Studi Kemampuan Bioremoval Merkuri oleh Bakteri Resisten Merkuri yang Diisolasi dari Sedimen Danau Biru Singkawang Kalimantan Barat
STUDI KEMAMPUAN
BIOREMOVAL MERKURI OLEH BAKTERI RESISTEN MERKURI YANG DIISOLASI DARI TAILING
SOIL
DANAU BIRU
SINGKAWANG
KALIMANTAN BARAT
Rikhsan Kurniatuhadi1,
Anto Budiharjo2, Tri Retnaningsih Soeprobowati3
1 Magister Biologi, Fakultas
Sains dan Matematika, Universitas Diponegoro Kampus Tembalang
2 Fakultas Sains dan Matematika, Universitas
Diponegoro Kampus Tembalang, Semarang 50275
3 Fakultas Sains dan Matematika, Universitas
Diponegoro Kampus Tembalang, Semarang 50275
ABSTRAK
Pencemaran
logam merkuri pada lahan pertanian berpegaruh terhadap kualitas hasil produksi
pertanian dan kesehatan masyarakat. Tercatat beberapa tanaman sayuran dan
hortikultura mampu mengakumulasi logam merkuri pada jaringan dan membahayakan
bagi konsumen jika terakumulasi di dalam tubuh. Bioremediasi logam merkuri pada
lahan pertanian menjadi salah satu teknik dalam mengatasi biomagnifikasi logam
merkuri dari bahan pangan. Telah diisolasi dan diidentifikasi bakteri indigenus
resisten merkuri dari jenis Pseudomonas
sp. BSDBi4 dan Alteromonas sp.
BSDBii2. Kedua
bakteri tersebut di isolasi dari tailing
soil kawasan pertambangan emas tanpa izin (PETI) Danau Biru Singkawang.
Pengujian pendahuluan memperlihatkan bahwa bakteri-bakteri tersebut mampu
tumbuh pada medium yang mengandung HgCl2 dengan konsentrasi 1000 ppm
dan diduga memiliki kemampuan bioremoval Hg(II). Tujuan penelitian ini adalah
untuk mengetahui kemampuan bioremoval kedua bakteri terhadap senyawa HgCl2.
Pengujian kemampuan bioremoval isolat bakteri dilakukan pada medium NB yang
ditambahkan senyawa HgCl2 600 ppm. Analisis jumlah bioremoval
senyawa HgCl2 dari kedua isolat bakteri dimonitoring dengan
menggunakan mercury analyzer. Hasil
yang didapatkan dari kedua jenis bakteri memperlihatkan bahwa bakteri Alteromonas
sp. BSDBii2 memiliki
persentase bioremoval tertinggi yaitu sebesar 99,944% dengan jumlah total
bioremoval merkuri sebesar 683.85 ppm.
Kata Kunci: Bioremoval, Pseudomonas sp.
BSDBi4, Alteromonas sp. BSDBii2 dan merkuri.
1.
PENDAHULUAN
Perkembangan penduduk dan industri yang
sangat cepat memberikan kontribusi pada peningkatan pencemaran terhadap
lingkungan di negara berkembang seperti Indonesia. Dampak meningkatnya hal
tersebut adalah menurunnya kualitas tanah akibat penccemaran khususnya logam
berat baik yang bersumber penambangan, industri, rumah tangga oleh
sampah-sampah metabolik dan produk detergen yang mengandung Cr, Co, Zn maupun limbah
pertanian yang berasal dari penyalahgunaan pestisida dan pupuk kimia, yang
merupakan sumber utama dari pencemaran logam berat, seperti krom (Cr), kobalt
(Co), seng (Zn), dan merkuri (Hg)
di lingkungan. Pencemaran logam berat yang tidak terkendali dapat memberikan
peluang terakumulasinya logam tersebut ke lingkungan atau lahan pertanian [6] [2].
