bioteknologi pertanian
TRANSCRIPT
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 Genatika
Rekayasa kimia Elektronik
Ilmu pangan Rekayasa Mekanik
Teknologi pangan 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 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 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 sifat-
sifat seperti yang dikehendaki. Sedangkan penerapan bioteknologi
modern dalam pemuliaan tanaman, dengan teknik DNA
rekombinan, dapat memperpendek jangka waktu untuk
memperoleh galur tanaman baru.
Meskipun penerapan teknologi konvensional dalam
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