Bioteknologi “Peran Pseudomonas sp. Dalam Bioteknologi Bioremediasi Limbah Plastik dan Styrofoam”

MAKALAH BIOTEKNOLOGI 

“Peran  Pseudomonas sp. Dalam Bioteknologi Bioremediasi Limbah Plastik dan Styrofoam”

                 Mata Kuliah       : Bioteknologi

          Dosen Pengampu    : Ina Rosdiana Lesmanawati, M.Si

  

Disusun Oleh :

AENUL FAHMI KHALIK (14121610738)

BIOLOGI C/ VI

TADRIS IPA-BIOLOGI FAKULTAS TARBIYAH

INSTITUT AGAMA ISLAM NEGERI (IAIN)

SYEKH NURJATI CIREBON

2015

PEMBAHASAN

A.    Bioteknologi dan Bioremediasi

Bioremediasi merupakan penggunaan mikroorganisme untuk mengurangi polutan di lingkungan. Saat bioremediasi terjadi, enzim-enzim yang diproduksi oleh mikroorganisme memodifikasi polutan beracun dengan mengubah struktur kimia polutan tersebut, sebuah peristiwa yang disebut biotransformasi. Pada banyak kasus, biotransformasi berujung pada biodegradasi, dimana polutan beracun terdegradasi, strukturnya menjadi tidak kompleks, dan akhirnya menjadi metabolit yang tidak berbahaya dan tidak beracun. (Aguskrisnoblog. 2012).

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 (injeksi), dan bioremediasi. Sementara pada bioremediasi ex-situ atau 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. Bioremediasi ex-situ dapat berlangsung lebih cepat, mampu meremediasi jenis kontaminan dan jenis tanah yang lebih beragam, dan lebih mudah dikontrol dibanding dengan bioremediasi in-situ (anonymous. 2012).

B.     Teknik bioremediasi

Menciptakan lingkungan yang terkontrol untuk memproduksi enzim yang sesuai bagi reaksi terkatalisis yang diinginkan. Kebutuhan dasar dari proses biologis yaitu :

1.      Kehadiran mikroorganisme dengan kemampuan untuk men-degradasi senyawa target.

2.      Keberadaan substrat yang dikenali dan dapat digunakan sebagai sumber energi dan karbon.

3.      Adanya pengumpanan yang menyebabkan terjadinya sintesa spesifik untuk senyawa target.

4.      Keberadaan sistem penerima donor elektron yang sesuai.

5.      Kondisi lingkungan yang sesuai untuk reaksi terkatalisis enzim dengan kelembaban dan pH yang mendukung.

6.      Ketersediaan nutrien untuk mendukung pertumbuhan sel mikroba dan produksi enzim.

7.      Suhu yang mendukung aktivitas mikrobial dan reaksi terkatalisis.

8.      Ketersediaan bahan atau substansi beracun terhadap mikroorganisme tersebut.

9.      Kehadiran organisme untuk mendegradasi produk metabolit.

10.  Kehadiran organisme untuk mencegah timbulnya racun antara.

11.  Kondisi lingkungan yang meminimumkan organisme kompetitif bagi mikroorganisme pendegradasi.

Tanpa adanya enzim yang mengkatalis reaksi degradasi, waktu yang dibutuhkan untuk mencapai keseimbangan lama. Enzim mempercepat proses tersebut dengan cara menurunkan energi aktivasi, yaitu energi yang dibutuhkan untuk memulai suatu reaksi.  Tanpa adanya mikroba, proses penguraian di lingkungan tidak akan berlangsung. Kotoran, sampah, hewan, dan tumbuhan yang mati akan menutupi permukaan bumi, suatu kondisi yang tidak akan pernah kita harapkan. Sebagai akibatnya, siklus nutrisi atau rantai makanan akan terputus. Lintasan biodegradasi berbagai senyawa kimia yang berbahaya dapat dimengerti berdasarkan lintasan mekanisme dari beberapa senyawa kimia alami seperti hidrokarbon, lignin, selulosa, dan hemiselulosa. Sebagian besar dari prosesnya, terutama tahap akhir metabolisme, umumnya berlangsung melalui proses yang sama (Cerniglia, C.E. and Sutherland, J.B. 2001).

