MAKALAH PERANAN MIKROOORGANISME DALAM BIOREMEDIASI

KATA PENGANTAR

           

Puji syukur saya panjatkan kepada khadirat Allah Swt yang atas rahmatnya, sehingga kami dapat menyelesaikan makalah ini mengenai “Peranan Mikroorganisme Dalam Bioremediasi”. Salam tak lupa pula disanjungkan kepada nabi Muhammad Saw yang telah membawa kita dari alam kebodohan kea lam yang berilmu pengetahuan seperti saat ini.

Pada kesempatan ini saya ingin mengucapkan terima kasih kepada dosen pembimbing yang telah memberikan ilmu kepada saya dalam penyelesaian makalah ini. Ucapan terima kasih kepada orang tua saya dalam penyelesaian makalah ini. Kami menyadari bahwa di dalam penulisan masih bnayak kekurangan, saya sangat mengharapkan kritik dan saran yang dapat membuat penyelesaian makalah ke depan lebih baik lagi.

                                                                                                Darussalam, 8 Desember 2012

                                   

                                                                                                Penulis

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR……………………………………………………….….i

DAFTAR ISI……………………………………………………………………ii

I. PENDAHULUAN…………………………………………….………..1

1.1 Latar Belakang…………………………………………………………….1

1.2 Tujuan…………………………………………………………………….1

1.3 Manfaat……………………………………………………………………1

            II. PEMBAHASAN……………………………………………………….3

                   2.1 Pengertian Bioremediasi…………………………………………………..3

                        2.2 Jenis Mikroorganisme yang terlibat dalam Bioremediasi……………….4

                        2.3 Mekanisme kerja Mikroorganisme……………………………………….5

                        2.4 Hasil penelitian……………………………………………………………6

            III. KESIMPULAN DAN SARAN………………………………………8

                        3.1 Kesimpulan……………………………………………………………….8

                        3.2 Saran………………………………………………………………………8

            IV. DAFTAR PUSTAKA…………………………………….………......9

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Bioremediasi berasal dari kata bio dan remediasi atau "remediate" yang artinya menyelesaikan masalah. Secara umum bioremediasi dimaksudkan sebagai penggunaan mikroba untuk menyelesaikan masalah-masalah lingkungan atau untuk menghilangkan senyawa yang tidak diinginkan dari tanah, lumpur, air tanah atau air permukaan sehingga linkungan tersebut kembali bersih dan alamiah. Mikroba yang hidup di tanah dan di air tanah dapat “memakan” bahan kimia berbahaya tertentu, misalnya berbagai jenis minyak. Mikroba mengubah bahan kimia ini menjadi air dan gas yang tidak berbahaya misalnya CO2. Bakteri yang secara spesifik menggunakan karbon dari hidrokarbon minyak bumi sebagai sumber makanannya disebut sebagai bakteri petrofilik. Bakteri inilah yang memegang peranan penting dalam bioremediasi lingkungan yang tercemar limbah minyak bumi.

Faktor utama agar mikroba dapat membersihkan bahan kimia berbahaya dari lingkungan, yaitu adanya mikroba yang sesuai dan tersedia kondisi lingkungan yang ideal tempat tumbuhh mikroba seperti suhu,pH,nutrient dan jumlah oksigen.

1.2 Tujuan

            Tujuan dari bioremediasi adalah untuk memecah atau mendegradasi zat pencemar menjadi bahan yang kurang beracun atau tidak beracun (karbon dioksida dan air) atau dengan kata lain mengontrol atau mereduksi bahan pencemar dari lingkungan.

1.3 Manfaat Bioremediasi

Bioremediasi telah memberikan manfaat yang luar biasa pada berbagai bidang, diantaranya adalah sebagai berikut :

1.Bidang Lingkungan

Pengolahan limbah yang ramah lingkungan dan bahkan mengubah limbah tersebut menjadi ramah lingkungan. Contoh bioremediasi dalam lingkungan yakni telah membantu mengurangi pencemaran dari limbah pabrik, misalnya pencemaran limbah oli di laut Alaska berhasil diminimalisir dengan bantuan bakteri yang mampu mendegradasi oli tersebut.

