Kultur sel Hewan dan Hewan Transgenik
Kultur sel hewan
adalah sistem menumbuhkan sel manusia maupun hewan untuk tujuan memproduksi
metabolit tertentu. Pada saat sekarang aplikasi dari system ini banyak
digunakan untuk menghasilkan untuk menghasilkan produk-produk farmasi dan kit
diagnostik dengan kebanyakan jenis produk berupa molekul protein kompleks. Hal
yang paling mendorong kearah aplikasi ini adalah karena biaya operasionalnya
yang tinggi, terutama medium. Selain itu system metabolisme sel hewan tidak
“seramai” pada system metabolisme sel tanaman. Sekalipun demikian ada aplikasi
yang berhubungan tidak langsung dengan masalah pangan, misalnya: penetapan
jenis kelamin dari embrio yang akan ditanam, penentuan masa ovulasi dari sapid
an fertilisasi in vitro untuk hewan. Aadapun contoh-contoh produk yang biasa
dihasilkan oleh sel hewan misalnya: interferon, tissue plasminogen activator,
erythroprotein, hepatitis B surface antigen.
Hewan transgenic
adalah hewan yang menerima gen pindahan dari organisme lain (atau hewan yang
sama) untuk tujuan-tujuan yang tentunya dianggap menguntungkan bagi manusia.
Ada jenis hewan transgenik yang dianggap sebagai system produksi yang lebih
baik bagi beberapa protein yang biasanya doproduksi oleh sisitem sel hewan,
salah satu contohnya adalah produksi t-PA oleh tikus yang depresi pada susu.
Dunia perikanan pun tak ketinggalan dengan mengklon gen beku pada ikan salmon
agar tahan dingin sehingga menunda masa bertelur dan sebagai gantinya
meningkatkan bobot badannya.
Rekayasa Protein
Aplikasi rekayasa
protein dalam bidang pangan melibatkan dua hal: (i) enzim melalui modifikasi
molekul protein dan (ii) modifikasi protein pangan untuk mengubah sifat
fungsionalnya. Dalam hal tujuan pertama sasarannya stabilitas enzim pada
kondisi-kondisi khusus. Sasaran tujuan kedua misalnya memperbaiki sifat
elastisitas, kemampuan membentuk emulsi atau kemampuan menstabilkan tekstur.
Contoh nyata dalam
teknologi enzim misalnya perbaikan kestabilan termal dari enzim glukosa
isomerase. Gukosa isomerase dari Actinomycetes missouriensis mengalami
penggantian arginin oleh lisan pada posisi 253 (K253Rl) menghasilkan jembatan
garam yang lebih kuat antar permukaan dimmer sehingga menjadi lebih tahan panas
lebih rendah (sekitar 5.8). Dalam hal modifikasi sifat-sifat fungsional belum
ada contoh nyata yang menerangkan hubungan struktur molekul dan fungsi,
ditambah lagi dengan hal-hal lain seperti interaksi yang komplek antar molekul
protein dengan makromolekul dan mikromolekul. Pemikiran awal terfokus pada
pembentukan hambatan disulfida.
Hasil dari
Bioteknologi Pangan
Teknik-teknik
bioteknologi tanaman telah dimanfaatkan terutama untuk memberikan karakter baru
pada berbagai jenis tanaman. Penekanan pemberian karakter tersebut dapat
dibagi kedalam beberapa tujuan utama yaitu peningkatan hasil, kandungan
nutrisi, kelestarian lingkungan, dan nilai tambah tanaman-tanaman tertentu.
