Oleh: irfanto | 14 Februari 2009

Bioremediasi

Bioremediasi

oleh:irfanto

lingkungan kita sedang terancam. Secara mengejutkan udara yang kita hirup, air yang kita minum dan tanah yang kita andalkan untuk menanam bahan makanan telah terkontaminasi secara langsung oleh hasil aktivitas manusia. Polusi dari sampah industri seperti tumpahan bahan kimia, produk rumah tangga dan peptisida telah menyebabkan kontaminasi pada lingkungan. Bertambahnya jumlah bahan kimia beracun menyebabkan ancaman bagi kesehatan lingkungan dan organisme hidup yang ada di dalamnya.

Hanya bioteknologi yang dipertimbangkan untuk menjadi kunci dalam mengidentifikasi dan memecahkan masalah kesehatan manusia. Bioteknologi juga menjadi peralatan yang bagus untuk pembelajaran atau perbaikan terhadap buruknya kesehatan akibat polusi lingkungan. Dalam bab ini akan dijelaskan bagaimana bioteknologi bisa membantu memecahkan beberapa dari masalah polusi dan menciptakan lingkungan yang bersih untuk manusia melalui bioremediasi.

A. Pengertian Bioremediasi

Penggunaan organisme hidup seperti bakteri, jamur, dan tumbuhan untuk menghancurkan atau mendegradasi susunan kimia, dinamakan bioregridasi. Proses ini memanfaatkan reaksi kimia alami dan melalui proses pembongkaran materi oleh organisme untuk memenuhi nutrisi dan menghasilkan energi. Sebagai contoh adalah bakteri, memetabolisme gula untuk menghasilkan ATP. Selain mendegradasi senyawa alami untuk memperoleh energi, banyak mikroba mengembangkan reaksi metabolik unik yang bisa digunakan untuk mendegradasi bahan kimia yang dibuat oleh manusia. Bioremediasi merupakan porses pembersihan lingkungan yang terkontaminasi oleh polusi kimia dengan menggunakan organisme hidup untuk mendegradasi materi yang berbahaya menjadi senyawa yang berkurang kadar toksiknya.

Bioremidiasi bukan sesuatu yang baru. Manusia telah bergantung pada proses biologi untuk mengurangi sampah selama jutaan tahun. Dalam pengertian sederhana, diluar rumah-yang memanfaatkan mikroba alami untuk mendegradasi sampah dari manusia-adalah satu contoh dari bioremediasi. Pabrik pengolahan limbah juga telah menggunakan mikroba untuk mendegradasi sampah manusia selama beberapa dekade. Memanfaatkan apa yang dilakukan mikroba merupakan salah satu aspek bioremediasi. Tujuan pokok bioremediasi adalah untuk meningkatkan mekanisme alami dan menaikkan tingkat biodegradasi untuk mempercepat proses pembersihan.

B. Mengapa Bioremediasi Itu Penting?

Kualitas hidup kita secara langsung berhubungan dengan kebersihan dan kesehatan lingkungan. Kita ketahui bahwa lingkungan kimia dapat mempengaruhi genetik kita dan beberapa bahan kimia bisa bertindak sebagai penyebab mutagen pada manusia. Oleh sebab itu, ada alasan untuk diperhatikan tentang dampak kimia jangka pendek maupun jangka panjang dan dampak lingkungan kimia pada manusia dan organisme lain.

Menurut perkiraan, lebih dari 200 milyar materi yang berbahaya dihasilkan oleh Amerika setiap tahun. Kecelakaan, seperti tumpahan bahan kimia bisa dan memang terjadi, tapi kejadian seperti ini diatasi dan dibersihkan secara cepat untuk meminimalkan dampaknya pada lingkungan. Masalah lain, yaitu praktek penimbunan ilegal secara langsung gudang penyimpan bahan kimia yang mungkin akan bocor sehingga menyebabkan tempat menjadi terkontaminasi. Pada tahun 1980, kongres menetapkan program superfund sebagai salah satu inisiatif dari badan perlindungan lingkungan (EPA) untuk menindak ketidak pedulian dan berbagai kelalaian langsung dari tumpukan dan tumpahan bahan kimia, sebaiknya dilakukan pemfokusan pada bagaimana polusi ini mungkin mempengaruhi kesehatan manusia dan lingkungan. Maksud dasar dari program superfund ini adalah untuk menempatkan dan membersihkan tempat sampah yang berbahaya untuk melindungi kota USA dari area yang terkontaminasi. Melalui cara ini anda juga bisa memeriksa pencemaran lingkungan dimana anda tinggal yang merupakan prioritas dari daftar superfund untuk dibersihkan.

