sebagai salah satu jawaban yang lebih rasional untuk dilema tersebut: bagaimana industri tetap berjalan, tetapi beban lingkungannya tidak terus menumpuk. Biometalurgi diposisikan sebagai teknologi yang berpotensi mendukung praktik green and smart mining and metallurgical processes—sebuah istilah yang pada intinya berarti industri tambang dan metalurgi harus mulai beroperasi secara lebih akuntabel, lebih efisien, dan lebih bersahabat dengan ekosistem.

Biometalurgi sendiri bukan konsep baru dalam arti ilmiah, tetapi ia terasa semakin relevan di Indonesia hari ini. Kita sedang berada dalam fase industrialisasi mineral yang agresif: nikel, bauksit, tembaga, hingga dorongan rantai pasok baterai kendaraan listrik. Di saat yang sama, tekanan lingkungan juga meningkat. Artinya, teknologi “yang sekadar bisa bekerja” tidak lagi cukup. Teknologi harus bisa bekerja sambil menurunkan risiko.

Artikel ini membahas biometalurgi sebagai pendekatan naratif-analitis: dari definisi dan posisi dalam rantai proses metalurgi, sampai contoh-contoh aplikasinya seperti bioleaching, bioflokulasi, bioremediasi air asam tambang, biokorosi, hingga biomineralisasi untuk carbon capture. Fokusnya bukan hanya menjelaskan konsep, tetapi menilai mengapa pendekatan biologis ini mulai tampak seperti kebutuhan, bukan pilihan tambahan.

 

2. Apa Itu Biometalurgi dan Mengapa Ia Mulai Terlihat Lebih “Waras” daripada Metode Konvensional

Kalau kita ingin memahami biometalurgi secara sederhana, kita bisa mulai dari cara berpikir yang paling jujur: metalurgi selalu melibatkan pemisahan. Kita mengambil material dari bumi, lalu memisahkan unsur yang kita mau dari unsur yang tidak kita mau. Dalam praktiknya, pemisahan ini dilakukan lewat beragam jalur: mineral processing, pirometalurgi, hidrometalurgi, pemurnian, lalu produk logam akhir.

Di setiap tahap itu, selalu ada dua hasil: produk utama dan sisa. Sisa inilah yang sering muncul sebagai masalah lingkungan: tailing, slag, air asam tambang, residu pengolahan, sedimen berbahaya, hingga emisi gas seperti CO₂ dan SO₂. Dalam orasi ini bahkan dijelaskan bahwa dampak lingkungan industri pertambangan dan metalurgi bisa mencakup polusi udara (emisi gas berbahaya dan partikulat), pencemaran tanah dan air karena pengelolaan limbah yang buruk, serta gangguan ekosistem perairan akibat akumulasi sedimen berbahaya.

Biometalurgi hadir dengan cara yang berbeda. Ia menawarkan pendekatan yang lebih “berproses perlahan tetapi lebih bersih,” karena menggunakan organisme hidup atau produk metaboliknya sebagai bagian dari proses metalurgi dan lingkungan.

Salah satu kekuatan biometalurgi adalah fleksibilitasnya: ia tidak hanya masuk di satu titik proses, tetapi bisa masuk di beberapa tahapan sekaligus.

Dalam orasi ini, proses metalurgi digambarkan sebagai tahapan yang dapat “dimasuki” biometalurgi pada beberapa titik:

• pada mineral processing melalui bioflokulasi dan bioflotasi,

• pada ekstraksi melalui biohidrometalurgi (termasuk bioleaching),

• pada pemurnian melalui biomineralisasi,

• pada fase operasi logam yang berhubungan dengan lingkungan melalui isu biokorosi,

• serta pada pengolahan limbah seperti tailing dan acid mine drainage melalui bioremediasi.

Cara membaca daftar itu sebenarnya sederhana: biometalurgi tidak memandang limbah sebagai “akhir,” tetapi sebagai input baru.

Di sinilah biometalurgi terasa lebih masuk akal dibanding metode konvensional tertentu. Metode kimia murni sering bekerja cepat dan terukur, tetapi biayanya mahal, bahan kimianya bisa berbahaya, dan residunya kadang menciptakan masalah baru. Metode biologis mungkin lebih lambat, tetapi ia bisa lebih selektif, lebih rendah energi, dan lebih ramah pada jalur pengolahan limbah.

Yang menarik, orasi ini memberikan contoh nyata bahwa pendekatan biologis tidak hanya “ide hijau.” Ada data yang menunjukkan efisiensinya.

Misalnya pada kasus pengolahan air asam tambang dari tambang batubara. Flokulan kimia disebut sangat mahal, tetapi penggunaan mikroba dan produk metaboliknya dapat menurunkan biaya secara signifikan, bahkan sampai sekitar sepersepuluh dari biaya bahan kimia. Tidak hanya itu, pendekatan ini juga mampu menaikkan pH ke rentang baku mutu (6–9) sekaligus menurunkan total suspended solid secara drastis dari sekitar 5.000 menjadi 16 mg/L, jauh di bawah standar baku mutu 200 mg/L.

Angka-angka ini penting karena menunjukkan bahwa “ramah lingkungan” tidak selalu berarti “lebih mahal.” Dalam beberapa kasus, justru lebih hemat.

Namun biometalurgi tidak selalu menjadi solusi instan. Ada tantangan biologis yang tidak bisa disederhanakan. Mikroba adalah sistem hidup: ia sensitif terhadap temperatur, pH, nutrisi, dan toksisitas. Itu sebabnya biometalurgi menuntut pendekatan rekayasa proses yang rapi. Ia tidak bisa hanya mengandalkan “mikroba bisa bekerja sendiri.” Mikroba tetap butuh sistem yang membuatnya bisa bekerja optimal.

Di titik ini, biometalurgi bukan sekadar ilmu mikrobiologi, tetapi kombinasi teknik metalurgi, kimia lingkungan, dan rekayasa proses.

 

3. Biohidrometalurgi: Ekstraksi Nikel, Rare Earth, dan Magnesium dari Sumber yang Selama Ini Dianggap Sisa

Salah satu bagian paling strategis dari biometalurgi adalah biohidrometalurgi, terutama melalui bioleaching. Dalam pendekatan ini, mikroba membantu melarutkan logam dari bijih atau residu sehingga logam bisa dipulihkan.

Bagi Indonesia, bagian ini sangat relevan karena kita sedang berada di era nikel.

Dalam orasi ini, disebutkan bahwa biohidrometalurgi dapat digunakan untuk mengekstraksi nikel dari bijih limonit dan saprolit. Dan ini punya konteks besar: Indonesia disebut sebagai nomor satu dalam nikel, dan posisi ini membuat kita menjadi target negara-negara yang membutuhkan pasokan nikel, terutama sejak program kendaraan listrik menjadi agenda global.

Yang membuat biohidrometalurgi menarik bukan hanya karena “bisa mengambil nikel,” tetapi karena ia menawarkan selektivitas. Jika selektivitas tinggi, tahap pemurnian berikutnya lebih mudah. Di sisi industri, itu berarti biaya turun, proses lebih stabil, dan risiko limbah juga bisa lebih terkendali.

Tidak berhenti di nikel, orasi ini juga menyinggung pemulihan rare earth elements (logam tanah jarang) dari red mud. Red mud sendiri adalah residu dari proses pemurnian bauksit menjadi alumina—limbah yang selama ini dikenal bermasalah karena volumenya besar dan sifat kimianya bisa agresif.

Di sini, biometalurgi menawarkan jalan yang menarik: limbah tidak diposisikan sebagai beban permanen, tetapi sebagai “tambang kedua.” Rare earth elements bernilai tinggi dan menjadi komponen penting dalam banyak material maju. Jadi ketika logam tanah jarang bisa direcovery dari red mud melalui bioleaching, itu mengubah status red mud: dari residu menjadi potensi sumber ekonomi baru.

Ada lagi contoh yang terasa sangat relevan bagi konsep circular economy di industri metalurgi: pemanfaatan slag atau produk samping dari proses pirometalurgi. Slag sering dipandang sebagai sisa, tetapi slag tertentu bisa kaya magnesium. Dalam orasi ini disebutkan bahwa melalui bakteri mixotroph (yang bisa mengoksidasi besi), magnesium dapat dihasilkan sampai sekitar 6 g/L dalam bentuk ion, dengan selektivitas tinggi terhadap besi.

