Makalah Biomassa

Potensi Thiobacillus denitrificans sebagai Agensia Bioremediasi

Disusun oleh :

Amalina Qistina

12/331517/PN/12672

Dimas Setyo Pambudi

12/331691/PN/12776

Almira Islamei Pratiwi12/331713/PN/12797

Nilam Pawesti

12/334966/PN/12962

Anditya Candra Satriani 12/334989/PN/12980

Sheila Rosmala Putri

12/335074/PN/13015

JURUSAN PERIKANAN

FAKULTAS PERTANIAN

UNIVERSITAS GADJAH MADA

2015

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Air merupakan kebutuhan pokok bagi makhluk hidup. Pengaruh air sangat luas bagi kehidupan, khususnya air untuk makan dan minum. Akan tetapi air juga dapat menjadi sumber penyakit bagi manusia ketika mengkonsumsi atau menggunakan air yang tercemar. Salah satu bahan pencemar air di daerah pertanian berasal dari pupuk kimia yaitu nitrat. Salah satu factor penyebab meningkatnya kandungan nitrat didalam tanah dan air yaitu pemakaian pupuk secara berlebih.

Nitrat merupakan ion-ion anorganik alami bagian dari siklus nitrogen. Aktivitas mikrobia di tanah atau air menguraikan sampah yang mengandung nitrogen organic menjadi ammonia. Lalu dioksidasi menjadi nitrit dan nitrat. Oleh karena itu dengan mudah nitrit dapat dioksidasi menjdi nitrat. Sehingga nitrat sering ditemukan didalam tanah dan air. Mengkonsumsi air dengan kadar nitrat tinggi dapat menimbulkan beberapa gangguan kesehatan seperti gondok, methemoglobinemia dan sebagainya. Nitrat yang masuk kedalam tubuh, 6% akan direduksi menjadi nitrit yang bersifat karsinogenik.

Salah satu cara alami yang dapat dilakukan untuk menghilangkan nitrat yaitu denitrifikasi. Denitrifikasi merupakan terlepasnya N2 bebas akibat suatu proses yang terjadi dalam siklus nitrogen. Saat ini ada ketertarikan untuk menggunakan Thiobacillus denitrificans sebagai remedian lingkungan, terutama untuk penghilangan nitrat. Bakteri denitrifikasi umumnya heterotrofik dan menggunakan karbon sebagai donor elektronnya. Selama ini bakteri yang banyak digunakan adalah bakteri heterotrofik, namun Thiobacillus denitrificans dapat menjadi alternative yang baik.B. Tujuan

Mengetahui potensi Thiobacillus denitrificans sebagai agensia bioremediasiPotensi Thiobacillus denitrificans sebagai

Agensia Bioremediasi

A. Bioremediasi

Bioremediasi adalah penggunaan organisme hidup, terutama mikroorganisme, untuk mendegradasi kontaminasi lingkungan menjadi bentuk yang lebih tidak berbahaya. Pada beberapa dekade terakhir, polusi nitrat telah menjadi ancaman besar pada kualitas air tanah. Hal tersebut menimbulkan kekhawatiran terhadap dampaknya pada kesehatan dan lingkungan. Kontaminasi nitrat biasanya didapatkan dari sektor pertanian, misalnya penggunaan kotoran hewan sebagai pupuk. Salah satu cara alami untuk menghilangkan nitrat adalah denitrifikasi. Saat ini ada ketertarikan untuk menggunakan Thiobacillus denitrificans sebagai remedian lingkungan, terutama untuk penghilangan nitrat. Bakteri denitrifikasi umumnya heterotrofik dan menggunakan karbon sebagai donor elektronnya. Selama ini bakteri yang banyak digunakan adalah bakteri heterotrofik, namun Thiobacillus denitrificans dapat menjadi alternative yang baik. Thiobacillus denitrificans adalah denitrifikan autotrof, yang mempunyai kelebihan karena tidak memerlukan sumber karbon dari luar. Beberapa penelitian juga mendukung fakta bahwa Thiobacillus denitrificans dapat menghilangkan nitrat untuk jangka waktu yang lama. Selain itu, karena menggunakan sulfur sebagai sumber energinya, maka Thiobacillus denitrificans lebih dipilih karena dapat menghilangkan kelimpahan sulfur yang tidak dikehendaki (Aguerri, 2004).

