Peranan bakteri Clostridium acetobutylicum dalam pembuatan aseton dengan pendekatan rekayasa genetika

Peranan bakteri  Clostridium acetobutylicum dalam pembuatan aseton dengan pendekatan rekayasa genetika

Leonicha Ayu Imanda

Program Studi Pendidikan Biologi FKIP Universitas Muhammadiyah Malang

Jl. Tlogomas 246 Malang Telp 464318

 

ABSTRACT

Clostridium acetobutylicum is a bacteria that can convert starch into the organic solvents acetone and butanol are very beneficial for the industry. The reading of the bacterial genome was completed in 1999. From its genome information scientists hope to understand the biochemistry of these bacteria, as well as researching the possibility of replacing the production process of organic solvents by using recombination enzymes of these bacteria in industrial scale. Currently acetone and butanol production process relies on the use of oil. Bacterial inoculum The main purpose of making use of bacterial inoculum for the fermentation is to provide the inoculum is in an active state so as to shorten the phase of adaptation at the time of fermentation.

Keyword: Clostridium acetobutylicum, acetone, inoculum

ABSTRAKSI

Clostridium acetobutylicum adalah bakteri yang dapat mengubah zat pati menjadi pelarut organik aseton dan butanol yang sangat bermanfaat untuk industri. Pembacaan genom bakteri ini selesai pada tahun 1999. Dari informasi genomnya para ilmuwan berharap dapat memahami biokimia dari bakteri ini, sekaligus meneliti kemungkinan menggantikan proses produksi pelarut organik dengan menggunakan enzim rekombinasi dari bakteri ini dalam skala industri. Saat ini proses produksi aseton dan butanol bersandar pada pemakaian minyak dan gas. Inokulum Bakteri Tujuan utama pembuatan inokulum untuk fermentasi menggunakan bakteri ialah menyediakan inokulum yang berada dalam keadaan aktif sehingga dapat mempersingkat fase adaptasi pada waktu fermentasi.

Kata kunci:Clostridium acetobutylicum, acetone, inoculum

 

PENDAHULUAN

Clostridium acetobutylicum  juga memiliki pengertian sebagai berikut suatu bakteri bernilai komersial, yang tergolong dalam genus Clostridium. Bakteri ini juga kadang disebut “organisme Weizmann”, dari nama seorang ilmuwan dan politisi Yahudi Chaim Weizmann, yang pada 1916 membantu menemukan bagaimana kultur C. acetobutylicum dapat digunakan dalam industri seperti produksi mesiu dan TNT. Proses yang disebut proses A.B.E. ini menjadi standar dalam industri hingga akhir 1940an, saat harga minyak yang rendah menyebabkan proses berbasis cracking hidrokarbon dan distilasi minyak bumi menjadi lebih efisien. C. acetobutylicum juga memproduksi asam asetat (cuka), asam butirat, karbon dioksida dan hidroge.

ISI                          

Bakteri Ini memiliki ciri-ciri yaitu Clostridium acetobutylicum adalah basil Gram-positif (1). C. acetobutylicum paling sering tinggal tanah, meskipun telah ditemukan di sejumlah lingkungan yang berbeda. Hal ini mesofilik dengan suhu optimal 10-65 ° C. Selain itu, organisme adalah saccharolytic (dapat memecah gula) (1) dan mampu menghasilkan sejumlah produk yang berguna secara komersial yang berbeda; terutama aseton, etanol dan butanol

C. acetobutylicum memerlukan kondisi anaerob untuk tumbuh dalam keadaan vegetatif nya. Di negara-negara vegetatif, adalah motil melalui flagela di adalah seluruh permukaan. Ini hanya dapat bertahan hingga beberapa jam dalam kondisi aerobik, di mana ia akan membentuk endospora yang dapat berlangsung selama bertahun-tahun bahkan dalam kondisi aerobik. Hanya ketika spora berada dalam kondisi anaerobik menguntungkan akan melanjutkan pertumbuhan vegetatif.