Angka 6 g/L ini bukan sekadar detail. Ia menunjukkan bahwa pemulihan magnesium bukan sesuatu yang hanya terjadi dalam skala “jejak.” Ada potensi produksi yang nyata.

Kalau kita susun ulang narasinya, biohidrometalurgi sebenarnya mengubah cara industri melihat sumber daya:

• bijih primer tetap penting (nikel limonit dan saprolit),

• tetapi residu proses juga bisa jadi sumber baru (red mud dan slag).

Ini penting karena industrialisasi mineral selalu menghasilkan residu. Kalau residu itu bisa menjadi bahan baku baru, maka industri tidak hanya semakin besar, tetapi semakin efisien.

 

4. Dari Bioflokulasi sampai Biokorosi: Ketika Mikroba Bisa Jadi Solusi, dan Kadang Jadi Masalah

Tidak semua peran mikroba di dunia metalurgi selalu “baik.” Mikroba bisa menjadi alat pemrosesan, tetapi mikroba juga bisa menjadi ancaman, terutama dalam konteks biokorosi.

Orasi ini menyinggung fakta yang cukup mengganggu bagi industri: biokorosi dapat menjadi penyebab besar dari korosi, bahkan disebut dalam rentang 30% sampai 80%.

Angka sebesar itu memberi pesan jelas: mikroba tidak bisa diperlakukan sebagai hal kecil. Ia bisa mempercepat degradasi material, merusak pipa, merusak tangki, dan menambah biaya maintenance secara signifikan. Dalam industri migas, metalurgi, dan sistem transport fluida, korosi bukan hanya kerugian material, tapi juga risiko keselamatan.

Namun yang menarik, orasi ini tidak memposisikan mikroba hanya sebagai musuh. Di sisi lain, mikroba juga bisa menjadi pengganti bahan kimia di mineral processing.

Bioflokulasi misalnya, dikembangkan untuk membantu pemisahan mineral. Dalam orasi ini disebutkan bahwa teknik bioflokulasi berhasil digunakan untuk memisahkan besi dari red mud.

Di samping itu, bioflotasi juga dibahas sebagai respon terhadap perubahan regulasi. Disebutkan bahwa reagen flotasi berbasis bahan kimia tertentu bersifat toksik dan sudah dilarang di Eropa, sehingga ada dorongan untuk mengembangkan reagen yang lebih ramah lingkungan. Maka pendekatan bioflotasi memakai mikroba dan produk metaboliknya menjadi masuk akal.

Meski begitu, riset tidak selalu memberi hasil ideal. Dalam contoh pengembangan reagen bioflotasi, disebutkan bahwa kadar Pb hasilnya belum terlalu tinggi sehingga perlu optimasi dan riset lanjut.

Buat industri, bagian ini justru penting karena menunjukkan sesuatu yang realistis: inovasi itu bertahap. Kadang recovery tinggi, tapi kadar rendah. Kadang mekanisme berjalan, tapi produk belum sesuai target. Tetapi tetap ada progres yang bisa dijadikan dasar pengembangan berikutnya.

Selain mineral processing dan biokorosi, orasi ini juga menyinggung bionanometal: produksi nanopartikel tembaga menggunakan agen produksi berbasis bahan hayati seperti bakteri, fungi, alga, dan bagian tanaman. Pendekatan ini menarik karena menghubungkan limbah yang mengandung tembaga dengan produksi material bernilai tambah tinggi.

Di sini terlihat bahwa biometalurgi tidak hanya bicara “ekstraksi logam massal,” tetapi juga bisa masuk ke jalur material maju.

 

5. Bioremediasi, Phyto-mining, dan Biomineralisasi: Saat Limbah Tambang Bisa Dipulihkan, bahkan Dipakai untuk Carbon Capture

Kalau biohidrometalurgi adalah bagian “heroik” dari biometalurgi—karena ia mengekstrak logam bernilai dari bijih dan limbah—maka bioremediasi adalah bagian yang lebih sunyi, tetapi sering justru lebih menentukan. Karena sejujurnya, banyak konflik tambang bukan terjadi karena logamnya, melainkan karena residunya.

Salah satu residu yang paling sering menjadi sumber masalah adalah air asam tambang.

Air asam tambang bukan sekadar air yang pH-nya turun. Ia adalah sistem kimia yang membawa logam terlarut, berpotensi toksik, dan dapat merusak ekosistem jika mengalir tanpa kontrol. Dalam praktik lapangan, begitu air sudah menjadi asam, maka ia cenderung “menarik” logam-logam lain ikut larut. Itu yang membuatnya berbahaya: ia menjadi kendaraan yang membawa kontaminan ke tempat yang lebih jauh.

Di titik ini, pendekatan konvensional biasanya memakai bahan kimia netralisasi. Masalahnya, netralisasi sering mahal dan menghasilkan residu tambahan. Ia menyelesaikan satu masalah, tetapi membuka persoalan baru: biaya tinggi dan sludge yang juga harus diolah.

Biometalurgi menawarkan pendekatan yang lebih “hemat konflik.” Dalam orasi ini, disebutkan bahwa penggunaan flokulan kimia untuk pengolahan air asam tambang bisa sangat mahal, sedangkan mikroba dan produk metaboliknya bisa menekan biaya hampir sampai sepersepuluh. Lebih penting lagi, pendekatan ini bukan hanya menetralkan pH, tetapi juga mampu menurunkan total suspended solid secara drastis dari 5.000 menjadi 16 mg/L, jauh di bawah standar baku mutu 200 mg/L. Dalam bahasa sederhana: bukan hanya airnya tidak asam lagi, tetapi kekeruhannya pun turun ke level yang sangat aman.

Di sini kita melihat satu hal yang sering hilang dalam diskusi “green mining”: lingkungan dan ekonomi tidak selalu bertentangan. Kadang, justru proses yang lebih biologis bisa lebih murah karena ia mengurangi ketergantungan pada bahan kimia.

Namun bioremediasi bukan hanya tentang air asam tambang. Ia juga berkaitan dengan tailing, slag, dan residu padat yang volumenya masif.

Di banyak lokasi tambang, tailing adalah “gunung baru” yang tercipta tanpa pernah masuk ke narasi pembangunan. Ia ada, ia diam, tetapi ia menyimpan risiko dalam jangka panjang. Karena itu, gagasan biometalurgi yang memandang by-product sebagai raw material menjadi menarik: limbah tidak diposisikan sebagai akhir, tetapi sebagai bahan baku untuk proses berikutnya.

Selain bioremediasi, ada satu konsep yang terasa unik tetapi sebenarnya sangat logis: phyto-mining.

Phyto-mining adalah gagasan bahwa tanaman bisa dipakai sebagai alat ekstraksi. Tanaman hiperakumulator dapat menyerap logam dari tanah atau material low grade ore. Setelah tanaman dipanen, barulah logamnya diambil melalui proses leaching atau bioleaching.

Di permukaan, konsep ini terdengar seperti eksperimen. Tetapi kalau dilihat dengan kacamata ekonomi tambang, phyto-mining adalah cara mengelola material yang selama ini dianggap tidak ekonomis. Tanah bekas tambang atau bijih kadar rendah yang tidak layak diolah dengan proses biasa bisa diperlakukan sebagai “lahan produksi logam” lewat jalur biologis.

Ini bukan berarti phyto-mining menggantikan smelter. Tidak. Tetapi ia memberi ruang baru untuk pemulihan, khususnya pada lokasi yang sudah terluka.

Ada lagi bagian yang menarik karena menghubungkan biometalurgi dengan masa depan industri: biomineralisasi.

Biomineralisasi di sini tidak hanya dipakai untuk lingkungan, tetapi juga masuk ke ranah konstruksi. Dalam orasi ini dijelaskan bahwa bakteri dapat menghasilkan kalsium karbonat yang membantu menutup retakan atau celah pada mortar sehingga terjadi self-healing. Ini salah satu contoh bagaimana proses biologis bisa masuk ke material engineering, bukan hanya tambang.

Namun yang paling strategis adalah ketika biomineralisasi dihubungkan dengan carbon capture.

Orasi ini memberikan gambaran yang cukup kuat: bakteri tertentu dapat menghasilkan enzim carbonic anhydrase yang mempercepat proses pembentukan karbonat dari CO₂ dengan laju sangat tinggi—bahkan disebut mencapai jutaan kali lipat dibanding tanpa bakteri. Secara praktis, ini berarti CO₂ bisa lebih cepat diubah menjadi bentuk yang lebih stabil (misalnya karbonat), bukan dilepas kembali ke atmosfer.

