Bioteknologi Pertanian

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 DNA, 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 (DNA) 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 1680. Penemuan

penting

lainnya

yang

mempengaruhi

perkembangan bioteknologi adalah pengenalan konsep pewarisan sifat yang dilakukan oleh Gregor Mendel pada awal abad 20. 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 Avery, Colin Macleod, dan Maclyn McCarty pada tahun 1944 menunjukkan

bahwa

the

transforming

principle

tersebut

merupakan senyawa asam nukleat tipe dioksiribosa. Penemuan sangat penting lainnya adalah elusidasi struktur 3 dimensi DNA 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 DNA serta 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 DNA secara spesifik. Enzim tersebut dikenal sebagai enzim endonuklease restriksi. Enzim endonuklease restriksi dapat mengenali dan memotong suatu urutan nukleotida tertentu pada molekul DNA yang spesifik. Penemuan enzim endonuklease restriksi

diikuti

oleh

penemuan

enzim

lain

yang

dapat

menyambung potongan DNA dan disebut sebagai enzim DNA ligase. Dengan menggunakan dua macam enzim tersebut, pada awal tahun 1970an Paul Berg berhasil melakukan eksperimen penyambungan molekul DNA suatu virus sehingga diperoleh suatu molekul DNA rekombinan. Eksperimen Paul Berg tersebut merupakan eksperimen yang pertama kali dilakukan di dunia sehingga akhirnya Paul Berg memperoleh hadiah Nobel untuk penemuannya tersebut. Eksperimen DNA rekombinan yang dilakukan oleh Paul Berg tersebut akhirnya menjadi titik awal perkembangan teknologi baru

yang

dikenal

dengan

rekayasa

genetik.

Dengan

berkembangnya teknologi DNA 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 DNA 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

Biologi molekular

Biokimia/ kimia Rekayasa kimia

Elektronik

Ilmu pangan

Teknologi pangan

Genatika Rekayasa Mekanik

Bioteknologi

Komputer B

ioteknologi pertanian

Bioteknologi Industri

Bioteknologi 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 persoalanpersoalan 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

budidayanya.

Sebagai

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 DNA 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 DNA 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

DNA

jangka

waktu

untuk

konvensional

dalam

memperoleh galur tanaman baru. Meskipun

penerapan

teknologi

pertanian mempunyai beberapa kelemahan, namun disisi yang lain teknologi 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