Bioteknologi Pertanian
A.
Definisi Istilah bioteknologi adalah penerapan suatu prinsip-prinsip biologi, biokimia, dan rekayasa dalam pengolahan bahan dengan memanfaatkan agensia jasad hidup dan komponen-komponennya untuk menghasilkan barang dan jasa . Bioteknologi selalu berkaitan dengan reaksi-reaksi biologis yang dilakukan oleh jasad hidup sebagai suatu individu atau komponen-komponennya yang yang dapat berupa organel, sel atau jaringan, atau bahkan molekul-molekul tertentu, misalnya DN A, RNA, protein atau enzim . Secara umum bioteknologi dapat diklasifikasikan menjadi dua aras (level) yaitu bioteknologi konvensional dan bioteknologi modern . Dalam bioteknologi konvensional, penerapan teknik-eknik biologi, biokimia, dan rekayasa, masih sangat terbatas sehingga belum mencapai aras rekayasa molecular yang terarah . Sedangkan bioteknologi modern kini telah mencapai aras rekayasa yang jauh lebih terarah sehingga hasilnya dapat lebih, bahkan sepenuhnya dikendalikan . Sebagai contoh bioteknologi modern, sekarang telah dimungkinkan untuk melakukan manipulasi genetik pada suatu jasad secara sangat terarah sehingga hasil manipulasi tersebut dapat diramalkan secara lebih pasti . Tekhnik manipulasi semacam ini mulai berkembang ketika para ilmuan berhasil melakukan teknik manipulasi bahan genetic (DN A) secara in vitro.
B. Sejarah singkat perkembangan Bioteknologi Bioteknologi
dalam
pengertian
yang
umum,
telah
berkembang sejak ribuan tahun yang silam. Pembuatan minuman beralkohol melalui suatu proses fermentasi yang dilakukan oleh mikroba telah dikerjakan sejak sekitar 3 .000 tahun sebelum masehi. Meskipun pada saat itu belum diketahui dasar ilmiahnya . Dasar-dasar ilmiah bioteknologi konvensional mulai diketahui sejak Antonie Van Leeuwenhoek dapat melakukan pengamatan bentuk sel khamir pada sekitar tahun 168 0. Penemuan
penting
lainnya
yang
mempengaruhi
perkembangan bioteknologi adalah pengenalan konsep pewarisan sifat yang dilakukan oleh Gregor Mendel pada awal abad 2 0. pada saat itu pengetahuan mengenai bahan genetik masih sangat sedikit, sehingga belum diketahui struktur maupun mekanisme penurunan sifat suatu jasad . Eksperiman lebih lanjut yang dilakukan oleh Oswald Colin
Macleod,
menunjukkan
dan
bahwa
Maclyn the
McCarty
transforming
pada
Avery,
tahun
principle
1944
tersebut
merupakan senyawa asam nukleat tipe dioksiribosa d ioksiribosa . Penemuan sangat penting lainnya adalah elusidasi struktur 3 dimensi DN A oleh James Watson dan Francis Crick pada tahun 1953, berdasarkan atas citra difraksi X-ray yang dibuat oleh Rosalind Franklin dan Maurice Wilkins . Elusidasi struktur DN A serta
mekanisme mekanisme
replikasinya
menjadi dasar
pemahaman
mengenai fungsi gen sebagai pembawa sifat suatu jasad .
Penemuan penting lainnya terus berlanjut sampai akhirnya Nathan dan Smith menemukan suatu enzim yang dapat memotong molekul DN A secara spesifik . Enzim tersebut dikenal sebagai enzim endonuklease restriksi . Enzim endonuklease restriksi dapat mengenali dan memotong suatu urutan nukleotida tertentu pada molekul DN A yang spesifik . Penemuan enzim endonuklease restriksi
diikuti
oleh
penemuan
enzim
lain
yang
dapat
menyambung potongan DN A dan disebut sebagai enzim DN A ligase . Dengan menggunakan dua macam enzim tersebut, pada awal tahun 197 0an Paul Berg berhasil melakukan eksperimen penyambungan molekul DNA suatu virus sehingga diperoleh suatu molekul DN A rekombinan. Eksperimen Paul Berg tersebut merupakan eksperimen yang pertama kali dilakukan di dunia sehingga akhirnya Paul Berg memperoleh hadiah Nobel untuk penemuannya tersebut . Eksperimen DN A rekombinan yang dilakukan oleh Paul Berg tersebut akhirnya menjadi titik awal perkembangan teknologi
baru
yang
dikenal
dengan
rekayasa
. genetik Dengan
berkembangnya teknologi DN A rekombinan tersebut, maka dunia ilmu dan teknologi memasuki era baru yang memungkinkan manusia melakukan perubahan sifat-sifat genetic suatu jasad hidup secara terarah. Dengan teknologi ini orang dapat memindahkan gen dari suatu jasad hidup ke jasad hidup yang lain meskipun hubungan kekerabatan kedua jasad tersebut sangat jauh .