Bagian ini terasa penting bukan hanya karena “hijau,” tetapi karena ia membuka pintu baru bagi industri: tambang dan metalurgi tidak hanya mengurangi polusi, tetapi bisa menjadi bagian dari solusi transisi energi.

Dan kalau kita jujur, Indonesia memang butuh itu. Karena kita bukan hanya negara tambang, tetapi negara yang sedang menuju industrialisasi berbasis mineral. Kalau industrialisasi ini berjalan tanpa solusi lingkungan, biaya sosialnya akan semakin tinggi. Kalau industrialisasi ini berjalan dengan inovasi seperti biometalurgi, maka tambang bisa menjadi lebih akuntabel.

 

6. Kesimpulan: Biometalurgi Adalah Jalan Tengah yang Paling Masuk Akal untuk Indonesia

Biometalurgi sering terdengar seperti kata yang “kecil” dibanding tambang yang besar. Tetapi justru di situlah kekuatannya. Mikroba bekerja dalam skala kecil, tetapi dampaknya bisa besar ketika diterapkan pada sistem industri yang masif.

Dari keseluruhan pembahasan, ada tiga pesan yang bisa ditarik.

Pertama, biometalurgi memberi jalur proses baru yang lebih selektif dan lebih ramah lingkungan.
Biohidrometalurgi dapat mengekstrak logam strategis seperti nikel, memulihkan rare earth dari limbah seperti red mud, bahkan mengambil magnesium dari slag dengan selektivitas tinggi. Ini membuat residu industri tidak selalu harus menjadi beban.

Kedua, biometalurgi menurunkan biaya dan risiko pada titik yang sering paling sensitif: limbah.
Pada pengolahan air asam tambang misalnya, pendekatan mikroba dan produk metaboliknya mampu menurunkan biaya sekaligus memperbaiki kualitas air dengan hasil yang sangat signifikan. Ini menegaskan bahwa solusi biologis bukan hanya “baik untuk lingkungan,” tetapi juga bisa lebih masuk akal secara ekonomi.

Ketiga, biometalurgi membuka ruang baru untuk masa depan industri: circular economy dan carbon management.
Biomineralisasi tidak hanya membantu memperbaiki material konstruksi lewat self-healing, tetapi juga menawarkan jalur carbon capture yang lebih cepat dan berpotensi lebih stabil, dengan mengubah CO₂ menjadi bentuk mineral karbonat.

Namun penting untuk ditekankan: biometalurgi bukan jalan pintas. Ia bukan teknologi “sekali pasang langsung selesai.” Karena mikroba bukan mesin. Ia butuh kondisi optimum, kontrol proses, dan disiplin rekayasa. Jika biometalurgi dipaksakan tanpa desain sistem, ia bisa gagal di lapangan.

Tetapi kalau biometalurgi dibangun sebagai ekosistem—melibatkan riset, pilot plant, integrasi dengan proses metalurgi, dan regulasi yang mendukung—maka ia bisa menjadi salah satu teknologi kunci untuk menjembatani dua tuntutan besar Indonesia: hilirisasi mineral dan keberlanjutan lingkungan.

Di era di mana dunia menuntut industri lebih bersih dan lebih transparan, biometalurgi memberi satu jawaban yang terlihat sederhana tetapi punya dampak besar: biarkan proses hidup membantu proses industri, selama kita mengelolanya dengan ilmu dan disiplin.

 

 

Daftar Pustaka

Chaerun, S. K. (2024). Biometalurgi sebagai solusi inovatif untuk tantangan lingkungan menuju proses yang berkelanjutan dan ramah lingkungan. Orasi Ilmiah Guru Besar, Institut Teknologi Bandung.

Rawlings, D. E., & Johnson, D. B. (2007). The microbiology of biomining: Development and optimization of mineral-oxidizing microbial consortia. Microbiology, 153(2), 315–324.

Bosecker, K. (1997). Bioleaching: Metal solubilization by microorganisms. FEMS Microbiology Reviews, 20(3–4), 591–604.

Johnson, D. B. (2014). Biomining—Biotechnologies for extracting and recovering metals from ores and waste materials. Current Opinion in Biotechnology, 30, 24–31.

Zhu, T., Dittrich, M., & Hu, X. (2021). Carbonic anhydrase-driven microbially induced carbonate precipitation: A review of mechanisms and applications. Journal of Cleaner Production, 278, 123–141.

1. Pendahuluan

Indonesia sering dikenal lewat narasi kekayaan alamnya yang kasatmata: hutan tropis, laut, dan tanah subur yang menopang kehidupan. Namun ada “Indonesia lain” yang tidak selalu masuk radar publik, yaitu Indonesia dalam bentuk habitat ekstrem. Dan di habitat-habitat inilah, kehidupan justru berkembang dengan cara yang tidak biasa—lebih tahan, lebih adaptif, dan sering kali menghasilkan strategi biologis yang sangat bernilai untuk ilmu pengetahuan maupun industri.

Habitat ekstrem menantang batas-batas umum kehidupan. Ada lingkungan dengan kadar garam sangat tinggi, pH ekstrem, temperatur tinggi, bahkan paparan radiasi yang merusak materi genetik. Yang menarik, mikroorganisme yang hidup di sana bukan sekadar bertahan hidup secara pasif, melainkan aktif membangun mekanisme protektif yang canggih: memperkuat membran, menstabilkan protein, mempertahankan air di dalam sel, dan memproduksi metabolit sekunder yang tidak lazim ditemukan pada organisme biasa.

Artikel ini menganalisis potensi bakteri halofilik dari galur lokal Indonesia sebagai sumber biomolekul bernilai tinggi dan peluang bioteknologi masa depan. Pembahasan disusun naratif-analitis untuk memperlihatkan bahwa kekayaan hayati Indonesia tidak selalu berupa spesies besar yang mudah dilihat, tetapi juga berupa mikroorganisme yang menyimpan “mesin kimia” alami. Dalam konteks nasional, eksplorasi bakteri halofilik bukan sekadar riset akademik, melainkan investasi pengetahuan untuk industri hijau, kesehatan, dan teknologi material yang lebih berkelanjutan.

 

2. Mengapa Halofilik Menarik: Adaptasi, Multi-Ekstrem, dan Metabolit Sekunder

Di antara kelompok mikroorganisme ekstrem, halofilik menempati posisi menarik karena kemampuannya hidup pada kadar garam tinggi. Bagi manusia, garam berlebih dapat merusak fungsi sel. Namun bagi halofilik, garam bukan ancaman, melainkan kondisi rumah. Mereka membangun sistem adaptasi yang membuat protein tetap stabil, enzim tetap aktif, dan sel tetap mampu mempertahankan keseimbangan internal.

Keistimewaan halofilik tidak berhenti pada satu jenis ekstrem. Banyak halofilik bersifat multi-ekstrem: mereka bukan hanya toleran garam tinggi, tetapi juga mampu bertahan pada kondisi temperatur tinggi atau pH yang menantang. Pola adaptasi multi-ekstrem ini penting karena dalam dunia industri, proses produksi sering melibatkan kondisi yang keras: suhu tinggi, pelarut agresif, atau lingkungan yang menyebabkan protein biasa menjadi tidak stabil. Dalam konteks ini, biomolekul dari halofilik menjadi kandidat unggulan karena cenderung lebih “tahan banting”.

Kunci utama daya tarik halofilik justru terletak pada strategi bertahannya: mereka menghasilkan metabolit sekunder untuk menjaga stabilitas hidup. Di sinilah nilai aplikatifnya muncul. Biomolekul seperti biosurfaktan, bioplastik, eksopolisakarida, hingga osmoprotektan merupakan produk “biokimia bertahan hidup” yang dapat diterjemahkan menjadi teknologi.

Dalam perspektif bioteknologi, metabolit sekunder dari halofilik bukan hanya senyawa unik, tetapi juga representasi dari efisiensi alam. Mikroorganisme memproduksi senyawa tersebut karena fungsional: melindungi sel, mempertahankan air, menjaga interaksi antar permukaan, atau menyimpan energi. Ketika manusia mempelajari fungsi ini, manusia sebenarnya sedang membaca “manual adaptasi” yang telah diuji oleh evolusi. Nilai tambah dari riset halofilik adalah kemampuannya mengubah adaptasi alam menjadi teknologi yang dapat digunakan untuk menjawab masalah dunia nyata.