Pencemaran lahan pertanian oleh logam Hg
merupakan salah satu permasalahan yang sangat membahayakan bagi kehidupann
manusia. Akumulasi logam Hg dapat terjadi pada habitat tanaman pertanian
termasuk beberapa jenis sayuran air yang diketahui mudah sekali tumbuh dalam
lingkungan tercemar. Logam berat dapat terserap ke dalam jaringan tanaman
melalui akar dan stomata daun, selanjutnya akan masuk ke dalam siklus rantai
makanan [15]. Logam berat
yang terakumulasi pada jaringan tubuh apabila melebihi batas toleransi, dapat
menimbulkan keracunan bagi tumbuhan, hewan maupun manusia. Masuknya logam
merkuri dari lingkungan melalui rantai makanan menyebabkan tingkat konsentrasi
logam berat di dalam organisme menjadi tinggi, karena sifatnya yang sulit
terurai dan terdeposit pada permukaan tanah sehingga dapat diakumulasikan oleh
berbagai organisme dalam rantai makanan melalui proses biomagnifikasi. Proses
biomagnifikasi ini dapat terjadi pada tanaman hasil panen seperti
sayur-sayuran, beras dan kedelai [15] [18].
Hasil penelitian Badan Penelitian dan
Pengembangan Departemen Pertanian tahun 2008 berupa analisis contoh sayuran
kubis, tomat, dan wortel yang diperoleh dari sentra produksi di Jawa Barat dan
Jawa Timur menunjukkan secara umum cemaran logam besi (Fe) dan timbal (Pb)
di atas batas maksimum residu (BMR). Sementara cemaran logam Hg masih pada tingkat aman, walaupun
juga perlu diwaspadai, khususnya pada padi tercatat sekitar 0,05-0,59 ppm serta
0,15-0,18 ppm pada beberapa jenis beras seperti beraskurmo setra maupun kedelai
[15]..
Merkuri memiliki toksisitas tinggi bagi
semua organisme walaupun dalam jumlah yang sangat kecil. Toksisitas tinggi
merkuri baik organik maupun inorganik disebabkan oleh afinitasnya yang tinggi
terhadap gugus-gugus sulfihidril yang terdapat pada protein-protein dan
berbagai macam enzim sehingga dapat menginaktivasi fungsi-fungsi vital di dalam
sel [9]. Masuknya logam
merkuri ke dalam tubuh manusia menyebabkan gangguan-gangguan neurologis yang
berbeda-beda seperti paresthensia dan kebas pada jari yang merupakan simptom
umum pada penyakit minamata [9]. Beberapa gangguan pada tubuh
lainnya seperti pneumonitis, hipersekresi kelenjar keringat, diare dengan
pendarahan dan kanker telah dilaporkan [11]. Oleh karena
itu, pengembangan bioteknologi remediasi lingkungan menjadi perhatian utama
para peneliti bioremedasi untuk mengurangi kontaminasi logam merkuri di
lingkungan yang sangat merugikan bagi kesehatan.
Bioremediasi dengan menggunakan
mikroorganisme telah banyak dikembangkan dalam bioteknologi perbaikan
lingkungan sejak tahun 1970 [11] [13] [8]. Beberapa jenis
bakteri resisten merkuri yang dapat melakukan removal terhadap logam Hg2+
telah dilaporkan oleh beberapa peneliti [1] [7] [9] [10] [13]. Diantaranya
dari genus Bacillus, Aeromonas, Pseudomonas, Enterobacter,
Shigella dan Staphylococcus yang diisolasi dari tanah yang tercemar limbah
industri dan tailing soil di situs pertambangan emas. Potensi bakteri-bakteri
tersebut telah diketahui kemampuan resistensi dan bioremovalnya terhadap logam
merkuri.
Danau
Biru Singkawang yang merupakan lahan bekas pertambangan emas yang juga memiliki
potensi yang sama dengan kedua daerah tersebut, khususnya potensi bakteri
indigenus resisten terhadap merkuri. Oleh karena itu diperlukan suatu
penelitian untuk eksplorasi mengenai potensi merkuri bakteri-bakteri indigenus
yang ada pada danau tersebut sehingga dapat dijadikan sebagai salah satu bahan
referensi untuk dapat dimanfaatkan sebagai salah satu jenis bioremediator
merkuri (Hg) dalam teknologi bioremediasi. Tujuan penelitian ini adalah untuk
mengetahui kemampuan bioremoval dan bioadsorbsi logam merkuri oleh bakteri Pseudomonas sp. BSDBi4 dan Alteromonas
sp. BSDBii2 yang
diisolasi dari tailing soil bekas
pertambangan emas Danau Biru Singkawang, Kalimantan Barat.
