Panen Biotek Berikutnya

Sekilas, bagian industri yang sudah tua di Cambridge, Mass., tampaknya merupakan tempat yang aneh untuk mencari masa depan pertanian. Satu-satunya tanaman adalah rumput liar di sepanjang rel kereta api dan semak belukar yang dirawat dengan baik serta pohon-pohon yang menghiasi pintu masuk ke bisnis teknologi tinggi yang meremajakan daerah tersebut. Pusat pertanian Amerika Serikat adalah seribu mil jauhnya.



Dan Anda tidak akan menemukan rumah kaca atau pot tanaman percobaan di dalam Cereon Genomics. Sepertinya lab genetika molekuler lainnya. Teknisi menyiapkan sampel berkode batang; di dekatnya, deretan instrumen canggih yang awalnya dikembangkan untuk mengurutkan gen manusia membentuk jalur manufaktur berkecepatan tinggi. Bedanya, bahan baku untuk pabrik gen ini sering berupa potongan tanaman, dan produknya adalah informasi tentang DNA tanaman—cetak biru genetiknya.

Bell Labs Sudah Mati, Bell Labs Hidup Panjang

Cerita ini adalah bagian dari edisi September 1998 kami





  • Lihat sisa masalah
  • Langganan

Dari kantor pojoknya, Roger Wiegand mengangkat alisnya ke arah peralatan otomatis di belakangnya. Wiegand adalah direktur teknologi genomik Cereon-ilmu mengidentifikasi gen dan fungsinya. Mungkin tidak ada tanaman hijau di sekitar, tetapi untuk ahli biologi molekuler yang sudah lama, kata Wiegand, menjalankan lab Cereon seperti menjadi anak kecil di pabrik permen.

Kegembiraan didasarkan pada keyakinan bahwa informasi gen yang dipanen di Cereon-dan di laboratorium genomik tanaman lain yang tumbuh di seluruh dunia-akan membantu benih transformasi pertanian biotek. Monsanto, raksasa pertanian dan farmasi yang berbasis di St. Louis, akhir tahun lalu berkomitmen untuk menghabiskan lebih dari 0 juta untuk menciptakan Cereon, anak perusahaan yang sepenuhnya dimiliki yang dibentuk dalam aliansi dengan pemburu gen Millennium Pharmaceuticals. Kesepakatan itu adalah salah satu langkah paling berani dalam perubahan Monsanto menjadi perusahaan ilmu kehidupan. (Pada bulan Juni, Monsanto mengumumkan rencana untuk bergabung dengan Produk Rumah Amerika.) Dan itu mencerminkan keyakinan mendalam mantan perusahaan kimia bahwa ia dapat memanfaatkan pengetahuan gen yang berkembang menjadi bisnis besar-dan dengan demikian mengubah cara berpikir petani dan konsumen tentang tanaman.

Perusahaan lain berbagi visi ini. Beberapa raksasa kimia dan obat-obatan lainnya, terutama DuPont dan Novartis (perusahaan Swiss yang dihasilkan dari penggabungan Ciba dan Sandoz tahun 1996), telah menanamkan miliaran dolar ke dalam mimpi itu. Jika perusahaan ini benar, dalam lima tahun petani akan menanam kapas yang diwarnai secara alami untuk mengurangi kebutuhan pewarnaan, serta tanaman yang mengandung plastik. Petani akan dipersenjatai dengan hasil panen yang lebih tinggi dan tahan serangga. Konsumen akan mengambil dari rak supermarket makanan yang lebih sehat dan bergizi yang berasal dari tanaman rekayasa genetika. Selanjutnya di masa depan, anak-anak akan mendapatkan vaksin melalui pisang atau makanan lain, menghindari teror jarum suntik (lihat Membuat Jarum Tidak Perlu ,).