 

3. Eksplorasi Habitat Halofilik Lokal: Dari Danau Asin hingga Kawah Lumpur

Ketika membicarakan bioteknologi, kita sering membayangkan laboratorium steril, reaktor fermentasi, dan serangkaian instrumen modern. Namun, perjalanan menuju inovasi sering kali dimulai jauh sebelum semua itu: di lapangan, pada habitat yang terlihat sederhana, bahkan mungkin dianggap “tidak produktif”. Habitat halofilik lokal di Indonesia merupakan contoh nyata. Ia tidak selalu hadir dalam bentuk lanskap megah, tetapi bisa berupa danau asin, tambak garam, endapan mineral, hingga kawasan lumpur panas dengan parameter kimia yang tidak bersahabat bagi banyak organisme.

Eksplorasi mikroorganisme halofilik pada dasarnya adalah aktivitas membaca potensi alam pada skala yang lebih halus. Satu sampel air asin atau sedimen dapat berisi komunitas mikroba yang sangat beragam. Dalam komunitas tersebut, setiap galur berpotensi memiliki profil enzimatik dan kemampuan metabolik yang berbeda. Perbedaan ini tidak sekadar variasi biologis, melainkan variasi teknologi alami.

Menariknya, eksplorasi halofilik lokal tidak bisa dilakukan hanya dengan logika “ambil sampel dan isolasi”. Habitat ekstrem sering bersifat dinamis: salinitas berubah dengan musim, temperatur dapat berfluktuasi, dan komposisi mineral dapat memengaruhi metabolisme mikroba. Karena itu, eksplorasi yang bermakna menuntut pendekatan yang menggabungkan ekologi mikroba dengan teknik biologi molekuler. Tujuannya bukan hanya menemukan mikroba yang “hidup di garam”, tetapi mikroba yang memiliki kemampuan produksi biomolekul tertentu secara stabil.

Di titik ini, eksplorasi halofilik menjadi kegiatan yang strategis bagi Indonesia. Kekayaan hayati lokal yang ditemukan dari habitat ekstrem tidak bersifat mudah ditiru oleh negara lain karena ia terkait langsung dengan kondisi geografis dan geokimia spesifik. Jika riset dilakukan secara konsisten, Indonesia bisa memiliki koleksi galur lokal unggul yang tidak hanya berguna untuk publikasi ilmiah, tetapi juga menjadi sumber daya biologis untuk inovasi industri.

 

4. Biomolekul Halofilik dan Aplikasi Nyata: Korosi, Lingkungan, hingga Kesehatan

Nilai ekonomis dan ilmiah bakteri halofilik terletak pada biomolekul yang mereka hasilkan. Dalam konteks industri, yang dicari bukan sekadar mikroorganisme “unik”, tetapi produk biologis yang mampu menjawab kebutuhan nyata. Biomolekul dari halofilik memiliki karakter yang sering kali lebih unggul, terutama dalam hal stabilitas pada kondisi ekstrem, sehingga relevan untuk berbagai sektor.

Salah satu bidang aplikasi yang menarik adalah mitigasi korosi. Lingkungan laut dan industri berbasis garam menghadapi persoalan korosi yang mahal dan berkelanjutan. Biomolekul tertentu dari mikroorganisme dapat berperan dalam pembentukan lapisan pelindung atau memengaruhi interaksi permukaan logam dengan lingkungan, sehingga membuka peluang teknologi berbasis biologi untuk mengurangi biaya dan risiko kerusakan material.

Aplikasi lain yang sangat relevan adalah lingkungan. Halofilik memiliki potensi dalam pengolahan limbah dengan salinitas tinggi, yang sering kali sulit ditangani dengan mikroorganisme biasa. Limbah industri tertentu, seperti dari pengolahan pangan asin, industri kimia, atau produksi tertentu berbasis mineral, dapat menjadi problem serius jika diproses dengan sistem biologis standar. Halofilik menawarkan alternatif yang lebih kompatibel.

Pada bidang kesehatan dan farmasi, biomolekul halofilik juga berpotensi besar. Beberapa senyawa metabolit sekunder dapat berperan sebagai agen antimikroba, antioksidan, atau komponen bioaktif lain. Yang membuatnya menarik adalah potensi novelty: metabolit dari habitat ekstrem sering memiliki struktur dan fungsi yang tidak ditemukan pada mikroorganisme biasa. Artinya, ada peluang untuk menemukan kandidat biomolekul baru yang dapat dikembangkan lebih lanjut.

Aplikasi lain yang lebih “masa depan” muncul pada material dan industri hijau. Eksopolisakarida atau biopolimer dari halofilik dapat dikembangkan untuk material berbasis hayati, sementara enzim ekstremnya dapat dimanfaatkan sebagai biokatalis yang tahan kondisi proses industri. Jika dirancang dengan model produksi yang tepat, biomolekul halofilik dapat menjadi bagian dari transisi menuju industri yang lebih berkelanjutan, karena menggantikan bahan kimia agresif dengan sistem biologis yang efisien.

 

5. Dari Galur Lokal ke Produk Industri: Tantangan Skala, Standarisasi, dan Hilirisasi

Potensi bakteri halofilik lokal akan menjadi nilai nyata ketika mampu melewati “jurang besar” antara laboratorium dan industri. Banyak riset mikroorganisme ekstrem menghasilkan temuan menarik pada skala kecil, tetapi berhenti pada tahap eksplorasi atau karakterisasi. Tantangan sebenarnya dimulai ketika biomolekul yang menjanjikan harus diproduksi secara stabil, konsisten, dan ekonomis dalam skala lebih besar.

Skala produksi merupakan persoalan klasik dalam bioteknologi. Mikroorganisme mungkin tumbuh baik dalam tabung kultur, tetapi mengalami penurunan produktivitas saat dipindahkan ke sistem fermentasi yang lebih besar. Kondisi seperti aerasi, pengadukan, osmolaritas, dan komposisi medium dapat mengubah perilaku metabolik halofilik. Dalam konteks ini, produksi biomolekul bukan sekadar urusan “memperbanyak mikroba”, melainkan rekayasa proses yang memastikan mikroba tetap berada dalam kondisi optimal untuk menghasilkan produk target.

Standarisasi juga menjadi faktor penentu. Produk biomolekul harus memenuhi parameter mutu tertentu, baik dari sisi kemurnian, kestabilan, maupun konsistensi antar batch. Jika biomolekul ditujukan untuk aplikasi lingkungan atau industri, standar ini berkaitan dengan performa teknis. Jika ditujukan untuk kesehatan, standar menjadi jauh lebih ketat karena menyangkut keamanan dan efek biologis. Tanpa standarisasi, hilirisasi akan sulit dilakukan karena industri membutuhkan kepastian kualitas, bukan sekadar potensi.

Selain itu, proses hilirisasi menuntut strategi yang lebih luas dari sekadar produksi. Diperlukan model bisnis, skema kolaborasi, hingga dukungan regulasi agar inovasi dapat masuk pasar. Galur lokal yang unggul akan kehilangan nilainya jika tidak dikelola sebagai sumber daya strategis. Karena itu, bioteknologi halofilik menuntut ekosistem: koleksi galur, fasilitas produksi, riset lanjutan, serta jalur komersialisasi yang jelas.

Jika hilirisasi berhasil, dampaknya tidak hanya berupa produk industri baru, tetapi juga perubahan posisi Indonesia dalam rantai nilai global. Indonesia tidak lagi hanya menjadi pemasok sumber daya alam, tetapi menjadi pemilik teknologi berbasis biodiversitas ekstrem yang sulit ditiru dan memiliki nilai tambah tinggi.

 

6. Refleksi Kritis dan Agenda Bioteknologi Halofilik Indonesia ke Depan

Refleksi terhadap peluang halofilik di Indonesia menunjukkan satu hal penting: kekuatan utama bukan hanya pada keberadaan habitat ekstrem, tetapi pada kemampuan manusia mengubahnya menjadi pengetahuan dan inovasi. Biodiversitas tidak otomatis menjadi teknologi. Ia baru menjadi teknologi ketika riset dilakukan secara konsisten, sistematis, dan diarahkan untuk menjawab kebutuhan nyata.