2. BAHAN DAN CARA KERJA
Strain Bakteri dan Media
Pertumbuhan
Strain bakteri yang digunakan
pada penelitian ini adalah bakteri Pseudomonas
sp. BSDBi4 dan Alteromonas sp.
BSDBii2 yang merupakan bakteri resisten merkuri hasil isolasi dari tailing soil
bekas penambangan emas Danau Biru Singkawang. Kedua isolat bakteri tersebut
memperlihatkan kemampuan resistensi terhadap HgCl2 hingga
konsentrasi 500 ppm. Kedua isolat ditumbuhkan pada media Nutrient Broth (NB) yang mengandung (per liter): tripton 10 g, yeast extract 5 g, glukosa 0.1 g dan
agar 0.15 g.
Kinetika Pertumbuhan Bakteri dan pH Medium
Pertumbuhan
bakteri dipantau dengan menentukan kurva pertumbuhan dari isolat bakteri yang
terseleksi pada media tanpa maupun dengan penambahan HgCl2 [11]. Setiap isolat bakteri, yang
telah disesuaikan dengan McFarland
Standart 0,5 diambil 0,05 ml kemudian diinokulasikan pada 50 ml medium NB
tanpa diperkaya HgCl2 dan medium NB yang diperkaya dengan
50 ppm HgCl2.
Medium yang telah diinokulasi bakteri uji kemudian diinkubasi pada suhu
37oC dengan kecepatan 120 rpm. Pengukuran pertumbuhan bakteri uji
dilakukan dengan mengukur jumlah dengan menggunakan haemositometer pada
interval waktu 0, 1, 2, 4, 8, 12, 24, 26, 30 dan 48 jam.
Uji Kemampuan Bioremoval Senyawa HgCl2
oleh Bakteri Indigenus Danau Biru
Pengujian aktivitas bioremoval ini dilakukan
dengan menginokulasikan satu ml inokulum dari isolat Pseudomonas sp. BSDBi4 dan
isolat Alteromonas sp. BSDBii2 ke
dalam erlenmeyer yang berisi 100 ml medium Nutrient
Broth (NB) yang telah ditambahkan dengan 600 ppm HgCl2. Media
yang berisi inokulum kemudian diinkubasi pada di atas meja penggojok (shaker)
dengan kecepatan agitasi 120 rpm pada suhu ruang selama 72 jam. Setiap
perlakuan dilakukan pengulangan sebanyak tiga kali.
Analisis Konsentrasi Merkuri (HgCl2)
Kadar atau konsentrasi merkuri (HgCl2)
dihitung setelah diuji dengan menggunakan isolat tunggal dan konsorsium dari
bakteri resisten merkuri Danau Biru Singkawang yang telah diseleksi untuk
mengetahui kemampuan bioremoval dan bioabsorbsi yang mampu dilakukan
bakteri-bakteri tersebut. Analisis ini dilakukan pada filtrat medium kultur [10].
Preparasi uji diawali dengan memisahkan kultur sel
bakteri dan medium uji dengan cara sentrifugasi pada kecepatan 9.000 rpm selama
15 menit pada suhu 4oC. Supernatan dipisahkan dari endapan atau
pelet yang terbentuk dengan menggunakan mikropipet [12]. Sampel pelet dan supernatan
yang telah dipreparasi kemudian di analisis kadar merkuri pada setiap sampel
dari ketiga isolat dan konsorsium dengan menggunakan Mercury Analyzer. Analisis dilakukan di Laboratorium Penelitian dan
Pengujian Terpadu (LPPT) Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.
Jumlah bioakumulasi isolat bakteri, persentase
bioremoval dan bioabsorbsi merkuri (HgCl2) yang didapatkan kemudian
dihitung dengan menggunakan formula sebagai berikut [10]:
|
% Bioremoval = Ceq K -
CbP × 100%
Ceq K
|
|
Jumlah
biokumulasi = CbP - CeqK
|
Keterangan: Ceq K: Kontrol;
Cb P: oxidized supernatant [10].
Analisis Data
Data
dari setiap unit perlakuan dipresentasikan dalam nilai rata dan standar
deviasi. Data perlakuan dari RAL dianalisis dengan menggunakan One Way Analysis of Variance (ANOVA)
Microsoft Excel 2007 pada taraf kepercayaan 5% untuk menjawab hipotesis yang
telah ditentukan. Setelah itu dilanjutkan dengan uji duncan untuk melihat
perbedaan pada masing-masing perlakuan.