Pabrik di ladang

tanaman transgenik pertama ditanam dalam skala besar di Amerika Serikat dua tahun lalu dan dengan cepat mengakar dalam perekonomian. Tahun ini, tanaman yang diubah secara genetik akan membuat sekitar 15 persen dari panen jagung AS, sekitar 30 persen dari tanaman kedelai dan lebih dari setengah dari produksi kapas. Generasi pertama ini dilahirkan melalui trik yang relatif sederhana dengan memasukkan gen dari bakteri ke dalam tanaman untuk menghasilkan satu sifat; hasil dari pekerjaan tersebut antara lain jagung dan kapas tahan terhadap hama tertentu, serta tanaman yang mentolerir beberapa jenis herbisida.

Sementara mengutak-atik genetik sederhana ini mungkin tampak seperti revolusi biotek, tanaman hasil rekayasa hayati telah mengejutkan para petani. Orang-orang terkejut melihat betapa pentingnya pasangan gen pertama, kata Anthony Cavalieri, wakil presiden Pioneer Hi-Bred International yang berbasis di Des Moines, penjual benih terkemuka dan mitra bisnis DuPont. Dan ini hanya tepi depan. Ini bisa menjadi dasar bagaimana seluruh sektor pertanian bekerja.

Memang, hasil nyata diharapkan datang selama beberapa tahun ke depan karena ahli biologi tanaman mulai tidak hanya memasukkan lebih banyak gen ke dalam tanaman tetapi juga menggambar ulang cetak biru genetik-dan mengarahkan kembali jalur metabolisme-dari banyak tanaman umum. Visinya adalah untuk memasang kembali tanaman menjadi unit produksi murah yang dapat menumbuhkan segala sesuatu mulai dari makanan yang dimodifikasi hingga vaksin manusia hingga bahan kimia komoditas. Imbalan untuk merekayasa sifat-sifat keluaran ini pada tanaman? Menurut John Pierce, kepala penelitian penemuan DuPont di bidang pertanian, itu bisa berarti mendapatkan bagian dari pasar industri dan makanan senilai 0 miliar per tahun.



Bahkan untuk perusahaan raksasa, ini bukan kentang kecil. Monsanto, misalnya, sedang mengerjakan kentang padat tinggi, serta kanola dan kedelai dengan kandungan minyak yang dimodifikasi. Salah satu jenis kanola, misalnya, kaya akan beta-karoten untuk memerangi kekurangan vitamin A, yang masih menjadi masalah di banyak negara berkembang.

Selama beberapa tahun ke depan, DuPont mengharapkan untuk mulai memasarkan benih kedelai minyak modifikasi serta kedelai sukrosa tinggi. Bekerja sama dengan mitranya Pioneer, DuPont memiliki setengah lusin tanaman biotek yang mendekati komersialisasi dan mengharapkan untuk memperkenalkan tanaman dengan beberapa sifat yang digabungkan menjadi satu. Perusahaan ini juga mengerjakan tanaman berprotein tinggi dan tinggi minyak untuk pakan ternak (sekitar 80 persen jagung AS diumpankan ke hewan).

perubahan iklim pembelajaran mesin?

Makanan untuk manusia dan hewan ternak adalah bisnis besar. Tetapi hadiah yang lebih menguntungkan pada akhirnya bisa datang dari menanam tanaman biotek yang membuat bahan dan produk industri yang sangat berharga langsung di pabrik. Mengapa membuat pewarna sintetis untuk kapas menggunakan bahan kimia yang sangat beracun, pikirnya, ketika tanaman itu sendiri dapat direkayasa secara genetik untuk menghasilkan serat berwarna? Mengapa tidak mengubah pabrik menjadi pabrik kimia?

Ahli biologi tanaman di Monsanto dan perusahaan rintisan Cambridge, Mass., bernama Metabolix secara terpisah mengerjakan plastik yang ditanam di tanaman yang bisa siap untuk petani pada awal tahun 2002. Prodigene, College Station yang berusia dua tahun, Tex., spin-off dari Pioneer, sudah menjual enzim industri yang ditanam di jagung transgenik dan sedang mengembangkan produk industri berbasis protein lainnya. Laboratorium lain sedang mencoba untuk membuat pabrik yang menghasilkan minyak khusus yang dapat berfungsi sebagai bahan industri baru untuk pelapis dan pelumas. Juga di papan gambar adalah vaksin nabati yang dapat dimakan untuk penyakit seperti hepatitis dan diare.

