Ragi Bahagia yang Diterangi Dapat Mengubah Pendekatan Kita terhadap Biofuel

Cahaya Adalah Kehidupan

Hampir semua energi dalam peradaban manusia pada akhirnya berasal dari matahari. Makanan, biomassa, dan kayu tumbuh berkat sinar matahari. Dan batu bara, gas, serta minyak terbentuk dari tumbuhan mati jutaan tahun yang lalu. Bahkan angin merupakan hasil pemanasan atmosfer oleh matahari. Dan tentu saja, saat ini kita memiliki panel surya. Mengingat seberapa besar kebutuhan energi kita dipenuhi oleh organisme hidup yang memanfaatkan kekuatan matahari, konsep biofuel masuk akal.

Masalahnya, biofuel generasi pertama dan kedua, yang menggunakan tanaman seperti jagung dan tebu atau residu pertanian, cenderung memiliki hasil energi yang cukup rendah karena banyaknya bahan bakar fosil dan pupuk yang digunakan untuk menumbuhkan tanaman tersebut.

Sumber: Unsplash

Biofuel generasi ketiga berupaya menggunakan alga sebagai gantinya, sesuatu yang kami bahas lebih detail dalam artikel “Biofuel Alga: Revolusi Energi Berikutnya?”.

Tapi bagaimana jika kita dapat membuat organisme apa pun mampu melakukan fotosintesis? Apa yang selama ini hanya impian belaka kini sebagian telah dicapai oleh peneliti di Georgia Tech.

Ragi Bertenaga Cahaya

Ragi mungkin merupakan mikroorganisme yang paling dipahami di dunia. Manusia telah memanfaatkan kemampuan biokimia ragi untuk menghasilkan roti, alkohol, dan produk susu fermentasi sejak zaman peradaban dimulai.

Ragi juga merupakan salah satu “model” organisme yang paling umum di laboratorium biologi. Dan menjadi bio-fabrik penting untuk banyak obat serta biomolekul berguna.

Namun, ragi masih harus diberi gula atau senyawa lain agar tetap hidup. Setidaknya, itulah yang terjadi sampai Anthony Burnetti, seorang ilmuwan riset yang bekerja di laboratorium Associate Professor William Ratcliff, berhasil membuat ragi dapat memanen energi cahaya.

“Semua yang kami perlukan hanyalah memindahkan satu gen, dan mereka tumbuh 2% lebih cepat di cahaya dibandingkan dalam gelap. Tanpa penyetelan halus atau dorongan hati-hati, itu langsung berhasil.”

Tipe Ragi Baru yang Sepenuhnya Berbeda

Tim ini berpengalaman dalam mengubah ragi, organisme umum dan melimpah yang memiliki potensi baru dan tak terduga. Yang paling menonjol, mereka sebelumnya berhasil mengubah ragi uniseluler menjadi organisme multiseluler kompleks dalam “Eksperimen Evolusi Jangka Panjang Multiseluler“.

Sumber: Georgia Tech

Batas pertumbuhan organisme ragi multiseluler ini adalah akses oksigen di dalam “jaringan” internal. Inilah mengapa mereka melanjutkan untuk menjadikan ragi sebagai organisme fotosintetik.

Untuk melakukannya, mereka menambahkan sebuah protein, rhodopsin, ke dalam ragi. Protein ini diketahui dapat melakukan sebagian fotosintesis tanpa protein dan biomolekul kompleks pada tumbuhan unggul (seperti klorofil).

Hanya dengan menambahkan satu gen yang mengkode protein rhodopsin, ragi dapat menangkap cahaya dan tumbuh lebih cepat. Peningkatannya sederhana, hanya +2% laju pertumbuhan, namun signifikan karena perubahan yang sederhana. Dan pertumbuhan yang meningkat ini belum dioptimalkan.

Biofuel dengan Biologi Sintetis

Sejauh ini, penelitian biofuel telah berusaha memodifikasi tanaman yang sudah fotosintetik (jagung, tebu, atau alga) dan menjadikan prosesnya cukup efisien untuk masuk akal secara ekonomi.

