Ilmuwan Berhasil Rekayasa Genetik Pohon untuk Membuat Kertas

KERTAS disebut sebagai produk daur ulang yang terbaik. Mereka dapat didaur ulang, biodegradable, dan berasal dari terbarukan.

Memang bahan utamanya serat selulosa secara harfiah tumbuh di pohon. Tetapi memisahkan selulosa dari zat lain di dalam tanaman, seperti bahan kayu yang kaku yang disebut lignin, menimbulkan kerugian lingkungan yang berat.

Setiap tahun, pabrik kertas menghasilkan jutaan ton limbah kimia dan lebih dari 150 juta ton emisi gas rumah kaca. Seperti dilansir dari Science.org, para peneliti melaporkan bahwa mereka telah menemukan cara untuk mengurangi beban itu.

Mereka pun menggunakan alat pengeditan gen CRISPR, mereka menumbuhkan pohon poplar yang direkayasa dengan lignin yang jauh lebih sedikit daripada biasanya. Dengan menggiling pohon-pohon ini, maka mereka pun dapat menurunkan polusi pembuatan kertas sekaligus menghemat miliaran dolar industri.

"Ini adalah pekerjaan yang memiliki dampak. Daripada memperbaiki masalah yang ada, mereka mencoba mencegah polusi," kata Vânia Zuin Zeidler, seorang ahli kimia di Leuphana University of Lüneburg.

Pembuatan kertas dimulai dengan memotong kayu menjadi serpihan kecil. Poplar, pohon cepat tumbuh yang umum di perkebunan, adalah sumber yang populer.

Air dan bahan kimia ditambahkan untuk memecah struktur lignin yang keras, dan memisahkan pulp basah dari serat selulosa, yang kemudian ditekan dan dikeringkan menjadi kertas. Di masa lalu, para peneliti telah mencoba membiakkan dan merekayasa pohon dengan kandungan lignin yang lebih rendah, tetapi hasilnya tidak seberapa.

Lignin terdiri dari tiga senyawa prekursor dalam proses kompleks yang diatur oleh 11 famili gen dan ratusan elemen pengatur genetik dan metabolik. Penelitian sebelumnya telah berfokus pada tweak ke gen individu dan keluarga gen untuk membuat lignin lebih mudah dipecah daripada perubahan besar pada sistem yang mengatur produksi lignin secara keseluruhan.

Jack Wang dan Rodolphe Barrangou, ahli bioteknologi di North Carolina State University (NC State), dan puluhan rekan mereka membangun sebuah model di komputer. Model ini didasarkan penelitian bioteknologi hutan selama puluhan tahun, untuk memprediksi bagaimana perubahan gen poplar yang terkait dengan produksi lignin secara bersamaan dapat berdampak pada pohon.

Setelah mengevaluasi hampir 70.000 kombinasi penyuntingan gen yang berbeda, mereka menentukan bahwa 99,5% dari perubahan ini akan merugikan, menyebabkan efek seperti anggota badan dan batang yang terkulai. Tapi 347 kombinasi, masing-masing terdiri dari beberapa perubahan gen individu, tampaknya meningkatkan selulosa, mengurangi lignin, atau keduanya dengan aman, sehingga meningkatkan potensi pembuatan kertas dari pohon.

Tim NC State menggunakan CRIPSR untuk membuat perubahan gen yang terkait dengan 174 kombinasi yang paling menjanjikan, lalu menumbuhkan pohon rekayasa ini di rumah kaca. Setelah 6 bulan, varietas yang paling menjanjikan mengalami penurunan kandungan lignin sebesar 49,1% dan kandungan selulosa menjadi lignin meningkat sebesar 228%.

Jika pabrik kertas biasa menggunakan varietas ini, tim melaporkan, itu dapat meningkatkan produksi kertasnya hingga 40%, mengurangi emisi rumah kaca hingga 20%, dan meningkatkan keuntungan sekira USD1 miliar dalam jangka waktu panjang. “Itu akan menciptakan dorongan bagi industri untuk mengadopsi teknologi baru,” kata Barrangou.

Namun, mengadopsi pendekatan tersebut mungkin tidak terjadi dengan cepat. Pertama, catat Barrangou, para peneliti perlu melakukan uji coba lapangan untuk memastikan pohon baru dapat tumbuh hingga dewasa dan tahan terhadap penghinaan di dunia nyata.

Lignin tidak hanya membantu pohon bertahan terhadap badai angin, tetapi juga melindunginya dari serangga—tidak menjadi masalah bagi pohon rumah kaca. Selain itu, dalam beberapa bagian yang diedit, Zeidler mencatat tidak tumbuh dengan volume yang sama dengan poplar biasa.

Pohon yang dimodifikasi juga perlu disetujui oleh regulator. Namun, Barrangou mencatat bahwa pohon poplar yang direkayasa tidak menyertakan transgen apapun, atau gen dari organisme lain. CRISPR hanya digunakan untuk menghilangkan gen yang sudah dibawa pohon atau mengurangi ekspresinya.

Wang dan Barrangou, yang mendirikan perusahaan spin-off bernama TreeCo, bertujuan untuk memulai uji coba lapangan poplar yang diedit CRISPR sesegera mungkin, dan mereka bekerja untuk memperkenalkan suntingan gen serupa ke dalam kayu putih dan pohon pinus, juga banyak digunakan untuk membuat kertas.

(Martin Bagya Kertiyasa)