Tanaman Nanobionik : Tanaman Bercahaya Tanpa Rekayasa Genetik

Bayangkan saat kita berjalan pada malam hari diterangi oleh cahaya yang berasal dari pepohonan. Atau ketika membaca buku di meja belajar diterangi oleh cahaya dari tanaman yang berada di dalam pot. Apakah semua itu hanya ada di dalam film? Pada bulan November 2017, para peneliti di Massachusetts Institute of Technology (MIT) mewujudkan hal tersebut. Mereka mengembangkan tanaman bercahaya dengan konsep yang mengesankan. 

Tiga tahun sebelumnya (tahun 2014), para peneliti dari perusahaan St.Louis Biotech mengumumkan bahwa mereka telah menciptakan tanaman tembakau yang menghasilkan cahaya samar dengan rekayasa genetik^[1]. Tim MIT yang dipimpin oleh mahasiswa post doktoral, Seon-Yeong Kwak, mengambil langkah berbeda dalam perusahaan tersebut yakni tanpa rekayasa genetik. Mereka menggunakan nanopartikel untuk membuat tanaman selada air menghasilkan cahaya samar. Tanaman ini disebut tanaman nanobionik.

Gambar 1. (a) Mekanisme reaksi dalam memproduksi cahaya oleh enzim luciferase dari kunang-kunang dengan menggunakan nanopartikel (b) Ilustrasi kinerja nanopartikel di dalam daun^[2]

Para peneliti menggunakan nanosilika dengan diameter 12 nm yang membawa enzim luciferase (SNP-Luc). Mereka juga menggunakan poly lactic-co-glycolic acid (PLGA) dengan diameter 215 nm untuk membawa molekul luciferin dan menggunakan kitosan dengan diameter 125 nm untuk membawa co-enzim A^[2]. Langkah pertama adalah melarutkan nanopartikel tersebut di dalam sebuah larutan. Tanaman selada air dimasukkan ke dalam larutan tersebut dan ditekan pada tekanan yang tinggi agar nanopartikel di dalam larutan dapat masuk ke dalam daun melalui pori-pori yang sangat kecil (stomata). Dengan teknik ini, tim peneliti tersebut sebelumnya telah membuat tanaman yang dapat mendeteksi bahan peledak dan memantau kondisi daerah yang kekeringan^[3].

PLGA dan kitosan masing-masing akan melepaskan molekul luciferin dan co-enzim A ke dalam mesofil, jaringan di bagian dalam daun. Nanosilika pun akan masuk ke dalam sel-sel yang membentuk mesofil. Enzim luciferase bereaksi dengan molekul luciferin untuk menghasilkan cahaya seperti yang terjadi pada kunang-kunang atau ubur-ubur. Co-enzim A berfungsi untuk menghilangkan produk samping yang dihasilkan oleh molekul luciferin dan enzim luciferase karena produk samping tersebut dapat menghambat aktivitas enzim luciferase. Selain itu, penambahan Polyethylene Glycol – Quantum Dots (PEG-QD) dengan diameter 10 nm berfungsi untuk melebarkan rentang panjang gelombang hingga 760 nm (panjang gelombang inframerah)^[2]. Pada akhirnya, cahaya yang dihasilkan berasal dari proses metabolism tanaman itu sendiri.

Gambar 2. (a) Time-lapsed foto tanaman selada air yang bercahaya (b) Logo MIT yang dicetak di dalam daun arugula (kiri) dan bayam (kanan) (c) Pencahayaan dari tanaman selada air pada sebuah buku^[2]

Cahaya yang dihasilkan masih terlalu redup, sekitar setengah dari cahaya LED 1-mikrowatt atau setara dengan seperseribu cahaya yang dibutuhkan untuk membaca. Bahkan jika ingin membaca menggunakan tanaman tersebut, maka diperlukan seribu buah tanaman untuk mendapatkan penerangan yang cukup^[4]. Tapi, para peneliti meyakini bahwa mereka mampu meningkatkan intensitas cahaya yang dihasilkan. Hasil penelitian awal menunjukkan bahwa tanaman tersebut mampu bercahaya dalam waktu 45 menit, namun tim peneliti mampu meningkatkan durasinya hingga 4 jam. Nanopartikel yang digunakan terbuat dari material yang sesuai dengan klasifikasi dari Departemen Makanan dan Obat-obatan USA untuk menjamin keamanan bagi tanaman. Fungsi dari nanopartikel adalah sebagai zat pembawa molekul dan enzim untuk menuju tempat yang tepat dalam melangsungkan reaksi yang akan menghasilkan cahaya. Selain itu, nanopartikel juga mencegah masuknya partikel-partikel atau zat-zat yang dapat meracuni tanaman tersebut^[5].

Proses pembuatan tanaman bercahaya menggunakan nanopartikel^[6]

Kedepan, tim peneliti berharap dapat membuat tanaman bercahaya yang mampu menggantikan lampu meja sehingga tidak memerlukan listrik. Penelitian ini tidak hanya terbatas pada satu jenis tanaman karena teknik ini dirancang untuk semua jenis tanaman. Pada penelitian ini selain menggunakan tanaman selada air, para peneliti juga menggunakan bayam, arugula dan kubis. Mereka pun akan mengembangkan teknik lain agar lebih mudah untuk memasukkan nanopartikel ke dalam tanaman seperti menyemprotkannya atau mengecatnya. Hal ini sangat menakjubkan, karena mampu membuat tanaman bercahaya tanpa rekayasa genetik. Teknik ini menggunakan bioluminescence yang secara alami hanya terjadi pada hewan laut di perairan dalam, jamur, dan bakteri. “Our target is to perform one treatment when the plant is a seedling or a mature plant, and have it last for the lifetime of the plant. Our work very seriously opens up the doorway to streetlamps that are nothing but treated trees, and to indirect lighting around homes”, Tambah Strano, Professor Teknik Kimia MIT dan salah satu penulis dalam penelitian ini^[5]. Sebentar lagi kita akan melihat lampu-lampu jalan diterangi oleh pohon-pohon. Lalu, pohon-pohon di sekitar rumah kita secara tidak langsung akan menerangi rumah-rumah kita.

Referensi

[1] Hohenadel, K. 2014. Glow in The Dark Plants A Step Closer As Avatar’s Seeds Bear Fruit. http://www.smh.com.au/technology/sci-tech/glowinthedark-plants-a-step-closer-as-avatars-seeds-bear-fruit-20140117-30zhe.html (Diakses pada 3 Januari 2018)

[2] Kwak, Seon-Yeong., Giraldo J.P., Wong, M.H., Koman V., Lew T., Ell J.,Weidman M., Sinclair R., Landry, M.P., Tisdale W.A., dan Strano, M.S. 2017. A Nanobionic Light Emitting Plant. Nano Letter 17 (12), pp 7951-7961, DOI : 10.1021/acs.nanolett.7b04369

[3] Gohd, C. 2017. MIT Engineers Develop Glowing Plants Using Nanoparticle. https://futurism.com/mit-engineers-develop-glowing-plants-using-nanoparticles/ (Diakses pada 3 Januari 2018)

[4] Starr, M. 2017. Freaking Cool Glowing Plants Could One Day Replace Your Desk Lamp. https://sciencealert.com/plant-nanobionics-bioluminescent-glowing-watercress-mit (Diakses pada 3 Januari 2018)

[5] Trafton, A. 2017. Engineers Create Plants That Glow. http://news.mit.edu/2017/engineers-create-nanobionic-plants-that-glow-1213 (Diakses pada 3 Januari 2018)

[6] Gonick, M. 2017. Glowing Plants. https://www.youtube.com/watch?v=hp-vqd8zJM4 (Diakses pada 3 Januari 2018)