B. Thiobacillus denitrificans dan sifat-sifatnya

Thiobacillus denitrificans berukuran 0.5x1.0-3.0 meter, Gram-negatif dan obligat kemolitoautotrof. Bakteri ini merupakan bakteri fakultatif anaerob dan dapat tumbuh pada temperatur optimum 28-32C serta pH optimum 6.8-7.4. Mikroorganisme tersebut dapat ditemukan di tanah, lumpur, air tawar, sedimen laut, tempat pembuangan, dan limbah pembuangan industri (Kelly and Wood, 2000).

Isolasi Thiobacillus denitrificans menurut Jacques (1974):

Thiobacillus denitrificans strain RT diisolasi dengan kultur pengkayaan pada medium cair yang bersifat anaerob tanpa sumber ammonium nitrogen. Kecuali untuk kemampuan penggunaan nitrat sebagai satu-satunya sumber nitrogen. Stok kultur dari Thiobacillus denitrificants strain RT dikulturkan secara anaerob pada medium agar. Komposisi mediumnya (g/l) adalah Na2S2O3, 5H2O, 5.0; KH3PO4, 1.2; K2HPO4, 2.0; KNO3, 2.0; MgSO4. 7 H2O, 0.6;

Semua komponen kecuali K2HPO4 dan larutan logam yang sudah disterilisasi 20 menit pada suhu 1200C didalam 800 ml air destilat. Dipotassium hydrogen phosphate dan larutan logam masing-masing dilarutkan pada 100 ml air destilat yang telah disterilisasi secara terpisah dengan filtrasi dan penambahan ditambahkan sebelum pemadatan. Komposisi dari larutan logam (g/l) adalah; MgO, 10.75; FeSO4. 7H2O, 38.0 ; CaCO3, 2.0 ; ZnSO4. 7H2O, 1.44 ; MnSO4 .4H2O, 1.12 ; CuSO4 . 5H2O 0,25 ; CoCl2 . 5H2O, 0.25 ; NiCl2 . 6H2O, 0.25; Bo3H3, 0.66 ; konsentrasi HCl, 51.3 ml. Koloni yang telah diisolasi disubkultur setiap 3 minggu, dan disimpan pada suhu 50C dan kurang lebih selama 4 bulan.

Kultur anaerob ditumbuhkan pada medium cair DB Na2S2O3. 5 H2O, 5.0; KH2PO4, 2.0; KNO3, 2.0; MgSO4.7H20, 0.6; NaHCO3, 1.5; larutan logam 1 ml. Keempat bahan pertama disterilisasi selama 20 menit pada suhu 120 C didalam 800 ml air destilat, sementara itu bikarbonat dan larutan logam masing-masing dilarutkan pada 100ml air destilat, yang disterilisasi secara terpisah dengan filtrasi dan ditambahkan setalah pendinginan.

Pertumbuhan bakteri anaerob dilakukan pada suhu 330C dibawah nitrogen, dan selnya dipanen, dilanjutkan dengan sentrifuge, pencucian dilakukan 3 kali pada suhu 40C dengan 0.03 M buffer fosfat Ph 6,8 dan disimpan beku untuk penggunaan selanjutnya. Hasil sel yang diperoleh sekitar 200 mg (berat kering) per liter.

Pertumbuhan bakteri aerob dilakukan dengan ammonium (medium A ) atau dengan nitrat (medium B) sebagai sumber nitrogen. Medium A mengandung Na2S2O3. 5 H2O, 5.0; KH2PO4, 1.2; K2HPO4,2.0; NH4C1, 1.0; MgSO4 . 7 H2O, 0.6; Larutan logam, 1.0 ml. Medium B mempunyai komposisi yang sama kecuali untuk NH4Cl diganti KNO3 pada konsentrasi akhir dari 1 gr/lt.