2.Bidang Industri

Bioremediasi telah memberikan suatu inovasi baru yang membangkitkan semangat industri sehingga terbentuklah suatu perusahaan yang khusus bergerak dibidang bioremediasi, contohnya adalah Regenesis Bioremediation Products, Inc., di San Clemente, Calif.
3.Bidang Ekonomi

Karena bioremediasi menggunakan bahan-bahan alami yang hasilnya ramah lingkungan, sedangkan mesin-mesin yang digunakan dalam pengolahan limbah memerlukan modal dan biaya yang jauh lebih, sehingga bioremediasi memberikan solusi ekonomi yang lebih baik.

4.Bidang Pendidikan

Penggunaan mikroorganisme dalam bioremediasi dapat membantu penelitian terhadap mikroorganisme yang masih belum diketahui secara jelas. Pengetahuan ini akan memberikan sumbangan yang besar bagi dunia pendidikan sains.

II. PEMBAHASAN

2.1 Pengertian

Bioremediasi berasal dari dua kata yaitu bio dan remediasi yang dapat diartikan sebagai proses dalam menyelesaikan masalah. “Bio” yang dimaksud adalah organisme hidup, terutama mikroorganisme yang digunakan dalam pemanfaatan pemecahan atau degradasi bahan pencemar lingkungan menjadi bentuk yang lebih sederhana dan aman bagi lingkungan tersebut. Bioremediasi merupakan pengembangan dari bidang bioteknologi lingkungan dengan memanfaatkan proses biologi dalam mengendalikan pencemaran atau polutan. Yang termasuk dalam polutan antara lain logam-logam berat, petroleum hidrokarbon, dan senyawa-senyawa organik terhalogenasi seperti pestisida, herbisida, dan lain-lain. Bioremediasi mempunyai potensi menjadi salah satu teknologi lingkungan yang bersih, alami, dan paling murah untuk mengantisipasi masalah-masalah lingkungan.

Menurut Ciroreksoko (1996), bioremediasi diartikan sebagai proses pendegradasian bahan organik berbahaya secara biologis menjadi senyawa lain seperti karbondioksida (CO2), metan, dan air. Sedangkan menurut Craword (1996), bioremediasi merujuk pada penggunaan secara produktif proses biodegradatif untuk menghilangkan atau mendetoksi polutan (biasanya kontaminan tanah, air dan sedimen) yang mencemari lingkungan dan mengancam kesehatan masyarakat. Jadi bioremediasi adalah salah satu teknologi alternatif untuk mengatasi masalah lingkungan dengan memanfaatkan bantuan mikroorganisme. Mikroorganisme yang dimaksud adalah khamir, fungi (mycoremediasi), yeast, alga dan bakteri yang berfungsi sebagai agen bioremediator. Selain dengan memanfaatkan mikroorganisme, bioremediasi juga dapat pula memanfaatkan tanaman air. Tanaman air memiliki kemampuan secara umum untuk menetralisir komponen-komponen tertentu di dalam perairan dan sangat bermanfaat dalam proses pengolahan limbah cair ( misalnya menyingkirkan kelebihan nutrien, logam dan bakteri patogen).

2.2 Jenis mikroorganisme yang terlibat

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, bioremediasi adalah salah satu teknologi alternatif untuk mengatasi masalah lingkungan dengan memanfaatkan bantuan mikroorganisme. Mikroorganisme yang dimaksud adalah khamir, fungi (mycoremediasi), yeast, alga dan bakteri. Mikroorganisme akan mendegradasi zat pencemar atau polutan menjadi bahan yang kurang beracun atau tidak beracun. Polutan dapat dibedakan menjadi dua yaitu bahan pencemar organik dan sintetik (buatan). Bahan pencemar dapat dibedakan berdasarkan kemampuan terdegradasinya di lingkungan yaitu :

