Pesatnya
perkembangan teknologi di bidang sains menciptakan berbagai macam produk yang
memberikan manfaat untuk kehidupan manusia. Salah satunya adalah kemajuan
yang telah dicapai dalam bidang bioteknologi dan teknik DNA rekombinan. Peran
bioteknologi dapat digunakan di berbagai bidang, misalnya bidang perkebunan dan
pertanian. Berbagai macam produk dari hasil rekayasa genetika telah bermunculan
dan memberikan segudang manfaat untuk kehidupan makhluk hidup.
Contoh
kemajuan bioteknologi di bidang perkebunan dan pertanian adalah bakteri
transgenik, yang dikenal dengan ice-minus bacteri. Bakteri ini dihasilkan dari
hasil rekayasa genetika bakteri Pseudomonas
syringae dan Escheria coli. Riset
yang dilakukan di California pada tahun 1987 ini dilatar belakangi oleh
permasalahan yang terjadi pada sejumlah tanaman ketika musim dingin. Tanaman
yang tumbuh di daerah yang mengalami empat musim tidak dapat bertahan hidup
layaknya tanaman yang tumbuh di daerah yang mengalami dua musim. Karena adanya
permasalahan tersebut, maka ketika itu Advanced Genetic Sciences (AGS) mencari solusi dengan cara merekasaya bakteri
transgenik dari bakteri Pseudomonas syringae. Bakteri Pseudomonas syringae dapat bertahan
hidup pada suhu yang rendah. Namun, bakteri Pseudomonas
syringae dapat merusak jaringan tanaman dan menyebabkan kematian tanaman.
Oleh karena itu dilakukan rekayasa genetik antara bakteri Pseudomonas syringae dan bakteri Escheria coli yang akan menghasilkan bakteri transgenik atau Ice- Minus
bacteria.
Bakteri Ice-Minus
merupakan nama umum dari varian bakteri Pseudomonas syringae yang direkayasa
gennya untuk melindungi tanaman dari kerusakan pada saat salju turun dikala
musim dingin. Ice minus bacteria merupakan bakteri transgenik karena DNA yang
terdapat pada bakteri Pseudomonas
syringae disisipkan ke dalam DNA bakteri Escheria coli. Kemudian bakteri transgenik tersebut disemprotkan ke
tanaman agar tidak terjadi kerusakan pada daun, batang, dan organ lainnya. Kerusakan
tanaman dapat dilihat dari daunnya berwarna kuning, coklat, bahkan kehitaman
pada daun.
Mungkin akan
timbul pertanyaan dalam pikiran kita kenapa harus dilakukan rekayasa genetik ? Padahal
Pseudomonas syringae memiliki sifat
resisten pada suhu rendah ?. Hal ini dikarenakan DNA Pseudomonas syringae tidak memiliki kemampuan untuk menghasilkan protein
permukaan tertentu. Di luar dinding selnya terdapat protein es plus yang
berfungsi sebagai pusat nukleasi untuk kristal es. Protein ini memfasilitasi
pembentukan es. Varian es minus dari Pseudomonas
syringae adalah mutan, tidak memiliki gen yang bertanggung jawab atas
nukleasi protein permukaan es. Protein inti es yang dihasilkan oleh bakteri ini
terletak pada membran luar
dan asam amino yang menyusun protein tersebut sebagian besar bersifat
hidrofilik sehingga dapat berasosiasi dengan air.
Pseudomonas syringae
Pseudomonas syringae adalah bakteri gram negatif, aerobik,
berbentuk batang, dan memiliki flagela polar.
Secara biokimia,
bakteri ini dapat diuji dengan menggunakan uji oksidase dan arginin hidrosilase yang akan
menunjukkan hasil negatif. Pseudomonas syringae merupakan
mikroorganisme yang terdapat dalam setiap kubik udara (40 mikroorganisme/kubik)
dan memiliki 58-60% GC (guanin sitosin). Pseudomonas
syringae dapat ditemukan pada tanaman, tanah, dan udara, tapi umumnya
memiliki habitat pada permukaan daun berbagai tanaman sehingga termasuk bakteri
filosfer dan merupakan patogen pada
beberapa spesies tanaman tertentu.
Escheria coli
Kenapa
menggunakan bakteri Escheria coli ? Escheria
coli merupakan bakteri berbentuk batang dengan panjang sekitar 2
micrometer dan diamater 0.5 micrometer. Volume sel E. coli berkisar 0.6-0.7
micrometer kubik. Bakteri ini termasuk umumnya hidup pada rentang 20-40 derajat
C, optimum pada 37 derajat. Hampir semua rekayasa genetika di dunia
bioteknologi selalu melibatkan E. coli akibat genetikanya yang
sederhana dan mudah untuk direkayasa. Riset di E. coli menjadi
model untuk aplikasi ke bakteri jenis lainnya. Bakteri ini juga merupakan media
cloning yang paling sering dipakai. Teknik recombinant DNA tidak akan ada tanpa
bantuan bakteri ini, termasuk bakteri Ice-Minus ini.
