Bagaimana kami menggunakan teknologi DNA untuk membantu petani memerangi penyakit tanaman

Menurut ahli biologi komputasi dan TED Fellow, Laura Boykin, hampir 800 juta orang di seluruh dunia bergantung kepada singkong untuk kelangsungan hidup mereka. Namun, sumber pangan yang penting ini diserang oleh virus yang sebenarnya dapat dicegah. Laura membawa kami ke lahan pertanian di Afrika Timur, tempat dia bekerja dengan tim ilmuwan yang beragam. Di sana dia membantu petani merawat tanaman mereka agar tetap sehat, dengan dukungan laboratorium DNA portabel dan superkomputer mini yang dapat mengidentifikasi virus hanya dalam hitungan jam, tidak sampai berbulan-bulan.

Ada 2 alasan yang membuat saya bangkit.

Pertama, keluarga petani skala
kecil membutuhkan lebih banyak pangan.

Tragisnya pada 2019 petani kelaparan,
padahal mereka yang memberi kita makan.

Kedua, ilmu pengetahuan harus
lebih beragam dan terbuka.

Jika kita ingin mengatasi
tantangan tersulit di planet bumi,

seperti kerawanan pangan pada jutaan orang
yang hidup di bawah garis kemiskinan,

hal ini akan melibatkan peran kita semua.

Saya ingin menggunakan teknologi terbaru,

bekerja sama dengan tim paling beragam
dan paling terbuka di dunia

untuk meningkatkan persediaan
pangan petani.

Saya adalah ahli biologi komputasi.

Saya mempelajari bencana
kelaparan dan cara mengatasinya.

Pada dasarnya, saya menyukai
ilmu komputer dan biologi

dan menggabungkan kedua
bidang itu sebagai pekerjaan

(Tertawa)

Saya tidak pernah bercita-cita

menjadi seorang ahli biologi
waktu berusia muda.

Pada saat itu, saya senang
bermain bola basket di kampus.

Untuk mencukupi paket bantuan
keuangan, saya harus bekerja paruh waktu.

Jadi pada suatu hari,

saya berkeliling ke gedung yang
terdekat dengan asrama

dan secara kebetulan
saya sampai di gedung biologi.

Saya masuk ke dalam dan melihat
papan lowongan kerja.

Ya, waktu itu adalah zaman
pra-internet.

Saya melihat papan
berukuran 3 x 5

yang mengiklankan sebuah
lowongan kerja di laboratorium herbarium.

Saya segera mencatat lowongan itu,

karena jam kerjanya yang fleksibel,

dan bisa saya lakukan
di sela-sela jadwal bola basket.

Saya berlari ke perpustakaan
untuk mencari informasi tentang herbarium.

(Tertawa)

Ternyata

herbarium adalah tempat
menyimpan tanaman yang kering dan mati.

Saya berhasil mendapat pekerjaan
itu.

Jadi pekerjaan ilmiah pertama saya

adalah mengelem tanaman mati
di atas kertas sepanjang hari.

(Tertawa)

Ini sungguh menarik.

Inilah cerita awal saya menjadi
seorang ahli biologi komputasi.

Pada waktu itu,

genom dan komputasi sudah dikenal luas.

Lalu saya melanjutkan ke
jenjang pascasarjana,

menggabungkan ilmu biologi
dan komputer.

Pada saat itu,

saya bekerja di Lab Nasional Los Alamos,

di kelompok teori
biologi dan biofisika

dan di sanalah saya pertama kali
mengenal superkomputer,

yang membuat saya kagum.

Dengan kecepatan hitung superkomputer,

yang intinya adalah ribuan komputer
pribadi yang tersambung dengan steroid,

kami berhasil menemukan
kerumitan penyakit flu dan hepatitis C.

Saat itu saya melihat keunggulan

penggunaan kombinasi komputer
dan biologi untuk kemanusiaan

dan memilih bidang ini sebagai
jalan karier saya.

Jadi, sejak tahun 1999,

saya menghabiskan sebagian
besar waktu sebagai ilmuwan

di laboratorium berteknologi mutakhir,

yang dilengkapi dengan alat-alat
sangat mahal.

Banyak orang ingin mengetahui

cara dan alasan saya bekerja
untuk para petani di Afrika.

Jadi, karena keahlian komputer
yang saya miliki,

pada tahun 2013, tim peneliti
Afrika Timur

meminta saya bergabung di dalam
tim untuk menyelamatkan tanaman singkong.

Daun dan umbi singkong dimakan
oleh 800 juta orang di seluruh dunia

[800 juta orang bergantung pada singkong
untuk kalori harian mereka]

dan 500 juta orang di Afrika Timur.

Jadi, hampir 1 juta manusia

bergantung pada tanaman ini
untuk memenuhi kalori sehari-hari.