Sebagai contoh, beberapa tanaman transgenik yang dikembangkan adalah:
Peningkatan kandungan nutrisi: Pisang,
cabe, raspberries, stroberi, ubi jalar
Peningkatan rasa: tomat dengan pelunakan
yang lebih lama, cabe, buncis, kedelai
Peningkatan kualitas: pisang, cabe,
stroberi dengan tingkat kesegaran dan tekstur yang meningkat
Mengurangi alergen: polong-polongan
dengan kandungan protein allergenik yang lebih rendah
Kandungan bahan berkhasiat obat: tomat
dengan kandungan lycopene yang tinggi (antioksidan untuk mengurangi kanker),
bawang dengan kandungan allicin untuk menurunkan kolesterol, padi dengan
kandungan vitamin A dan besi untuk mengatasi anemia dan kebutaan
Tanaman untuk produksi vaksin dan
obat-obatan untuk mengobati penyakit manusia
Tanaman dengan kandungan nutrisi yang
lebih baik untuk pakan ternak, dan lain-lain
Selain itu,
pemanfaatan bioteknologi tanaman seperti rekayasa genetika juga dapat
memudahkan petani dalam budidaya tanaman. Misalkan dalam pengendalian gulma
yaitu dengan menghasilkan tanaman yang memiliki ketahanan terhadap jenis
herbisida tertentu. Sebagai contoh adalah Roundup Ready yang terdiri dari
kedelai, canola dan jagung yang tahan terhadap herbisida Roundup. Di dunia saat
ini telah banyak dilepas berbagai tanaman transgenik. Sebagai contoh, di
Asia yaitu di China pada tahun 2006 saja, telah telah ada sekitar 30 spesies
tanaman transgenik, antara lain padi, jagung, kapas, rapeseed, kentang, kedelai,
poplar, tomat (delay ripening dan ketahanan virus), petunia (warna bunga),
paprika (virus resistance), kapas (ketahanan hama) yang telah dilepas untuk
produksi.
Kemajuan dan penerapan
bioteknologi tanaman tidak terlepas dari tanaman pangan. Untuk memenuhi
kebutuhan pangan dunia termasuk kebutuhan nutrisi, kemajuan bioteknologi telah
mewarnai trend produksi pangan dunia. Padi saat ini masih merupakan tanaman
pangan utama dunia. Dengan demikian prioritas utama untuk teknik biologi
molekuler dan transgenik saat ini masih diutamakan pada padi. Selain karena
merupakan tanaman pangan utama, padi memiliki genom dengan ukuran sehingga
dapat digunakan sebagai tanaman model utama. Selain padi tanaman pangan yang
telah banyak mendapat sentuhan bioteknologi adalah kentang. Adapun beberapa
contoh dan paparannya adalah sebagai berikut.
Golden Rice
Penerapan bioteknologi
pada tanaman padi sebenarnya telah lama dilakukan namun menjadi sangat
terdengar ketika muncul golden rice pada tahun 2001 yang diharapkan dapat
membantu jutaan orang yang mengalami kebutaan dan kematian dikarenakan
kekurangan vitamin A dan besi. Vitamin A sangat penting untuk penglihatan,
respon kekebalan, perbaikan sel, pertumbuhan tulang, reproduksi, hingga penting
untuk pertumbuhan embrionik dan regulasi gen-gen pendewasaan.
Luasan lahan pertanian
yang semakin sempit mengakibatkan produksi perlahan harus ditingkatkan.
Peningkatan ini tidak hanya berupa peningkatan bobot panen namun juga nutrisi
atau nilai tambah. Oleh sebab itu dari suatu luasan yang sebelumnya hanya
menghasilkan karbohidrat diharapkan dapat ditambah dengan vitamin dan mineral.
Hal inilah yang mendorong para peneliti padi mengembangkan Golden Rice. Pada
awalnya penelitian dilakukan untuk meningkatkan kandungan provitamin A berupa
beta karoten, dan saat ini fokus penelitian tetap dilakukan.
Nama Golden Rice
diberikan karena butiran yang dihasilkan berwarna kuning menyerupai emas.
Rekayasa genetika merupakan metode yang digunakan untuk produksi Golden Rice.
Hal ini disebabkan karena tidak ada plasma nutfah padi yang mampu untuk
mensintesis karotenoid. Pendekatan transgenik dapat dilakukan karena adanya
perkembangan teknologi transformasi dengan Agrobacterium dan ketersediaan
informasi molekuler biosintesis karotenoid yang lengkap pada bakteri dan
tanaman. Dengan adanya informasi tersebut terdapat berbagai pilihan cDNA.
Produksi prototype Golden Rice menggunakan galur padi japonica (Taipe 309),
teknik transformasi menggunakan agrobacterium danbeberapa gen penghasil beta
karoten tanaman daffodil hingga bakteri.