3.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Efek Merkuri terhadap Pertumbuhan Bakteri
Pertumbuhan isolat bakteri Pseudomonas
sp. BSDBi4 dan Alteromonas sp.
BSDBii2 pada medium tumbuh tanpa dan dengan penambahan HgCl2
memperlihatkan perbedaan karakteristik fase pertumbuhan isolat-isolat tersebut.
Gambar 1 memperlihatkan efek dari HgCl2 terhadap pertumbuhan ketiga
isolat.
Gambar 1. Kurva tumbuh isolat bakteri BSDBi4 dan
BSDBii2 pada medium yang mengandung HgCl2. Kultur kontrol tidak
mengandung HgCl2.
Kedua kurva mengindikasikan dengan jelas bahwa
terjadi perbedaan jumlah sel pada setiap fase dan perbedaan lamanya fase lag
antara kultur yang tidak ditambahkan HgCl2 dan yang ditambahkan HgCl2.
Terlihat dari Gambar 1 bahwa semua fase yang terjadi pada kultur yang diberikan
HgCl2 membentuk kurva dengan jumlah sel pada setiap fase di bawah
kurva pada kultur normal, hal ini memperlihatkan bahwa pertumbuhan kedua isolat
tersebut terhambat dengan adanya penambahan HgCl2. Walaupun jumlah
sel yang terhitung antara medium kontrol dan medium yang ditambahkan berbeda,
namun pola pertumbuhan kedua kurva hampir sama pada kedua isolat, akan tetapi
lamanya fase lag berbeda antara kontrol dengan medium yang ditambahkan HgCl2.
Namun, hasil yang didapatkan jauh berbeda dari hasil penelitian Immamuddin
(2010) yang memperlihatan bahwa bakteri resisten merkuri Ochrobatrum sp. S79 asal Cikotok Banten mengalami fase lag hingga
36 jam pada konsentrasi 30 ppm. Hal ini tentu saja menandakan bahwa isolat Pseudomonas
sp. BSDBi4 dan Alteromonas sp.
BSDBii2 jauh lebih baik pertumbuhannya pada medium yang mengandung Hg.
Isolat BSDBi4 pada kultur kontrol memiliki fase lag
yang terjadi pada jam ke 1 – 4 sedangkan kultur dengan penambahan HgCl2
50 ppm fase lag terjadi dari jam ke 1 – 12 sedangkan isolat BSDBii2 pada kultur
kontrol memiliki fase lag yang terjadi pada jam ke 1 – 8 sedangkan kultur
dengan penambahan HgCl2 50 ppm fase lag terjadi dari jam ke 1 – 12.
Kemampuan Bioremoval dan Bioadsorbsi Bakteri
Bakteri Pseudomonas
sp. BSDBi4 dan Alteromonas sp.
BSDBii2 yang
diisolasi dari situs pertambangan emas Danau Biru Singkawang mampu melakukan
bioremoval terhadap Hg(II) dengan kemampuan yang berbeda-beda pada konsentrasi
Hg(II) yang sama. Hasil bioremoval dan bioakumulasi dari ketiga strain tersebut
dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Kemampuan bioremoval bakteri Pseudomonas sp. BSDBi4 dan Alteromonas
sp. BSDBii2 asal bekas penambangan emas Danau Biru Singkawang terhadap logam
Hg.
Isolat
|
Rerata Kadar Hg (ppm)
|
Persentase
Bioremoval
(%)
|
pH
|
|
Kadar
Akhir
|
Jumlah
Removal
|
|||
Kontrol
|
684.23
|
-
|
-
|
7
|
Pseudomonas sp. BSBDi4
|
0.42 + 0,14
|
683,81
|
99.937
|
6.8
|
Alteromonas sp. BSDBii2
|
0.38 + 0,24
|
683,85
|
99.944
|
6,8
|
Hasil dari Tabel 1. Menunjukkan
bahwa kedua baketri tersebut mampu mengurangi jumlah Hg selama 72 jam. Jumlah
total bioremoval tertinggi terhadap Hg(II) terjadi pada medium yang dilakukan
dengan perlakuan dengan menggunakan isolat bakteri Alteromonas
sp. BSDBii2
dibandingkan dengan isolat bakteri Pseudomonas sp. BSDBi4 dengan terpaut jumlah angka
bioremoval sebesar 0,04 ppm.