Agenda pengembangan bioteknologi halofilik ke depan perlu menekankan keseimbangan antara eksplorasi dan orientasi aplikasi. Eksplorasi tetap penting karena membuka peluang penemuan baru, tetapi eksplorasi yang tidak disertai strategi hilirisasi akan menghasilkan tumpukan data tanpa dampak ekonomi dan sosial. Oleh karena itu, riset halofilik perlu dilihat sebagai portofolio jangka panjang: sebagian diarahkan pada pengetahuan dasar, sebagian diarahkan pada produk prioritas yang memiliki peluang komersialisasi.

Selain itu, penguatan infrastruktur riset menjadi kunci. Bioteknologi halofilik membutuhkan kemampuan isolasi, karakterisasi molekuler, hingga produksi skala pilot. Tanpa fasilitas yang memadai, inovasi akan berjalan lambat dan ketergantungan pada teknologi luar negeri tetap tinggi. Penguatan SDM juga sama pentingnya, karena bioteknologi habitat ekstrem menuntut pemahaman yang lintas disiplin: mikrobiologi, biokimia, rekayasa proses, hingga manajemen inovasi.

Sebagai penutup, bakteri halofilik lokal Indonesia dapat dipandang sebagai salah satu “aset ilmiah” yang paling menjanjikan, tetapi juga paling mudah terlewatkan. Ia tidak terlihat seperti tambang atau hutan, namun ia menyimpan potensi biomolekul yang dapat menjadi solusi untuk industri hijau, mitigasi lingkungan, hingga inovasi kesehatan. Jika Indonesia mampu membangun ekosistem riset dan hilirisasi yang kuat, halofilik bukan hanya menjadi tema akademik, tetapi menjadi pintu masuk menuju bioteknologi nasional yang lebih mandiri dan berdaya saing global.

 

 

Daftar Pustaka

Hertadi, R. (2022). Potensi bakteri halofilik galur lokal Indonesia sebagai sumber biomolekul bernilai tinggi untuk aplikasi bioteknologi. Orasi Ilmiah Guru Besar, Institut Teknologi Bandung.

Oren, A. (2002). Halophilic microorganisms and their environments. Kluwer Academic Publishers.

Ventosa, A., Nieto, J. J., & Oren, A. (1998). Biology of moderately halophilic aerobic bacteria. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 62(2), 504–544.

DasSarma, S., & DasSarma, P. (2015). Halophiles and their enzymes: Negativity put to good use. Current Opinion in Microbiology, 25, 120–126.

Kushner, D. J. (1978). Life in high salt and solute concentrations: Halophilic bacteria. In D. J. Kushner (Ed.), Microbial life in extreme environments. Academic Press.

Satpute, S. K., Banat, I. M., Dhakephalkar, P. K., Banpurkar, A. G., & Chopade, B. A. (2010). Biosurfactants, bioemulsifiers and exopolysaccharides from marine microorganisms. Biotechnology Advances, 28(4), 436–450.

Margesin, R., & Schinner, F. (2001). Bioremediation (natural attenuation and biostimulation) of diesel-oil-contaminated soil in an alpine glacier skiing area. Applied and Environmental Microbiology, 67(7), 3127–3133.

Pencitraan medis adalah teknik dan proses untuk mencitrakan interior tubuh untuk analisis klinis dan intervensi medis, serta untuk merepresentasikan visual fungsi beberapa organ atau jaringan (fisiologi). Tujuan pencitraan medis adalah untuk mengungkap struktur internal yang tersembunyi oleh kulit dan tulang, serta untuk mendiagnosis dan mengobati penyakit. Pencitraan medis juga membentuk basis data tentang anatomi dan fisiologi normal untuk memungkinkan identifikasi kelainan. Meskipun pencitraan organ dan jaringan yang diangkat dapat dilakukan atas alasan medis, prosedur semacam itu biasanya dianggap sebagai bagian dari patologi bukan pencitraan medis.

Teknik pengukuran dan pencatatan yang tidak dirancang secara khusus untuk menghasilkan gambar, seperti elektroensefalografi (EEG), magnetoensefalografi (MEG), elektrokardiografi (EKG), dan lain-lain, merupakan teknologi lain yang menghasilkan data yang dapat direpresentasikan sebagai grafik parameter versus waktu atau peta yang berisi data tentang lokasi pengukuran. Dalam perbandingan terbatas, teknologi-teknologi ini dapat dianggap sebagai bentuk pencitraan medis dalam disiplin lain dari instrumen medis.

Pada tahun 2010, telah dilakukan sekitar 5 miliar studi pencitraan medis di seluruh dunia. Paparan radiasi dari pencitraan medis pada tahun 2006 menyumbang sekitar 50% dari total paparan radiasi ionisasi di Amerika Serikat. Peralatan pencitraan medis diproduksi menggunakan teknologi dari industri semikonduktor, termasuk sirkuit terpadu CMOS, perangkat semikonduktor daya, sensor seperti sensor gambar (terutama sensor CMOS) dan biosensor, serta prosesor seperti mikrokontroler, mikroprosesor, pemroses sinyal digital, pemroses media, dan perangkat sistem-on-chip. Pada tahun 2015, pengiriman tahunan chip pencitraan medis mencapai 46 juta unit dengan nilai $1.1 miliar. Penggunaan istilah "noninvasif" digunakan untuk menunjukkan prosedur di mana tidak ada alat yang dimasukkan ke dalam tubuh pasien, yang merupakan kasus untuk sebagian besar teknik pencitraan yang digunakan.

Jenis Dari Pencitraan Medis

Dalam konteks klinis, pencitraan medis menggunakan "cahaya tak terlihat" umumnya dikaitkan dengan radiologi atau "pencitraan klinis". Sementara itu, pencitraan medis menggunakan "cahaya terlihat" melibatkan video digital atau gambar diam yang dapat dilihat tanpa peralatan khusus. Beberapa modaltas, seperti dermatologi dan perawatan luka, menggunakan gambaran cahaya terlihat. Penafsiran gambar medis umumnya dilakukan oleh seorang dokter yang mengkhususkan diri dalam radiologi yang dikenal sebagai radiolog; namun, penafsiran ini juga dapat dilakukan oleh tenaga medis lain yang terlatih dan bersertifikasi dalam evaluasi klinis radiologi.

Sebagai sebuah bidang investigasi ilmiah, pencitraan medis merupakan sub-disiplin dari teknik rekayasa biomedis, fisika medis, atau kedokteran tergantung pada konteksnya. Radiografi mendefinisikan aspek teknis pencitraan medis, khususnya dalam pemerolehan gambar medis. Radiografi memanfaatkan dua bentuk gambar radiografi yang digunakan dalam pencitraan medis, yaitu radiografi proyeksi dan fluoroskopi.

Selanjutnya, resonansi magnetik (MRI) merupakan instrumen pencitraan medis yang menggunakan magnet kuat untuk memperoleh gambar tubuh. MRI memancarkan pulsa frekuensi radio pada frekuensi resonansi atom hidrogen dalam molekul air tubuh manusia. Selain itu, kedokteran nuklir mencakup kedua pencitraan diagnostik dan pengobatan penyakit, menggunakan isotop dan partikel energik yang dipancarkan dari material radioaktif untuk mendiagnosis atau mengobati berbagai patologi.

Ultrasonografi menggunakan gelombang suara berfrekuensi tinggi yang dipantulkan oleh jaringan untuk menghasilkan gambar tubuh, sering kali dikaitkan dengan pencitraan janin pada wanita hamil. Sementara itu, elastografi merupakan modalitas pencitraan yang memetakan sifat elastis jaringan lunak, berguna dalam diagnosis medis. Teknik pencitraan medis terus berkembang, termasuk teknik baru seperti fotoakustik imaging yang memanfaatkan efek fotoakustik untuk mendeteksi gambaran medis dalam tubuh. Demikianlah berbagai teknik pencitraan medis yang digunakan dalam diagnosis dan penanganan penyakit, masing-masing memiliki keunggulan dan aplikasi klinisnya sendiri.

Penciptaan Gambar Tiga Dimensi

Teknik rendering volume telah dikembangkan untuk memungkinkan perangkat lunak pemindaian CT, MRI, dan ultrasonografi menghasilkan gambar 3D bagi dokter. Sebelumnya, pemindaian CT dan MRI menghasilkan output statis 2D pada film. Untuk menghasilkan gambar 3D, banyak pemindaian dilakukan dan kemudian digabungkan oleh komputer untuk menghasilkan model 3D, yang kemudian dapat dimanipulasi oleh dokter. Ultrasound 3D diproduksi menggunakan teknik yang agak mirip. Dalam mendiagnosis penyakit pada visera abdomen, ultrasonografi sangat sensitif pada pencitraan saluran empedu, saluran kemih, dan organ reproduksi wanita (ovarium, tuba fallopi). Dengan kemampuan untuk memvisualisasikan struktur penting dengan detail yang besar, metode visualisasi 3D adalah sumber daya berharga untuk diagnosis dan pengobatan bedah dari banyak patologi. Ini merupakan sumber daya kunci untuk upaya terkenal, tetapi akhirnya tidak berhasil oleh ahli bedah Singapura untuk memisahkan kembar Iran Ladan dan Laleh Bijani pada tahun 2003. Peralatan 3D sebelumnya digunakan untuk operasi serupa dengan kesuksesan besar.

Teknik Lainnya yang Diusulkan atau Dikembangkan Termasuk:

• Tomografi optik difus
• Elastografi
• Tomografi impedansi listrik
• Pencitraan optoakustik
• Oftalmologi
• A-scan
• B-scan
• Topografi kornea
• Tomografi koherensi optik
• Oftalmoskopi laser pemindaian

Beberapa teknik ini masih dalam tahap penelitian dan belum digunakan dalam rutinitas klinis.

Pencitraan Non-Diagnostik

Neuroimaging juga telah digunakan dalam keadaan eksperimental untuk memungkinkan orang (terutama orang yang cacat) untuk mengendalikan perangkat luar, bertindak sebagai antarmuka otak komputer. Banyak aplikasi perangkat lunak pencitraan medis digunakan untuk pencitraan non-diagnostik, khususnya karena mereka tidak memiliki persetujuan FDA dan tidak diizinkan untuk digunakan dalam penelitian klinis untuk diagnosis pasien. Perlu dicatat bahwa banyak studi penelitian klinis tidak dirancang untuk diagnosis pasien sama sekali.

Arsip dan Perekaman

Digunakan terutama dalam pencitraan ultrasonografi, menangkap gambar yang dihasilkan oleh perangkat pencitraan medis diperlukan untuk aplikasi arsip dan telemedisin. Dalam sebagian besar skenario, grabber frame digunakan untuk menangkap sinyal video dari perangkat medis dan meneruskannya ke komputer untuk pemrosesan dan operasi lebih lanjut.

• DICOM

Standar Komunikasi dan Komunikasi Citra Digital (DICOM) digunakan secara global untuk menyimpan, pertukaran, dan mentransmisikan citra medis. Standar DICOM mencakup protokol untuk teknik pencitraan seperti radiografi, tomografi terkomputasi (CT), pencitraan resonansi magnetik (MRI), ultrasonografi, dan terapi radiasi.

• Kompresi Citra Medis

Teknik pencitraan medis menghasilkan jumlah data yang sangat besar, terutama dari modalitas CT, MRI, dan PET. Akibatnya, penyimpanan dan komunikasi data gambar elektronik menjadi tidak memungkinkan tanpa menggunakan kompresi. Kompresi citra JPEG 2000 digunakan oleh standar DICOM untuk penyimpanan dan transmisi citra medis. Biaya dan kelayakan mengakses kumpulan data gambar besar melalui bandwidth rendah atau berbagai bandwidth lebih lanjut diatasi dengan menggunakan standar DICOM lain, yang disebut JPIP, untuk mengaktifkan streaming efisien data gambar yang terkompresi JPEG 2000.

• Pencitraan Medis di Cloud

Ada kecenderungan berkembang untuk bermigrasi dari PACS on-premise ke PACS berbasis cloud. Sebuah artikel terbaru oleh Applied Radiology mengatakan, "Ketika ranah citra digital diterima di seluruh perusahaan perawatan kesehatan, transisi cepat dari terabyte ke petabyte data telah menempatkan radiologi di ambang kelebihan informasi. Komputasi awan menawarkan alat bagi departemen pencitraan masa depan untuk mengelola data dengan jauh lebih cerdas."

Penggunaan dalam Uji Klinis Farmasi

Pencitraan medis telah menjadi alat penting dalam uji klinis karena memungkinkan diagnosis cepat dengan visualisasi dan penilaian kuantitatif. Sebuah uji klinis tipikal melalui beberapa fase dan dapat memakan waktu hingga delapan tahun. Titik akhir klinis atau hasil digunakan untuk menentukan apakah terapi aman dan efektif. Setelah seorang pasien mencapai titik akhir, ia umumnya dikecualikan dari interaksi eksperimental lebih lanjut. Uji yang bergantung hanya pada titik akhir klinis sangat mahal karena memiliki durasi yang panjang dan cenderung membutuhkan jumlah pasien yang besar.

Sebagai kontras dengan titik akhir klinis, titik akhir pengganti telah terbukti mempersingkat waktu yang diperlukan untuk memastikan apakah sebuah obat memiliki manfaat klinis. Biomarker pencitraan (karakteristik yang diukur secara objektif oleh teknik pencitraan, yang digunakan sebagai indikator respons farmakologis terhadap suatu terapi) dan titik akhir pengganti telah terbukti memfasilitasi penggunaan kelompok kecil, mendapatkan hasil dengan cepat dengan daya statistik yang baik. Pencitraan mampu mengungkapkan perubahan halus yang menunjukkan perkembangan terapi yang mungkin terlewatkan oleh pendekatan tradisional yang lebih subjektif. Bias statistik dikurangi karena temuan dievaluasi tanpa kontak langsung dengan pasien.

Teknik pencitraan seperti tomografi emisi positron (PET) dan pencitraan resonansi magnetik (MRI) rutin digunakan dalam bidang onkologi dan neurosains. Misalnya, pengukuran penyusutan tumor adalah titik pengganti yang umum digunakan dalam evaluasi respons tumor padat. Ini memungkinkan penilaian efek obat lebih cepat dan objektif. Dalam penyakit Alzheimer, pemindaian MRI dari seluruh otak dapat menilai dengan akurat laju atrofi hipokampus, sedangkan pemindaian PET dapat mengukur aktivitas metabolisme otak dengan mengukur metabolisme glukosa regional, dan plak beta-amiloid menggunakan tracer seperti Pittsburgh compound B (PiB). Secara historis, penggunaan pencitraan medis kuantitatif kurang digunakan dalam bidang pengembangan obat lainnya meskipun minatnya sedang tumbuh.

Uji berbasis pencitraan biasanya terdiri dari tiga komponen:

1. Protokol pencitraan yang realistis. Protokol ini adalah garis besar yang mengstandarisasi (sejauh mungkin) cara gambar diperoleh menggunakan berbagai modalitas (PET, SPECT, CT, MRI). Ini mencakup detail di mana gambar akan disimpan, diproses, dan dievaluasi.

2. Pusat pencitraan yang bertanggung jawab atas pengumpulan gambar, melakukan kontrol kualitas, dan menyediakan alat untuk penyimpanan data, distribusi, dan analisis. Penting bagi gambar yang diperoleh pada waktu yang berbeda ditampilkan dalam format standar untuk menjaga keandalan evaluasi. Beberapa organisasi penelitian kontrak pencitraan khusus menyediakan layanan pencitraan medis dari awal hingga akhir, mulai dari desain protokol dan manajemen situs hingga jaminan kualitas data dan analisis gambar.

3. Situs klinis yang merekrut pasien untuk menghasilkan gambar untuk dikirim kembali ke pusat pencitraan.

 

Disadur dari: en.wikipedia.org 

Mendeteksi keberadaan suatu penyakit secara dini merupakan langkah penting untuk meminimalkan gejala yang timbul dan dapat dilakukan tahap perawatan yang tepat sedari awal. Selama ini banyak kasus terjadinya penularan penyakit secara meluas atau gejala akut dialami seorang pasien disebabkan keterlambatan dalam hal diagnosis terkait de­ngan keberadaan suatu penyakit pada seseorang atau munculnya mikroorganisme berbahaya di lingkungan sekitar. Sebagai contoh ialah penyakit alzheimer yang dapat berkembang di dalam otak selama Z dekade sebelum menunjukkan gejala pada pasien. Contoh lainnya ialah banyaknya pasien tanpa gejala (asimtomatik), tapi berpotensi seba­gai media penularan covid-19. Oleh karena itu, kemampuan mendeteksi sedini mungkin, baik pada pasien tanpa gejala maupun belum terbentuknya gejala, dapat menawarkan solusi untuk perawatan pada tahap awal yang akan mampu memberi­kan perbedaan signifikan pada se­orang pasien.