Hasil Bioteknologi
pada Tanaman Kentang
Tanaman pangan dunia
yang tidak kalah penting adalah kentang. Seperti halnya padi, kentang juga
menjadi komoditas utama yang menjadi obyek penerapan bioteknologi tanaman.
Teknik bioteknologi saat ini telah banyak digunakan dalam produksi kentang.
Baik dalam teknik penyediaan bibit, pemuliaan kentang, hingga rekayasa genetika
untuk meningkatkan sifat-sifat unggul kentang. Dalam hal penyediaan bibit, saat
ini teknik kultur jaringan telah banyak digunakan. Teknik kultur jaringan
memungkinkan petani mendapatkan bibit dalam jumlah besar yang identik dengan
induknya.
Teknik kultur jaringan
juga dapat digunakan untuk menghasilkan umbi mikro (microtuber). Produksi
kentang dari umbi mikro dan umbi konvensional menurut penelitian tidak berbeda
nyata. Skema produksi bibit kentang melalui teknik kultur jaringan. Umbi mikro
kentang Selain itu teknik kultur jaringan pada tanaman kentang juga bermanfaat
terutama untuk preservasi in vitro, fusi protoplas dan membantu dalam seleksi
pada skema pemuliaan tanaman. Pemuliaan kentang dilakukan untuk meningkatkan
sifat-sifat unggul dan menambah sifat baru sesuai kondisi yang diharapkan.
Salah satu kendala utama produksi kentang adalah serangan penyakit yang tinggi
sehingga pemuliaan kentang sering diarahkan untuk meningkatkan tingkat
ketahanan tanaman terhadap penyakit. Jika dilakukan secara konvensional
diperlukan sedikitnya 15 tahun untuk menghasilkan kultivar baru. Hal ini
terjadi karena kentang komersial pada umumnya adalah tetraploid sehingga
persilangan kentang akan menghasilkan keragaman yang sangat tinggi. Untuk
mengatasi permasalahan ini teknik seleksi awal dengan teknik in vitro telah
dilakukan serta dapat juga dilakukan melalui marker assisted
breeding (MAS). Untuk meningkatkan sifat ketahanan dan sifat lain
pendekatan rekayasa genetika juga telah dilakukan melalui fusi protoplast dan
tranformasi genetik.
Contoh pemanfaatan
teknik transformasi agrobacterium pada tanaman kentang adalah dengan
menyisipkan gen dari spesies liar yaitu Rpi-blb, Rpi-blb2 yang dapat
meningkatkan ketahanan terhadap Phytopthora infestans. Kentang tersebut
dinamakan dengan kultivar Kathadin. Contoh lain adalah kentang dengan kandungan
pati yang tinggi yang dapat menghasilkan kentang goreng dan kripik kentang
dengan kualitas yang lebih baik karena menyerap lebih sedikit minyak ketika
digoreng. Kentang ini dirakit dengan rekayasa genetika dengan menginsert gen
dari bakteri ke kentang Russet Burbank. Gen tersebut dapat meningkatkan
kandungan pati umbi yang dihasilkan dan menurunkan penyerapan minyak sewaktu
digoreng. Hal ini dianggap menguntungkan karena dapat menurunkan biaya produksi
sekaligus lebih sehat bagi konsumen.
Hasil penerapan
bioteknologi tanaman pada tanaman hortikultura
Dengan semakin
meningkatnya pendapatan dan kesadaran masyarakat akan arti penting kesehatan,
kebutuhan akan produk-produk hortikultura sebagai sumber vitamin meningkat.
Selain itu dari sisi kesehatan mental, kebutuhan produk hortikultura yang lain
yaitu berbagai tanaman hias turut meningkat. Teknik kultur jaringan telah
dimanfaatkan secara luas pada tahaman hortikultura, seperti perbanyakan klonal
yang dikombinasikan dengan teknik bebas virus pada kentang, pisang, anggur,
apel, pear dan berbagai jenis tanaman hias, serta penyelamatan embrio untuk
mendapatkan tanaman hibrida dari hasil persilangan interspecies. Teknologi
rekayasa genetika juga telah diaplikasikan pada tanaman
hortiklutura. Sebagai contoh yang cukup terkenal adalah Tomat FlavrSavr.