Semua bahan kecuali Dipotassium Hydrogen phosphate dan larutan logam disterilisasi selama 20 menit pada suhu 1200C dalam 800 ml ir destilat. Larutan logam dan K2HPO4 masing-masing dilarutkan dalam 100 ml air destilat, yang disterilisasi dengan filtrasi dan ditambahkan secara terpisah dilakukan pengkulturan dalam medium setelah pendinginan. Kultur bakteri aerob yang dipelihara pada ph 6,8 dengan titrasi 10% Na2CO3 ke dalam fermentor. Sel dipanen dan dicuci untuk kultur anaerob dengan sel yang sejenis.

Preparasi ekstrak sel bebas. pellets disuspensi ke dalam 0.03 M buffer phospat pH 6.8 dan melewati dua kali tekanan sel pada 20.000 PSI. Beberapa kristal dari Deoksiribonuklease ditambahkan untuk preparasi, didiamkan 10 menit pada temperatur kamar sebelum disentrifuge 36.000 x g selama 90 menit. Supernatan digunakan sebagai ekstrak kasar untuk studi enzim. Konsentrasi protein 35 mg/ml dan ekstrak kasar dapat disimpan pada suhu -20 C kurang lebih 6 bulan tanpa hilangnya aktivitas secara signifikan.

Larutan hidrogenase disiapkan dari sel Desiilfovibrio desidjiuricans Hildenborough, strain tumbuh pada medium C (Postgate, 1996). Setelah 3kali pencucian dengan 0.02 M buffer phospat pH 6, 35 g (berat basah) dari sel telah tersuspensi dalam 18ml 0.05 M buffer phospat pH 7,6. Pasta sel diaduk selama 10 menit dibawah nitrogen 4 C dan disentrifuge 90 menit, 36.000 x g. Supernatan yang telah bersih digunakan fraksi hydrogenase dalam mengurangi campuran untuk pengukuran manometric nitrat reduksi ekstrak kasar dari Thiobacillus denitrifcans RT.

Penentuan tingkat pertumbuhan. Tingkat pertumbuhan dihitung dalam kondisi aerob menggunakan biophotometer Bio-Log II (Bonet, Maury, Jouan) dan dalam kondisi anaerob dengan mengukur secara periodik kepadatan optik pada 450 nm dari 1 ml sampel dari 1l kultur.Potensi sebagai Agensia Bioremediasi

Bioremediasi Air Tanah

Air tanah yang telah tercemar oleh nitrat dapat diperbaiki kondisinya dengan menggunakan Thiobacillus denitrificans sebagai agensia bioremediasinya. Suatu penelitian telah dilakukan di Jepang yang menunjukkan bahwa Thiobacillus denitrificans berperan baik untuk mengurangi pencemaran nitrat dalam air. Hal tersebut dilakukan dengan membuat tangki-tangki air yang kemudian diperiksa outletnya apakah nitrat dalam air berkurang. Pada tangki pertama, dipenuhi dengan cangkang kerang untuk menetralisir inlet air. Kemudian dua tangki selanjutnya berisi bakteri Thiobacillus denitrificans sebagai pengurai nitrat pada air.

Gambar 1.

Gambar 2.

Gambar 3.

Gambar 2 dan 3 menunjukkan bahwa konsentrasi nitrat berkurang dari 14.8 mg/L (inlet) menjadi 8.9 mg/L (outlet) serta jumlah nitrat berkurang dari 2.5 kg (inlet) menjadi 1.5 kg (outlet). Hal tersebut dapat menunjukkan bahwa Thiobacillus denitrificans berpotensi sebagai agensia untuk bioremediasi air tanah (Matsuo et. al., 2004).a. Fiksasi Karbondioksida