Ini pertama kali diisolasi antara 1912 dan 1914. Chaim Weizmann berbudaya bakteri untuk memproduksi memproduksi aseton, etanol dan butanol dalam proses yang disebut metode ABE. Jadi, sudah sepatutnya bahwa C. acetobutylicum sering disebut “organisme Weizmann.” Produk tersebut kemudian digunakan dalam produksi TNT dan mesiu dalam Perang Dunia

pertama. Setelah Perang Dunia I, proses ABE secara luas digunakan sampai tahun 1950-an ketika proses petrokimia menjadi lebih hemat biaya-efektif karena biaya dan ketersediaan sumber bahan bakar minyak bumi. Krisis bahan bakar fosil baru-baru ini telah mendorong penelitian lebih ke C. acetobutylicum dan pemanfaatan proses ABE

Gambar 1. Clostridium acetobutylicum

 Selain menjadi bakteri yang penting untuk keperluan industri, C. acetobutylicum dipelajari sebagai model untuk pembentukan Endospora pada bakteri. Ini telah dibandingkan dengan bakteri yang paling sering dipelajari Endospora, Bacillus subtilis. Memahami jalur pembentukan Endospora adalah penting karena banyak bakteri pembentuk Endospora adalah patogen manusia, baik Bacillus dan Clostridium genera.     Strain yang paling sering dipelajari adalah jenis-regangan, ATCC 824. Strain ini ditemukan dan terisolasi di tanah dari sebuah taman Connecticut pada tahun 1924. Penelitian telah menunjukkan bahwa ATCC dipelajari secara luas 824 terkait erat dengan strain Weizmann digunakan dalam produksi industri awal aseton

STRUKTUR

Genom dari Clostridium acetobutylicum ATCC 824 telah diurutkan menggunakan pendekatan senapan. Ini adalah strain model untuk memproduksi bakteri pelarut. Genom terdiri dari satu kromosom melingkar dan sebuah plasmid melingkar. Kromosom berisi 3.940.880 pasangan basa. Ada bias yang untai kecil dengan sekitar 51,5% dari gen yang ditranskripsi dari untai maju dan 49,5% dari untai komplementer.

Gen mencatat umum untuk bakteri termasuk 11 operon yang kode untuk ribosom. Sangat menarik bahwa masing-masing operon dekat oriC (asal replikasi) dan berorientasi pada arah untai terkemuka garpu replikasi. Ini merupakan karakteristik umum diamati dikenal sebagai dosis gen, di mana gen yang sangat ditranskrip ditempatkan di dekat oriC tersebut. Karena orientasi gen ini, mereka akan ditranskripsi dalam jumlah yang lebih besar sementara DNA dalam proses yang direplikasi dan ada salinan tambahan dari gen hadir dalam sel.

Selain itu, genom berisi satu plasmid besar (disebut megaplasmid). Plasmid ini tampaknya mengandung hampir semua gen yang terlibat dengan produksi pelarut dan aptly bernama pSOL1. pSOL1 berisi 192.000 pasang basa dan kode untuk 178 polipeptida. Pemeriksaan plasmid menunjukkan tidak ada bias di mana untai untai merupakan pengkodean

Ketika Clostridium acetobutylicum yang berbudaya dalam budaya terus-menerus atau mengalami banyak transfer, saring perlahan-lahan merosot dalam hal kehilangan kemampuan untuk produksi pelarut. Percobaan untuk menentukan apa yang menyebabkan degenerasi telah menunjukkan bahwa pSOL1 berisi empat gen yang penting untuk produksi alkohol dan aseton. Selama transfer banyak atau pertumbuhan vegetatif terus, plasmid ini hilang. Bukti lebih lanjut untuk hilangnya plasmid ini menyebabkan degenerasi regangan adalah bahwa mutan gen dan kurang mampu menghasilkan aseton melanjutkan pelarut dan produksi alkohol pada komplementasi dari gen melalui plasmid