Tomat merupakan salah satu produk hortikultura utama. Seperti produk
hortikultura pada umumnya, tomat memiliki shelf-life yang pendek.
Shelf-life yang pendek
ini disebabkan dengan aktifnya beberapa gen seperti pectinase saat tomat
mengalami kematangan. Dengan kondisi seperti ini, tomat sulit sekali untuk
dipasarkan ke tempat yang jauh terlebih untuk ekspor. Biaya pengemasan
sangat mahal seperti menyediakan box yang dilengkapi pendingin. Untuk mengatasi
hal ini para peneliti di Amerika mencoba merekayasa kerja gen polygalacturonase
(PG) yang berasosiasi dengan shelf-life tomat yaitu dengan menginsert antisense
dari gen PG.
Dengan demikian
shelf-life tomat menjadi lebih lama. Tomat ini dinamakan dengan FlavrSavr. Pada
industri tanaman hias, teknik kultur jaringan telah digunakan secara meluas
pada berbagai tanaman hias. Teknik kultur jaringan yang diaplikasikan mencakup
kultur meristem, organogenesis dan somatic embryogenesis, konservasi, eliminasi
patogen.
Sementara itu untuk
meningkatkan keragaman dapat memanfaatkan adanya variasi somaklonal. Hal ini
sangat penting dilakukan mengingat tanaman hias kebanyakan dinilai dari segi
estetika dan kelangkaannya, serta bentuk-bentuk baru seperti bentuk serta warna
daun dan bunga, arsitektur tanaman, serta sifat-sifat unik tanaman tertentu.
Teknik lain untuk keperluan ini adalah mutasi. Pada industri tanaman hias dalam
pot sering digunakan Zat Pengatur Tumbuh untuk mengatur pola pertumbuhan dan
perkembangan tanaman. Contohnya adalah penggunaan retardan untuk membuat
pertumbuhan menjadi pendek dan meroset.
Pemanfaatan rekayasa
genetika pada tanaman hias berpotensi untuk menambahkan sifat-sifat baru yang
unik. Contoh tanaman yang telah direkayasa antara lain krisan dan mawar dengan
tingkat ketahanan dan vase life yang lebih tinggi. Somatic embryogenesis
Euphorbia pulcherrima. Hasil variasi somaklonal pada spesies Anthurium
Hasil penerapan
bioteknologi tanaman pada tanaman perkebunan
Bioteknologi juga
diterapkan pada beberapa tanaman perkebunan seperti tebu, tembakau, kelapa
sawit dan lain-lain. Hingga saat ini kapas merpuakan komoditas yang paling
banyak mendapat sentuhan bioteknologi. Di Amerika, hingga saat ini tanaman
transgenik yang paling banyak dilepas adalah kapas.
Kapas transgenik yang
terkenal adalah kapas Bt (Bacillus thuringiensis). Dengan introduksi gen Bt ke
tanaman kapas, tanaman kapas menjadi tahan terhadap hama yang disebabkan
tanaman dapat memproduksi protein Bt-toxin. Bt pertama ditemukan tahun 1911 dan
terdaftar sebagai biopestisida di Amerika Serikat tahun 1961.
Salah satu dari sekian
banyak kerugian merokok adalah gangguan kesehatan karena kadar nikotin yang
tinggi. Pendekatan bioteknologi dilakukan untuk mengatasi permasalahan ini
yaitu dengan merakit tanaman tembakau yang bebas kandungan nikotin. Dengan cara
ini perokok dapat terkurangi resiko gangguan kesehatannya.
Pada tahun 2001 jenis
tembakau ini diklaim dapat mengurangi resiko serangan kanker akibat merokok.
Selain bebas nikotin, sentuhan bioteknologi lain juga dilakukan untuk tanaman
tembakau misalnya dengan meningkatkan aroma menggunakan gen aroma dari tanaman
lain. Salah satu yang telah berhasil adalah menggunakan monoterpene synthase
dari lemon.
Jagung penangkal AIDS?