 Bioremediasi ini teknik penanganan limbah atau pemulihan lingkungan, dengan biaya operasi yang relatif murah, serta ramah dan aman bagi lingkungan. Bioremediasi adalah proses pembersihan pence-maran tanah dengan menggunakan mikroorganisme (jamur, bakteri). Bio-remediasi bertujuan untuk memecah atau mendegradasi zat pencemar menjadi bahan yang kurang beracun atau tidak beracun (karbon dioksida dan air). Limbah adalah bahan sisa pada suatu kegiatan dan/atau proses produksi. Limbah dapat dibedakan berda-sarkan nilai ekonomisnya dapat digolongkan dalam 2 golongan,yaitu: 1. Limbah yang memiliki nilai ekonomis limbah yang dengan proses lebih lanjut/diolah dapat memberikan nilai tambah.  2. Limbah non ekonomis limbah yang tidak akan memberikan nilai tambah walaupun sudah diolah, pengolahan limbah ini sifatnya untuk memper-mudah sistem pembuangan. Ber-dasarkan sifatnya limbah dapat dibedakan menjadi : 1. Limbah padat adalah hasil buangan industri yang berupa padatan, lumpur, bubur yang berasal dari sisa kegiatan dan atau proses pengolahan. Limbah padat dibagi 2, yaitu: a.Dapat didegradasi, contohnya sampah bahan organik, dan onggok. b.Tidak dapat di-degradasi contoh plastik, kaca, tekstil, potongan logam. 2. Limbah Cair adalah sisa dari proses usaha dan/atau kegiatan yang berwujud cair. 3. Limbah gas/asap adalah sisa dari proses usaha dan/atau kegiatan yang berwujud gas / asap (Anonymous. 2010).

C.    Plastik dan Styrofoam

Plastik adalah bahan yang paling banyak digunakan pada jaman modern ini. Plastik sifatnya praktis, bersih, dan dapat dibentuk menjadi berbagai barang yang amat berguna dan memudahkan keseharian kita. Walaupun begitu plastik adalah limbah yang disebut-sebut tak dapat terurai, tak ramah lingkungan, dan merupakan limbah paling berbahaya dan merepotkan yang menjadi masalah utama penanganan limbah dunia. Meskipun bisa terurai, plastik membutuhkan waktu hingga ribuan tahun untuk dapat terurai. Inilah yang menyebabkan masyarakat dari kalangan awam hingga para ilmuwan menganggap plastik sebagai limbah yang tak dapat terurai (Anonim, 2010).

Plastik terdiri atas berbagai senyawa yang terdiri polietilen, polistiren, dan polivinil klorida. Bahan-bahan tersebut bersifat inert dan rekalsitran. Senyawa lain penyusun plastik yang disebut plasticizers terdiri: (a) ester asam lemak (oleat, risinoleat, adipat, azelat, dan sebakat serta turunan minyak tumbuhan, (b) ester asam phthalat, maleat, dan fosforat. Bahan tambahan untuk pembuatan plastik seperti Phthalic Acid Esters (PAEs) dan Polychlorinated Biphenyls (PCBs) sudah diketahui sebagai karsinogen yang berbahaya bagi lingkungan walaupun dalam kon-sentrasi rendah. Untuk dapat me-rombak plastik, mikroba harus dapat mengkontaminasi lapisan plastik melalui muatan elektrostatik dan mikroba harus mampu mengguna-kan komponen di dalam atau pada lapisan plastik sebagai nutrien. Plasticizers yang membuat plastik bersifat fleksibel seperti adipat, oleat, risinoleat, sebakat, dan turunan asam lemak lain cenderung mudah digunakan, tetapi turunan asam phthalat dan fosforat sulit digunakan untuk nutrisi. Hilangnya plasticizers menyebabkan lapisan plastik menjadi rapuh, daya rentang meningkat dan daya ulur berkurang (Anonim. 2009). 

