Daniel Mandiri / 15007100048

UTS Bioremidiasi Takehome

1. Minyak bumi tersusun dari berbagai macam molekul hidrokarbon alifatik, alisiklik, dan aromatik.

Sedangkan jenis hidrokarbon yang dapat didegradasi oleh mikroba yaitu :

a. Hidrokarbon Alifatik

Mikroorganisme pedegradasi hidrokarbon rantai lurus dalam minyak bumi ini jumlahnya relatif kecil

dibanding mikroba pendegradasi hidrokarbon aromatik. Di antaranya adalah Nocardia,

Pseudomonas, Mycobacterium, khamir tertentu, dan jamur. Mikroorganisme ini menggunakan

hidrokarbon tersebut untuk pertumbuhannya. Penggunaan hidrokarbon alifatik jenuh merupakan

proses aerobik (menggunakan oksigen). Tanpa adanya O2, hidrokarbon ini tidak didegradasi oleh

mikroba (sebagai pengecualian adalah bakteri pereduksi sulfat). Langkah pendegradasian

hidrokarbon alifatik jenuh oleh mikroorganisme meliputi oksidasi molekuler (O2) sebagai sumber

reaktan dan penggabungan satu atom oksigen ke dalam hidrokarbon teroksidasi.

b. Hidrokarbon Aromatik

Banyak senyawa ini digunakan sebagai donor elektron secara aerobik oleh mikroorganisme seperti

bakteri dari genus 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 (Hamid, 2010).

Gambar 1. Oksidasi Beta

Degradasi hidrokarbon alifatik (jenuh maupun tak jenuh) dan alisiklik terjadi melalui oksidasi

yang dilakukan oleh metabolisme mikroorganisme dan memiliki beberapa tahapan yaitu:

- Senyawa alisiklik diubah menjadi senyawa alifatik

- Senyawa alifatik dioksidasi secara terminal maupun subterminal

- Oksidasi secara terminal menghasilkan alkohol primer (1-alkohol)

- Oksidasi secara subterminal menghasilkan alkohol sekunder (2-alkohol)

- Oksidasi selanjutnya mengubah alkohol primer menjadi asam alkanoat (asam lemak)

- Asam alkanoat didegradasi melalui oksidasi b seperti halnya asam lemak

Meskipun mikroba berperan penting dalam menguraikan minyak bumi ini. Namun ketahanan

minyak bumi terhadap peruraian oleh mikroba tergantung pada struktur dan berat molekulnya.

Dimana Fraksi alkana rantai C pendek, dengan atom C kurang dari 9 bersifat meracun terhadap

mikroba dan mudah menguap menjadi gas. Fraksi n-alkana rantai C sedang dengan atom C 10-24

paling cepat terurai. Adanya rantai C yang bercabang pada alkana akan mengurai kecepatan

peruraian, karena atom C tersier atau kuarter mengganggu mekanisme biodegradasi.

Apabila dibandingkan maka senyawa aromatik akan lebih lambat terurai daripada alkana

linier. Sedang senyawa alisiklik sering tidak dapat digunakan sebagai sumber C untuk mikroba, kecuali

mempunyai rantai samping alifatik yang cukup panjang. Senyawa ini dapat terurai karena

kometabolisme beberapa strain mikroba dengan metabolisme saling melengkapi. Jadi walaupun

senyawa hidrokarbon dapat diuraikan oleh mikroba, tetapi belum ditemukan mikroba yang

berkemampuan enzimatik lengkap untuk penguraian hidrokarbon secara sempurna.

Dalam proses metabolisme, mikroorganisme menggunakan minyak bumi sebagai substrat

untuk memperoleh sumber karbon dan energy bagi perkembangbiakannya, sedangkan dalam proses

kometabolisme, minyak bumi juga akan ditransformasikan sehingga dapat didegradasi. Biodegradasi

senyawa organic oleh mikroorganisme dapat terjadi bila terjadi transformasi struktur di dalam

senyawa sehingga terjadi perubahan integritas molekuler. Proses ini berupa rangkaian reaksi kimia

enzimatik atau biokimia. Kedua proses itu memerlukan kondisi lingkungan yang harus sesuai dengan

pertumbuhan dan perkembangbiakan mikroorganisme (Sheehan, 1995).

Bakteri dalam aktivitas hidupnya memerlukan molekul karbon sebagai salah satu sumber

nutrisi dan energi untuk melakukan metabolisme dan perkembangbiakannya. Senyawa hidrokarbon

dalam minyak bumi merupakan sumber karbon bagi pertumbuhan mikroorganisme tertentu,

sedangkan senyawa non-hidrokarbon merupakan nutrisi pelengkap yang dibutuhkan untuk

pertumbuhannya. Davis (1967) menyebutkan bahwa bakteri yang memiliki kemampuan

mendegradasi senyawa hirokarbon untuk keperluan metabolism dan perkembangbiakannya disebut

kelompok bakteri hidrokarbonoklastik.