ProdiGene Inc. of College Station, Texas, menjadi perusahaan
pertama yang berhasil memodifikasi tanaman untuk menghasilkan protein tertentu
yang berfungsi sebagai obat. Produknya adalah trypsin, insulin, dan obat
penting lainnya yang akan dimasukkan ke dalam jagung oleh ProdiGene. Jagung ini
hanya sebuah permulaan dari banyak cara untuk mengobati penyakit.
Para peneliti sedang mengujinya pada kentang, tomat, dan wortel
untuk menghasilkan vaksin hepatitis B. Para peneliti tersebut memodifikasi
tomat, bayam, dan melon untuk menghasilkan vaksin rabies. Tomat yang diuji
tersebut telah melewati tahap awal pengujian sebagai vaksin untuk virus
syncytal pernapasan yang mengakibatkan penyakit pada bayi dan orang dewasa.
Kedelai biotek muncul menjadi obat untuk penyakit herpes,
sementara sawi sedang diuji untuk perawatan hepatitis B dan C. Ada juga rumor
yang berkembang yang mengatakan bahwa sedang dikembangkan vaksin AIDS di dalam
tanaman jagung. Semua vaksin dan perawatan potensial ini berbasis pada protein
bukan bahan kimia. Protein ini dihasilkan oleh gen makhluk hidup.
Tanaman dapat menghasilkan jumlah protein yang besar yang tidak
dapat kita proses dalam tubuh kita (seperti insulin dalam kasus diabetes) atau
tubuh kita menghasilkannya dalam jumlah yang terlalu sedikit untuk melawan
penyakit.
Tomat pengobat kanker
Sebuah tim ilmuwan dari Purdue University dan Departemen
Pertanian Amerika Serikat (USDA) telah mengembangkan tomat yang tiga setengah
kali lebih banyak mengandung lycopene dan antioxidant untuk melawan kanker
dibandingkan varietas-varietas tomat yang ada sekarang ini. Saat mengembangkan
tomat untuk makanan yang memiliki kualitas lebih tinggi dan kematangan yang
dapat ditunda, tim ini juga menemukan bahwa tomat tersebut memiliki lebih
banyak antioxidant dibandingkan varietas-varietas tomat yang ada sekarang.
Avtar Handa, seorang Profesor hortikultura di Purdue University
mengatakan bahwa ini adalah salah satu contoh pertama peningkatan nilai gizi
makanan melalui bioteknologi. "Sebenarnya ini contoh pertama penggunaan
bioteknologi untuk meningkatkan nilai gizi pada buah-buahan," ungkapnya.
Penelitian ini diumumkan pada edisi Juni 2002 di Nature Biotechnology.
Pengajuan untuk hak paten telah diisi atas nama pemilikan bersama USDA dan
Yayasan Penelitian Purdue University. Prof. Handa mengatakan teknik yang
digunakan dalam penelitian juga digunakan untuk meningkatkan antioxidant pada
makanan lainnya." Kami sangat gembira dengan hal ini, bukan saja karena
hasilnya meningkatkan lycopene pada tomat, tapi kami pikir hal ini dapat juga
digunakan untuk meningkatkan kandungan phytonutrient buah dan sayuran
lainnya," demikian ungkapnya.
Sementara itu, Lutz Nover dan timnya dari Biologi Molekuler
Departemen di Johann Wolgang Goethe-Universitat Frankfurt telah berhasil
mengidentifikasi protein yang disebut HsfA1 sebagai regulator respons tomat
terhadap suhu. HsfA1 mengaktifkan ekspresi gen yang menyandikan protein
ketahanan terhadap panas.
" HsfA1 memiliki fungsi tersendiri sebagai regulator yang dapat memberikan thermotolerance," ungkap Nover. Pemahaman yang lebih jauh tentang respon tomat terhadap panas akan sangat berharga bagi para ilmuwan bioteknologi pertanian untuk mencari cara modifikasi gen pertumbuhan dan pematangan.
Vaksin dalam Kentang.
" HsfA1 memiliki fungsi tersendiri sebagai regulator yang dapat memberikan thermotolerance," ungkap Nover. Pemahaman yang lebih jauh tentang respon tomat terhadap panas akan sangat berharga bagi para ilmuwan bioteknologi pertanian untuk mencari cara modifikasi gen pertumbuhan dan pematangan.
Vaksin dalam Kentang.