Kita ketahui bahwa polusi adalah masalah serius yang bisa mempengaruhi kesehatan manusia, dan bioremediasi merupakan pendekatan penting untuk pembersihan lingkungan. Bagaimanapun banyak cara untuk membersihkan polusi dengan menggunakan teknik bioremediasi? Melalui cara fisik kita dapat memindahkan materi pengkontaminasi seperti minyak atau sifat kimia polusi, tapi proses ini sangat mahal. Kaidah terbesar dari bioremediasi adalah keseluruhan pendekatan bertujuan untuk mengubah polusi berbahaya menjadi materi yang relatif tidak berbahaya, seperti karbon dioksida, klorida, air, dan molekul organik sederhana. Karena kehidupan organisme digunakan sebagai pembersih, proses bioremediasi pada umumnya lebih bersih jika dibandingkan dengan jenis strategi pembersihan yang lain dan tidak mengganggu lingkungan.

DASAR BIOREMEDIASI

A. Komponen Lingkungan Yang Memerlukan Bioremidiasi

Tanah, udara, air, dan sedimen (gabungan tanah dengan pelapukan tanaman dan hewan dalam satu tempat didasar air) semuanya mempengaruhi lingkungan lewat polusi. Tanah, air, dan sedimen merupakan bagian dari lingkungan yang membutuhkan pembersihan melalui bioremediasi, lewat perkembangan boiremediasi terbaru yang sedang dikembangkan untuk mendeteksi dan membersihkan polusi udara pada masing-masing area menunjukkan kekomplekannya untuk dibersihkan, karena pendekatan bioremediasi yang digunakan tergantung pada kondisi tempatnya. Sebagai gambaran, pendekatan untuk pembersihan minyak bisa sangat berbeda dengan cara yang digunakan untuk membersihkan air.

Polusi bisa memasuki lingkungan dengan banyak cara dan mempengaruhi bermacam-macam komponen lingkungan. Polusi bisa memasuki lingkungan melalui bocornya sebuah tangki, kecelakaan truk, atau pecahnya tangki kimia dari suatu industri. Sebuah contoh tumpahnya tangki kimia di industri tanaman, jika jumlah bahan kimia yang dilepaskan serta kebocoran tangki tidak terdeteksi dalam waktu yang lama, maka bahan kimia mungkin akan berpindah ke dalam tanah, dan jika diikuti dengan hujan lebat, maka bahan kimia yang sama dapat menghasilkan “run-off” yang bisa mengkontaminasi suplai air permukaan yang berdekatan seperti kolam, danau, jurang dan sungai. Bahan kimia juga dapat tumpah lewat lubang bawah tanah yang disebut leachate. Leachate bisa menyebabkan kontaminasi pada lapisan sub-tanah yang dinamakan air bawah tanah yang merupakan sumber dari air minum.

Bahan kimia juga bisa memasuki lingkungan melalui pelepasan polusi pada udara, yang mana ditangkap oleh awan dan mengkontaminasi permukaan air dan juga air bawah tanah pada saat hujan. Polusi dari industri, pembukaan lahan baru, penimbunan secara ilegal, peptisida yang digunakan dalam pertanian dan penggalian bahan tambang juga memberikan kontribusi pada polusi lingkungan. Karena pendekatan bioremediasi digunakan untuk pembersihan polusi yang tergantung pada kondisi lingkungan, sehingga pembersihan tanah sangat berbeda dari pembersihan air. Bagaimanapun, penggunaan bioremediasi tergantung dari jenis bahan kimia yang akan dibersihkan.

B. Bahan Kimia di Lingkungan

Setiap hari materi-materi rumah tangga seperti bahan pembersih, deterjen, pestisida, pupuk, parfum, dan obat-obatan terkandung dalam limbah kita. Bahan kimia lain yang berada di lingkungan kita berasal dari proses industri atau hasil dari kecelakaan. Jumlah bahan kimia dari berbagai sumber yang berbeda, umumnya menjadi polusi bagi lingkungan. Beberapa bahan kimia ini diketahui berpotensi sebagai mutagen dan karsinogen (penyebab kanker). Sebagian besar bahan kimia ini juga diketahui dapat menyebabkan penyakit berbahaya pada kulit. Secara sederhana, hadirnya polutan-polutan ini membawa pada ketidakstabilan (kerusakan) pada lingkungan maupun organisme yang hidup didalamnya.

