Aspek fisiologi mikroba dalam
degradasi limbah organik dilaut.
Degradasi
senyawa kimia oleh mikroba di lingkungan merupakan proses yang sangat penting
untuk mengurangi kadar bahan-bahan berbahaya di lingkungan, yang berlangsung
melalui suatu seri reaksi kimia yang cukup kompleks. Dalam proses degradasinya,
mikroba menggunakan senyawa kimia tersebut untuk pertumbuhan dan reproduksinya
melalui berbagai proses oksidasi (Munir, 2006).
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 (Munir, 2006).
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. Polimer
alami yang mendapat perhatian karena sukar terdegradasi di lingkungan adalah
lignoselulosa (kayu) terutama bagian ligninnya (Munir, 2006).
Lignin
adalah polimer alami dan tergolong ke dalam senyawa rekalsitran karena tahan
terhadap degradasi, atau tidak terdegradasi dengan cepat di lingkungan. Molekul
lignin adalah senyawa polimer organik kompleks yang terdapat pada dinding sel
tumbuhan dan berfungsi memberikan kekuatan pada tanaman. Lignin tersusun dari 3
jenis senyawa fenilpropanoid, yaitu: alkohol kumaril, alkohol koniferil, dan
alkohol sinapil. Ketiganya tersusun secara random membentuk polimer lignin yang
amorfus (tidak beraturan), seperti terlihat pada Gambar 1 (Higuchi, 1980 dalam
Munir, 2006).
Gambar
1. Skema Struktur Lignin Tanaman Spruce
Jamur
basidiomisetes merupakan kelompok utama pendegradasi lignoselulosa. Walaupun
beberapa bakteri diketahui dapat mendegradasi lignin, tetapi bakteri yang mampu
mendegradasi lignin secara kompleks belum pernah dilaporkan. Jamur pembusuk
kayu menghasilkan enzim-enzim pendegradasi lignoselulosa seperti golongan
selulase, ligninase, dan hemiselulase (Munir, 2006).
Berdasarkan
mekanisme degradasi, jamur pembusuk kayu digolongkan ke dalam jamur pembusuk
putih dan jamur pembusuk cokelat, yang masing-masing memiliki metabolisme
degradatif yang berbeda. Jamur busuk putih mampu mendegradasi seluruh komponen
material lignoselulosa termasuk lignin, sedang jamur busuk cokelat lebih
cenderung mendegradasi bagian selulosa dan hemiselulosa tetapi tidak lignin
(Green and Highley, 1997dalam Munir, 2006).
Penggunaan
kultur campuran antara jamur pembusuk putih dan jamur pembusuk cokelat memiliki
prospek yang cukup tinggi untuk mendapatkan glukosa alternatif dari material
lignoselulosa (Munir dan Goenadi, 1999 dalam Munir, 2006). Cooke and Rayner
(1984) dalam Munir (2006), jamur basidiomisetes dan askomisetes memiliki peran
yang utama dalam degradasi lignoselulosa yang setiap tahunnya diperkirakan
terbentuk sebanyak 100 gigaton, di mana 20 gigatonnya adalah lignin.
Pada
Gambar 1 terlihat monomer-monomer pembentuk lignin tersusun secara tidak
beraturan sehingga sukar untuk didegradasi oleh mikroba, seperti halnya pada
degradasi molekul selulosa dan kitin. Suatu pendapat menyatakan bahwa jamur
busuk putih mendegradasi lignin adalah untuk mendapatkan selulosa dari material
lignoselulosa. Ketidakteraturan struktur lignin ini menyebabkan proses degradasi
menjadi sangat kompleks, dan enzim-enzim yang berperan dalam degradasi lignin
bekerja secara nonspesifik. Proses ini berlangsung melalui pembentukan
radikal-radikal bebas yang dapat menyerang sejumlah besar molekul organik. Hal
ini menyebabkan jamur pendegradasi lignin mendapat perhatian yang sangat besar
dalam biodegradasi berbagai jenis polutan organik (Munir, 2006)
Filed
et al. (1993); Evans et al. (1994) dalam Munir (2006) menyatakan
bahwa kelompok peroksidase (lignin peroksidase [LiP] dan manganese peroksidase
[MnP]) yang menggunakan H2O2 dan lakase (polifenol oksidase) yang menggunakan
molekul oksigen berperan dalam degradasi lignin. Gambar 2 berikut menunjukkan
seri oksidasi lignin atau hidrokarbon poliaromatik (PAH). Radikal alkohol
veratril (VA+.) yang dihasilkan adalah sebagai produk utama oksidasi
H2O2 yang dikatalisis oleh LiP
Gambar
2. Oksidasi Lignin atau PAH yang Diperantarai oleh Alkohol Veratril (VA)
(Harvey et al. 1992 dalam Munir, 2006)
Dalam
proses degradasi lignoselulosa, jamur busuk cokelat menghasilkan sejumlah besar
asam oksalat (COOH)2. Hal ini menyebabkan turunnya pH lingkungan yang cukup
drastis, yang selanjutnya menyebabkan hidrolisis selulosa secara nonenzimatik
(Shimada et al. 1991 dalam Munir, 2006). Proses ini sangat penting
karena aktivitas enzim selulase belum dapat berlangsung sempurna karena enzim
ini tidak dapat menembus pori-pori dinding sel yang ukurannya lebih kecil dari
ukuran enzim (Munir, 2006).