Golongan Pseudomonas putida mampu mengkonsumsi hidrokarbon yang merupakan bagian

utama dari minyak bumi dan bensin. Gen yang mengandung plasmid rekombinan dikultur dalam

jerami dan dikeringkan. Selain penambahan mikroorganisme secara bioaugmentasi pada proses

bioremediasi ini, juga dilakukan penambahan chicken manure dan serbuk gergaji sebagai bulking

agents (Setyamukti, 2003). Serbuk gergaji yang telah berisi kultur bakteri kering dapat disimpan dan

digunakan jika diperlukan. Pada serat serbuk gergaji ditaburkan di atas tumpahan minyak, mula-mula

serbuk gergaji akan menyerap minyak dan bakteri akan menguraikan tumpahan minyak itu menjadi

senyawa yang tidak berbahaya dan tidak menimbulkan tumpahan minyak itu menjadi senyawa yang

tidak berbahaya dan tidak menimbulkan polusi (Dora, 2010). Serbuk gergaji ini dapat digunakan

karena memiliki karakteristik hidrofobik, oleofobik dan mudah disebarkan di permukaan minyak,

diambil kembali dan digunakan ulang. Selain itu, serbuk gergaji merupakan sorbent yang bisa

menyisihkan minyak melalui mekanisme adsorpsi yaitu penempelan minyak pada permukaan

sorbent serta absorpsi berupa penyerapan minyak ke dalam sorbent. Sorbent ini berfungsi

mengubah fasa minyak dari cair menjadi padat sehingga mudah dikumpulkan dan disisihkan.

Susunan senyawa minyak bumi yang kompleks, menyebabkan suatu spesies tunggal

mikroorganisme tidak dapat mendegradasi keseluruhan komponen penyusun minyak bumi tersebut,

karena setiap spesies bakteri membutuhkan substrat yang spesifik. Beberapa bakteri yang

berinteraksi saling menguntungkan dalam bentuk konsorsium sangat berperan selama

berlangsungnya proses degradasi miyak bumi. Sehingga dibutuhkan bioremedial yang terdiri dari 100

macam bakteri dan mikroorganisme yang berbentuk seperti serbuk gergaji yang disebar untuk

menyerap limbah minyak yang ada di permukaan laut. Proses dari ditaburkan hingga menyerap

minyak dengan sempurna memakan waktu kurang lebih 1 minggu (Budi, 2010 ).

Gambar 2. Skematis dari Metabolisme

Mikroba terhadap Hidrokarbon Poliaromatik

Mekanisme biodegradasi senyawa PAH diawali dengan masuknya atom oksigen (reaksi

oksidasi) ke dalam inti aromatik. Reaksi ini dikatalisis oleh multikomponen dioksigenase. Senyawa

PAH yang teroksidasi akan membentuk prekursor intermediet dari siklus asam sitrat. Sebagai produk

dari siklus tersebut pada akhirnya akan terbentuk air dan karbon dioksida. Senyawa phenanthrene

dapat didegradasi secara sempurna oleh bakteri menjadi air dan karbon dioksida melalui salah satu

dari dua jalur yang ada, yakni jalur o-phthalat dan salisilat (Iwabuchi & Harayama 1997). Kedua jalur

tersebut melalui senyawa intermediet yang sama, yaitu 1-hydroxy-2-napthoic acid. Pada bakteri

Aeromonas dan Nocardioides sp. strain KP7 mendegradasi senyawa phenanthrene melalui jalur o-

phthalat,sedangkan bakteri Burkholderia cepacia F297 melalui jalur salisilat (Iwabuchi & Harayama

1997; Mrozik et al.2002).

Pemecahan bertahap hidrokarbon polisiklik aromatik dilakukan melalui oksidasi parsial oleh

jamur busuk putih (white rot fungi), hasilnya berupa perubahan hidrokarbon polisiklik aromatik

menjadi lebih larut air sehingga tersedia bagi bakteri yang kemudian melanjutkan proses

degradasinya. Hal ini disebabkan karena tidak adanya satupun mikroorganisme yang mampu

mengatasi degradasi sendiri. Oleh karena itu, setiap jenis bakteri secara bergantian akan

mendominasi konsorsium sesuai dengan fraksi hidrokarbon yang mampu dimanfaatkannya

(Nugroho, 2007).