Jika keluarga petani skala kecil
memiliki cukup banyak tanaman singkong,

mereka dapat memberi makan keluarga

dan menjualnya ke pasar untuk membayar
pos penting seperti biaya sekolah,

biaya kesehatan dan tabungan.

Namun, tanaman singkong
di Afrika terserang hama.

Kutu putih (kebul) dan virus
menyerang tanaman singkong.

Kutu putih adalah serangga kecil

yang memakan daun lebih
dari 600 jenis tanaman.

Keberadaan mereka adalah
berita buruk.

Memiliki banyak spesies;

kutu putih resistan terhadap
pestisida;

dan menularkan ratusan
virus tanaman

yang mengakibatkan penyakit bercak coklat

dan penyakit mozaik pada tanaman singkong.

Penyakit ini benar-benar mematikan.

Jika tidak ada singkong,

tidak akan ada makanan dan
penghasilan untuk jutaan manusia.

Saya melakukan perjalanan ke Tanzania

karena saya sadar para wanita
di sana memerlukan bantuan.

Keluarga para petani skala kecil
yang tangguh dan luar biasa ini,

mayoritas petani perempuan,

menjalani hidup dengan tangguh.

Mereka tidak bisa memenuhi
kebutuhan pangan keluarga

dan ini adalah krisis nyata.

Kenyataan yang terjadi adalah

mereka pergi ke lahan dan
menanam singkong di musim hujan.

Sembilan bulan kemudian,

tidak ada yang dapat dipanen,
karena serangan hama dan patogen.

Saya berpikir,

mengapa petani bisa menderita kelaparan?

Jadi saya putuskan untuk
menghabiskan waktu di lapangan

bersama para petani dan peneliti

untuk membantu mereka dengan
keahlian yang saya miliki.

Situasi di lapangan sungguh mengejutkan.

Kutu putih merusak bagian daun
yang mengandung protein,

dan virus merusak bagian umbi
yang mengandung pati singkong.

Ketika musim tanam berakhir,

para petani kehilangan
pendapatan dan makanan sepanjang tahun,

dan keluarga akan menderita
bencana kelaparan yang panjang.

Hal ini sesungguhnya dapat dicegah.

Jika petani mengetahui

varietas singkong yang cocok
ditanam di lahan,

yang tahan terhadap serangan
virus dan patogen tersebut,

mereka akan memiliki lebih
banyak cadangan makanan.

Kita mempunyai semua teknologi
yang dibutuhkan,

tetapi pengetahuan dan sumber daya

belum tersebar secara merata ke
seluruh dunia.

Jadi maksud saya adalah

teknologi genom terdahulu

yang dibutuhkan untuk
meneliti kerumitan

hama dan patogen ini

tidak cocok untuk Afrika sub-Sahara.

Teknologi itu berharga jutaan dollar;

membutuhkan tenaga listrik yang stabil

dan sumber daya manusia yang cakap.

Mesin ini masih sangat langka,

sehingga banyak ilmuwan harus
bertarung di garis terdepan tanpa pilihan,

hanya mengirimkan sampel ke luar negeri.

Ketika sampel dikirim ke luar negeri,

sampel akan rusak sehingga
menimbulkan banyak biaya.

Pengembalian data menggunakan
jaringan internet yang lambat

tidak mungkin dilakukan.

Terkadang diperlukan waktu
6 bulan untuk mengirimkan hasil ke petani.

Ketika itu terjadi, semua sudah terlambat.

Tanaman singkong telah mati,

akibatnya kemiskinan dan
kelaparan semakin memburuk.

Kami yakin bisa mengatasi hal ini.

Di tahun 2017,

kami mendengar tentang peranti
genggam portabel pengurut (sekuens) DNA

yaitu "Oxford Nanopore MinION".

Peranti ini sudah digunakan di
Afrika Barat untuk memerangi Ebola.

Kami berpikir:

Mengapa tidak menggunakannya
untuk petani di Afrika Timur?

Jadi, kami memutuskan untuk
menggunakan peranti itu.

Pada waktu itu, teknologi tersebut
masih baru

dan banyak yang meragukan kemampuan
kami menggunakan peranti ini di lahan.

Ketika memulai proyek ini,

salah satu peneliti dari Inggris

meragukan kemampuan kami mengatasi
masalah di Afrika Timur dengan peranti ini

apalagi di lahan pertanian.

Kami menerima tantangan ini.

Peneliti tersebut bahkan bertaruh dengan
kami, dengan dua botol sampanye terbaik,

bahwa kami tidak akan berhasil.

Dua kata:

terbayar lunas.

(Tertawa)

(Tepuk Tangan)

Terbayar lunas, karena kami berhasil.

Kami menyediakan laboratorium molekuler
portabel dengan teknologi mutakhir

untuk para petani di Tanzania,
Kenya dan Uganda,

yang kami beri nama "Tree Lab".

Apa yang kami lakukan?

Pertama, kami memberi nama tim -

yaitu "Cassava Virus Action Project".

Kami membuat situs web,

mencari dukungan dari komunitas
genom dan komputasi,

dan mulai mendatangi para petani.

Segala sesuatu yang kami
butuhkan untuk "Tree Lab"

dibawa oleh tim.

Semua kebutuhan molekuler dan
komputasi yang diperlukan

untuk mendiagnosa tanaman sakit
juga dibawa oleh mereka.

Semuanya ada di dalam
laboratorium portabel ini.

Jika kami bisa mengambil data langsung
dari lokasi tempat terjadinya masalah

dan lebih dekat dengan petani,

semakin cepat kami menemukan
masalah yang terjadi pada tanaman mereka.

Kami bukan hanya memberitahukan masalah

tetapi juga memberikan solusi.

Solusinya adalah,

membakar lahan dan menanam varietas

yang tahan terhadap serangan
hama dan patogen yang ada di lahan.

Jadi langkah pertama adalah
melakukan ekstraksi DNA,

menggunakan mesin yang tampak di layar.

Mesin ini disebut PDQeX,

kepanjangan dari "Pretty Damn
Quick Extraction (Ekstraksi Super Kilat)."

(Tertawa)

Menarik bukan?

Teman saya, Joe, memang luar biasa.

Salah satu tantangan terbesar
dalam melakukan ekstraksi DNA

adalah kebutuhan peralatan yang
sangat mahal

dan perlu waktu berjam-jam.

Tetapi dengan mesin ini,

kami hanya butuh waktu 20 menit,

dengan biaya yang rendah

dan mesin ini hanya menggunakan
aki motor.

Kemudian, kami mengambil
ekstraksi DNA, menyiapkan pustaka genomik,

menyiapkan ekstraksi untuk dimasukkan

ke dalam peranti genggam
portabel pengurut (sekuens) genom,

seperti tampak di sini,

kemudian kita sambung dengan
sebuah superkomputer mini,

yang disebut "MinIT".

Kedua alat dihubungkan dengan
perangkat pengisi daya portabel,

sehingga kami berhasil mengurangi

kebutuhan listrik utama dan internet,

yang merupakan 2 faktor
penghambat di lahan petani skala kecil.

Menganalisis data secara cepat
juga sulit dilakukan.

Namun, kasus ini menunjukkan
pentingnya seorang ahli biologi komputasi.

Semua kegiatan penempelan
tanaman mati

dan pengukuran,

serta keahlian komputasi

pada akhirnya bermanfaat di dunia
nyata dan waktu nyata.

Saya berhasil membuat pangkalan
data tersuai

dan memberikan hasilnya ke
petani hanya dalam waktu 3 jam,

tidak sampai 6 bulan.

(Tepuk tangan )

Para petani sangat gembira.

Apakah kontribusi yang kami
berikan benar-benar membantu?

Sembilan bulan setelah
kegiatan di "Tree Lab",

petani bernama Asha berhasil meningkatkan
hasil panen dari 0 ton per hektar

menjadi 40 ton per hektar.

Dia mampu memberi makan keluarganya

dan berhasil menjual hasil panen ke pasar.

Saat ini, dia sedang membangun
rumah bagi keluarganya.

Ya, sungguh luar biasa.

(Tepuk tangan)

Bagaimana kami mengukur
keberhasilan "Tree Lab"?

Tolok ukurnya adalah,

para petani di Afrika.

Para wanita ini bekerja dalam
kelompok tani.

Menolong Asha berarti
membantu 3000 orang di desanya,

karena dia membagikan hasil
panen beserta cara mengatasi masalah.

Saya masih ingat setiap petani
yang pernah saya temui.

Kesedihan dan kegembiraan mereka

terukir dalam ingatan saya.

Ilmu pengetahuan kami berguna
untuk mereka.

"Tree Lab" adalah usaha terbaik kami
untuk memenuhi ketahanan pangan petani.

Saya tidak pernah bermimpi

berhasil memberikan kontribusi
ilmu pengetahuan terbaik

di wilayah Afrika Timur,

didukung oleh peranti genom
dengan teknologi termutakhir.

Namun, tim kami bermimpi

dapat memberikan solusi bagi petani
hanya dalam waktu 3 jam, bukan 6 bulan,

dan kami berhasil melakukannya.

Itulah manfaat keberagaman dan
keterbukaan dalam ilmu pengetahuan.

Terima kasih.

(Tepuk tangan)

(Tepuk tangan)