Karena
kemampuannya dalam mendegradasi berbagai senyawa aromatik, jamur pendegradasi
lignin telah mendapat perhatian besar dalam bidang bioremediasi. Sistem
degradasi enzimatis ekstraseluler menyebabkan jamur busuk putih lebih toleran
terhadap konsentrasi polutan toksik yang lebih tinggi. Selanjutnya, mekanisme
degradasi nonspesifik yang dimiliki oleh jamur pembusuk putih menyebabkan
mereka mampu mendegradasi sejumlah besar polutan. Keunggulan lain dari jamur
pembusuk putih dalam degradasi polutan adalah mereka tidak memerlukan
pengkondisian untuk polutan tertentu, karena kekurangan nutrien dapat
menginduksi proses degradasi. Di samping itu, induksi sintesis enzim-enzim
pendegradasi polutan biasanya tidak terpengaruh oleh banyak sedikitnya polutan
(Barr and Aust, 1994 dalam Munir, 2006)
Aspek metabolisme mikroba laut
dalam kaitannya dengan inuasi ke organisme inang!!
Dalam kehidupan, mahluk hidup memerlukan energy yang
diperoleh dari proses metabolisme. Metabolisme terjadi pada semua mahluk hidup
termasuk kehidupan mikroba. Pada hewan atau tumbuhan yang berderajat tinggi
enzim yang di sediakan untuk keperluan metabolisme reatif stabil, selama
terjadi perkembangan individu memang terjadi perubahan susunan enzim, akan
tetapi pada pergantian lingkungan perubahan itu sangat kecil. Metabolisme
merupakan serentetan reaksi kimia yang terjadi dalam sel hidup (Bibiana W. Lay,
1992 dalam Indiarti 2009).
Dalam metabolisme ada dua fase yaitu katabolisme dan
anabolisme. Metabolime ini selalu terjadi dalam sel hidup karena di dalam sel
hidup terdapat enzim yang diperlukan untuk membantu berbagai reaksi kimia yang
terjadi. Suatu proses reaksi kimia yang terjadi dapat menghasilkan energi dan
dapat pula memerlukan energi untuk membantu terjadinya reaksi tersebut.
Menurut Indiarti (2009) bila dalam suatu reaksi
menghasilkan energi maka disebut reaksi eksergonik, dan apabila untuk dapat
berlangsungnya suatu reaksi diperlukan energi, reaksi ini disebut reaksi
endergonik. Kegiatan metabolisme meliputi proses perubahan yang dilakukan untuk
sederetan reaksi enzim yang berurutan. Secara singkat kegiatan proses ini disebut
tansformasi zat. Hasil kegiatan ini akan dihasilkan nutrien sederhana seperti
glukosa, asam lemak berantai panjang atau senyawa-senyawa aromatik yang dapat
digunakan sebagai bahan untuk proses neosintetik bahan sel.
Proses metabolisme akan menghasilkan hasil metabolisme
yang berfungsi menghasilkan sub satuan makromolekul dari hasil metabolisme yang
berguna sebagai penyediaan tahap awal bagi komponen-komponen sel menghasilkan
dan menyediakan energi yang dihasilkan dari ATP lewat ADP dengan fosfat. Energi
ini sangat penting untuk kegiatan proses lain yang dalam prosesnya hanya bisa
berlagsung kalau tersedia energi.