C. Ilmu dan Teknologi pendukung bioteknologi Modern Perkembangan bioteknologi modern sangat ditentukan oleh Perkembangan ilmu-ilmu dasar yaitu antara lain mikrobiologi, genetika
dan
biokimia .
Meskipun
demikian,
dalam
perkembangannya kemudian banyak ilmu dasar lain yang juga sangat berperan dalam perkembangan bioteknologi modern . Mikrobiologi mempunyai peranan sangat penting karena studi awal mengenai manipulasi genetik dilakukan terhadap kelompok mikrobia. Hal ini disebabkan oleh struktur sel mikrobia yang relatife lebih sederhana dibandingkan dengan sel jasad hidup tingkat tinggi, mudah ditumbuhkan dengan laju pertumbuhan yang relative cepat, mudah dilakukan persilangan genetis, serta mudah dilakukan analisis genetis, fisiologis dan biokimia . Mikrobiologi bukan satu-satunya ilmu dasar yang penting dalam pengembangan bioteknologi DN A rekombinan, karena genetika
dan
biokimia
juga
mempunyai
peranan
sangat
fundamental. Pengembangan genetika dan mikrobiologi sangat berkaitan erat karena analisis genetik relative lebih mudah dilakukan dengan menggunakan sel mikrobia . Demikian pula dengan bidang biokimia yang memberikan dasar pemahaman mengenai struktur bahan genetik dan makromolekul penting lain, misalnya enzim serta hubungan antara struktur dan fungsi bahan genetik dalam ekspresi genetik dan regulasinya . Ketiga ilmu dasar tersebut selanjutnya juga mendukung perkembangan biologi molekular sebagai suatu disiplin baru yang
melandasi studi mengenai jasad hidup pada aras molekul . Tanpa dapat dilepaskan dari ilmu-ilmu dasar yang lain, biologi molekular akhirnya menjadi arus utama ilmu yang mendasari bioteknologi modern. Secara ringkas, beberapa disiplin ilmu dan teknologi yang sangat mendukung perkembangan bioteknologi modern serta empat cabang utama bioteknilogi disajikan dalam gambar .
Mikrobiologi Mikrobiolo gi
Biologi molekular molekula r
Biokimia/ kimia Rekayasa kimia
Elektronik
Ilmu pangan
Teknologi pangan
Bioteknologi pertanian
Genatika
Rekayasa Mekanik
Bioteknologi
Komputer
Bioteknologi Industri
Bioteknologi Bioteknologi Lingkungan Lingkungan Bioteknologi kesehatan
D. Cakupan Bioteknologi Modern Bioteknologi modern telah berkembang sangat pesat dan meluas sehingga mencakupi berbagai bidang kehidupan manusia . Bioteknilogi modern telah menyediakan berbagai perangkat untuk memenuhi keperluan umat manusia, mulai dari penyediaan pangan, penyediaan bahan baku berbagai macam industri, pemeliharaan kesehatan, maupun untuk mengatasi persoalan persoalan lingkungan. Dalam kenyataan sehari-hari pada saat ini, aplikasi bioteknologi modern untuk pemenuhan kebutuhan manusia masih terkait erat dengan penggunaan bioteknologi konvensional yang telah berkambang jauh sebelumnya . Dalam penyediaan pangan, selainmenggunakan pendekatan bioteknologi modern, orang juga masih mengandalkan teknologi konvensional untuk menghasilkan bibit tanaman berkualitas maupun dalam proses
. Sebagai budidayanya
contoh,
tanaman
pafi
yang
dibudidayakan sekarang ini sebagian besar masih berasal dari hasil persilangan konvensional, meskipun sudah ada galur-galur baru yang dikembangkan dengan teknologi DN A rekombinan. Dalam bidang budidaya tanaman pangan dan tanaman industri, selain menggunakan teknik-teknik konvensional, orang juga sudah mengembangkan galur-galur tanaman transgenic baru yang mempunyai sifat toleran terhadap keadaan lingkungan dengan menyisipkan gen-gen asing dari jasad lain . Sebagai contoh, para ilmuan telah mengembangkan tanaman tembakau yang lebih toleran terhadap kadar garam tinggi, tanaman yang tahan terhadap
herbisida, tahan terhadap hama tertentu dan sebagainya . Meskipun demikian, budidaya tanaman hasil pemuliaan tanaman secara konvensional juga masih dilakukan . Bioteknologi
juga
mencakupi
usaha
manusia
untuk
menghasilkan berbagai macam bahan industri . Berbagai macam enzim dan protein, baik untuk keperluan industri maupun untuk keperluan konsumsi dan pengobatan telah dihasilkan dengan menerapkan
bioteknologi
modern
yang
berlandaskan
atas
teknologi DN A rekombinan. Dalam bidang pengelolan lingkungan, bioteknologi juga telah diterapkan untuk mengatasi masalah pencemaran lingkungan . Meskipun demikian, belum semua permasalahan lingkungan dapat diatasi dengan penerapan bioteknologi modern . Oleh karena itu, penggunaan bioteknologi konvensional juga masih menyertai penerapan bioteknologi modern dalam pengelolaan lingkungan . Pengembangan bioteknologi modern juga mempunyai pengaruh balik yang penting terhadap perkembangan ilmu-ilmu dasar . Banyak konsep dasar dalam system fisiologi jasad hidup yang menjadi lebih jelas dan mudah dipahami dengan adanya perkembangan-perkembangan baru dalam teknik molecular . Oleh karena itu, ilmu-ilmu dasar dan bioteknologi modern akhirnya saling mendukung dalam perkembangannya masing-masing .
