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