Plastik merupakan hidrokar-bon yang hampir keseluruhan rantainya tersusun atas atom hidrogen dan karbon. Polimer ini di-disain untuk menghambat keluar masuknya oksigen, sehingga produk ataupun makanan yang tersimpan di dalamnya terawetkan dari proses biodegradasi alami atau pembusuk-kan. Untuk itulah plastik dibuat sedemikian agar tidak mampu di-tembus sehingga dibutuhkan ratusan tahun untuk mikroba mampu menguraikannya menjadi biogas dan biomassa (Koswara, 2006; Adam dan Clark, 2009).

Styrofoam atau plastik busa masih tergolong keluarga plastik. Bahan dasar Styrofoam adalah polisterin, suatu plastik yang sangat ringan, kaku, tembus cahaya dan murah tetapi cepat rapuh. Karena kelemahannya tersebut, polisterin dicampur dengan seng dan senyawa butadien. Hal ini menyebabkan polisterin kehilangan sifat jernihnya dan berubah warna menjadi putih susu (Sulchan&Endang, 2007)

D.    Mikroba Perombak Plastik

Plastik banyak kegunaannya tetapi polimer sintetik plastik sangat sulit dirombak secara alamiah. Akhir - akhir ini sudah mulai diproduksi plastik yang mudah terurai. Plastik terdiri atas berbagai senyawa yang terdiri polietilen, polistiren, dan polivinil klorida. Bahan - bahan tersebut bersifat inert dan rekalsitran. Senyawa lain penyusun plastik yang disebut plasticizers terdiri: (a) ester asam lemak (oleat, risinoleat, adipat, azelat, dan sebakat serta turunan minyak tumbuhan, (b) ester asam phthalat, maleat, dan fosforat. Bahan tambahan untuk pembuatan plastik seperti Phthalic Acid Esters (PAEs) dan Polychlorinated Biphenyls (PCBs) sudah diketahui sebagai karsinogen yang berbahaya bagi lingkungan walaupun dalam kon-sentrasi rendah (Anwariansyah. 2009).

Dari alam telah ditemukan mikroba yang dapat merombak plastik, yaitu terdiri bakteri, aktinomycetes, jamur dan khamir yang umumnya dapat menggunakan plasticizers sebagai sumber C, tetapi hanya sedikit mikroba yang telah ditemukan mampu merombak polimer plastiknya yaitu jamur Aspergillus fischeri dan Paecilomyces sp.    Sedangkan mikroba yang mampu merombak dan menggunakan sumber C dari plasticizers yaitu jamur Aspergillus niger, A. Versicolor, Cladosporium sp.,Fusarium sp., Penicillium sp.,Trichoderma sp., Verticillium sp., dan khamir Zygosaccharomyces drosophilae, Saccharomyces cerevisiae, serta bakteri Pseudo-monas aeruginosa, Brevibacterium sp. dan aktinomisetes Streptomyces rubrireticuli.

Untuk dapat merombak plastik, mikroba harus dapat mengkontaminasi lapisan plastik melalui muatan elektrostatik dan mikroba harus mampu menggunakan komponen di dalam atau pada lapisan plastik sebagai nutrien. Plasticizers yang membuat plastik bersifat fleksibel seperti adipat, oleat, risinoleat, sebakat, dan turunan asam lemak lain cenderung mudah digunakan, tetapi turunan asam phthalat dan fosforat sulit digunakan untuk nutrisi. Hilangnya plasticizers menyebabkan lapisan plastik menjadi rapuh, daya rentang meningkat dan daya ulur berkurang (Anwariansyah. 2009).

Mikroorganisme Pseudomonas aeuruginosa

Klasifikasi Ilmiah

Kingdom         : Bacteria

Phylum            : Proteobacteria

Class                :Gamma Proteobacteria

Order               :Pseudomonadales

Family             : Pseudomonadaceae

Genus              :  Pseudomonas

Species            :Pseudomonas aeruginosa

(Wikipedia.org/wiki/pseudomonas)

Keberhasilan penggunaan bakteri Pseudomonas dalam upaya bioremediasi lingkungan akibat pencemaran hidrokarbon yang membutuhkan pemahaman tentang mekanisme interaksi antara bakteri Pseudomonas sp.  dengan senyawa hidrokarbon. Kemampuan bakteri Pseudomonas sp. dalam mende-gradasi hidro-karbon dan dalam menghasilkan biosurfaktan menun-jukkan bahwa isolat bakteri Pseudomonas sp. berpotensi untuk digunakan dalam upaya bioremediasi lingkungan akibat pencemaran hidrokarbon (Angga. 2009).

Genus pseudomonas terdiri dari sejumlah kuman batang gram negatif  yang tidak meragi karbohidrat, hidup aerob di tanah dan di air. Dalam habitat alam tersebar luas dan memegang peranan penting dalam pembusukan zat organik. Bergerak dengan flagel polar, satu atau lebih. Beberapa diantaranya adalah fakultatif khemoliotrof, dapat memakai H2 atau CO sebagai sumber karbon katalase positif (Boel, Trelia, 2004).

Pseudomonas aeruginosa berbentuk batang dengan ukuran sekitar 0,6 x 2 μm. Bakteri ini terlihat sebagai bakteri tunggal, berpa-sangan, dan terkadang membentuk rantai yang pendek. P. aeruginosa termasuk bakteri gram negatif. Bakteri ini bersifat aerob, katalase positif, oksidase positif, tidak mampu memfermentasi tetapi dapat meng-oksidasi glukosa/ karbohidrat lain, tidak berspora, tidak mempunyai selubung (sheat) dan mempunyai flagel monotrika (flagel tunggal pada kutub) sehingga selalu bergerak. Bakteri ini dapat tumbuh di air suling dan akan tumbuh dengan baik dengan adanya unsur N dan C. Suhu optimum untuk pertumbuhan P. aeruginosa adalah 42^o C. P. aeruginosa mudah tumbuh pada berbagai media pembiakan karena kebutuhan nutrisinya sangat sederhana. Di laboratorium, medium paling sederhana untuk pertum-buhannya digunakan asetat (untuk karbon) dan ammonium sulfat (untuk nitrogen) (Boel, Trelia, 2004).

E.     Proses Bioremediasi pada Pseudomonas aeruginosa

            Menurut para ilmuwan bahan plastik yang tertimbun di dalam tanah membutuhkan waktu ribuan tahun baru bisa diuraikan sepenuhnya oleh bakteri. Namun hal itu tidak lagi akan menjadi masalah, karena sudah ditemukan cara agar proses penguraian plastik oleh bakteri bisa dipercepat.

Untuk itu hanya membutuhkan media tanah, ragi dan air, sebagai fermenter atau sarana untuk proses pembusukan. Plastik-plastik yang akan dihancurkan dikumpulkan dan dimasukkan ke dalam tempat berisi tanah, bercampur ragi dan air.

Proses bioremediasi

Sampah plastik akan hancur dalam waktu yang luar biasa singkat  hanya tiga bulan berdasarkan hasil penelitian untuk jumlah tertentu dibanding perkiraan ilmuwan sekitar 200 hingga 1000 tahun. Ini bukan sulap, tapi merupakan pekerjaan makhluk sangat kecil bernama bakteri Pseudomonas aeuruginosa (Anwariansyah. 2009).

Katalisator adalah zat yang dapat mempercepat reaksi tetapi zat tersebut tidak ikut bereaksi. Dalam sel makhluk hidup, reaksi- reaksi kimia dapat berlangsung dengan cepat karena adanya katalisator hidup atau biokatalisator, yaitu enzim. (S, Amelia, 2010). Oleh karena itu, untuk mempercepat proses penguraian sampah plastik oleh bakteri pseudomonas ini diperlukan enzim. Enzim laccase adalah enzim yang mengkatalisis reaksi oksidasi senyawa fenolik seperti dan paradiphenols orto. Enzim laccase secara luas didistribusikan pada tumbuhan tingkat tinggi dan jamur, seperti golongan Ascomycetes dan Deuteromycetes juga telah di-temukan di serangga dan bakteri. Selain itu enzim laccase juga dapat diperoleh dari screening pada jamur yang dapat diperoleh dari tanaman seperti kubis, lobak, bit, apel, asparagus, kentang, pir, dan berbagai sayuran lainnya. (Gaara, 2011).

F.     Optimalisasi Kondisi Dalam Bioremediasi

Keberhasilan proses biodegradasi banyak ditentukan oleh aktivitas enzim. Dengan demikian mikro-organisme yang berpotensi meng-hasilkan enzim pendegradasi hidro-karbon, perlu dioptimalkan akti-vitasnya dengan pengaturan kondisi dan penambahan suplemen yang sesuai. Dalam hal ini perlu diper-hatikan faktor-faktor lingkungan yang meliputi kondisi lingkungan, temperatur, oksigen, dan nutrient yang tersedia.

Proses bioremediasi harus memperhatikan antara lain temperatur tanah, derajat keasaman tanah, kelembaban tanah, sifat dan struktur geologis lapisan tanah, lokasi sumber pencemar, ketersediaan air, nutrien (N, P, K), perbandingan C : N kurang dari 30:1, dan ketersediaan oksigen. Biore-mediasi didefinisikan sebagai proses penguraian limbah organik/anorganik polutan secara biologi dalam kondisi terkendali. Penguraian senyawa kontaminan ini umumnya melibatkan mikroorga-nisme (khamir, fungi, dan bakteri). Pendekatan umum yang dilakukan untuk meningkatkan biodegradasi adalah dengan cara yang pertama menggunakan mikroba indigenous (bioremediasi instrinsik), kedua memodifikasi lingkungan dengan penambahan nutrisi dan aerasi (biostimulasi), dan yang ketiga penambahan mikroorganisme (bioaugmentasi).

PENUTUP

A.    Kesimpulan

           Bioteknologi memberikan solusi baru dalam lingkungan yang disebut dengan bioremesiasi. Bioremediasi menggunakan mikroorganisme dalam membantu mendegradasi limbah plastik dan Styrofoam. Plastik dan Styrofoam merupakan hasil produk pabrik yang paling sering digunakan, karena itu jumlah produk ini menjadi sangat banyak. Namun kelemahan dari produk ini adalah sulit dan lama waktu terurainya, dan kedua produk ini dapat mencemari lingkungan. Oleh karena itu, peran bioremediasi disini adalah membantu mengurai limbah ini adalah menggunakan mikroorganisme yang produk hasilnya juga ramah lingkungan. Teknik yang digunakan adalah dengan menambahkan bakteri tersebut dalam campuran tanah, air dan ragi. Pada proses ini ditambahkan dengan enzim Laccase yang digunakan untuk mempercepat reaksi bioremediasi tersebut.

DAFTAR PUSTAKA

Aguskrisnoblog. 2012/ Peran Pekembangan Mikrobiologi Modern terhadap Masalah          Penumpukan Sampah di Kota Besar. http:// aguskrisnoblog.wordpress.com/

Carilina R. Bioremediasi. Jurnal Kimia Universitas Negeri Medan.

Ratnaningsih, desi. 2012. Peran bioteknologi dalam bioremediasi limbah plastic dan

Styrofoam. http://desi-ratnaningsih. Blogspot. Com/Siregar, Amelia. 2010.

Enzim dan Peranannya. http://www.chemistry .org/  

Talitha R. Studi Potensial Isolat Kepang Wonorejo Surabaya dam Mendegradasi

Polimer Bioplastik Poly Hydroxy Butyrate (PHB). Jurnal Biologi Fakultas

MIPA Institut Teknologi Sepuluh November (ITS) Surabaya.

Anonymous. 2012. Peranan bakteri pseudomonas sp bakteri. http:// kartikamedia.blogspot.com/ tangggal akses 20 Maret 2015 pukul 19.00