Dengan mengutak-atik kontrol dan aktivitas gen, Anda dapat membuat hampir semua hal di tanaman, kata David Wheat, konsultan biotek tanaman lama dan presiden Bowditch Group yang berbasis di Boston. Dengan memahami bagaimana suatu organisme bekerja pada tingkat molekuler, Anda dapat merancang jenis produk baru—bahkan mungkin membuat produk yang belum pernah Anda lihat sebelumnya.

Aritmatika Sederhana

Prospek dalam biotek pertanian cukup menggiurkan sehingga mereka membantu mendorong restrukturisasi besar-besaran industri pertanian dan kimia yang, dalam beberapa kasus, mengaburkan batas antara keduanya (lihat Pembibitan Industri Baru, sidebar). Monsanto dan DuPont, khususnya, telah menggali secara mendalam peluang baru, melahap pemasok benih dan memulai biotek tanaman. Didorong sebagian besar oleh potensi biotek, Monsanto tahun lalu tanpa basa-basi meninggalkan bisnis bahan kimianya, merangkul biologi sebagai gelombang masa depan. Pada gilirannya, musim semi ini DuPont melakukan reorganisasi, membentuk kelompok ilmu hayati (yang mencakup kegiatan pertanian, obat-obatan dan biotek) dan menyatakan bahwa pertumbuhannya di masa depan terletak pada integrasi kimia dan bioteknologi.

Bahkan Dow Chemical, pembuat bahan kimia besar, telah menyatakan keinginannya untuk menjadi pemain biotek terkemuka, yang menargetkan pengembangan plastik dan bahan kimia industri. Ini adalah teknologi yang waktunya telah tiba, kata Fernand Kaufmann, wakil presiden bisnis baru dan pengembangan strategis Dow. Kaufmann memperingatkan, bagaimanapun, bahwa akan membutuhkan waktu bagi bahan kimia yang ditanam dari tumbuhan untuk membuat penyok di pasar komoditas besar, yang didominasi oleh produk yang terbuat dari minyak bumi.

Basis Data DNA

untuk beberapa tahun ke depan, produksi plastik skala besar akan tetap di pabrik, bukan di lapangan. Bahkan dalam proyek penelitian paling canggih DuPont untuk bahan nabati, Irlandia mengakui, para ilmuwan masih mengungkap jalur enzimatik sekaligus mengembangkan semua kimia polimer. Tidak ada yang benar-benar mengerti bagaimana mengontrol dan mengatur ekspresi gen tanaman.

Tetapi jika genomik tanaman terus berakselerasi pada tingkat saat ini, mungkin akan jauh lebih mudah untuk mencapai tujuan itu. Tanaman yang paling umum memiliki DNA dalam jumlah besar dan sekitar 50.000 gen—kira-kira setengah jumlah pada manusia. Tetapi dengan menggunakan mesin cepat dan otomatis yang diasah untuk mengungkap genom manusia, ahli genetika tanaman mengidentifikasi gen lebih cepat daripada yang diketahui ahli botani bagaimana mengolahnya.

Scott Tingey, direktur program genomik DuPont, mengatakan teknologi memiliki dampak besar di lapangan. Beberapa tahun yang lalu, butuh dua tahun manusia untuk mengkloning gen tanaman, kata Tingey. Sekitar separuh waktu Anda berhasil, separuh lainnya Anda jatuh tersungkur. Hari ini, hidup sangat berbeda. Selama dua tahun terakhir, DuPont telah membuat database sekuens DNA untuk jagung, kedelai, gandum, dan beras. Ini menghilangkan proses penemuan gen yang membosankan. Itu bukan lagi langkah pembatasan kecepatan dalam sebuah proyek, jelas Tingey.

Ahli biologi mengantisipasi menyelesaikan pengurutan Arabidopsis (gulma yang merupakan model genetik utama untuk genetika tanaman) pada tahun 2000, sebagai hasil dari kolaborasi internasional yang dimulai pada tahun 1989. Itu bisa menjadi penting karena semua tanaman berbunga pada dasarnya memiliki set gen yang sama. . Dalam lima tahun ke depan, kita akan mengetahui fungsi semua gen tanaman pada tingkat tertentu, prediksi Somerville dari Stanford. Ini adalah perubahan besar. Kami akan berada dalam posisi yang jauh lebih baik untuk melakukan perbaikan rasional pada tanaman.