Namun hal ini menemui beberapa hambatan, karena biomaterial pada tanaman unggul dan tanaman seperti jagung tidak mudah didapat, dan mengubahnya menjadi etanol berarti banyak kehilangan energi. Sementara itu, alga lebih menjanjikan, tetapi membudidayakannya tanpa kontaminasi jauh dari tugas yang sederhana.

Sebaliknya, menumbuhkan ragi adalah proses yang sangat dipahami dan rutin dilakukan dalam proses industri berskala besar. Mengubah ragi menjadi pengganti alga dapat membuka jalan bagi metode baru dalam mensintesis biofuel. Alih-alih bergantung pada proses kompleks untuk menumbuhkan alga, kita dapat merekayasa ragi atau bakteri sehingga mereka dapat tumbuh hanya dari sinar matahari dan memanfaatkan fakta bahwa organisme ini jauh lebih mudah dibudidayakan dalam jumlah industri.

Stok Bahan Bakar yang Direkayasa Biologis

Secara keseluruhan, ini masih segmen penelitian dan rekayasa biofuel yang sangat muda dan menjanjikan. Jadi, perusahaan yang paling mungkin mencoba mewujudkannya akan membutuhkan tingkat keahlian tinggi dalam biologi sintetis dan/atau produksi biofuel.

Daftar di bawah ini hanya merupakan saran tentang perusahaan mana yang mungkin melihat potensi dalam penemuan peneliti Georgia Tech.

1. Reliance Industry

Reliance Industry adalah konglomerat India yang sangat besar, perusahaan swasta terbesar di negara tersebut, aktif di bidang telekomunikasi, tekstil, dan energi. Pada tahun 2022, perusahaan India pertama yang mencapai pendapatan $100 miliar.

Reliance mengumumkan pada 2022 masuknya ke pasar biofuel alga, mengklaim “salah satu sistem budidaya alga terbesar di dunia”. Sampai kini, portofolio energinya sebagian besar berupa kilang dan pabrik petrokimia. Dengan proyek alga ini, mereka dapat memulai produksi dan memanfaatkan sinar matahari yang melimpah di India (serta gurun yang belum dibudidayakan) untuk mengurangi ketergantungan negara yang sangat tinggi pada impor bahan bakar fosil asing.

Perusahaan ini juga aktif dalam produksi biogas dari limbah pertanian, menjadikannya produsen bioenergi terbesar di India.

2. Ginkgo Bioworks

Perusahaan ini memproduksi organisme sesuai permintaan untuk aplikasi tertentu. Ini mencakup aplikasi biomedis, serta banyak program industri dan ilmu material.

Ginkgo tepat merupakan jenis perusahaan yang dapat dijadikan mitra oleh konglomerat industri besar seperti Reliance untuk merekayasa ragi khusus yang didedikasikan untuk produksi biofuel.

Ginkgo Bioworks (DNA ) telah mendiversifikasi aplikasinya secara luas dengan banyak program riset dan kemitraan:

• Kanabinoid
• produksi vaksin mRNA dan obat asam nukleat
• Protein makanan
• Produksi pupuk biologis dalam kemitraan dengan Bayer
• Mikroba dapat diprogram untuk penyakit usus
• Bioremediasi mikroplastik
• Keamanan hayati dan deteksi patogen
• Daur ulang limbah dan kontaminan

Perusahaan menghasilkan uang dengan dibayar di muka untuk proses pengembangan dan kemudian melalui royalti pada produk jadi.

2023 adalah tahun yang melimpah bagi Ginkgo, dengan puluhan kemitraan, termasuk:

• $331 juta kesepakatan dengan Pfizer.
• $490 juta kesepakatan dengan Merck untuk mengoptimalkan produksi biologik.
• $406 juta kesepakatan dengan Boehringer Ingelheim untuk target yang tidak dapat diobati.
• Kolaborasi dengan Biogen dan Novo Nordisk dengan jumlah yang tidak diungkapkan.

Sumber: Gingko Bioworks

Ginkgo Bioworks juga bermitra dengan semua perusahaan pertanian besar, yang sebagian besar memiliki beberapa kepentingan dalam produksi biofuel dan mikrobiologi. Beberapa di antaranya termasuk Bayer, Cargill, Syngenta, Corteva, ADM, Exacta, dan lainnya.