a. Bahan pencemar yang mudah terdegradasi (biodegradable pollutant), yaitu bahan yang mudah terdegradasi di lingkungan dan dapat diuraikan atau didekomposisi, baik secara alamiah yang dilakukan oleh dekomposer (bakteri dan jamur) ataupun yang disengaja oleh manusia, contohnya adalah limbah rumah tangga. Jenis polutan ini akan menimbulkan masalah lingkungan bila kecepatan produksinya lebih cepat dari kecepatan degradasinya. 
b. Bahan pencemar yang sukar terdegradasi atau lambat sekali terdegradasi (nondegradable pollutant), dapat menimbulkan masalah lingkungan yang cukup serius. Contohnya adalah jenis logam berat seperti timbal (Pb) dan merkuri. 

Sedangkan senyawa-senyawa pencemar menurut keberadaannya dapat dibedakan menjadi :
a. Senyawa-senyawa yang secara alami ditemukan di alam dan jumlahnya (konsentrasinya) sangat tinggi, contohnya antara lain minyak mentah (hasil penyulingan), fosfat dan logam berat.
b. Senyawa xenobiotik yaitu senyawa kimia hasil rekayasa manusia yang sebelumnya tidak pernah ditemukan di alam, contohnya adalah pestisida, herbisida, plastik dan serat sintesis

Berikut ini merupakan beberapa jenis-jenis mikroorganisme yang berperan dalam mendegradasi polutan minyak bumi dan logam berat menjadi bahan yang tidak beracun.
1. Pencemaran minyak bumi 

Bahan utama yang terkandung di dalam minyak bumi adalah hidrokarbon alifatik dan aromatik. Minyak bumi menghasilkan fraksi  hidrokarbon dari proses destilasi bertingkat. Apabila keberadaan minyak bumi berlebihan di alam, masing-masing fraksi minyak bumi akan menyebabkan pencemaran yang akan mengganggu kestabilan ekosistem yang dicemarinya. Di dalam minyak bumi terdapat dua macam komponen yang dibagi berdasarkan kemampuan mikroorganisme menguraikannya, yaitu komponen minyak bumi yang mudah diuraikan oleh mikroorganisme dan komponen yang sulit didegradasi oleh mikroorganisme.
* Komponen minyak bumi yang mudah didegradasi oleh bakteri merupakan komponen terbesar dalam minyak bumi atau mendominasi, yaitu alkana yang bersifat lebih mudah larut dalam air dan terdifusi ke dalam membran sel bakteri. Jumlah bakteri yang mendegradasi komponen ini relatif banyak karena substratnya yang melimpah di dalam minyak bumi. Isolat bakteri pendegradasi komponen minyak bumi ini biasanya merupakan pengoksidasi alkana normal. 
* Komponen minyak bumi yang sulit didegradasi merupakan komponen yang jumlahnya lebih kecil dibanding komponen yang mudah didegradasi. Hal ini menyebabkan bakteri pendegradasi komponen ini berjumlah lebih sedikit dan tumbuh lebih lambat karena kalah bersaing dengan pendegradasi alkana yang memiliki substrat lebih banyak. Isolasi bakteri ini biasanya memanfaatkan komponen minyak bumi yang masih ada setelah pertumbuhan lengkap bakteri pendegradasi komponen minyak bumi yang mudah didegradasi. 
     Beberapa bakteri dan fungi diketahui dapat digunakan untuk mendegradasi minyak bumi. Beberapa contoh bakteri yang selanjutnya disebut bakteri hidrokarbonuklastik yaitu bakteri yang dapat menguraikan komponen minyak bumi karena kemampuannya mengoksidasi hidrokarbon dan menjadikan hidrokarbon sebagai donor elektronnya. Adapun contoh dari bakteri hidrokarbonuklastik yaitu bakteri dari genus Achromobacter, Arthrobacter, Acinetobacter, Actinomyces, Aeromonas, Brevibacterium, Flavobacterium, Moraxella, Klebsiella, Xanthomyces dan Pseudomonas, Bacillus. Beberapa contoh fungi yang digunakan dalam biodegradasi minyak bumi adalah fungi dari genus Phanerochaete, Cunninghamella, Penicillium, Candida, Sp.orobolomyce, Cladosp.orium, Debaromyces, Fusarium, Hansenula, Rhodosp.oridium, Rhodoturula, Torulopsis, Trichoderma,  Trichosp.oron. Sejumlah bakteri seperti Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter calcoaceticus, Arthrobacter sp., Streptomyces viridans dan lain-lain menghasilkan senyawa biosurfaktan atau bioemulsi.

2.3 Mekanisme kerja mikroorganisme

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.

Bakteri Pseudomonas sp. merupakan bakteri hidrokarbonoklastik yang mampu mendegradasi berbagai jenis hidrokarbon. Keberhasilan penggunaan bakteri Pseudomonas 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%.

Oleh karena itu, akan dijelaskan mengenai mekanisme kerja bakteri Pseudomonas sp. dalam proses bioremediasi pada pencemaran minyak bumi.

   

Gambar ; pencemaran minyak bumi

 

Gambar : Pseudomonas. Sp

                       

Salah satu faktor yang sering membatasi kemampuan bakteri pseudomonas dalam mendegradasi senyawa hidrokarbon adalah sifat kelarutannya yang rendah, sehingga sulit mencapai sel bakteri. Oleh karena itu, untungnya, bakteri pseudomonas dapat memproduksi biosurfaktan. Kemampuan bakteri Pseudomonas dalam memproduksi biosurfaktan berkaitan dengan keberadaan enzim regulatori yang berperan dalam sintesis biosurfaktan. Ada 2 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.

Biosurfaktan merupakan komponen mikroorganisme yang terdiri atas molekul hidrofobik dan hidrofilik, yang mampu mengikat molekul hidrokarbon tidak larut air dan mampu menurunkan tegangan permukaan. 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, 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.

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, ada beberapa substrat hidrokarbon (misal heksadekan) yang menyebabkan biosurfaktan juga dilepaskan ke dalam medium. Hal ini terjadi karena heksadekan menyebabkan sel bakteri lebih bersifat hidrofobik. Oleh karena itu, 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.

2.4 Hasil Penelitian

Uji aktivitas bakteri pereduksi sulfat untuk bioremediasi tanah bekas tambang batu bara

            Komposisi bakteri yg digunakan pada percobaan uji BPS pada media Postgate cair. Sebelum diinokulasikan pada tanah bekas tambang batu bara, biakan BPS sebanyak 1% dicampurkan pada bahan organik steril kemudian diinkubasi selama 4 hari. Setelah bakteri tumbuh yang ditandai dengan terbentuknya gelembung dipermukaan bahan organik segera dimasukkan ke dalam tanah bekas tambang batu bara dengan perbandingan 1 : 3 (v/v). selanjutnya tanah ditambah dengan air steril sampai jenuh (berbentuk pasta/lumpur). Percobaan dilakukan dengan rancangan acak lengkap dengan 3 kali ulangan, masing-masing ulangan terdiri atas 5 ember. Sebagai control diberikan tanah bekas tambang batu bara yang diberi bahan organik steril dan dilumpurkan. Setiap 5 hari sampai hari ke-20 dilakukan pengukuran sulfat,pH dan Eh tanah. Untuk mengetahui pertumbuhan BPS setiap 5 hari selama 20 hari pada perlakuan BPS dilakukan re-isolasi pada media Postgate agar kemudian dihitung jumlah koloni yang tumbuh. Efisiensi Bioremediasi dihitung untuk mengetahui berapa persen polutan yang dapat diturunkan selama perlakuan. Efisiensi dihitung dengan rumus :

1. Efisiensi masing-masing perlakuan

   = (konsentrasi sulfat awal) - (konsentrasi sulfat akhir) × 100%

   ———————————————————————————

                                    (konsentrasi awal)

2. Efisiensi perlakuan terhadap control

    = (kons. Sulfat akhir control) – (kons. Sulfat akhir perlakuan) × 100%

   ——————————————————————————————

                                    (konsentrasi sulfat akhir kontrol)

            Hasil pengukuran menunjukkan bahwa pada perlakuan yang tidak diinokulasi dengan BPS konsentrasi sulfat dalam larutan tersebut relative tidak mengalami perubahan. Sedangkan perlakuan yg diinokulasi dengan BPS terjadi penurunan dari konsentrasi sulfat sebesar 48.400 ppm pada hari ke 0 menjadi 9.300 ppm pada hari ke 20 setelah inkubasi.

Isolasi murni BPS yang diisolasi dari limbah industri kertas dapat mereduksi sulfat yang ditambahkan ke dalam media Postgate. Uji coba pemanfaatan BPS juga dilakukan untuk menurunkan kandungan sulfat pada tanah bekas tambang batu bara. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa perlakuan bioremediasi dengan BPS dapat menurunkan konsentrasi sulfat dalam tanah bekas tambang batu bara.

III. KESIMPULAN DAN SARAN

3.1 Kesimpulan

Bioteknologi memberikan solusi baru dalam lingkungan yang disebut dengan bioremediasi. Bioremediasi merupakan pengembangan dari bidang bioteknologi lingkungan dengan memanfaatkan proses biologi dalam mengendalikan pencemaran atau polutan. Yang termasuk dalam polutan antara lain logam-logam berat, petroleum hidrokarbon, dan senyawa-senyawa organik terhalogenasi seperti pestisida, herbisida, dan lain-lain. Dalam teknologi bioremediasi dikenal dua cara menstimulasi pertumbuhan mikroba, yaitu dengan biostimulai dan bioaugmentasi. Biostimulasi ádalah memperbanyak dan mempercepat pertumbuhan mikroba yang sudah ada di daerah tercemar dengan cara memberikan lingkungan pertumbuhan yang diperlukan, yaitu penambahan nutrient dan oksigen. Jika jumlah mikroba yang ada sangat sedikit, maka harus ditambahkan mikroba dalam konsentrasi yang tinggi sehingga bioproses dapat dimulai. Bioremediasi adalah salah satu teknologi alternatif untuk mengatasi masalah lingkungan dengan memanfaatkan bantuan mikroorganisme. Mikroorganisme yang dimaksud adalah khamir, fungi (mycoremediasi), yeast, alga dan bakteri. Mikroorganisme akan mendegradasi zat pencemar atau polutan menjadi bahan yang kurang beracun atau tidak beracun. Setiap mikroorganisme mengalami mekanisme kerja contohnya pada bakteri Pseudomonas sp. dalam proses bioremediasi pada pencemaran minyak bumi.

3.2 Saran

Bioremediasi memberikan solusi baru bagi kualitas hidup lingkungan, oleh karena itu penerapan bioremediasi baik skala kecil dan skala besar dapat dilakukan. Dlam lingkungan universitas, bioremediasi dapat diterapkan karena skala limbah di universitas cukup banyak. Dengan memilah limbah tersebut, dan membioremediasikannya, maka penelitian tentang bioremediasi dapat dilakukan dengan lebih lanjut, mengingat universitas yang memiliki progam pendidikan sains tentunya memiliki fasilitas yang menunjang.

IV. DAFTAR PUSTAKA

A. Suwanto. 1998. Bioteknologi molekuler: Mengoptimalkan manfaat keanekaan hayati melalui teknologi DNA rekombinan (in Indonesian). Bogor: IPB.

Baldrian, P. 2003. Enzyme and Microbial. Technol. 23 :79-91

Fumento, Michael. 2003. Bioevolution: How Biotechnology Is Changing Our World . United State of America : Encounter Books.

P, Citroeksoko. 1996. Peranan Bioremediasi dalam Pengelolaan Lingkungan. Cibinong : Bumi Aksara

Stherland, J.B. 2001. Bioremediasi Hidrokarbon. Jakarta : Styrofoam