Genus Pseudomonas dan Alteromonas diketahui sebagai kelompok
bakteri dimana anggotanya memiliki keanekaraman yang tinggi dan dapat ditemukan
dari berbagai jenis habitat seperti tanah, air dan berbagai jenis sedimen [17]. Bakteri dari genus Pseudomonas dan Alteromonas dilaporkan memiliki sifat resisten terhadap senyawa
atau logam merkuri dan memiliki kemampuan dalam mereduksi logam merkuri dari
bentuk Hg (II) menjadi Hg (0) [1] [2] [16]. Beberapa hasil penelitian
disebutkan bahwa bakteri genus Pseudomonas
mampu hidup dan tumbuh pada konsentrasi HgCl2 berkisar antara 60-250
mg/ml dengan persentase bioremoval dapat mencapai 55%-98% serta mampu
mengakumulasi senyawa merkuri hingga 108.55 ng/gr sedangkan genus Alteromonas tercatat mampu hidup pada
konsentrasi HgCl2 yang berkisar antara 2.7-13.5 mg/ml [1] [2] [6] [7].
Tabel 1 juga memperlihatkan bahwa terjadi penurunan
pH medium berdasarkan durasi inkubasi oleh
kedua isolat bakteri tersebut.. Umumnya sel-sel mikroba tumbuh dengan memanfaatkan nutrien yang
tersedia dari medium dan kemudian memproduksi beberapa senyawa asam (asam
organik, inorganik dan alkohol) ke medium. Senyawa-senyawa asam ini yang
menyebabkan medium menjadi lebih asam [6].
Kemampuan bakteri
untuk melakukan bioremoval ion logam merkuri dari berbagai jenis telah banyak
dinvestigasi secara mendalam. Sifat resisten terhadap efek toksik dari Hg(II)
di bawah cekaman beberapa konsentrasi Hg (II) (1–500 ppm bagi isolat indigenus
Danau Biru Singkawang), bakteri resisten merkuri mengembangkan berbagai mekanisme
resistensi seperti adsorbsi dinding sel, reduksi enzimatik melalui enzim
merkuri reduktase, efflux mechanism
dan detoksifikasi ROS [10]. Mekanisme-mekanisme tersebut menghasilkan kemampuan
bioremoval dan bioabsorbsi yang signifikan pada sejumlah Hg(II) yang
ditambahkan pada medium dalam uji in-vitro.
Mekansime bioremoval dan bioabsorbsi
berhubungan erat dengan sistem Mer
operon yang terdiri atas gen metaloregulator (MerR), gen transpor logam merkuri
(MerT, MerC dan MerR) dan gen yang menyandi enzim merkuri reduktase (MerA).
Bakteri indigenus resisten merkuri dari Danau Biru Singkawang diduga dapat
mengikat Hg(II) melalui reaksi ligan dan enzimatis yang mampu mentransformasi
Hg(II) menjadi Hgo [14].
Bioremediasi
dapat lebih efektif ketika kondisi lingkungan mengizinkan mikroorganisme
resisten merkuri untuk tumbuh dan beraktifitas [11]. Mikroorganisme pada situs pertambangan terkontaminasi
limbah merkuri membangun sistem resistensi dan adaptasi fisiologi yang
merupakan pemeran utama dalam detoksifikasi alami logam merkuri. Mikroorganisme
termasuk bakteri mampu melakukan detoksifikasi baik secara individual maupun
dalam konsorsium. Konsorsium bakteri Pseudomonas
sp. BSDBi4 dan Alteromonas sp.
BSDBii2 mampu melakukan bioremoval terhadap Hg(II) hingga 99,944%. Kemampuan
ini lebih besar jika dibandingkan dengan hasil penelitian sebelumnya Shovitri et al. (2010) yang memperlihatkan konsorsium dari genus Neisseria
dan Shigella yang diisolasi dari Sungai Kali Mas Surabaya yang hanya mampu
melakukan bioremoval hingga 50%.
DAFTAR PUSTAKA

Komentar
Posting Komentar