Keterlambatan dalam hal diagnosis semakin dirasakan khususnya oleh masyarakat yang berada di daerah-daerah 3T (terting­gal, terpencil, dan terluar). Di sisi lain, sebagian besar proses diagno­sis suatu penyakit membutuhkan waktu hitungan jam bahkan hari serta biaya yang sering kali tidak bisa dijangkau semua kalangan.

Oleh karena itu, teknologi di bidang diagnosis medis ke depan membutuhkan terobosan ham un­tuk menghasilkan tes uji penyakit secara dini yang lebih sederhana, cepat, murah, dan dapat digunakan di mana saja dan oleh siapa saja, termasuk masyarakat umum tanpa perlu keterampilan khusus. Untuk menjawab tantangan tersebut, pene­litian dan pengembangan teknologi biosensor menjadi sangat penting. Biosensor dapat didefinisikan se­bagai alat yang mampu mendeteksi keberadaan sebuah biomolekul, virus, set, dan bakteri di dalam tubuh, makanan, dan lingkungan sekitar kita. Uji kit untuk memonitor kadar gula darah dan kolesterol, tes kehamilan, dan tes cepat covid-19 merupakan beberapa contoh dari alat biosensor.

Sebagian besar bio­sensor yang berada di pasaran saat ini bekerja dengan menggunakan sampel darah yang tidak cukup nyaman bagi kebanyakan pasien, seperti pada pasien diabetes, yang setiap hari harus melakukan finger prick untuk memonitor kadar gula darah secara berkelanjutan dan sering kali proses pengambilan darah dapat menghasilkan infeksi dan lebam pada kulit. Oleh karena itu, pengembangan biosensor saat ini diarahkan untuk dapat bekerja tidak hanya dengan sampel berupa darah, tetapi juga dapat menggu­nakan sampel air liur, keringat, dan air seni tergantung dari jenis biomolekul atau mikroorganisme yang ingin kita dideteksi apakah dapat ditemukan dalam sampel tersebut atau tidak.

Selain membuat biosensor yang lebih bersahabat dengan pasien, yaitu menggunakan sampel dengan sumber yang lebih mudah diambil dari tubuh, arah inovasi lainnya ialah meningkatkan sensitivitas dan limit deteksi dari alat biosensor. Definisi sensitivitas dalam hal ini agak berbeda dengan sensitivitas yang sering kita temui pada label tes uji cepat covid-19. Pada konteks tes uji cepat covid-19, angka sensitivitas yang beredar menunjukkan perban­dingan ketepatan tes uji pada pasien positif jika dibandingkan dengan pemeriksaan baku menggunakan tes swab PCR. Sementara itu, pada konteks biosensor secara umum, sensitivitas dapat dipahami seba­gai rasio kemampuan perubahan respons alat terhadap perubahan jumlah molekul target pada sampel. Biosensor yang dapat memberikan respons 10 mikroampere dengan adanya perubahan 100 molekul tar­get, lebih sensitif jika dibandingkan dengan alat yang hanya merespons 1 mikroampere. Sementara itu, limit deteksi berkaitan jumlah batas konsentrasi terkecil dari molekul target yang dapat dideteksi oleh alat.

Sebagai contoh kasus untuk deteksi virus SARS-CoV-2, tes uji cepat anti­bodi ataupun antigen hanya mampu memberikan sinyal positif ketika jumlah protein target berkisar pada 100.000-1.000.000 molekul pada sampel, sedangkan tes swab PCR memiliki limit deteksi yang lebih kecil, yaitu sekitar 100-1.000 mole­kul pada sampel. Sering kali sebuah alat memberikan hasil negatif palsu karena ketidakmampuan alat ter­sebut mendeteksi target molekul pada jumlah yang sangat kecil di bawah kemampuan deteksinya. Hal itu dapat terjadi pada beberapa orang yang terinfeksi virus dengan jumlah kecil dan tidak menimbul­kan gejala, tapi berpotensi sebagai sumber penularan pada orang lain. Oleh karena itu, pengembangan alat uji dengan kemampuan sensitivitas yang tinggi hingga menuju level deteksi pada molekul mnggal ialah salah satu arah penelitian terkini di bidang biosensor.

Biosensor elektrokimia merupa­kan salah satu kategori divais yang dapat menawarkan sensitivitas tinggi, limit deteksi yang sangat rendah, serta fleksibilitas dan portabilitas alat yang berpotensi untuk dikembangkan lebih lanjut hingga tahap komersialisasi. Konfigurasi alat biosensor elektrokimia dapat berupa suatu elektroda kerja atau sebuah transistor elektrokimia. Elektroda atau transistor ialah komponen elektronika yang cukup familier dan dikenal masyarakat umum yang bisa ditemukan di berbagai perangkat elektronik di sekitar kita.

Gambaran sederhana agar sebuah elektroda dan transis­tor dapat menjadi sebuah biosensor ialah dengan memodifikasi permu­kaan elektroda dengan molekul atau protein yang dapat mengenali atau menangkap target yang ingin dideteksi sebagai contoh modifikasi elektroda dengan molekul antibodi sehingga bisa menangkap antigen, atau modifikasi permukaan elektroda dengan enzim sehingga bisa berinteraksi dengan target seperti glukosa atau kolesterol. Adanya proses penangkapan target mole­kul yang menempel pada molekul penangkap di atas permukaan elek­troda, akan mengubah kerapatan muatan listrik atau aliran listrik. Perubahan sinyal listrik ini yang akan bisa kita baca sebagai respons dari biosensor elektrokimia.

Laboratorium material fungsional maju di ITB telah mengembangkan berbagai jenis biosensor elektro­kimia, di antaranya alat untuk mendeteksi glukosa, dopamin, dan pro­tein penanda Hepatitis B. Saat ini, tim laboratorium material fungsio­nal maju terdiri atas berbagai personel dengan latar belakang keilmuan berbeda (multidisiplin) yang saling bersinergi untuk mengembangkan biosensor elektrokimia untuk jenis penyakit lainnya. Pandemi covid-19 mengajarkan kita bahwa pengem­bangan teknologi biosensor menjadi penting sebagai bagian solusi pada ranah diagnosis untuk penanganan pandemi. Beberapa arah pengem­bangan biosensor elektrokimia ke depannya dapat mencakup jenis material untuk aplikasi biosensor yang bisa diproduksi secara mas­sal di Indonesia dan stabil selama proses produksi, penyimpanan, distribusi, hingga pemakaian.

Dari sisi keilmuan teknik meliputi pengembangan desain divais dan perangkat instrumentasi yang mu­dah digunakan user di mana saja dan kapan saja. Teknologi biosensor yang berbasis elektrokimia mungkin sepatunya menjadi salah satu target teknologi yang harapannya bisa oleh Indonesia ke depannya. Jika pesawat terbang bisa menjadi transportasi penghubung negara kepulauan In­donesia, diharapkan biosensor bisa menjadi teknologi pelengkap umuk tenaga medis dalam mendiagnosis penyakit secara lebih cepat, khu­susnya untuk penduduk-penduduk di pulau-pulau kecil tanpa hams mobilisasi ke rumah sakit di pulau besar yang membutuhkan waktu, tenaga, dan biaya. (M-4) 

Sumber: research.lppm.itb.ac.id

Biomedis (juga disebut sebagai kedokteran Barat, kedokteran umum atau kedokteran konvensional) adalah cabang ilmu kedokteran yang menerapkan prinsip-prinsip biologis dan fisiologis pada praktik klinis. Biomedis menekankan pada pengobatan berbasis bukti yang terstandardisasi dan divalidasi melalui penelitian biologis, dengan pengobatan yang diberikan melalui dokter, perawat, dan praktisi berlisensi lainnya yang terlatih secara formal.

Biomedis juga dapat berhubungan dengan banyak kategori lain dalam bidang kesehatan dan biologi. Biomedis telah menjadi sistem pengobatan yang dominan di dunia Barat selama lebih dari satu abad.

Ini mencakup banyak disiplin ilmu biomedis dan bidang-bidang khusus yang biasanya mengandung awalan “bio-” seperti biologi molekuler, biokimia, bioteknologi, biologi sel, embriologi, nanobioteknologi, teknik biologi, biologi medis laboratorium, sitogenetika, genetika, terapi gen, bioinformatika, biostatistika, biologi sistem, neurosains, mikrobiologi, virologi, imunologi, parasitologi, fisiologi, patologi, anatomi, toksikologi, dan banyak lagi lainnya yang secara umum berkaitan dengan ilmu hayati yang diaplikasikan ke dalam dunia kedokteran.

Gambaran umum

Biomedis adalah landasan perawatan kesehatan modern dan diagnostik laboratorium. Hal ini menyangkut berbagai pendekatan ilmiah dan teknologi: mulai dari diagnostik in vitro hingga fertilisasi in vitro, dari mekanisme molekuler fibrosis kistik hingga dinamika populasi virus HIV, dari pemahaman interaksi molekuler hingga studi tentang karsinogenesis, dari polimorfisme nukleotida tunggal (SNP) hingga terapi gen.

Biomedis didasarkan pada biologi molekuler dan menggabungkan semua masalah pengembangan kedokteran molekuler ke dalam hubungan struktural dan fungsional berskala besar dari genom, transkriptom, proteom, fisiom, dan metabolom manusia dengan sudut pandang khusus untuk merancang teknologi baru untuk prediksi, diagnosis, dan terapi.

Biomedis melibatkan studi tentang proses fisiologis (patologis) dengan metode dari biologi dan fisiologi. Pendekatannya berkisar dari pemahaman interaksi molekuler hingga studi tentang konsekuensi pada tingkat in vivo. Proses-proses ini dipelajari dengan sudut pandang khusus untuk merancang strategi baru untuk diagnosis dan terapi.

Bergantung pada tingkat keparahan penyakit, biomedis menunjukkan dengan tepat masalah pada pasien dan memperbaiki masalah tersebut melalui intervensi medis. Kedokteran berfokus pada penyembuhan penyakit daripada meningkatkan kesehatan seseorang.

Dalam ilmu sosial, biomedis dijelaskan dengan cara yang berbeda. Melalui lensa antropologi, biomedis melampaui ranah biologi dan fakta-fakta ilmiah; biomedis merupakan sistem sosial-budaya yang secara kolektif merepresentasikan realitas. Meskipun biomedis secara tradisional dianggap tidak memiliki bias karena praktiknya yang berbasis bukti, Gaines & Davis-Floyd (2004) menyoroti bahwa biomedis itu sendiri memiliki dasar budaya dan ini karena biomedis mencerminkan norma dan nilai dari penciptanya.

Biologi molekuler

Biologi molekuler adalah proses sintesis dan regulasi DNA, RNA, dan protein sel. Biologi molekuler terdiri dari berbagai teknik yang berbeda termasuk reaksi berantai polimerase, elektroforesis gel, dan penempelan makromolekul untuk memanipulasi DNA.

Reaksi berantai polimerase dilakukan dengan menempatkan campuran DNA yang diinginkan, DNA polimerase, primer, dan basa nukleotida ke dalam mesin. Mesin memanaskan dan mendinginkan pada berbagai suhu untuk memutus ikatan hidrogen yang mengikat DNA dan memungkinkan basa nukleotida ditambahkan ke dalam dua templat DNA setelah dipisahkan.

Elektroforesis gel adalah teknik yang digunakan untuk mengidentifikasi DNA yang sama antara dua sampel DNA yang tidak diketahui. Proses ini dilakukan dengan terlebih dahulu menyiapkan gel agarosa. Lembaran seperti jeli ini akan memiliki sumur-sumur untuk dituangi DNA. Arus listrik dialirkan sehingga DNA yang bermuatan negatif karena gugus fosfatnya tertarik ke elektroda positif. Baris DNA yang berbeda akan bergerak dengan kecepatan yang berbeda karena beberapa bagian DNA lebih besar dari yang lain. Jadi, jika dua sampel DNA menunjukkan pola yang sama pada elektroforesis gel, dapat dikatakan bahwa sampel DNA tersebut cocok.

Pengikisan makromolekul adalah proses yang dilakukan setelah elektroforesis gel. Larutan alkali disiapkan dalam sebuah wadah. Sebuah spons ditempatkan ke dalam larutan dan gel agarosa ditempatkan di atas spons. Selanjutnya, kertas nitroselulosa diletakkan di atas gel agarosa dan tisu ditambahkan di atas kertas nitroselulosa untuk memberikan tekanan. Larutan alkali ditarik ke atas menuju tisu. Selama proses ini, DNA mengalami perubahan sifat dalam larutan alkali dan terbawa ke atas ke kertas nitroselulosa. Kertas tersebut kemudian dimasukkan ke dalam kantong plastik dan diisi dengan larutan yang penuh dengan fragmen DNA, yang disebut probe, yang ditemukan dalam sampel DNA yang diinginkan. Probe akan berikatan dengan DNA komplementer dari pita yang sudah ditemukan pada sampel nitroselulosa. Setelah itu, probe dicuci dan yang tersisa hanyalah probe yang telah dianil pada DNA komplementer di atas kertas. Selanjutnya kertas ditempelkan pada film sinar-x. Radioaktivitas probe menciptakan pita hitam pada film, yang disebut autoradiograf. Hasilnya, hanya pola DNA yang mirip dengan probe yang ada pada film. Hal ini memungkinkan kita untuk membandingkan sekuens DNA yang serupa dari beberapa sampel DNA. Keseluruhan proses ini menghasilkan pembacaan yang tepat atas kemiripan pada sampel DNA yang sama dan berbeda.

Biokimia

Biokimia adalah ilmu pengetahuan tentang proses kimiawi yang terjadi di dalam organisme hidup. Organisme hidup membutuhkan elemen-elemen penting untuk bertahan hidup, di antaranya adalah karbon, hidrogen, nitrogen, oksigen, kalsium, dan fosfor. Unsur-unsur ini membentuk empat makromolekul yang dibutuhkan organisme hidup untuk bertahan hidup: karbohidrat, lipid, protein, dan asam nukleat.

Karbohidrat, yang terdiri dari karbon, hidrogen, dan oksigen, adalah molekul penyimpan energi. Karbohidrat yang paling sederhana adalah glukosa,

C6H12O6, digunakan dalam respirasi sel untuk menghasilkan ATP, adenosin trifosfat, yang memasok energi ke dalam sel.

Protein adalah rantai asam amino yang berfungsi, antara lain, untuk mengontraksikan otot rangka, sebagai katalisator, sebagai molekul pengangkut, dan sebagai molekul penyimpanan. Katalis protein dapat memfasilitasi proses biokimia dengan menurunkan energi aktivasi suatu reaksi. Hemoglobin juga merupakan protein, yang membawa oksigen ke sel-sel organisme.

Lipid, juga dikenal sebagai lemak, adalah molekul kecil yang berasal dari subunit biokimia baik dari gugus ketoasil atau isoprena. Menciptakan delapan kategori yang berbeda: asam lemak, gliserolipid, gliserofosfolipid, sfingolipid, sakarolipid, dan poliketida (berasal dari kondensasi subunit ketoasil); dan lipid sterol dan lipid prenol (berasal dari kondensasi subunit isoprena). Tujuan utamanya adalah untuk menyimpan energi dalam jangka panjang. Karena strukturnya yang unik, lipid menyediakan lebih dari dua kali lipat jumlah energi yang disediakan karbohidrat. Lipid juga dapat digunakan sebagai isolasi. Selain itu, lipid dapat digunakan dalam produksi hormon untuk menjaga keseimbangan hormon yang sehat dan memberikan struktur pada membran sel.

Asam nukleat adalah komponen utama DNA, zat penyimpan informasi genetik utama, yang sering ditemukan di dalam inti sel, dan mengontrol proses metabolisme sel. DNA terdiri dari dua untai antiparalel yang saling melengkapi, yang terdiri dari pola nukleotida yang berbeda-beda. RNA adalah untaian tunggal DNA, yang ditranskripsi dari DNA dan digunakan untuk translasi DNA, yang merupakan proses untuk membuat protein dari urutan RNA.

Disadur dari: https://en.wikipedia.org/wiki/Biomedicine