Lainnya, strain kurang dipelajari C. acetobutylicum seperti ATCC 4259 telah menunjukkan degenerasi serupa. Plasmid di strain ini bernama pWEIZ. Sekali lagi, degenerasi karena kultur serial strain ini diperkirakan terjadi karena pWEIZ kerugian akhirnya. Strain ini layak dicatat karena, menarik, ini merosot strain juga tidak bersporulasi. Hal ini telah mendorong gagasan bahwa gen yang terlibat dalam sporulasi;juga ada di plasmid di kedua ATCC 4259 serta strain jenis, ATCC 8

DALAM BIOTEKNOLOGI

Clostridium acetobutylicum telah memainkan peran penting dalam bioteknologi sepanjang abad ke-20. Awalnya, aseton diperlukan dalam produksi karet sintetis. Chaim Weizmann dipekerjakan untuk bekerja pada masalah di Manchester University dan fermentasi menjadi rute yang menarik di mana untuk mendapatkan aseton yang diperlukan untuk proses tersebut. Antara 1912 dan 1914, Weizmann mengisolasi sejumlah strain. Yang memproduksi terbaik kemudian akan datang untuk dikenal sebagai Clostridium acetobutylicum. Metode ABE dirancang oleh Weizmann menawarkan keuntungan efisiensi meningkat selama proses fermentasi lainnya. Selain itu, bisa menggunakan pati jagung sebagai substrat, sedangkan proses lain diperlukan penggunaan kentang.

Fungsi utama: terutama sebagai pelarut untuk bahan peledak industri, plastik, karet, serat, kulit, minyak, cat dan industri lainnya, tetapi juga sebagai sintesis ketena, anhidrida asetat, iodoform, karet polyisoprene, metil asam akrilik, metil kloroform, bahan baku penting dari resin epoksi dan zat lainnya. Dalam industri tabung tembaga presisi manufaktur, aseton yang sering digunakan untuk membersihkan pipa tembaga di atas tinta hitam.

Aseton, juga dikenal sebagai propanon, dimetil keton, 2-propanon, propan-2-on, dimetilformaldehida, dan β-ketopropana, adalah senyawa berbentuk cairan yang tidak berwarna dan mudah terbakar. Ia merupakan keton yang paling sederhana. Aseton larut dalam berbagai perbandingan dengan air, etanol, dietil eter,dll. Ia sendiri juga merupakan pelarut yang penting. Aseton digunakan untuk membuat plastik, serat, obat-obatan, dan senyawa-senyawa kimia lainnya. Selain dimanufaktur secara industri, aseton juga dapat ditemukan secara alami, termasuk pada tubuh manusia dalam kandungan kecil.

Aseton dibuat secara langsung maupun tidak langsung dari propena. Secara umum, melalui proses kumena, benzena dialkilasi dengan propena dan produk proses kumena(isopropilbenzena) dioksidasi untuk menghasilkan fenol dan Aseton:

C6H5CH(CH3)2 + O2 → C6H5OH + OC(CH3)2

Konversi di atas terjadi melalui zat antara kumena hidroperoksida, C6H5C(OOH)(CH3)2.

Aseton juga diproduksi melalui propena yang dioksidasi langsung dengan menggunakan katalis Pd(II)/Cu(II), mirip seperti ‘proses wacker’.

Dahulu, aseton diproduksi dari distilasi kering senyawa asetat, misalnya kalsium asetat. Selama perang dunia I, sebuah proses produksi aseton dari fermentasi bakteri dikembangkan oleh Chaim Weizmann dalam rangka membantu Britania dalam usaha perang. Proses ini kemudian ditinggalkan karena rendahnya aseton butanol yang dihasilkan.

Gambar 2. Molekul Aseton

 Sifat Aseton (C3H6O) adalah zat cair yang tidak berwarna, berbau tajam, mudah menguap, mudah terbakar. Massa molar nya 58,08 g/mol. Penampilan cairan tidak berwarna, densitas 0,79 g/cm³, titik leleh −94,9°C (178,2 K), titik didih 56,53°C (329,4 K). Kelarutan dalam air, larut dalam berbagai perbandingan viskositas 0,32 cP pada 20 °C, struktur bentuk molekul trigonal planar pada C=O, momen dipol 2,91, aseton mudah terbakar.

Aseton juga dikenal sebagai propanon, dimetil keton, 2-propanon, propan-2-on, dimetilformaldehida, dan β-ketopropana, adalah senyawa berbentuk cairan yang tidak berwarna dan mudah terbakar. Aseton larut dalam berbagai perbandingan dengan air, etanol, dietil eter, dll. Selain dimanufaktur secara industri, aseton juga dapat ditemukan secara alami, termasuk pada tubuh manusia dalam kandungan kecil. (Anonim, 2011).

 Inokulum Bakteri

Tujuan utama pembuatan inokulum untuk fermentasi menggunakan bakteri ialah menyediakan inokulum yang berada dalam keadaan aktif sehingga dapat mempersingkat fase adaptasi pada waktu fermentasi.

Kondisi Inokulum

Lamanya fase adaptasi dipengaruhi oleh volume inokulum dan kondisi fisiologinya. Untuk bakteri pembentuk spora, inokulum juga dipengaruhi oleh lamanya fase adaptasi. Karena itu, inokulum bakteri sebaiknya diinokulasikan ke dalam medium fermentasi pada saat sel aktif melakukan metabolisme. Fase adaptasi dapat dikurangi sampai serendah-rendahnya jika komposisi medium inokulum yang digunakan sama dengan komposisi medium fermentasi.

Penggunaan Inokulum

Dalam proses fermentasi untuk memproduksi vinegar, penggunaan inokulum yang berada dalam keadaan sangat aktif merupakan faktor yang menentukan. Bakteri asam asetat yang digunakan dalam proses produksi vinegar bersifat aerob yang sangat sensitif terhadap kekurangan oksigen. Untuk menghindari adanya gangguan selama proses fermentasi, sel-sel bakteri pada akhir proses fermentasi digunakan sebagai inokulum dalam proses fermentasi berikutnya.

Fase adaptasi dalam proses fermentasi untuk memproduksi enzim yang dihasilkan oleh bakteri juga perlu dikurangi sampai serendah mungkin. Aunstrup (1974), membuat inokulum Bacillus subtilis untuk memproduksi enzim protease, melalui dua tahap, yaitu pada tahap pertama inokulum ditumbuhkan pada medium padat atau cair selama 1-2 hari. Kemudian dipindahkan ke dalam fermentor inokulum dan dibiarkan tumbuh sampai sepuluh (10) generasi sebelum diinokulasikan ke dalam fermentor produksi. Sedangkan Beech (1952), membuat inokulum Clostridium acetobutylicum, yaitu galur bakteri anaerob yang digunakan untuk memproduksi aseton dan butanol.

Pembuatan Aseton Dan Butanol

Biobutanol, seperti bioetanol, dapat dibuat dari biomassa, dan pengolahan untuk dua bahan bakar berbeda divergen hanya pada tingkat fermentasi. Fermentasi gula menjadi butanol membutuhkan strain tertentu dari bakteri Clostridium acetobutylicum dikenal sebagai, kadang-kadang disebut organisme Weizmann, ahli kimia dinamai Chaim Weizmann. Itu Weizmann yang awalnya digunakan bakteri ini memfermentasi pati menjadi aseton, tetapi, tiba-tiba, Weizmann dilakukan dua kali jumlah dari produk samping yang tidak diinginkan-butanol. Menyadari butanol yang dapat berfungsi sebagai sumber energi terbarukan, para ilmuwan telah menyelidiki potensinya selama beberapa dekade terakhir. Sedangkan proses fermentasi berbeda dari etanol, distilasi proses untuk memurnikan bahan bakar adalah serupa, tetapi tidak persis sama karena perbedaan titik didih dari dua.

Butanol telah mendapat perhatian akhir-akhir ini karena manfaatnya yang dijelaskan di atas. Terutama sebagai bahan bakar transportasi memainkan peran yang semakin penting, kemampuan butanol untuk melawan pemisahan bahan bakar dan kontaminasi air yang lebih baik dari etanol bisa membuat pilihan yang lebih menguntungkan. Untungnya, sebagian besar infrastruktur etanol yang ada (yang jauh lebih luas daripada butanol), dapat segera dikonversi ke layanan industri butanol jika diperlukan.

Baru-baru ini, perusahaan DuPont dan BP mengumumkan kolaborasi mereka di sebuah Menurut pengumuman resmi “kemitraan untuk mengembangkan, memproduksi dan memasarkan generasi berikutnya biofuel untuk membantu memenuhi meningkatnya permintaan global untuk bahan bakar transportasi terbarukan.”, Mengutip keuntungan butanol yang disebutkan di atas sebagai alasan mereka untuk memilih butanol lebih dari etanol., dan dapat dibayangkan bahwa mereka melihat janji jangka panjang dalam hal ini sumber bahan bakar alternatif alternatif.

Artinya Dan kepunyaan Allah-lah timur dan barat, maka kemanaun kamu menghadap disitulah wajah Allah. Sesungguhnya allah Maha Luas (rahmat-Nya) lagi Maha Mengetahui. (Q.S  Albaqarah, 115)

Clostridium acetobutylicum adalah bakteri yang berkembang sebelum bumi memiliki atmosfer oksigen. Bagi mereka udara yang kita hirup adalah racun. Untuk bertahan hidup mereka menghasilkan tahap istirahat spora, tahan terhadap agen fisik dan kimia. Beberapa spesies menyebabkan penyakit yang menghancurkan, seperti Clostridium difficile super. Di sisi lain, sebagian sama sekali tidak berbahaya, dan membuat berbagai bahan kimia yang berguna untuk manusia. Contoh terbaik adalah Clostridium acetobutylicum yang membuat butanol. Butanol adalah alkohol, yang dapat digunakan sebagai pengganti bensin. Meskipun pentingnya, pemahaman kita tentang biologi mereka telah tertinggal di belakang bahwa dari bakteri yang berkembang baru-baru ini ‘bernapas’ oksigen. Tujuan dari Cosmic adalah dengan menggunakan pendekatan sistem biologi untuk memungkinkan prediksi yang lebih akurat dari perilaku Clostridia pada tingkat sel.

Artinya dan agar orang-orang yang telah diberi ilmu, meyakini bahwa itulah yang hak dan Tuhan-Mu lalu mereka beriman dan tunduk keadanya dan sesungguhnya Allah adalah Pemberi Petunjuk yang beriman kepada jalan yang lurus. (Q.S Al Hajj 54).

Louis Pasteur menunjukkan fermentasi gula oleh mikroba dan peraturan mereka. Ia menemukan bahwa sel-sel ragi menghasilkan bahan sel 20 kali lebih dalam kondisi aerobik daripada kondisi unaerobic. Dia menjelaskan bahwa Oksigen menghambat proses fermentasi. Ragi adalah mikroorganisme aerobik, tetapi fermentasi glukosa terjadi di bawah kondisi unaerobic. Hal ini juga dikenal sebagai “efek Pasteur”

Pada tahun 1815, Gay-Lussac memformulasikan konversi glukosa menjadi etanol.

 

Gambar 3 Proses Pembuatan Aceton

Mekanisme atau proses terbentuknya aceton berawal dari hasil spora yang matang dari bakteri Clostridium acetobutylicum. Dimana kumpulan dari spora tersebut keadaan lingkungan dari sel vegetatif (yang berfungsi sebagai sel pertumbuhan) menjadi asam organik yang mengalami farmasi gramelosa atau terdeferensiasi sehingga menjadi Clostridium acetobutylicum yang dapat menghasilkan larutan aceton. Sebagai media menggunakan gula/glukosa.

Dalam C. acetobutylicum. Selama fase pertumbuhan eksponensial, produk utama adalah asetat dan butirat. Selama waktu ini, fiksasi nitrogen juga terjadi (8). Beberapa saat setelah sel memasuki fase stasioner (18 jam), produksi puncak aseton butanol dan. Pemisahan temporal fiksasi nitrogen dan produksi pelarut menguntungkan dalam rangka untuk menghindari persaingan pereduksi oleh proses dua.

Tahap utama dari pengembangan sel ditandai dengan pembentukan Endospora. Sebuah Endospora adalah jenis sel yang paling tahan dikenal. Setelah isyarat lingkungan tertentu, sel vegetatif menghasilkan septum subterminal (1), suatu peristiwa yang dapat dilihat dengan mikroskop elektron. Septum ini akhirnya menjadi sel lain, yang disebut forespore itu, ditelan oleh sel asli, disebut sel induk. Forespore ini terdiri dari lapisan korteks (terutama peptidoglikan) dan protein mantel. Kedua lapisan sangat tahan mengelilingi inti, yang merupakan sitoplasma yang sangat dehidrasi. Inti didefinisikan oleh sekali tidak ada metabolisme yang terjadi di dalam sel. Sel induk lyses melepaskan spora matang. Ini spora dewasa adalah tahan terhadap suhu tinggi, bahan kimia dan berbagai jenis radiasi memungkinkan untuk bertahan selama beberapa tahun yang luar biasa. Setelah isyarat lingkungan lainnya, seperti lingkungan anoxic, sel berkecambah dan mulai lagi siklus vegetatif

Karakteristik ethanol:

  • Etanol adalah, volatile mudah terbakar, cairan tidak berwarna.
  • tanol adalah alkohol rantai lurus, dan rumus molekul adalah C2H5OH.
  • Rumus empiris adalah C2H6O, membuatnya menjadi isomer konstitusional dimetil eter.
  • Fermentasi gula menjadi etanol adalah salah satu reaksi organik paling awal yang digunakan oleh umat manusia

KESIMPULAN

Clostridium acetobutylicum adalah basil Gram-positif (1). C. acetobutylicum paling sering tinggal tanah, meskipun telah ditemukan di sejumlah lingkungan yang berbeda. Clostridium acetobutylicum telah memainkan peran penting dalam bioteknologi sepanjang abad ke-20. Ketika Clostridium acetobutylicum yang berbudaya dalam budaya terus-menerus atau mengalami banyak transfer, saring perlahan-lahan merosot dalam hal kehilangan kemampuan untuk produksi pelarut. Percobaan untuk menentukan apa yang menyebabkan degenerasi telah menunjukkan bahwa pSOL1 berisi empat gen yang penting untuk produksi alkohol dan aseton.

DAFTAR PUSTAKA

 

Jawet, dkk. 2001. Mikrobiologi kedokteran.Jakarta:Penerbit salemba medica.

Kee, L.H.2002. The Living Science.Singapore :Pearson Education Asia Pte. Ltd.

Muladno, 2002. Seputar Teknologi Rekayasa Genetika. Bogor : Penerbit Pustaka Wirausaha Muda.

Roberts, J.A. Fraser, dkk. 1995. Genetika Kedokteran. Suatu Pengantar.Edisi kedelapan Cetakan Pertama. Jakarta :Penerbit Buku kedokeran (EGC).

Anonymous. 2011. Kemajuan Iptek Untuk Kemaslahatan Umat. http:// Wikipedia.org. Diakses Tanggal 20 Desember 2011.

Kimball, J. 2009. Recombinant DNA. http://users.rcn.com/ jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/R/RecombinantD NA.html. Diakses tanggal 20 Desember 2011

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

Follow

Get every new post delivered to your Inbox.

Join 55 other followers

%d bloggers like this: