Pemanfaatan Bakteri Pseudomonas sp dalam Teknologi Bioremediasi

    Hidrokarbon (Minyak Bumi)

Utilization of  Bacteria Pseudomonas sp in Bioremediation Technology
Hydrocarbons (Crude Oil)

Dhita windhi Y, Ikvina Bil I, Heni Tri U, Niken Kurnia T, Dr. H. Moch. Agus Krisno B, M. Kes

Program Studi Pendidikan Biologi FKIP

Universitas Muhammadiyah Malang

 Jl. Tlogomas 246 Malang

Telp 464318

Abstract

Contamination or pollution is not a new thing, even not a few of us who already understand the influence caused by contamination or pollution of the environment on the continuity and balance of the ecosystem. Pollution can be defined as the environmental contamination by substances that can impair human health, quality of life, and also the natural function of ecosystems Based on the ability of degradation in the environment, pollutants listed above are easily degraded pollutants (biodegradable pollutant), and the pollutants that are difficult or very slowly degraded (non-degradable pollutant).

Problems occur when petroleum hydrocarbon products that humans harnessed bring undesirable effects to the man himself or for the environment. An example is the petroleum products plastics, which cause environmental pollution problems due to difficult to degrade.

Based on the above, bioremediation is one solution that can be offered, that is by using the bacterium Pseudomonas sp hidrokarbonoklastik which is a bacteria that can degrade various types of hydrocarbons with a regulatory enzyme that plays a role in the synthesis of biosurfactant that reduces surface tension, stabilizing the emulsion.

 Key word : hydrocarbons, bioremediation, bacteria, Pseudomonas sp, biosurfactant

Abstrak

            Pencemaran atau polusi bukanlah merupakan hal baru, bahkan tidak sedikit dari kita yang sudah memahami pengaruh yang ditimbulkan oleh pencemaran atau polusi lingkungan terhadap kelangsungan dan keseimbangan ekosistem. Berdasarkan kemampuan terdegradasinya di lingkungan, polutan digolongkan atas Polutan yang mudah terdegradasi (biodegradable pollutant), dan Polutan yang sukar terdegradasi atau lambat sekali terdegradasi (nondegradable pollutant).

Permasalahan terjadi ketika produk hidrokarbon minyak bumi yang dimanfaatkan manusia memunculkan efek yang tidak diinginkan bagi manusia itu sendiri ataupun bagi lingkungan sekitar. Sebagai contoh adalah produk minyak bumi plastik, yang menimbulkan masalah pencemaran lingkungan karena sulit didegradasi.

Berdasarkan hal tersebut di atas,  bioremediasi merupakan salah satu solusi yang dapat ditawarkan, yaitu dengan menggunakan bakteri Pseudomonas sp yang merupakan bakteri hidrokarbonoklastik yang mampu mendegradasi berbagai jenis hidrokarbon dengan enzim regulatori yang berperan dalam sintesis biosurfaktan yang mengurangi tegangan permukaan, menstabilkan emulsi.

PENDAHULUAN

Pencemaran atau polusi bukanlah merupakan hal baru, bahkan tidak sedikit dari kita yang sudah memahami pengaruh yang ditimbulkan oleh pencemaran/polusi lingkungan terhadap kelangsungan dan keseimbangan ekosistem. Polusi didefinisikan sebagai kontaminasi suatu lingkungan oleh bahan-bahan yang dapat mengganggu kesehatan manusia, kualitas kehidupan, dan juga fungsi alami dari ekosistem. Walaupun pencemaran lingkungan dapat disebabkan oleh proses alami, aktivitas manusia yang notabenenya sebagai pengguna lingkungan adalah sangat dominan sebagai salah satu penyebabnya, baik yang dilakukan secara sengaja ataupun tidak.

Berdasarkan dari kemampuan terdegradasinya pada lingkungan, polutan digolongkan menjadi dua golongan, yaitu: 1).  Polutan yang mudah terdegradasi (biodegradable pollutant), yaitu bahan seperti sampah yang mudah terdegradasi di lingkungan. Jenis polutan ini akan menimbulkan masalah lingkungan bila kecepatan produksinya lebih cepat dari kecepatan degradasinya. 2).  Polutan yang sukar terdegradasi atau lambat sekali terdegradasi (nondegradable pollutant), dapat menimbulkan masalah lingkungan yang cukup serius (Anonymous, 2010).

Pencemaran lingkungan oleh hidrokarbon minyak bumi terus mengalami peningkatan dan telah menimbulkan dampak yang berarti bagi makhluk hidup. Bioremediasi adalah salah satu upaya untuk mengurangi polutan tersebut dengan bantuan organisme. Biodegradasi senyawa hidrokarbon dari minyak bumi ini dapat dilakukan oleh mikroorganisme, salah satunya adalah bakteri Pseudomonas sp.

Bioremediasi merupakan pengembangan dari suatu  bidang bioteknologi lingkungan dengan memanfaatkan proses biologi dalam mengendalikan pencemaran dengan mengurangi senyawa organik dan bahan beracun baik yang berasal dari limbah rumah tangga maupun dari industri (Anonymous, 2009).

BIOREMIDIASI

Bioremediasi adalah proses pembersihan pencemaran tanah dengan cara menggunakan mikroba seperti  (jamur, bakteri). Bioremediasi bertujuan untuk memecah atau mendegradasi zat pencemar menjadi bahan yang kurang beracun atau tidak beracun (karbon dioksida dan air). Ada dua jenis bioremediasi, yaitu in-situ (atau on-site) dan ex-situ (atau off-site). Pembersihan on-site adalah pembersihan di lokasi. Pembersihan ini lebih murah dan lebih mudah, terdiri dari pembersihan, venting atau injeksi, dan bioremediasi. Sementara bioremediasi ex-situ (pembersihan off-side) dilakukan dengan cara tanah yang tercemar digali dan dipindahkan ke dalam penampungan yang lebih terkontrol, kemudian diberi perlakuan khusus dengan menggunakan mikroba (Anonymous, 2009).

Bioremediasi ex-situ dapat berlangsung lebih cepat, mampu me-remediasi jenis kontaminan dan jenis tanah yang lebih beragam, dan lebih mudah dikontrol dibandingkan dengan bioremediasi in-situ. 4 teknik dasar yang biasa digunakan dalam prose bioremediasi, antara lain: 1) stimulasi aktivitas mikroorganisme asli (di lokasi tercemar) dengan cara penambahan nutrien, pengaturan kondisi redoks, optimasi pH, dsb. 2) Dengan inokulas atau penanaman mikroorganisme di lokasi tercemar, yaitu mikroorganisme yang memiliki kemampuan biotransformasi khusus. 3) penerapan immobilized enzymes 4)Dengan  penggunaan tanaman (phytoremediation) untuk mengubah atau menghilangkan pencemaran. Prose Bioremediasi ex-situ meliputi penggalian tanah yang tercemar dan kemudian dibawa ke daerah yang aman (Anonymous, 2009).

BAKTERI Pseudomonas sp

Pseudomonas sp merupakan bakteri hidrokarbonoklastik yang mampu mendegradasi berbagai jenis hidrokarbon. Keberhasilan penggunaan bakteri Pseudomonas  sp dalam upaya bioremediasi lingkungan akibat pencemaran  dari hidrokarbon ini membutuhkan pemahaman tentang mekanisme interaksi antara Pseudomonas sp dengan senyawa hidrokarbon (Anonymous,2011).

Gambar1.1 bakteri pedegradasi Pseudomonas sp.

Sumber1 :bp.blogspot.com

Pseudomonas sp merupakan bakteri berbentuk batang, bersifat gram negatif, mempunyai flagel, tidak berkapsul. Membentuk pigmen biru yang meresap masuk dalam perbenihan terdiri dari zat : flouresens warna hijau yang larut dalam air dan pyocianin warna biru kehijauan larut dalam kloroform (Anonymous, 2011).

Dalam jumlah kecil bakteri ini hidup sebagai flora normal tractus intestinalis manusia dan hewan, juga ditemukan pada kulit manusia sehat. Infeksi terjadi pada : 1) Bila bekteri masuk ke dalam tubuh yang daya tahannya menurun, misalnya : penyakit menahun, 2) Pseudomonas aeruginosa biasanya pathogen bila bersama-sama kuman lain, infeksi campuran dengan kuman lain (coccus pyogen) atau dengan salah satu kuman Enterobacteriaceae, misalnya : luka bakar, 3) Kuman ini menular melalui debu dan udara. Di rumah sakit Pseudomonas menjadi kontaminan misalnya : pada alat bedah akan menyebabkan infeksi dan hal ini sangat berbahaya sebab pasien dalam keadaan lemah (Anonymous, 2011).

 ORGANISME PENDEGRADASI HIDROKARBON

Pengguanaan   Pseudomonas sp sebagai organisme pendegradasi dalam upaya bioremediasi lingkungan akibat pencemaran minyak bumi. Bahan utama minyak bumi adalah hidrokarbon alifatik dan aromatik. Selain itu, minyak bumi juga mengandung senyawa nitrogen antara 0-0,5%, belerang 0-6%, dan oksigen 0-3,5% (Anonymous, 2011).

Terdapat sedikitnya empat seri hidrokarbon yang terkandung di dalam minyak bumi, yaitu seri n-paraffin (n-alkana) yang terdiri atas metana (CH4) sampai aspal yang memiliki atom karbon (C) lebih dari 25 pada rantainya, seri iso-paraffin (isoalkana) yang terdapat hanya sedikit dalam minyak bumi, seri neptena atau sikloalkana yang merupakan komponen kedua terbanyak setelah n-alkana, dan seri aromatik (benzenoid). Oleh karena itu, akan dijelaskan mengenai mekanisme kerja dari bakteri  Pseudomonas sp dalam proses bioremediasi pada pencemaran minyak bumi (Anonymous, 2008).

Bakteri pseudomonas yang umum digunakan antara lain yaitu:  1) Pseudomonas aeruginosa, 2) Pseudomonas stutzeri, 3) Baktei Pseudomonas diminuta. Salah satu factor yang sering membatasi kemampuan bakteri Pseudomonas dalam mendegradasi suatu  senyawa hidrokarbon  adalah sifat kelarutannya yang rendah, sehingga sulit mencapai sel bakteri. Oleh karena itu, untungnya, bakteri Pseudomonas dapat memproduksi biosurfaktan (Anonymous, 2011).

Biosurfaktan adalah zat permukaan aktif yang disintesis oleh sel hidup dan memiliki sifat-sifat mengurangi tegangan permukaan, menstabilkan emulsi, pembentukan busa, pada umumnya tidak beracun, dan biodegradable. ( Banat et al, 2000).

Merupakan molekul ampipilik dengan dua daerah hidrofilik dan hidrofobik akan menyebabkan pembentukan agregat pada permukaan antara cairan dengan berbagai polaritas seperti air dan hidrokarbon (Banat, 1995a; Fiechter, 1992; Georgiou, 1992; Kosaric, 1993; Karanth et al, 1999).

Biosurfaktan adalah molekul amphiphilic permukaan aktif diperoleh baik melalui rute fermentasi mikroba atau melalui reaksi katalis enzim in-vitro (Sen, 2010).