Penelitian terhadap fiksasi karbon dioksida oleh Thiobacillus denitrificans menemukan bahwa bakteri ini mampu membentuk hexose phosphate dari karbondioksida dengan siklus mekanisme yang menyerupai siklus yang ditemui pada tanaman hijau. Thiobacillus denitrificans tidak mampu tumbuh pada senyawa organik. Walau begitu, organisme ini mengandung banyak enzim yang umum ditemui pada kebanyakan organisme heterotrof. Pada penelitian ini, enzim glucose 6-phosphate dehidrogenase, isositrat dehidrogenase, aconitase, suksinat dehidrogenase, fumarase dan malat dehidrogenase ditemukan pada ekstrak Thiobacillus denitrificans . Hasil ini mengimplikasikan adanya kemiripan antara metabolisme internal Thiobacillus denitrificans dengan tumbuhan, hewan dan sel bakteri. kedepannya diharapkan bahwa potensi Thiobacillus denitrificans dapat dikembangkan sebagai agensia untuk bioremediasi udara dari karbondioksida (Trudinger, 1955).b. Pengurai Uranium

Thiobacillus denitrificans merupakan bakteri pertama dan satu-satunya yang dapat mengoksidasi mineral U(IV) oxide menjadi U(VI) oxide secara anaerob. Hal tersebut dapat menjadi salah satu potensi untuk meremediasi air tanah yang terkontaminasi uranium.

Tabel tersebut menunjukkan konsentrasi Uranium akhir setelah dikurangi dengan konsentrasi U awal. Kultur aktif adalah bakteri Thiobacillus denitrificans yang tumbuh dalam kultur, kontrol steril adalah kultur yang telah di autoklaf sebelumnya dan kontrol tanpa nitrat menunjukkan kultur yang tidak menggunakan nitrat sehingga terlihat bahwa bakteri tidak tumbuh tanpa nitrat yang berarti bahwa pengurai uranium tersebut merupakan Thiobacillus denitrificans .

Gambar 4.

Dari tabel tersebut juga dapat terlihat bahwa Thiobacillus denitrificans menggunakan nitrat untuk mengurai uranium. Kedepannya, diharapkan potensi Thiobacillus denitrificans dapat dikembangkan sebagai bioremediasi untuk daerah yang tercemar uranium akibat kebocoran reactor nuklir (Beller, 2004).Kesimpulan

Dari uraian sebelumnya dapat disimpulkan bahwa, Thiobacillus denitrificans merupakan bakteri denitrifikasi autotroph yang memiliki banyak potensi untuk dapat digunakan sebagai agensia bioremidiasi lingkungan. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa Thiobacillus denitrificans dapat mengurangi pencemaran air oleh nitrat dan uranium serta memfiksasi karbondioksida dari udara.DAFTAR PUSTAKAAguerri, C. T. 2004. Denitrification with Pyrite for Bioremediation of Nitrate-Contaminated Groundwater. Jordi Girona pp. 18-26.Baldensperger, Jacques. and Jean-Louis Garcia. 1974. Reduction of Oxidized Inorganic Nitrogen Compounds by a New Strain of Thiobacillus denitrificans. Arch Microbiol. Vol 103(1).Beller, Harry R. 2004. Anaerobic, Nitrate-Dependet Oxidation of U(IV) Oxide Minerals by the Chemolithoautotrophic Bacterium Thiobacillus denitrificans. Lawrence Livermore National Laboratory. Livermore.

Kelly, Donovan P. and Ann P. Wood. 2000. Confirmation of Thiobacillus denitrificans as a species of the genus Thiobacillus, in the B-subclass of the Proteobacteria, with strain NCIMB 9548 as the type strain. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 50 pp. 547-550.Matsuo, Kiyoshi, Yasuhiro Hirado, Toshiaki Miyanaga. 2004. The New Nitrate Removal System by The Sulfur-limestone Agents. NSCC ed. Tokyo.

Trudinger, P.A. 1955. Fixation of Carbon Dioxide by Extracts of the Strict Autotroph Thiobacillus denitrificans. Journal of biology and chemical. Vol. 64 pp. 274-286.