2. Terkait dengan alternatif penggunaan jenis spesies serangga jenis khusus, mekanisme ilmiah yang

terjadi pada serangga sehingga dapat mengatasi pencemaran minyak di permukaan kemungkinan

serangga dapat melakukan mekanisme dalam mengatasi pencemaran minyak disebabkan oleh

karena kandungan hidrokarbon yang terdapat di dalam tumpahan minyak. Hidrokarbon sendiri

merupakan salah satu bagian dari komposisi insektisida. Namun serangga memiliki mekanisme gen

yang dapat menetralisir pengaruh hidrokarbon di dalam tubuhnya sehingga resisten terhadap

insektisida. Kemungkinan serangga yang digunakan dalam proses dari studi kasus Laut Timor

merupakan serangga air yang sudah resisten terhadap kandungan hidrokarbon tertentu. Mekanisme

masuknya hidrokarbon dimulai saat terjadi kontak sehingga kandungan hidrokarbon masuk ke dalam

tubuh serangga dan melalui proses metabolismenya yang sudah resisten terhadap hidrokarbon maka

komposisi berbahaya tersebut dapat dinetralkan.

Mekanisme resistensi umumnya merupakan gabungan faktor-faktor penyebab (yaitu

biokemis, fisiologis dan perilaku). Semakin spesifik suatu insektisida, semakin mudah terjadi

resistensi. Dari sini, maka serangga yang digunakan pun memiliki kesamaan pada proses mikroba

dimana resistensinya spesifik terhadap komposisi hidrokarbon tertentu. Mekanisme biokemis:

Perubahan "action site" (target)

- Enzim yang berubah sehingga Asetilkholinesterase serangga strain R mengalami resistensi

terhadap OP atau karbamat karena menurunnya affinitas AChE terhadap inhibitor-inhibitornya

(konstanta dissosiasinya meningkat).

- Reseptor yang berubah. Perubahan pada situs pengenal konvulsan reseptor GABA-

ionofor khlorida: siklodien berkhlor, resistensi silang dengan alpha siano piretroid.

- Metabolisme yang berubah

- DDT dehydrochlorinase, menghasilkan produk (DDE) yang tidak beracun. Dijumpai pada

berbagai jaringan serangga resisten, sebagai pelindung terhadap akumulasi DDT. Banyak dikaji pada

lalat rumah. Enzim juga terinduksi oleh siklodien, fungsinya yang lain tidak diketahui.

- MFO, dihambat oleh MDP. Diinduksi oleh karbamat, beberapa OP dan piretroid. Resistensi

silang terhadap JH dan JHM.

- Hidrolase: fosfatase, menimbulkan resistensi terhadap fosfat; karboksilesterase, resistensi

terhadap malathion; karboksilamidase, resistensi terhadap dimethoate. Kedua tipe resistensi ini

dapat diatasi dengan EPN, fenil saligenin c-fosfat dan DEF.

- Glutathion S-transferase, peningkatan aktivitas enzym atau aras GSH. Lebih banyak

mengubah 0,0-dimetilfosfat dibanding derivat-derivat alkil lain yang lebih tinggi. Tidak ada

penghambatnya yang spesifik.

- Lintas situs pada suatu reseptor toksikan. Resistensi terhadap HCN dengan menggunakan

flavoprotein yang tak sensitif terhadap HCN untuk menghindari oksidase sitokhrom yang peka

terhadap HCN.

- Resistensi karena gen kdr (knock-down resistance). Resistensi terhadap DDT dan piretroid

nonsian. Terdapat bukti-bukti elektrofisiologis. Mekanisme kdr bertindak pada tingkat neuron

dengan cara menurunkan sensitivitas syaraf terhadap toksikan.

DAFTAR PUSTAKA

Budi, Bambang. 2010. Teknologi Pembersih Laut Asli Indonesia. http://www.kompas.com,

diakses pada tanggal 23 November 2010 pukul 13.00 WIB.

Dora, Dayu R.T., 2010. Peran Mikroba dalam Pengolahan Limbah Lingkungan. Universitas

Negeri Malang Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Jurusan Biologi.

Hamid, Mustofa. 2010. Degradasi Minyak Bumi via “Tangan” Mikroorganisme. Excel Group.

BPH Masjid Al—Was’I Unila. Bandar Lampung.

Iwabuchi, T.& S. Harayama. 1997. Biochemical and Genetic Characterization of 2-

Carboxybenzaldehyde Dehydrogenase, an Enzyme Involved in Phenanthrene Degradation by

Nocardioides sp. Strain KP7. J. Bacteriology. 179: 6488-6494.

Nugroho, Astri. 2007. Dinamika populasi Konsorsium Bakteri Hidrokarbonoklastik : Studi kasus

Biodegradasi Hidrokarbon Minyak Bumi Skala Laboratorium. Program Studi Teknik Lingkungan

Fakultas Arsitektur Lansekap dan Teknologi Lingkungan. Universitas Trisakti.

Setyamukti, Glandys. 2003. Degradasi Berbagai Jenis minyak Bumi di Tanah dengan

Menggunakan Bakteri Petrofilik Lokal dan Chicken Manure. Perpustakaan Departemen Teknik

Lingkungan. ITB. Bandung.