E. Kelebihan dan Kekurangan Bioteknologi Konvensional & Modern Meskipun perbedaan antara bioteknologi konvensional dan modern tidak selalu mudah ditentukan, namun ada beberapa cirri yang dapat digunakan sebagai pegangan, khususnya untuk memahami kelebihan dan kekurangan kedua macam pendekatan teknologi tersebut . Sekali lagi perlu dipahami bahwa pengertian konvensional dan modern dapat bersifat sangat relative, karena apa yang sekarang dianggap modern, suatu ketika nanati akan menjadi teknologi yang konvensional di masa mendatang . Dalam konteks pertanian, ada beberapa cirri yang membedakan apakah usaha pertanian tersebut menerapkan konsep-konsep bioteknologi atau tidak . Dalam metode pemuliaan tanaman secara konvensional, kendala utama yang dihadapi adalah masalah inkompatibilitas (ketidak sesuaian) genetik antara tanaman yang disilangkan . Suatu tanaman hanya bisa disilangkan dengan tanaman lain yang secara relative mempunyai hubungan kekerabatan yang dekat, misalnya suatu galur padi dengan galur padi yang lain . Memang terdapat beberapa contoh keberhasilan persilangan antara dua macam tanaman berbeda spesies, namun hal semacam ini tidak selalu dapat dilakukan pada tanaman-tanaman yang lain . Dengan
pendekatan
bioteknologi
modern,
masalah
inkompatibilitas seperti ini dapat diatasi sehingga dapat dihasilkan tanaman baru dengan sifat-sifat genetic dan fisiologi baru yang tidak mungkin diperoleh dengan metode pemuliaan konvensional .
Selain faktor ketidaksesuaian genetik, hasil persilangan dengan pemuliaan tanaman konvensional tidak dapat sepenuhnya diramalkan. Hasil persilangan secara konvensional kemungkinan dapat berupa tanaman dengan sifat-sifat baru yang justru tidak dikehendaki karena sifat yang mengalami persilangan atau rekombinasi
tidak
dapat
diramalkan .
Sebaliknya,
dengan
pendekatan teknologi modern, sifat genetik baru yang disisipkan ke dalam suatu tanaman transgenik akan menghasilkan sifat fisiologi atau fenotipe baru yang dapat diramalkan sebelumnya . Kekurangan
metode
konvensional
yang
lain
dalam
pemuliaan tanaman adalah waktu yang diperlukan relative cukup lama untuk dapat menghasilkan galur tanaman baru dengan sifatsifat seperti yang dikehendaki . Sedangkan penerapan bioteknologi modern
dalam
rekombinan,
pemuliaan
dapat
tanaman,
memperpendek
dengan
teknik
DN A
jangka
waktu
untuk
konvensional
dalam
memperoleh galur tanaman baru . Meskipun
penerapan
teknologi
pertanian mempunyai beberapa kelemahan, namun disisi yang lain teknologi konvensional konvensional juga mempunyai beberapa keuntungan atau kelebihan disbanding dengan bioteknologi modern . Kelebihan utama penerapam teknologi konvensional adalah biaya yang relative jauh lebih murah dibandingkan dengan pendekatan bioteknologi modern. Penerapan bioteknologi modern dalam pertanian memerlukan biaya yang tinggi dan kecanggihan teknologi yang belum tentu dikuasai oleh banyak pihak . Selain itu,
jasad-jasad alami, baik tanaman maupun mikrobia, pada umumnya sudah teradaptasi dengan suatu ekosistem tertentu . Sebaliknya, jasad-jasad transgenic adalah jasad yang dikembangkan dalam lingkungan laboratorium sehingga memerlukan proses adaptasi jika akan digunakan di suatu ekosistem yang baru. Selain itu, sampai saat ini belum diketahui pengaruh jangka panjang penyebarluasan jasad transgenic di alam terhadap ekosistem maupun keanekaragaman hayati .
Dikutip dari buku Bioteknologi pertanian oleh Triwibowo Yuwono Yuwono