Tanpa adanya bakteri Pseudomonas syringae,
tanaman tidak dapat bertahan di musim dingin yang
bersuhu di bawah 0 °C, walaupun air yang berada di permukaan daun sangat
dingin (disebut supercools). Kehadiran bakteri Pseudomonas syringae membuat air superscools dipermukaan daun
menjadi inti es yang akan memicu pembentukan kristal es. Terbentuknya kristal
es di permukaan daun menjadikan jaringan yang didalamnya mengalami luka beku
(frost injury atau frost damage) dan mengakibatkan penurunan kemampuan
berfotosintesis yang berakhir dengan kematian tanaman tersebut.
Proses rekayasa genetika
Langkah-langkah yang
digunakan untuk mengisolasi dan menghasilkan jenis es minus dari Pseudomonas
syringae adalah : 1)
Memotong DNA Pseudomonas syringae dengan enzim restriksi. 2)
Masukkan potongan DN ke dalam plasmid. Plasmid pada bakteri berfungsi untuk
transfer sel. Penyisipan DNA akan dilakukan secara acak, sehingga memungkinkan
untuk menghasilkan variasi DNA rekombinasi. 3) Mengubah bakteri gen Escherichia coli (E. coli) dengan plasmid rekombinan. Plasmid akan diambil oleh
bakteri, menyumbangkan bagian dari DNA organisme. 4) Identifikasi gen es dari
E.coli baru dikembangkan berbagai coli recombinants. Rekombinan E.coli dengan
gen-es akan memiliki es-nukleasi. Fenotipe ini akan menjadi “es-plus.” 5)
Dengan identifikasi es nukleasi rekombinan, mengamplifikasi gen es dengan
teknik seperti reaksi berantai polimerase (PCR). 6) Membuat klon mutan dari gen
es melalui pengenalan agen mutagenik seperti radiasi UV untuk menonaktifkan gen
es, menciptakan gen “Ice Minus”. 7) Mengulangi langkah sebelumnya (memasukkan
gen ke plasmid, transformasi E.coli, mengidentifikasi rekombinan), mutan klon
diciptakan untuk mengidentifikasi bakteri dengan gen Ice Minus. . Mereka akan
memiliki fenotipe es-minus yang diinginkan. 8) Memasukkan gen Ice Minus ke
normal, es-plus bakteri Pseudomonas syringae.
Adanya bakteri
Ice-Minus bukanlah tanpa sebab namun berdasarkan tujuan yang ingin dicapai sebagai
solusi untuk sebuah permasalahan. Dengan tercapainya tujuan tersebut, ternyata
bakteri ini tidak hanya digunakan untuk menyemprot tanaman seiring berjalannya
waktu. Bakteri ini dimanfaatkan untuk pengawet makanan dalam industi pangan dan juga
bahan pendukung untuk tempat seluncur es (ice skating).
. Kekurangan
dari bakteri Ice Minus adalah kontroversi terutama seputar kekhawatiran
akan memperkenalkan organisme baru yang dapat secara permanen mengganggu
ekosistem. Dampak lain yang tidak langsung dari aktivitas nukleasi es olehPseudomonas
syringae adalah matinya bakteri-bakteri lain, termasuk bakteri yang
bersimbiosis mutualisme dengan
tanaman dan berhabitat di permukaan daun karena kondisi ekstrem yang terjadi
ketika partikel es mencair.
Bashan, Yoav dan Luz E, de-Bashan. 2002. Journal Reduction
of bacterial speck (Pseudomonas syringae pv. tomato) of tomato by
combined treatments of plant growth-promoting bacterium, Azospirillum
brasilense, streptomycin sulfate, and chemo-thermal seed treatmen. Diunduh
pada tanggal 15 Maret 2014, pukul 19.02 WIB.
Hardy, Jay dan David Sands. 2012. Journal The
Rain-Making Bacteria. Diunduh pada tanggal 15 Maret 2014, pukul 22.51
WIB.
Visnapuu, Triinu. 2012. Journal Levansucrases
encoded in the genome ofPseudomonas syringae pv. tomato
DC3000:heterologous expression, biochemicalcharacterization, mutational
analysis andspectrum of polymerization products. Diunduh pada tanggal 15
Maret 2014, pukul 21.09 WIB.
John
M. Love dan William H. Lesser. The
Potential Impact Of Ice Minus Bacteria
As A Frost Protectant In New York Tree Fruti Production. 1989. http://econpapers.repec.org/article/agsnejare/28801.htm
Marcia
Barinaga. Field test of ice-minus bacteria goes ahead despite vandals.1987. http://www.foet.org/past/documents/NatureApril301987.pdf.
Sparrow
Smith. Pseudomonas Syringae . 2009.