Semua reaksi kimia yang terjadi dalam organisme hidup untuk memperoleh
dan menggunakan energi, sehingga organisme dapat melaksanakan berbagai fungsi
hidup. Metabolisme terdiri dari dua proses yang berlawanan yang terjadi secara
simultan. Reaksi tersebut adalah:
1.
Sintesis protoplasma dan penggunaan energi yang disebut sebagai
anabolisme.
2.
Oksidasi substrat diiringi dengan terbentuknya energi disebut dengan
katabolisme.
Pada umumnya mikroba hidup pada berbagai habitat. Mikroba ditemukan di
mana-mana, misalnya di tanah, air laut, udara, sisa makhluk hidup, dan dalam
tubuh organisme lain. Umumnya mikroba hidup pada lingkungan yang lembab atau
agak basah, dengan temperatur 25 - 37°C. Lingkungan tersebut merupakan kondisi
optimal untuk perkembangbiakan bakteri dengan cepat. Klasifikasi Eubacteria
dikelompokkan
menjadi lima filum, yaitu Proteobacteria, Cyanobacteria, Spirochetes,
Chlamydias, dan bakteri Gram-Positif. Proteobacteria Proteobacteria merupakan
kelompok terbesar bakteri. Proteobacteria dikelompokkan menjadi bakteri ungu
yang bersifat fotoautotrof atau fotoheterotrof, proteobacteria kemoautrotrof,
dan proteobacteria kemoheterotrof. Bakteri ungu mengandung klorofil yang
terdapat pada membran plasma. Beberapa jenis bakteri ungu memiliki flagela.
Sebagian besar bakteri ungu anaerob obligat dan hidup di endapan kolam, danau,
atau lumpur. Contoh bakteri ungu adalah Chromatium. Proteobacteria kemoautotrof
hidup bebas atau bersimbiosis dengan makhluk hidup lain.
Berdasarkan kebutuhan oksigen untuk merombak makanannya agar memperoleh
energi, bakteri dapat dibedakan menjadi bakteri aerob dan bakteri anaerob. Bakteri Aerob Bakteri aerob adalah bakteri
yang membutuhkan oksigen bebas untuk memperolch energinya. Contoh bakteri aerob
adalah Nitrosomonas, Nitrosococcus, trosococcus, dan Nitrobacter. Nitrosomonas
dan Nitrosococcus (bakteri nitrit) adalah bakteri yang mengoksidasi amonia
(Nil). Prosesnya adalah sebagai berikut.
2NH 3 + 30 2 2HNO 2 + 2H 2 0 +
energi (amonia) (nitrit).
Nitrobacter (bakteri nitrat)
adalah bakteri yang mengoksidasi ion nitrit (HNO 2 ) yang cukup banyak terdapat
dalam laut. Prosesnya adalah sebagai berikut.
2HNO2 + O2 - 2HNO3 (nitrit)
(nitrat)
Bakteri anaerob adalah bakteri yang tidak membutuhkan oksigen bebas
untuk memperoleh energinva. Energy diperoleh dari proses perombakan senyawa
organik tanpa menggunakan oksigen yang disebut fermentasi. Bakteri anaerob
dibedakan menjadi anaerob obligat dan anaerob fakultatif.
Bakteri anaerob obligat hanya dapat hidup jika tidak ada oksigen.
Oksigen merupakan racun bakteri anaerob obligat. Contohnya adalah Micrococcus
deintrificans, Clostridium botulinum, dan Clostridium tetani.
Bakteri anaerob fakultatif dapat hidup jika ada oksigen maupun tidak
ada oksigen. Contoh bakteri anaerob fakultatif adalah Escherichia colli dan
Lactobacillus. Reproduksi
Bakteri yang terdapat di dalam laut contohnya Pseudomonas sp., umumnya melakukan
reproduksi atau berkembang biak secara aseksual (Vegetatif=tak kawin) dengan
membelah diri. Pembelahan set pada bakteri laut adalah pembelahan biner, yaitu
setiap sel membelah menjadi dua. Beberapa jenis bakteri laut dalam lingkungan yang
sesuai dapat membelah setiap 20 menit.
Selain reproduksi secara aseksual, bakteri laut juga melakukan
reproduksi secara seksual, yaitu dengan pertukaran materi genetik dengan
bakteri lainnya. Pertukaran materi genetik disebut rekombinasi genetik atau
rekombinasi DNA. Rekombinasi genetik menghasilkan dua sel bakteri yang
masing-masing memiliki kombinasi materi genetik dari dua sel induk. Rekombinasi
genetik pada bakteri dapat dilakukan dengan tiga cara, yaitu transformasi,
transduksi, dan konjugasi.
Transformasi adalah masuknya DNA telanjang ke dalam sel bakteri dan
mengubah sifat sel bakteri. Bakteri yang melakukan transformasi contohnya
adalah Streptococcus pneumoniae, Neisseria
gonorrhoeae, Bacillus, dan Rhizobium.
Transduksi adalah pemindahan materi genetik satu sel bakteri ke sel
bakteri lainnya dengan perantara organisme, lain yaitu bakteriofage (virus
bakteri).
Konjugasi adalah pemindahan materi genetik secara langsung melalui
kontak sel dengan membentuk struktur seperti jembatan di antara dua sel bakteri
yang berdekatan. Konjugasi umumnya terjadi pada bakteri Gram negatif, misalnya
Escherichia coli.
Salah satu bakteri yang terdapat dalam laut yaitu Bakteri
halofil. Bakteri halofil adalah bakteri yang hidup di lingkungan dengan kadar
garam tinggi. Bakteri halofil hidup optimal pada lingkungan dengan kadar garam
20%. Beberapa jenis bakteri halofil membutuhkan lingkungan dengan kadar garam
10 kali lebih tinggi dari kadar garam air laut.
Contoh lainnya yaitu Bakteri termoasidofil Bakteri ini
hidup di lingkungan ekstrim yang panas dan asam. Kondisi optimal untuk bakteri
ini adalah pada temperatur 60-80 ̊ C dengan pH 2-4. Bakteri ini terdapat pada daerah yang
mengandung asam sulfat misalnya di kawah vulkanik.
Interaksi
antar berbagai macam populasi mikroba
Hubungan antara dua organisme yang
berbeda ada berbagai bentuk diantaranya apabila salah satu dari organisme
sangat tergantung dengan kelangsungan hidup organisme yang lain maka disebut
sebagai parasitic. Bentuk hubungan parasitic diantaranya adalah simbiosis,
mutualistik bila kedua belah pihak saling diuntungkan. Komensalis bila salah
satu diuntungkan sedang yang lain tidak dirugikan. Bila salah satu hanya bisa
hidup dalam organisme lain dan berdampak merugikan bagi organisme yang
ditempati maka disebut sebagai obligat parasitic. Hal ini berlaku
juga pada hubungan vertebrata dengan mikroorganisme khususnya bakteri. Bakteri
seperti Escherichia coli
non patogen dan lactobacillus tertentu merupakan penghuni saluran usus halus
yang hidup dari inang dan menguntungkan inang karena membantu sintesa beberapa
vitamin seperti vit K, vit B2 yang dibutuhkan oleh inang. Beberapa
bakteri dari golongan kokus seperti Staphylococcus
epidermidis merupakan flora normal pada kulit manusia yang
mendapatkan makanan dari inang (kulit manusia) tetapi tidak merugikan bagi
manusia. Banyak bakteri yang merupakan parasit obligat pada saluran usus
manusia dan hewan mamalia seperti Salmonella
typhimurium, Escherichia coli strain patogen (ETEC, EPEC EIEC) merupakan
penyebab typhus dan diare.
Bakteri- bakteri
tersebut menetap di lokasi tersebut untuk mendapatkan sumber makanan, sehingga
mampu tumbuh dan perkembang biak. Bakteri mempunyai kemampuan untuk berkembang
biak dan menyebar dari inang ke inang yang lain dengan dua cara yaitu :
1. Secara
horisontal pada satu spesies dengan cara kontak langsung antara individu sehat
dengan individu sakit, makanan yang tercemar, debu, sekreta penderita, melalui
gigitan nyamuk
2. Secara
vertikal pada satu spesies : dari induk ke anak yang dikandung, melalui telur,
air susu. Contoh Salmonellosis pada ayam akan ditularkan melalui telurnya.
Interaksi antara mikroorganisme dengan inang sangat dipengaruhi oleh kemampuan
mikroorganisme masuk kedalam tubuh inang dan menyebabkan kerusakan pada
jaringan inang. Mikroorganisme khususnya bakteri mempunyai beberapa mekanisme
untuk dapat melakukannya yaitu dengan :
a)
kemampuan menginfeksi inang
b)
kemampuan melakukan invasi (penyebaran ke dalam jaringan
inang)
c)
Kemampuan patogenitas ( kemampuan merusak jaringan inang
d)
Toksinegenitas (kemampuan memproduksi toksin)
Infeksi merupakan kemampuan
mikroorganisme masuk dan berkembang biak dalam tubuh inang. Bakteri mempunyai
cara untuk dapat masuk tubuh inang dan bertahan dalam tubuh inang setelah dapat
melewati :1. Menembus barrier tubuh inang bagian luar dan mampu masuk ke dalam
sel inang,2. Mampu bertahan dan berkembang biak di dalam sel inang
Toksin bakteri
patogen mempunyai kemampuan memproduksi toksin yg berfungsi sebagai alat utk
merusak sel inang dan mendapatkan nutrisi yang diperlukan dari sel inangnya.
Secara umum dapat
dibedakan 2 macam berdasarkan proses pembentukan toksin oleh bakteri yaitu endotoksin dan eksotoksin. Perbedaan eksotoksin dan
endotoksin yakni:
|
Eksotoksin
|
Endotoksin
|
|
·
Diproduksi oleh sel bakteri hidup, konsentrasinya
tinggi dlm media cair
·
Tersusun atas molekul polipeptida,
·
Relatif tidak stabil pada pemanasan; rusak pd >600C,
toksin akan kehilangan daya toksisitasnya.
·
Bersifat antigenik; mampu menstimulasi membentukan
antibodi. Mampu merangsang pembentukan antitoksin
·
Bisa dibuat toksoid dgn. Penambahan formalin, asam, pemanasan
dll.
·
Mempunyai sifat toksisitas tinggi, fatal pd hewan coba
pd dosis yg sangat kecilDosis rendah sdh mampu menimbulkan gejala
·
Tidak menimbulkan demam pada inang
|
·
Diproduksi oleh sel bakteri yang telah mati
·
Tersusun atas lipopolisakarida kompleks, dimana gugus
lemak mrpk penentu tingkat toksisitasnya
·
Masih stabil pd 600C selama 2 jam tanpa
mengubah daya toksisitasnya
·
Tidak bersifat antigenik, tidak mampu menstimulasi
pembentukan antitoksin. Hanya mampu membentuk antibodi terhadap gugus
polisakaridanya
·
Tidak dapat dibuat toksoid
·
Lebih ringan, pd dosis tinggi fatalDiperlukan dosis
tinggi untuk dapat menimbulkan gejala
·
Menimbulkan demam pd inang
|
DAFTAR PUSTAKA
Indiarti, 2009. Metabolisme Bakteri. http://agushome.blogspot.com/2009/07/
metabolisme-bakteri.html. [Diakses pada tanggal 29 April 2011].
Mahatmi, H 2007. Bakteriologi Veteriner. (online). http://staff.unud.ac.id/~mahatmi/?page_id=6. [Diakses pada
tanggal 02 Mei 2011].
Melani, Tyas,
2009. Metabolisme Bakteri dan Fungi. http://www.scribd.com/doc/
9680543/Metabolisme-Bakteri-Dan-Fungi. [Diakses pada tanggal 29 Aril
2011 ].
Munir, Erman. 2006. Pemanfaatan Mikroba Dalam Bioremediasi : Suatu Teknologi Alternatif Untuk
Pelestarian Lingkungan. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara. http://aa.wrs.yahoo.com/_ylt=A3xsfC1aNAJMJCcBbADLQwx.;_ylu=X3oDMTByaW1zcjRxBHNlYwNzcgRwb3MDMQRjb2xvA3NnMQR2dGlkAw--/SIG=12sji7ksp/EXP=1275299290/**http%3a//www.usu.ac.id/id/files/pidato/ppgb/2006/ppgb_2006_erman_munir.pdf.
[Diakses tanggal 29 April 2011]
Priani, Nunuk,
2003. Metabolisme Bakteri. http://repository.usu.ac.id/bitstream
/123456789/818/1/biologi-nunuk1.pdf. [Diakses pada tanggal 29 April
2011].
Tidak ada komentar:
Posting Komentar