Kembali ke Cereon yang baru dibentuk, satu tujuannya adalah mengubah pengurutan materi genetik yang menarik menjadi jalur produksi rutin dengan throughput tinggi. Secara khusus, perusahaan ingin mempercepat proses menemukan urutan DNA yang bertanggung jawab untuk fenotipe tertentu, atau sifat fisik. Kami sedang menyiapkan sistem yang memungkinkan ahli genetika molekuler beralih dari fenotipe yang diinginkan menjadi gen kloning, dan mengetahui urutan sifat itu, dalam waktu yang sangat singkat, kata presiden Cereon William Timberlake. Sekarang perlu waktu bertahun-tahun untuk mendapatkan beberapa gen ini, jelas Timberlake. Kami ingin menguranginya menjadi berminggu-minggu atau berbulan-bulan.

Tetapi mengumpulkan semua informasi gen itu hanyalah langkah pertama. Oliver Peoples, salah satu pendiri Metabolix, menjelaskan: Apa yang Anda lakukan dengan semua informasi gen dari genomik? Anda mulai merekayasa jalur untuk mengoptimalkan aliran karbon. Ini adalah penggunaan akhir genomik-ini teka-teki jigsaw pamungkas. Dengan kata lain, mimpinya adalah mengendalikan seluruh metabolisme tanaman.

Perusahaan yang berniat mengubah tanaman menjadi pabrik sedang mengerjakan beberapa langkah awal. DuPont bermaksud mempertajam keterampilan biologinya dengan membuat intermediet plastik dari gula menggunakan mikroba rekayasa genetika dalam proses fermentasi. Zat antara adalah bahan utama dalam polimer baru yang dapat bersaing dengan nilon, dan perusahaan berencana untuk memiliki fasilitas produksi skala kecil dan beroperasi pada akhir tahun 2000. Ini akan menjadi upaya pertama DuPont pada proses produksi berbasis biologis, dan, kata Dorsch, ini akan memandu rencana perusahaan untuk menggunakan biologi untuk membuat bahan.

Di salah satu dinding kantor Dorsch adalah diagram yang memetakan jalur metabolisme dalam bakteri. Ini menyerupai diagram alir teknik kimia-jenis yang Anda lihat di mana-mana di DuPont-hanya saja ini jauh lebih kompleks. Idenya, kata Dorsch, adalah untuk memanfaatkan aliran alami karbon dalam organisme dan untuk merekayasa perubahan halus yang memungkinkan Anda menyedot produk yang diinginkan. Organisme sudah disetel untuk bekerja dengan sangat baik. Jika Anda mencoba untuk memindahkan fraksi karbon yang signifikan melalui jalur yang berbeda, Anda harus benar-benar merekayasa ulang binatang itu. Saya tidak berpikir kita begitu berani untuk percaya bahwa itu adalah sesuatu yang akan terjadi dalam waktu dekat. Dia dengan cepat menambahkan, Tapi kita mungkin sampai di sana.

Laboratorium penelitian DuPont di pinggiran Wilmington, Del., adalah tempat suci bagi para ilmuwan dan ahli kimia polimer. Mereka adalah titik nol untuk kimia industri Amerika modern, tempat nilon ditemukan. Dan kimia berbasis minyak bumi telah lama berkuasa di sini. Sekarang, kata Irlandia, biologi merevitalisasi penelitian. Para ahli kimia polimer sangat senang karena mereka melihat kemungkinan yang melekat dalam sains. Para ahli biologi sangat senang karena mereka melihat kesempatan untuk menggunakan bakat mereka untuk menghasilkan banyak uang bagi perusahaan.

Kolom distilasi yang menjulang masih lebih umum daripada ladang jagung di Wilmington. Tetapi jika DuPont dan para pesaingnya berhasil, kesenjangan antara pasar pertanian dan industri kimia akan segera ditutup. Memang, kesenjangan antara kimia industri dan biologi sudah ada.

bersembunyi