Gambar 1.2 Pembentukan Biosurfaktan

Sumber2 :landesbioscience.com

 Kemampuan Pseudomonas   sp dalam memproduksi biosurfaktan berkaitan dengan keberadaan enzim regulatori yang berperan dalam sintesis biosurfaktan. Ada  2 (dua)  macam biosurfaktan yang dihasilkan bakteri Pseudomonas : 1) Surfaktan dengan berat molekul rendah (seperti glikolipid, soforolipid, trehalosalipid, asam lemak dan fosfolipid) yang terdiri dari molekul hidrofobik dan hidrofilik. Kelompok ini bersifat aktif permukaan, ditandai dengan adanya penurunan tegangan permukaan medium cair, 2) Polimer dengan berat molekul besar, yang dikenal dengan bioemulsifier polisakarida amfifatik. Dalam medium cair, bioemulsifier ini mempengaruhi pembentukan emulsi serta kestabilannya dan tidak selalu menunjukkan penurunan tegangan permukaan medium ( Pikoli, M. R., P. Aditiawati, & D. I. Astuti, 2000)

Selain itu biosurfaktan secara ekstraseluler menyebabkan emulsifikasi hidrokarbon sehingga mudah untuk didegradasi oleh bakteri. Biosurfaktan meningkatkan ketersediaan substrat yang tidak larut melalui beberapa mekanisme. Dengan adanya biosurfaktan, maka substrat yang berupa cairan akan teremulsi dibentuk menjadi misel-misel, dan menyebarkannya ke permukaan sel bakteri. Substrat yang padat dipecah oleh biosurfaktan, sehingga lebih mudah masuk ke dalam sel (Anonymous, 2008).

Pelepasan biosurfaktan ini tergantung dari substrat hidrokarbon yang ada. Ada substrat (misal seperti pada pelumas) yang menyebabkan biosurfaktan hanya melekat pada permukaan membran sel, namun tidak diekskresikan ke dalam medium. Namun, terdapat beberapa substrat hidrokarbon (misal heksadekan) menyebabkan biosurfaktan juga dilepaskan ke dalam medium. Hal ini terjadi karena heksadekan menyebabkan sel bakteri lebih bersifat hidrofobik. Senyawa hidrokarbon  pada komponen permukaan sel yang hidrofobik itu dapat menyebabkan sel tersebut kehilangan integritas struktural selnya sehingga melepaskan biosurfaktan untuk membran sel itu sendiri dan juga melepaskannya ke dalam medium (Anonymous, 2008).

TRANSPOR HIDROKARBON OLEH BAKTERI

Terdapat  3 (tiga) cara transpor hidrokarbon ke dalam sel bakteri secara umum yaitu : 1) Interaksi sel dengan hidrokarbon yang terlarut dalam fase air. Pada kasus ini, umumnya rata-rata kelarutan hidrokarbon oleh proses fisika sangat rendah sehingga tidak dapat mendukung, 2) Kontak langsung sel dengan permukaan tetesan hidrokarbon yang lebih besar dari pada sel mikroba. Pada kasus yang kedua ini, perlekatan dapat terjadi karena sel bakteri bersifat hidrofobik. Sel mikroba melekat pada permukaan tetesan hidrokarbon yang lebih besar dari pada sel dan pengambilan substrat dilakukan dengan difusi atau transpor aktif. Perlekatan ini terjadi karena adanya biosurfaktan pada membran sel bakteri Pseudomonas, 3) Interaksi sel dengan tetesan hidrokarbon yang telah teremulsi atau tersolubilisasi oleh bakteri. Pada kasus ini sel mikroba dapat berinteraksi dengan partikel hidrokarbon yang lebih kecil daripada sel. Hidrokarbon dapat teremulsi dan tersolubilisasi dengan adanya biosurfaktan yang dilepaskan oleh bakteri pseudomonas ke dalam medium (Pikoli, M. R., P. Aditiawati, & D. I. Astuti, 2000).

MEKANISME DEGRADASI HIDROKARBON DI DALAM SEL BAKTERI Pseudomonas sp

1)    Hidrokarbon Alifatik

Bakteri Pseudomonas  menggunakan hidrokarbon alifatik tersebut untuk pertumbuhannya. Penggunaan hidrokarbon alifatik jenuh merupakan proses aerobic atau menggunakan oksigen. Dengan tanpa adanya O2, hidrokarbon ini tidak didegradasi. Langkah dari pendegradasian hidrokarbon alifatik jenuh oleh  Pseudomonas sp  meliputi oksidasi molekuler (O2) sebagai sumber reaktan dan penggabungan satu atom oksigen ke dalam hidrokarbon teroksidasi (Mustofa, 2010).

Gambar 1.3  Reaksi degradasi hidrokarbon alifatik

Sumber3:http://orpipu.blogspot.com/2008/

 1)   Hidrokarbon Aromatik Banyak senyawa ini digunakan sebagai donor elektron secara aerobik oleh bakteri Pseudomonas. Metabolisme senyawa ini oleh bakteri diawali dengan pembentukan Protocatechuate atau catechol atau senyawa yang secara struktur berhubungan dengan senyawa ini. Kedua senyawa ini selanjutnya didegradasi menjadi senyawa yang dapat masuk ke dalam siklus Krebs (siklus asam sitrat), yaitu suksinat, asetil KoA, dan piruvat (Mustofa, 2010).

Gambar 1.4 Reaksi degradasi hidrokarbon aromatik

Sumber4:http://orpipu.blogspot.com/2008/

TEKNOLOGI  BIOSURFAKTAN

Peluang dari tehnologi bioremediasi kedepan adalah pengembangan green business yang berbasis pada teknologi bioremediasi dengan system one top solution (close system) dan dengan pendekatan multiproses remediation technologies, artinya pemulihan (remediasi) kondisi lingkungan yang terdegradasi dapat diteruskan sampai kepada kondisi lingkungan seperti kondisi awal sebelum kontaminasi ataupun pencemaran terjadi. Usaha mencapai total grenning program ini dapat dilanjutkan dengan rehabilitasi lahan dengan melakukan kegiatan phytoremediasi dan penghijauan (vegetation establishement) untuk lebih efektif dalam mereduksi, mengkontrol bahkan mengeliminasi B3 hasil bioremediasi kepada tingkatan yang sangat aman lagi buat lingkungan (Aguskrisno, 2011).

Saat ini hanya tersedia terbatas biosurfaktan komersial, misalnya surfactin, sophorolipid dan rhamnolipid.

Gambar 1.5 sebuah model biosurfaktan rhamnolipid

Sumber5 : flinn.org

Strategi skrining yang efisien adalah kunci sukses dalam mengisolasi mikroba baru dan menarik atau varian mereka, karena sejumlah besar strain perlu ditandai.Sebuah strategi lengkap untuk pemutaran biosurfactants baru atau strain produksi terdiri dari tiga langkah: sampling, isolasi strain dan penyelidikan strain ( Walter et al, 2010 ).

Dalam hal ini juga perlu diperhatikan faktor-faktor lingkungan yang meliputi kondisi lingkungan, temperature, oksigen, dan nutrient yang tersedia (Munir, 2006).

Sesuai dengan firman Allah:

Qs. Al-Baqarah:164

 

 

 

 

 

Artinya :

Sesungguhnya dalam penciptaan langit dan bumi, silih bergantinya malam dan siang, bahtera yang berlayar di laut membawa apa yang berguna bagi manusia, dan apa yang Allah turunkan dari langit berupa air, lalu dengan air itu Dia hidupkan bumi sesudah mati (kering)-nya dan Dia sebarkan di bumi itu segala jenis hewan, dan pengisaran angin dan awan yang dikendalikan antara langit dan bumi; sungguh (terdapat) tanda-tanda (keesaan dan kebesaran Allah) bagi kaum yang memikirkan.

Qs.Thaahaa: 6

Artinya :

Kepunyaan-Nya-lah semua yang ada di langit, semua yang di bumi, semua yang di antara keduanya dan semua yang di bawah tanah.

Dari ayat diatas dapat kita ketahui bahwa Allah menciptakan makhluk hidup bermacam-macam. Ada yang bisa dilihat dengan mata telanjang dan ada pula yang hanya bisa dilihat dengan alat bantu misalnya saja dengan mikroskop. Salah satu contoh dari makhluk mikroskopis  yaitu mikroorganisme. Allah menciptakan makhluk hidup tidak hanya merugikan tetapi juga menguntungkan. Seperti halnya  jenis makhluk hidup hingga yang terkecil sekalipun (mikroorganisme) dan semuanya membawa manfaat atau faedah bagi kepentingan manusia di bumi. Seperti halnya jenis bakteri,  protozoa dan lain sebagainya yang bermanfaat untuk bioremediasi pelestarian lingkungan.

SIMPULAN  

Berdasarkan pembahasan diatas,   maka dapat disimpulan yaitu sebagai berikut: 1) Polusi dapat didefinisikan sebagai kontaminasi lingkungan oleh bahan-bahan yang dapat mengganggu kesehatan manusia, kualitas kehidupan, dan juga fungsi alami dari ekosistem. Berdasarkan dari kemampuan terdegradasinya di lingkungan, polutan digolongkan atas Polutan mudah terdegradasi (biodegradable pollutant), dan Polutan yang sukar terdegradasi atau lambat sekali terdegradasi yang biasanya disebut nondegradable pollutant. 2) Bioremediasi merupakan proses pembersihan pencemaran tanah  dengan menggunakan mikroba seperti  jamur, bakteri. Bioremediasi bertujuan untuk memecah atau mendegradasi suatu zat pencemar menjadi bahan yang kurang beracun atau bahan tidak beracun. 3) Bakteri Pseudomonas sp merupakan bakteri hidrokarbonoklastik yang mampu mendegradasi berbagai jenis hidrokarbon. Kemampuan bakteri Pseudomonas sp dalam memproduksi biosurfaktan (zat aktif yang disintesis untuk mengurangi tegangan permukaan dan untuk menstabilkan emulsi) yang berkaitan dengan keberadaan enzim regulatori yang berperan, 4) Ketersediaan biosurfaktan komersial (produksi strain), misalnya surfactin, sophorolipid dan rhamnolipid yang didapatkan dengan metode sampling, isolasi strain dan penyelidikan strain.

DAFTAR PUSTAKA

Agus, A. 1984. Mengerti Kimia 1. Jurusan Kimia FMIPA ITB, Bandung.

Aguskrisno, 2011. Bioremidiasi Lingkungan Berpolutan. https://aguskrisnoblog.wordpress.com/2011/01/11/bioremediasi-lingkungan-berpolutan/, diakses 8 Desember 2011.

Anonymous, 2008. Mekanisme Kerja Bakteri Pseudomonas sp dalam Proses Bioremediasi Minyak Bumi. http://orpipu.blogspot.com/2008/11/mekanisme-kerja-bakteri-pseudomonas-sp.html, diakses 8 Desember 2011.

Anonymous, 2009. Bioremidiasi.

http://forum.upi.edu/v3/index.php?topic=14107.0, Diakses 8 Desember 2011.

Anonymous, 2010. Bioremidiasi. http://ajo-ilmulingkungan ajo.blogspot.com/20100901_archive.html, Diakses 8Desember 2011.

Anonymous, 2011. Media untuk Pseudomonas sp. http://crymata.blogspot.com/2011/03/media-untuk-pseudomonas-sp.html, diakses 8 Desember 2011.

Banat et al, 1999). Bioremediation: A Case Study in East Kalimantan, Indonesia. Proceeding the 1st COE International Symposium “Environmental Degradation and Ecosystem Restoration in East Asia” Tokyo University – Japan. 9 p.

Baker, J. M., Clark, R. B., Kingston, P. F. and Jenkins, R. H. (1990).Natural Recovery of Cold Water Marine Environments after an Oil Spill. 13th AMOP Seminar, June 1990.

Cookson, J.T. 1995. Bioremediation Engineering : Design and Application. McGraw-Hill, Inc. Toronto.

Chapman, P.J., M. Shelton, M. Grifoll, & S. Selifonov. 1995. Fossil fuel biodegradation: Laboratory study. Environmental Health perspectives. 103.

Munir E.  2006. Pemanfaatan Mikroba dalam bioremidiasi. http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/712/1/08E00116.pdf, diakses 8 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

%d bloggers like this: