Orang-orang sudah mengonsumsi tembakau selama ribuan tahun, tapi nikotin baru pertama kali diekstrak dari tanaman tembakau pada akhir tahun 1820-an.

Sekarang, 200 tahun kemudian, para ilmuwan akhirnya menguak bagaimana tanaman tembakau menciptakan molekul nikotin itu.

Penemuan ini bisa benar-benar mengubah produk-produk yang dibuat dari atau menggunakan spesies tembakau, sebuah praktik yang dikenal sebagai ‘plant molecular farming’.

Para ilmuwan sudah merekayasa tanaman tembakau untuk menghasilkan senyawa terapeutik dan bahkan vaksin, tapi ada satu masalah besar: nikotin itu sangat adiktif.

Dengan memahami bagaimana nikotin dibuat, para peneliti bisa merancang cara untuk menghentikan produksinya di dalam tanaman.

“Ini momen besar dalam dunia ilmu tanaman dan biokimia, karena kita akhirnya punya jawaban yang sudah kita kejar lebih dari 200 tahun,” ujar biolog Benjamin Lichman dari University of York.

Dalam studi barunya, Lichman dan timnya di University of Copenhagen, Denmark, berhasil mengidentifikasi gen dan enzim yang berperan memproduksi nikotin.

“Dengan pengetahuan baru ini kita bisa menghilangkan atau menggunakan ulang nikotin yang diproduksi alami oleh tanaman, dan menciptakan alat bioteknologi yang lebih baik,” kata Lichman.

“Potensi ke depannya juga menarik untuk mengadaptasi sistem pembentuk nikotin tembakau demi membuat senyawa farmasi yang berguna.”

Melalui analisis genetik terhadap tembakau (Nicotiana tabacum), para peneliti menandai gen-gen yang letaknya berdekatan dalam DNA tembakau dan aktif pada waktu yang sama dengan gen-gen yang sudah lebih dulu diketahui terlibat dalam produksi nikotin.

Mereka kemudian mengisolasi enzim-enzim yang dihasilkan oleh gen-gen tersebut.

Baik di tabung reaksi maupun di tanaman hidup, para peneliti menunjukkan bahwa enzim-enzim ini bergabung membentuk nikotin.

Ternyata enzim-enzim itu bekerja lewat proses yang cukup cerdas, yang sedikit banyak menjelaskan kenapa mereka bisa “bersembunyi” begitu lama.

Awalnya, sebuah molekul glukosa menempel pada blok-blok pembangun nikotin, membuatnya berada dalam kondisi reaktif yang diperlukan untuk merakit nikotin. Setelah proses selesai, molekul gula itu lalu terlepas – jadi si gula melakukan tugas pentingnya, lalu lenyap begitu saja.

Para peneliti juga mengidentifikasi dua enzim, NaGR dan NicGS, yang membantu merakit molekul nikotin dari bahan-bahan mentahnya. Bahan-bahan itu adalah sebuah asam amino yang terkait dengan pembentukan protein dan senyawa serupa vitamin.

“Ini menarik karena punya aplikasi di dunia nyata,” kata Lichman.

“Kerabat dekat tembakau, Nicotiana benthamiana, sudah digunakan dalam ‘molecular farming’ untuk memproduksi obat-obatan dan vaksin penyelamat nyawa.”

“Ini membuka jalan baru untuk memanfaatkan tanaman tembakau demi kebaikan: bukan untuk rokok, melainkan untuk obat-obatan dan produk bernilai tinggi lainnya.”

Studi lain yang baru saja terbit juga mendukung temuan ini: nikotin diciptakan dengan bantuan glukosa, didukung oleh rantai enzim, lalu glukosa itu lenyap.

Aksi lenyap total itu, ditambah dengan cara penggunaan glukosa yang tidak biasa dibandingkan proses-proses lain pada tanaman, membuat jalur produksi nikotin ini sangat sulit dilacak selama ini, begitu penjelasan para peneliti.

Masih ada beberapa pertanyaan tentang produksi nikotin pada tembakau, tapi kita sekarang sudah mengantongi langkah-langkah utama dan bahan-bahan kuncinya.

Para peneliti menyarankan proses ini bisa diutak-atik untuk menghasilkan zat kimia berbeda atau tembakau dengan kadar nikotin rendah; sayangnya, percobaan sebelumnya menghambat pertumbuhan tanaman.

Baca juga: Tanaman Berhenti Tumbuh Subur Saat Bumi Memanas 56 Juta Tahun Lalu

Pada akhirnya, para peneliti ini nggak cuma memecahkan misteri berusia 200 tahun, tapi juga meletakkan fondasi untuk rekayasa hayati yang lebih canggih dan presisi.

“Tanaman tembakau bisa digunakan di bidang bioteknologi sebagai platform produksi vaksin atau produk farmasi lainnya, tapi terkendala oleh kandungan nikotin yang mencemari produk dan butuh proses tambahan untuk menghilangkannya,” pungkas Lichman.

Penelitian ini telah dipublikasikan di Nature Communications.