C. Reaksi Penting Bioremidiasi

Mikroba dapat mengubah beberapa bahan kimia menjadi bahan yang tidak berbahaya melalui cara metabolisme aerob atau melalui metabolisme anaerob. Dua macam proses ini merupakan reaksi oksidasi dan reaksi reduksi.

1. Reaksi Oksidasi Dan Reduksi

Oksidasi merupakan perpindahan satu atau beberapa elektron dari suatu atom atau molekul yang dapat merubah struktur kimia dan bahan dari molekul tersebut. Dalam hal polutan kimia, oksidasi dapat membuat bahan kimia yang tidak merugikan dengan cara merubah sifat-sifat kimianya. Reaksi oksidasi hampir selalu terjadi bersama reaksi reduksi. Selama reduksi, atom atau molekul mendapatkan satu atau lebih elektron. Karena oksidasi dan reduksi saling berpasangan, reaksi transfer elektron ini

sering disebut reaksi redoks.

e-

e-

A

B

A teroksidasi

B tereduksi

Reduksi

Oksidasi


Gambar 2 Reaksi Redoks

Selama reaksi redoks berlangsung, molekul yang dinamakan agen oksidasi (yang juga dikenal sebagai elektron akseptor karena memiliki atraksi yang kuat untuk elektron) yang memindahkan elektron selama proses transfer. Saat agen oksidasi menerima elektron, mereka tereduksi. Oksigen (O2), besi (Fe3+), sulfat (SO4-2), dan nitrat (NO3) biasanya terlibat dalam reaksi redoks dari bioremediation. Reaksi redoks sangat penting untuk beberapa fungsi selular.

2. Biodegradasi Aerob dan Anaerob

a. Biodegradasi aerob

Pada suatu lingkungan, seperti air permukaan dan tanah yang selalu mengandung oksigen, bakteri aerobik menurunkan tingkat polutan dengan mengoksidasi campuran kimia. Pada reaksi biodegradasi aerob, O2 dapat mengoksidasi berbagai macam bahan kimia yang mengandung molekul organik (yang mengandung atom karbon) seperti produk petrolium. Dalam proses ini, O2 mereduksi untuk memproduksi air. Mikroba dapat mengurangi lebih lanjut campuran organik yang teroksidasi menjadi lebih sederhana dan relatif tidak merugikan, seperti karbon dioksida dan gas metana. Bakteri menurunkan energi dari proses ini, yang kemudian digunakan untuk lebih banyak sel dan menambah biomasa. Suatu aerob juga mengoksidasi campuran inorganik (molekul yang tidak mengandung karbon) seperti logam dan amoniak.

D. Organisme Yang Berperan Dalam Bioremidiasi

Pada banyak tempat, bioremediasi melibatkan kombinasi bakteri aerob dan anaerob untuk mengurangi kontaminasi di suatu tempat. Tepatnya, bakteri anaerob biasanya mendominasi reaksi biodegradasi yang lebih dekat pada daerah yang terkontaminasi, dimana oksigen cenderung lebih jarang digunakan daripada sulfat, nitrat, besi dan metana sebagai anaerobes penerima elektron. Lebih jauh dari daerah yang terkontaminasi dimana oksigen banyak tersedia, bakteri aerob diikutkan dalam biodegradasi.

1. Bakteri. Kemungkinan bakteri untuk mengurangi bahan kimia yang berbeda, tergantung pada berbagai kondisi. Temperatur kimia, daerah yang terkontaminasi, nutrien, dan banyak faktor lain berpengaruh pada efektivitas dan tingkat biodegradasi. Mikroba metabolisme yang efektif dan digunakan untuk bioremediasi adalah bakteri indigen yang secara alami ditemukan pada tempat yang berpolusi. Strain yang berbeda dari bakteri yang disebut Pseudomonas, yang sangat melimpah di sebagian besar sumber diketahui dapat mengurangi ratusan bahan kimia yang berbeda. Strain E. coli (yang umumnya berhabitat dalam usus manusia dan mikroba yang penting untuk berbagai teknik rekombinan DNA) juga sangat efektif dalam mengurangi berbagai polutan.

2. Jamur. Jamur pengurang sampah seperti Phanerochaete chrysosporium dan Phanerochaete sordida dapat mengurangi racun kimia seperti creosote, pentachlorophenol, dan polutan lain yang tidak dapat di degradasi oleh bakteri.

E. Rangsangan Bioremediasi

Beberapa bakteri asli sangat efektif dalam biodegradasi tergantung dari jenis polutan. Para ilmuwan menggunakan beberapa strategi untuk membantu mikroorganisme dalam mengurangi kontaminan. Hal ini tergantung dari kemampuan mikroorganisme tersebut untuk membuat lingkungan menjadi bersih, dan mengurangi jumlah polutan kimia.

Memperkaya nutrien (pemupukan), adalah bioremediasi melalui pendekatan pupuk, semacam fosfor dan nitrogen yang diberikan pada rumput, yang ditambahkan pada lingkungan yang terkontaminasi untuk menstimulasi pertumbuhan mikroba asli yang dapat mengurangi polutan. Beberapa pupuk, wood chips, dan straw mungkin ditambahkan untuk melengkapi mikroba dengan karbon sebagai pupuk. Pupuk biasanya dibawa ke tempat yang terkontaminasi dengan memompakannya pada air tanah atau mencampurnya pada tanah. Konsep dalam pemupukan sangat sederhana. Dengan menambahkan lebih banyak nutrien, mikroorganisme akan tumbuh dengan cepat dan menambah tingkat biodegradasi.

Gambar 5. Fertilization

Bioaugmentasi (pembibitan), merupakan cara lain untuk menambahkan bakteri pada daerah yang terkontaminasi untuk membantu mikroba asli dengan proses biodegradasi. Bioaugmentasi tidak selalu menjadi solusi yang efektif karena strain mikroba dari laboratorium jarang tumbuh dan ilmuwan harus yakin bahwa bakteri pembibit tidak akan merusak ekologi lingkungan.

F. Fitoremediasi

Selain melibatkan bakteri, pemanfaatan tanaman juga dapat digunakan dalam strategi bioremediasi. Strategi ini disebut phytoremediation dengan langkah pemanfaatan tanaman untuk membersihkan zat-zat kimia dalam air, tanah dan udara. Tanaman menyerap zat-zat kimia polutan melalui akar-akarnya seperti pada proses penyerapan air. Sebagai contoh, tanaman bunga matahari menyerap radioaktif cesium

telah akar menyerap zat kimia polutan tersebut, sel-sel tanaman akan mendegradasinya. Konsentrasi zat kimia dalam sel tumbuhan yang terkontaminasi akan dibuang atau dibakar.

Fitoremidiasi merupakan pendekatan bioremediasi yang efektif, murah, dan mudah. Penanaman tanaman selain dapat mengurangi polusi juga dapat membersihkan lingkungan dalam waktu yang sama.

MACAM-MACAM TKNIK BIOREMIDIASI

A. Bioremidiasi Tanah

Terdapat dua cara pembersihan tanah, yaitu:

· Bioremediasi ex situ: merupakan pembersihan dengan memindahkan materi-materi kimia dari area terkontaminasi ke area yang lain.

· Bioremediation in situ: merupakan pembersihan tanpa adanya perpindahan materi-materi kimia yang mengkontaminasi.

Bioremediation in situ merupakan metode yang lebih sering digunakan karena lebih murah, tanah dan air tidak tergali atau terpompa ke luar area, area tanah yang terkontaminasi dapat dibersihkan pada satu waktu. Pembersihan secara in situ ini mengandalkan peningkatan mikroorganisme dalam tanah atau air. Metode yang digunakan sering melibatkan bioventing, memompa udara lain atau hidrogen peroksida (H2O2) ke dalam tanah yang terkontaminasi. H2O2 sering digunakan karena mudah mengembangkan mikroba-mikroba penghasil oksigen. Pupuk juga dapat ditambahkan ke dalam tanah tersebut untuk meningkatkan pertumbuhan dan menurunkan aktivitas bakteri. Pembersihan dengan cara ini lebih efektif di tanah berpasir dan tidak kompak terdapat mikroorganisme dan dapat menyebar dengan cepat. Bioremediation in situ tidak cocok untuk tipe tanah berlempung dan berbatu.

Teknik/ cara bioremidiasi ex situ:

(1)

slurry-phase bioremediation. yaitu memindahkan tanah yang terkontaminasi ke tempat lain dan mencampurnya dengan air dan pupuk ke dalam bioreaksi yang besar dimana mikroorganisme dapat diamati dan dikontrol.

Gambar 7. Bioremidiasi ex situ

(2) solid-phase bioremediation. Proses ini lebih memakan waktu daripada slurry-phase dan membutuhkan tempat yang lebih besar, namun merupakan cara yang paling baik untuk menurunkan zat kimia tertentu.

a Composting. Dapat digunakan untuk menurunkan kotoran dalam tanah terkontaminasi dengan menambahkan timbunan, jerami, rumput dan materi-materi lain untuk mengembangkan nutrisi bagi bakteri yang dapat membersihkan zat-zat kimia dari tanah tersebut.

b Land farming. Tanah terkontaminasi disebarkan sehingga air dapat memecahkan polutan dari tanah.

(3) Soil biopiles digunakan secara partikular dengan menguapkan zat-zat kimia polutan dalam tanah dan mikroba-mikroba dapat menurunkan polutan tersebut.

B. Bioremediasi air

Air yang terkontaminasi menunjukkan angka yang membahayakan. Kita akan melihat bagaimana permukaan air dapat tercemar akibat luasnya tumpahan seperti tumpahan minyak. Limbah cair dan air bawah tanah bisa tercemar melalui banyak cara tergantung pada materi yang dibutuhkan oleh bioremediasi untuk pindahkan.

Ada tiga cara bioremidiasi air, yaitu

v Wastewater treatment (Pengolahan limbah cair)

Langkah-langkahnya:

1. Air dari rumah tangga yang masuk ke dalam saluran air dipompa menuju fasilitas pengolahan di mana feses dan produk kertas dibuang ke tanah dan disaring menjadi partikel yang lebih kecil sehingga dihasilkan material berlumpur yang disebut sludge. Sedangkan air yang mengalir keluar disebut effluent.

2.


Effluent ini digunakan untuk aerasi tangki karena bakteri aerobik dan mikroba lain akan mengoksidasi bahan organik yang terdapat dalam effluent.

Gambar 8. Pengolahan Limbah Cair

3. Di dalam tangki ini, air disemprotkan di atas batu atau plastik yang ditutupi dengan biofilm mikroba pendegradasi sampah yang secara aktif mendegradasi bahan organik dalam air.

4. Effluent dialirkan melalui system sludge dengan menggunakan tangki yang mengandung sejumlah besar mikroba pendegradasi sampah yang tumbuh pada lingkungan yang dikontrol.

5. Effluent didesinfeksi dengan klorin sebelum air dialirkan ke sungai atau laut.

6. Sludge dialirkan ke dalam tangki pengolah anaerob yang mengandung bakteri anaerob yang akan mendegradasi sludge. Bakteri ini menghasilkan gas karbon dioksida dan metana. Gas metana yang dihasilkan ini sering dikumpulkan dan digunakan sebagai bahan bakar untuk menjalankan peralatan pada pengolahan sampah dengan menggunakan tanaman. Cacing-cacing kecil yang sering muncul pada sludge, juga membantu menghancurkan sludge menjadi partikel-partikel kecil.

7. Sludge ini kemudian dikeringkan dan dapat digunakan sebagai lahan pertanian atau pupuk.

Ilmuwan telah menemukan bakteri yang disebut Candidatus Brocadia Anammoxidans yang memiliki kemampuan untuk mendegradasi ammonium pada suasana anaerob (sebagian besar produk yang terdapat dalam urin). Penting sekali untuk menghilangkan amonium dalam limbah cair sebelum air dialirkan ke sungai atau laut karena kadar ammonium yang terlalu tinggi memberikan dampak negatif bagi lingkungan, misalnya menyebabkan “alga blooms” dan berkurangnya konsentrasi oksigen dalam air. Sistem ini tergantung pada bakteri anaerob seperti Nitrosomonas europaea untuk mengoksidasi ammonium dalam beberapa reaksi.

v Groudwater clean-up

Kasus yang biasanya terjadi adalah tumpahan gasolin, dimana tumpahan tersebut mencemari air dalam tanah. Hal ini dapat ditangani dengan mengkombinasikan antara bioremidiasi ex situ (bagian atas permukaan tanah) dan bioremidiasi in-situ (di dalam tanah).


Gambar 9. Bioremidiasi pada groundwater

1. Bioremidiasi ex situ. Minyak dan gas dipompa keluar ke permukaan tanah menggunakan bioreaktor à dalam bioreaktor terdapat bakteri yang tumbuh pada biofilm à bakteri ini mendegradasi polutan à pupuk/ nutrien dan oksigen ditambahkan pada bioreaktor

2. Bioremidiasi in-situ. Air bersih hasil dari bioreaktor yang terdiri atas pupuk, bakteri dan oksigen à dikembalikan lagi di dalam tanah (sebagai air tanah).

v Turning wastes into energy

Pada waktu proses bioremidiasi, bakteri anaerobik menghasilkan soil nutrients dan metana. Gas metana yang dihasilkan ini sering dikumpulkan dan digunakan sebagai bahan bakar, sedangkan soil nutrients digunakan sebagai pupuk.


Contoh. Bakteri anaerobik Desulfuromonas acetoxidans merupakan bakteri anerobik laut yang menggunakan sulfur dan besi sebagai penerima elektron untuk mengoksidasi molekul organik dalam endapan dimana bisa menghasilkan energi. Karena bakteri ini menggunakan reaksi redoks untuk mendegradasi molekul pada lapisan sedimen à elektron ditangkap oleh elektroda à elektroda ini berfungsi mentransfer elektron ke generatorà arus listrik.

PEMANFAATAN TEKNIK REKAYASA GENETIK UNTUK MEMBERSIHKAN LINGKUNGAN

Sekalipun strategi bioremediasi efektif untuk membersihkan berbagai polutan lingkungan, namun bioremadiasi bukanlah solusi untuk semua masalah pencemaran. Misalnya, bioremediasi tidak efektif saat lingkungan yang tercemar mengandung konsentrasi racun yang sangat tinggi seperti logam berat, senyawa radioaktif, molekul organik yang kaya klorin, karena senyawa-senyawa ini dapat membunuh mikroba. Oleh karena itu, penemuan dan pengaplikasian strategi baru dibutuhkan untuk memecahkan beberapa masalah pembersihan lingkungan. Perkembangan teknik rekombinasi DNA membuat ilmuwan berkeinginan untuk menciptakan mikroba hasil rekayasa genetika yang berperan dalam proses bioremediasi.

A. Bakteri Pemakan Petroleum

Mikroba hasil rekayasa genetika pertama yang digunakan pada bioremediasi diciptakan pada tahun 1970 oleh Ananda Chakrabarty. Penelitian ini dilakukan sebelum teknik kloning DNA dan rekombinasi DNA tersebar luas. Lalu bagaimanakah Chakrabarty melakukan hal tersebut?

(1) mengisolasi strain Pseudomonas dari tanah yang terkontaminasi dengan perbedaan jenis kimia yang terdiri dari pestisida dan minyak mentah.

(2) mengidentifikasi strain yang menunjukkan kemampuan mendegradasi senyawa organik seperti naftalena, oktan, dan xylena. Sebagian besar strain dapat tumbuh pada senyawa ini karena mengandung plasmid yang mengkode gen untuk menghancurkan masing-masing komponen.

(3) memasangkan strain yang berbeda dan dihasilkan sebuah strain yang mengandung beberapa plasmid yang berbeda. Kombinasi protein yang dihasilkan oleh plasmid ini secara efektif dapat mendegradasi beberapa komponen kimia minyak mentah. Chakrabarty mendapatkan penghargaan hak paten pertama dari Amerika Serikat untuk penelitiannya dalam mengubah hidup organisme secara genetik.

Kelemahan dari teknik ini adalah: minyak mentah mengandung ribuan senyawa dan bakteri hasil rekombinan ini hanya dapat mendegradasi beberapa senyawa saja. Sebagian besar zat kimia yang terkandung dalam minyak mentah tetap tidak dipengaruhi oleh organisme rekombinan.

B. Pemanfaatan E. coli Untuk Membersihkan Logam Berat

Logam berat yang meliputi tembaga, timah, cadmium, khromium, dan merkuri dapat membahayakan manusia dan lingkungan. Merkuri merupakan logam yang bersifat toksik yang dapat mengkontaminasi lingkungan. Merkuri digunakan pada pabrik pengolahan tanaman, baterai, colokan listrik, peralatan medis, dan banyak produk yang lain. Merkuri dan metilmerkuri dapat terakumulasi dalam organisme melalui sebuah proses yang disebut bioakumulasi. Dalam bioakumulasi, organisme yang lebih tinggi pada rantai makanan mengandung bahan kimia yang lebih banyak dibandingkan dengan organisme yang ada di bawahnya. Misalnya, dalam suplai air, merkuri mungkin dicerna oleh ikan kecil, yang kemudian dimakan oleh burung, ikan besar, anjing laut, rakun, dan hewan lain termasuk manusia. Ikan besar atau burung memakan ikan kecil dalam jumlah yang banyak, sehingga kedua hewan ini mengakumulasi merkuri dalam tubuhnya dibandingkan ikan kecil yang hanya makan sedikit. Sama halnya jika manusia memakan ikan besar sebagai sumber makanan primer, maka manusia akan mengakumulasi merkuri dalam jumlah besar selama beberapa waktu. Pengkonsumsian ikan dan kerang-kerangan yang telah terkontaminasi metilmerkuri dan merkuri secara terus-menerus dapat mengancam kesehatan manusia, misalnya cacat sejak lahir atau kerusakan otak

Ilmuwan telah mengembangkan strain hasil rekayasa genetika, yaitu Escherichia coli yang bermanfaat untuk pembersihan merkuri dan logam berat lainnya. Para ilmuwan juga mengidentifikasi terjadinya ikatan logam oleh protein dalam tanaman dan organisme lain. Protein metallothioneins dan phytochlatin memiliki kapasitas tinggi dalam mengikat logam. Beberapa bakteri hasil rekayasa genetika dapat mengabsorbsi merkuri secara langsung, sementara yang mengikat merkuri dari suplai air dapat tumbuh pada biofilm. Biofilm harus diganti secara periodik untuk menghilangkan bakteri yang mengandung merkuri. Hal yang sama terjadi pada sel tunggal alga yang diubah secara genetik yang mengandung gen metallothioniein dan bakteri yang disebut Cyanobakteri, yang telah menunjukkan kemampuan untuk mengabsorbsi cadmium, yaitu logam berat lain yang bersifat toksik yang dapat menyebabkan masalah kesehatan yang serius pada manusia.

C. Biosensor

Peneliti telah mengembangkan strain bakteri Pseudomonas fluorescens hasil rekayasa genetika yang dapat secara efektif mendegradasi struktur kompleks karbon dan hydrogen yang disebut Polycyclic Aromatic Hydrocarbon (PAHs) dan bahan kimia beracun lainnya. Dengan menggunakan teknik rekombinasi DNA, ilmuwan mampu untuk menyambung gen bakteri yang mengkode enzim yang dapat memetabolisme kontaminan untuk melaporkan gen seperti gen lux. Gen ini dapat mengkode enzim luciferase. Jika PAHs telah terdegradasi, bakteri mengeluarkan cahaya yang dapat digunakan sebagai indikasi tingkat degradasi. Teknik yang sama digunakan untuk mengembangkan biosensor dari bakteri rekombinan yang mengandung lux gen. Teknik ini digunakan untuk mendeteksi jenis pencemaran lingkungan.

KERUSAKAN LINGKUNGAN: STUDI KASUS UNTUK PERISTIWA BIOREMIDIASI

Beberapa kasus yang menggunakan startegi bioremidiasi untuk mengatasi kerusakan lingkungan.

A. Peristiwa tumpahan minyak bumi di Exxon Valdez

Minyak mentah yang tumpah di laut tersebut memiliki dampak negatif yang cukup besar bagi sejumlah besar kehidupan dan lingkungan. Seperti kejadian di Exxon Valdez pada tahun 1989, terjadi peristiwa tangki minyak tumpah di laut Alaska sebanyak 11 juta. Salah satu cara untuk mengatasi masalah tersebut adalah dengan cara bioremidiasi.

(1) Tahap pertama.

a Memindahkan sejumlah besar minyak dengan menggunakan jaring yang dapat mengapung di permuakaan air,

b Menggunakan semacam pompa utnuk ”mengangkat” minyak untuk dimasukkan dalam tangki pengolahan.

c Pantai dan karang dibersihkan dengan air tawar dibawah tekanan yang tinggi untuk menyebarkan minyak.

(2) Tahap bioremidiasi.

a Dengan menambahkan pupuk nitrogen dan fosfor untuk merangsang pendegradasian minyak oleh bakteri Pseudomonas pada umumnya. Indikator adanya bakteri indigen adalah dapat terdegradasinya minyak.

b Bakteri indigen berperan untuk memecah gugus aromatik (PAHs) à menjadi rantai linier (rantai karbon) à dan menghasilkan karbon dioksida dan air. Langkah-langkah pemulihan ini memerlukan waktu yang lama.

B. Ladang minyak di Kuwait

Padang pasir di Kuwait merupakan obyek penelitian yang tepat dalam kajian bioremediasi. 10 tahun setelah terjadinya perang teluk suatu area yang cukup luas di Kuwait tercemar oleh minyak. Para ahli Kuwait mempelajari bahwa pencemaran minyak tersebut mempengaruhi kehidupan tumbuhan dan hewan. Beberapa spesies tumbuhan dinyatakan telah musnah dan diperkirakan masih memberikan efek negatif dalam beberapa waktu kedepan.

Berbeda dengan kasus Valdez bioremediasi di padang pasir ini memiliki beberapa masalah yang berbeda. Tidak seperti halnya di Alaska di padang pasir ini tidak ada gelombang yang membantu membersihkan minyak, kondisi tanah yang kering di padang pasir mempengaruhi mikroba-mikroba yang menguraikan minyak serta adesi yang relatif menyulitkan proses degradasi. Kajian penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa seperangkat strain bakteri pendegradasi minyak bekerja relatif lambat di bawah permukaan tanah.

STRATEGI DAN TANTANGAN BIOREMEDIASI MASA DEPAN

Bioteknologi merupakan suatu hal yang penting dalam upaya rehabilitasi lingkungan tercemar baik yang terjadi melalui kecelakaan, industri pabrikan, dan kesalahan manajemen pada ekosistem. Para ahli telah mempelajari mikroba yang secara genetik mampu mendegradasi zat kimia serta mengembangkan biosensor yang mampu mendeteksi dan mengawasi polusi. Pemulihan logam berharga seperti tembaga, nikel, boron dan emas merupakan ruang lingkup lain dari bioremediasi. Melalui reaksi oksidasi berbagai mikroba mampu mengubah logam menjadi substansi yang disebut metaloksida yang nantinya akan terakumulasi dalam sel tubuh bakteri. Beberapa bakteri perairan yang hidup di dasar laut memiliki kemampuan mempresipitasi logam secara tepat. Pemanfaatan bakteri dalam upaya pemulihan logam berbahaya merupakan suatu bagian dalam proses industri pabrik.

Ruang lingkup lain dari penelitian-penelitian yang mengembangkan bioremediasi yaitu upaya membersihkan materi radioaktif dari lingkungan. Uranium, plutonium, dan senyawa radioaktif yang lain telah ditemukan secara alami di perairan lepas. Meskipun sebagian besar materi radioaktif dapat membunuh mikroba, beberapa strain bakteri mampu mendegradasi senyawa radioaktif. Sebelumnya, tidak ada bakteri yang ditemukan dapat menguraikan elemen radioaktif secara sempurna.

DOE sangat tertarik dalam memanfaatkan Deinococcus radiodurans sebagai agen bioremediasi di tempat-tempat yang tercemar oleh radioaktif. Bahkan, para peneliti dari DOE maupun Universitas Minnesota telah merekombinasikan strain ini dengan menggabungkan sekuen promoternya terhadap gen (toluene dioksigenase) yang terlibat dalam metabolisme toluene. Strain ini menunjukkan kemampuan mendegradasi toluene di lingkungan yang tercemar. Dalam usaha tersebut, para peneliti berharap strategi yang sama dapat digunakan untuk menangani pencemaran zat berbahaya. Terakhir, ada beberapa hal yang perlu dicermati. Yakni sebelum upaya pembersihan tempat-tempat yang tercemar tersebut dilaksanakan, para ahli harus terlebih dahulu memikirkan dampak lain yang mungkin saja muncul. Lain hal, proses industri pabrik menghasilkan ratusan zat kimia baru setiap tahunnya. Dengan adanya proses yang berkelanjutan tersebut diharapkan zat-zat kimia baru tidak berbahaya bagi lingkungan. Bioremediasi tidak selalu mampu membersihkan polutan dari lingkungan, tetapi perencanaan yang baik dalam pemanfaatan zat-zat berbahaya merupakan upaya yang paling ampuh untuk mengawasi tingkat pencemaran lingkungan.


Berikan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

Kategori

Ikuti

Get every new post delivered to your Inbox.

%d blogger menyukai ini: