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.
" 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.
" 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.
" 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