DNA Inc., sebuah perusahaan bioteknologi mengumumkan akan segera
memasarkan vaksin transgenik untuk melindungi hewan ternak dari penyakit yang
mematikan. "Vaksin ini masih dalam tahap pengujian terakhir dan hasilnya
akan segera dimumkan dalam beberapa bulan mendatang," ungkap Dominic Lam,
pemegang saham mayoritas di perusahaan tersebut. Vaksin transgenik ini
berbentuk pakan yang dihasilkan dari tanaman transgenik juga.
" Akhir tahun 80-an saya berpikir tentang vaksin yang tidak mahal dan mudah penggunaannya," ungkap Lam, yang merupakan salah satu direktur pendiri Hong Kong Institute of Biotechnology antara 1988 dan 1992. Kemudian Lam bersama Charles Arntzen membentuk sebuah tim di AS pada tahun 1995 untuk mengembangkan teknologi mentransplantasi protein vaksin kedalam tanaman yang dapat dijadikan pakan seperti tomat dan kentang.
" Akhir tahun 80-an saya berpikir tentang vaksin yang tidak mahal dan mudah penggunaannya," ungkap Lam, yang merupakan salah satu direktur pendiri Hong Kong Institute of Biotechnology antara 1988 dan 1992. Kemudian Lam bersama Charles Arntzen membentuk sebuah tim di AS pada tahun 1995 untuk mengembangkan teknologi mentransplantasi protein vaksin kedalam tanaman yang dapat dijadikan pakan seperti tomat dan kentang.
Teknologi transplantasi ini disebut teknologi deoxyribonucleic
acid (DNA), yaitu memindahkan gen dari satu spesies ke spesies yang lain. Namun
untuk vaksin manusia memerlukan waktu yang lama mendapatkan persetujuan dari
Food and Drug Administration (FDA), Lam memutuskan untuk memanfaatkan teknologi
tersebut ke hewan ternak.
" Saat saya di Hong Kong tahun 1988 melihat Cina memiliki banyak penyakit hewan yang sangat merugikan dan mereka tidak memiliki vaksin yang ampuh," imbuh Lam. Ia membentuk tim bersama Fred Leung, dekan di Universitas Hong Kong untuk mencobakan teknologi DNA ini kedalam pakan ternak. Ia kemudian mendirikan DNA Inc. untuk lebih memfokuskan diri pada pengembangan beberapa vaksin transgenik, dengan mananamkannya di dalam pakan tersebut.
" Pengujian vaksin hewan ini sedang dilakukan pada babi," kata Lam. "Kita akan mengetahui hasilnya dalam beberapa bulan mendatang." Lam mengatakan bahwa transplantasi vaksin ke dalam pakan ternak dapat menggantikan penyuntikan vaksin yang sangat umum digunakan.
" Jika Anda menguji suatu vaksin, itu hanya akan membutuhkan waktu sekitar dua atau tiga bulan," ungkapnya. Karena vaksin tersebut berdasarkan DNA dan protein, mereka tidak memiliki efek samping."
" Saat saya di Hong Kong tahun 1988 melihat Cina memiliki banyak penyakit hewan yang sangat merugikan dan mereka tidak memiliki vaksin yang ampuh," imbuh Lam. Ia membentuk tim bersama Fred Leung, dekan di Universitas Hong Kong untuk mencobakan teknologi DNA ini kedalam pakan ternak. Ia kemudian mendirikan DNA Inc. untuk lebih memfokuskan diri pada pengembangan beberapa vaksin transgenik, dengan mananamkannya di dalam pakan tersebut.
" Pengujian vaksin hewan ini sedang dilakukan pada babi," kata Lam. "Kita akan mengetahui hasilnya dalam beberapa bulan mendatang." Lam mengatakan bahwa transplantasi vaksin ke dalam pakan ternak dapat menggantikan penyuntikan vaksin yang sangat umum digunakan.
" Jika Anda menguji suatu vaksin, itu hanya akan membutuhkan waktu sekitar dua atau tiga bulan," ungkapnya. Karena vaksin tersebut berdasarkan DNA dan protein, mereka tidak memiliki efek samping."
Tidak ada komentar:
Posting Komentar