RSS

Arsip Kategori: Bioteknologi

PEMBAHASAN – BIOREMEDIASI


PENGERTIAN DEGRADASI

Degradasi adalah perubahan yang mengarah kepada kerusakan di muka bumi. Degradasi berarti  penurunan kualitas maupun  perusakan lahan. Degradasi dapat disebabkan oleh beberapa faktor, salah satunya adalah pencemaran lingkungan, salah satunya pencemaran limbah cair yang disebabkan oleh manusia itu sendiri. Oleh karena itu, untuk menyeimbangkan tatanan ekosistem kehidupan diperlukan sistem pengolahan limbah yang mudah diterapkan dan murah. Menurut Lasonearth (2010), sistem pengolahan limbah yang murah dan mudah diterapkan adalah pembersihan, injeksi, dan bioremediasi.

PENGERTIAN BIOREMEDIASI

Bioremediasi berasal dari dua kata yaitu bio dan remediasi yang dapat diartikan sebagai proses dalam menyelesaikan masalah. Menurut Munir (2006), bioremediasi merupakan pengembangan dari bidang bioteknologi lingkungan dengan memanfaatkan proses biologi dalam mengendalikan pencemaran. Menurut Sunarko (2001), bioremediasi mempunyai potensi untuk menjadi salah satu teknologi lingkungan yang bersih, alami, dan paling murah untuk mengantisipasi masalah-masalah lingkungan. Sehingga dapat disimpulkan, bioremediasi adalah salah satu teknologi untuk mengatasi masalah lingkungan dengan memanfaatkan bantuan mikroorganisme. Mikroorganisme yang dimaksud adalah khamir, fungi, dan bakteri yang berfungsi sebagai agen bioremediator.

 Selain mikroorganisme, ternyata dapat pula memanfaatkan tanaman air sebagai bioremediasi. Menurut Stowell (2000) dalam Yusuf (2008), tanaman air memiliki kemampuan secara umum untuk menetralisir komponen-komponen tertentu di dalam perairan dan sangat bermanfaat dalam proses pengolahan limbah cair.

Proses pengolahan limbah cair oleh mikroba dalam mendegradasi senyawa kimia yang berbahaya di lingkungan sangat penting. Dalam proses degradasinya, mikroba menggunakan senyawa kimia tersebut untuk pertumbuhan dan reproduksinya melalui berbagai proses oksidasi (Munir, 2006). Misalnya mengubah bahan kimia menjadi air dan gas yang tidak berbahaya misalnya CO2.

Saat terjadinya bioremediasi, enzim-enzim yang diproduksi oleh mikroba memodifikasi senyawa kimia berbahaya dengan mengubah struktur kimianya biasa disebut biotransformasi. Pada banyak kasus, biotransformasi berujung pada biodegradasi, di mana senyawa kimia terdegradasi, strukturnya tidak kompleks dan akhirnya menjadi metabolit yang tidak berbahaya dan tidak beracun (Aguskrisno, 2011).

PROSES BIOREMEDIASI

Mikroba dalam mengolah senyawa kimia berbahaya dapat berlangsung apabila adanya mikroba yang sesuai dan tersedia kondisi lingkungan yang ideal tempat tumbuh mikroba seperti suhu, pH, nutrient, dan jumlah oksigen. Aplikasi bioremediasi di Indonesia mengacu pada keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 128 Tahun 2003 mengatur tentang tatacara dan persyaratan teknis pengolahan limbah dan tanah terkontaminasi oleh minyak bumi secara biologis. Bioremediasi dapat dilakukan dengan menggunakan mikroba lokal. Pada umumnya, di daerah yang tercemar jumlah mikroba yang ada tidak mencukupi untuk terjadinya bioproses secara alamiah (Suhardi, 2010).

Teknologi bioremediasi dalam menstimulasi pertumbuhan mikroba dilakukan dengan dua cara yaitu

  1. Biostimulasi adalah memperbanyak dan mempercepat pertumbuhan mikroba yang sudah ada di daerah tercemar dengan cara memberikan lingkungan pertumbuhan yang diperlukan, yaitu penambahan nutrien dan oksigen. Jika jumlah mikroba yang ada dalam jumlah sedikit, maka harus ditambahkan mikroba dalam konsentrasi yang tinggi sehingga bioproses dapat terjadi. Mikroba yang ditambahkan adalah mikroba yang sebelumnya diisolasi dari lahan tercemar kemudian setelah melalui proses penyesuaian di laboratorium di perbanyak dan dikembalikan ke tempat asalnya untuk memulai bioproses. Namun sebaliknya,  jika kondisi yang dibutuhkan tidak terpenuhi, mikroba akan tumbuh dengan lambat atau mati. Secara umum kondisi yang diperlukan ini tidak dapat ditemukan di area yang tercemar (Suhardi, 2010).
  2. Bioaugmentasi merupakan penambahan produk mikroba komersial ke dalam limbah cair untuk meningkatkan efisiensi dalam pengolahan limbah secara biologi. Hambatan mekanisme ini yaitu sulit untuk mengontrol kondisi situs yang tercemar agar mikroba dapat berkembang dengan optimal. Selain itu mikroba perlu beradaptasi dengan lingkungan tersebut (Uwityangyoyo, 2011). Menurut Munir (2006), dalam beberapa hal, teknik bioaugmentasi juga diikuti dengan penambahan nutrien tertentu.
  3. Bioremediasi intrinsik terjadi secara alami di dalam air atau tanah yang tercemar.

Contoh Penelitian Bioremediasi

“Bioremediasi Limbah Pestisida Dengan Mikroba Indigen”

Mikroba indigen merupakan mikroba alamiah atau mikroba setempat. Pada lahan pertanian, penggunaan pestisida yang berlangsung lama akan menekan pertumbuhan mikroba indigen yang berfungsi untuk merombak senyawa toksik (organofosfat) tersebut. Karena itu, diperlukan pengisolasian mikroba di laboratorium. Organofosfat merupakan pestisida yang memiliki toksisitas yang tinggi. Pestisida golongan organofosfat merupakan jenis pestisida yang banyak digunakan di Indonesia, khususnya untuk mengendalikan hama sayuran dan padi. Senyawa aktif pestisida golongan organofosfat seperti metil parathion. Menurut Lakshmirani dan Lalithakumari (1994) dalam Tisnadjaja (2001), Pseudomonas putida mampu untuk menggunakan metil parathion sebagai sumber karbon dan sumber fosfor dalam pertumbuhannya. Pada tahap pertama dari proses degradasi, enzim organofosforus acid anhudrase yang dikeluarkan oleh P. putida menghidrolisis metil parathion menjadi p-nitrophenol. Sementara p-nitrophenol dikonversi lebih lanjut menjadi hydroquinone dan 1,2,4 benzenetriol yang akan dirubah lebih lanjut menjadi maleyl acetate.

Pseudomonas putida mampu tumbuh dalam media sederhana (LB) dengan mengorbankan berbagai macam senyawa organik dan mudah diisolasi dari tanah (batubara, tembakau) dan air tawar. Pertumbuhan optimalnya antara 25-30⁰C. P. putida mampu mendegradasi benzena, toluena, dan Ethylbenzene (Genome, 2011).

Perlu dipahami bahwa tingkat pertumbuhan mikroba yang lebih baik tidak selalu diikuti oleh terjadinya proses degradasi yang tinggi, namun begitu bila pertumbuhan terlalu rendah maka tidak akan terjadi proses biodegradasi yang signifikan. Tingkat ketersediaan glukosa sebagai sumber karbon dalam media menpunyai pengaruh nyata pada tingkat degradasi, hal ini berkaitan dengan tingkat pertumbuhan yang dicapai (Tisnadjaja, 2001).

Selain masalah di atas, enzim-enzim degradatif yang dihasilkan oleh mikroba tidak mampu mengkatalis reaksi degradasi polutan yang tidak alami, kelarutan polutan dalam air sangat rendah, dan polutan terikat kuat dengan partikel-partikel organik atau partikel tanah. Selain itu, pengaruh lingkungan seperti pH, temperatur, dan kelembapan tanah juga sangat berperan dalam menentukan kesuksesan proses bioremediasi (Munir, 2006).

Pengembangan  Proses Bioremediasi Secara Ex-Situ

 Dalam pengembangan proses bioremediasi residu pestisida metidation telah dilakukan percobaan dalam skala erlenmeyer dengan menggunakan air limbah yang di ambil dari selokan sekitar areal tanaman bawang merah di daerah Brebes sebagai bahan dasar media. Untuk menunjang tingkat pertumbuhan mikroba, ke dalam air limbah ditambahkan nutrisi dengan komposisi urea 2 g/l, KH2PO4 1 g/l, K2HPO4 1,5 g/l, glukosa 5 g/l dan pH awal media tercatat 7,41. Sementara konsentrasi metidation yang ditambahkan adalah 100 ppm. Dalam percobaan ini dilakukan variasi kondisi sebagai berikut:

  1. Media disterilisasi dan dibiarkan tanpa inokulasi (A1)
  2. Media tidak disterilisasi dan juga tidak diinokulasi (B1)
  3. Media disterilisasi dan kemudian diinokulasi dengan isolat 3 (A2)
  4. Media tidak disterilisasi dan diinokulasi dengan isolat 3 (B3)

Dari pengamatan terhadap laju dan tingkat pertumbuhan mikroba yang diamati dengan mengukur OD, terlihat bahwa pada A1 tidak ada pertumbuhan sementara pada B1 ada pertumbuhan yang cukup nyata. Ini menunjukkan adanya pertumbuhan dari mikroba indigen yang ada dalam air limbah. Sementara dari perbandingan tingkat pertumbuhan antara A2 dan B2, terlihat bahwa sampai 72 jam waktu inkubasi pada B2 terjadi tingkat pertumbuhan yang lebih tinggi, tapi pada waktu inkubasi  lebih lama atau mulai jam ke 90, terlihat bahwa tingkat konsentrasi sel pada A2 lebih tinggi dibanding B2. Hal ini menunjukkan bahwa dengan adanya persaingan dari beberapa mikroba dalam memanfaatkan nutrisi telah menyebabkan nutrisi tersebut cepat habis dan selanjutnya mengalami kematian dari mikroba-mikroba tersebut (Tisnadjaja, 2001).

Proses Mikroba Mendegradasi senyawa Hidrokarbon

Senyawa hidrokarbon aromatis polisiklis (PAH) dalam minyak memiliki toksisitas yang cukup tinggi. Efek toksik dari hidrokarbon yang terdapat dalam minyak berlangsung melalui larutnya lapisan lemak yang menyusun membran sel, sehingga menyebabkan hilangnya cairan sel atau kematian terhadap sel (Rosenberg and Ron, 1998) dalam Munir (2006). Ketahanan PAH di lingkungan dan toksisitasnya meningkat sejalan dengan peningkatan jumlah cincin benzenanya (Mueller et al. 1998) dalam Munir (2006). Beberapa golongan mikroorganisme telah diketahui memiliki kemampuan dalam memetabolisme PAH. Bakteri dan beberapa alga menggunakan dua molekul oksigen untuk memulai pemecahan cincin benzena PAH, yang dikatalis oleh enzim dioksigenase untuk membentuk molekul cis-dihidrodiol. Kebanyakan jamur mengoksidasi PAH melalui pemberian satu molekul oksigen untuk membentuk senyawa oksida aren yang dikatalisis oleh sitokrom P-450 monooksigenase. Pada jamur busuk putih, bila terdapat H2O2, enzim lignin peroksidase yang dihasilkan akan menarik satu elektron dari PAH yang selanjutnya membentuk senyawa kuinon (Cerniglia and Sutherland, (2001) dalam Munir (2006)). Cincin benzena yang sudah terlepas dari PAH selanjutnya dioksidasi menjadi molekul-molekul lain dan digunakan oleh sel mikroba sebagai sumber energi.

KEUNTUNGAN BIOREMEDIASI

  1. Bioremediasi sangat aman digunakan karena menggunakan mikroba yang secara alamiah sudah ada dilingkungan (tanah).
  2. Bioremediasi tidak menggunakan/menambahkan bahan kimia berbahaya.
  3. Tidak melakukan proses pengangkatan polutan.
  4. Teknik pengolahannya mudah diterapkan dan murah biaya.

Waktu yang digunakan untuk menyelesaikan pengolahan tergantung pada faktor jenis dan jumlah senyawa kimia yang berbahaya yang akan diolah, ukuran dan kedalaman area yang tercemar, jenis tanah dan kondisi setempat dan teknik yang digunakan.

 
17 Komentar

Ditulis oleh pada 15 Juni 2011 in Bioteknologi

 

Tag: , ,

PENGANTAR – BIOREMEDIASI


Indonesia yang beriklim tropis memiliki bioma hutan yang lebih padat dari bioma daerah subtropis. Diperkirakan terdapat tiga kali lebih banyak mikroba pada ekosistem tropis daripada di ekosistem lainnya, di mana sebagian besarnya adalah sebagai pengurai (Munir, 2006).

Mikroba atau mikroorganisme merupakan organisme yang sangat renik sehingga hanya terlihat dengan bantuan mikroskop. Mikroba memberikan kontribusi dalam menyeimbangkan ekosistem alam. Tanpa mikroba yakni pengurai, dunia ini penuh dengan tumpukan bangkai. Mikroba ada yang patogen ada pula yang bermanfaat bagi kehidupan manusia. Mikroba berperan dalam siklus biogeokimia, penyuburan tanah, dan degradasi senyawa kimia berbahaya.

Senyawa kimia berbahaya maupun yang tidak namun bila berlebihan akan menimbulkan pencemaran lingkungan. Pencemaran lingkungan ini didominasi oleh aktivitas manusia. Bertambahnya populasi manusia, bertambah pula pencemaran lingkungan. Oleh karena itu, perlu penanganan serius. Hadirnya  teknologi alternatif untuk menjaga pelestarian lingkungan yang melibatkan mikroorganisme. Teknologi alternatif ini disebut bioremediasi.

 
Tinggalkan komentar

Ditulis oleh pada 15 Juni 2011 in Bioteknologi

 

Tag: , ,

Pembahasan – Salak Pondoh Partenokarpi


1. Pengertian Partenokarpi

Partenokarpi adalah proses terbentuknya buah tanpa biji karena tidak terjadi penyerbukan sehingga tidak ada pembuahan. Menurut Purnamaningsih (2008) bahwa buah partenokarpi bermanfaat untuk meningkatkan produktivitas dan kualitas yang lebih baik. Keuntungan dari buah partenokarpi yaitu (1) produksi buah stabil walau dalam linkungan yang tidak menguntungkan, (2) produktivitas meningkat, (3) memperbaiki kualitas buah, (4) buah tanpa biji merupakan salah satu sifat yang diinginkan oleh konsumen pada tanaman buah-buahan.

2. Proses Pembentukan Partenokarpi

a. Partenokarpi alami

Partenokarpi dapat terjadi secara alami (genetik) pada beberapa jenis tanaman saja (terbatas). Partenokarpi dapat dibedakan menjadi dua tipe, yaitu obligator dan fakultatif. Partenokarpi disebut obligator apabila terjadi secara alami (genetik) tanpa adanya pengaruh dari luar. Hal ini dapat terjadi karena tanaman tersebut secara genetik memiliki gen penyebab partenokarpi, misalnya pada tanaman pisang yang kebanyakan triploid. Tanaman triploid ini memiliki mekanisme penghambatan perkembangan biji atau embrio sejak awal, sehingga buah yang terbentuk tanpa biji. Sedangkan partenokarpi fakultatif terjadinya karena ada faktor/pengaruh dari luar, misalnya pada tanaman tomat dapat terjadi pembentukan buah partenokarpi pada suhu dingin atau suhu panas (Sutini, 2008).

b. Partenokarpi buatan

Partenokarpi buatan bisa diperoleh melalui aplikasi zat pengatur tumbuh pada kuncup bunga, penyerbukan dengan polen inkompatibel atau penyerbukan dengan polen yang telah diradiasi sinar X. Cara ini membutuhkan biaya yang sangat tinggi dan tenaga kerja yang banyak (Purnamaningsih, 2008).

c. Cara Kerja Salak Pondoh Partenokarpi

1. Bahan Tanaman

     Biji salak pondoh tua (berwarna cokelat) diperoleh dari desa Sleman, muntilan, Yogyakarta.

2. Metode

Transformasi gen adalah proses dimana DNA asing dimasukkan ke dalam sel tanaman. Memasukkan informasi genetik “asing” ke dalam sel tanaman dimaksudkan untuk membantu menghilangkan hambatan yang terjadi pada proses reproduksi melalui perkawinan. Penelitian yang dilakukan oleh Pardal dan kawan-kawan adalah Optimasi transformasi genetik melalui Agrobacterium tumefaciens.

  1. Eksplan embrio tua yang telah steril dipotong menjadi dua
  2. Memasukkan eksplan embrio ke dalam tabung corning 50 ml yang telah diisi suspensi A. tumefaciens strain EHA 105. Strain ini berisi plasmid pCambia 1301 yang mengandung gengus (gen penanda) pada bagian T-DNA.
  3. Perlakuan transformasi menggunakan kerapatan bakteri 1,0 yang setara dengan 1×108 sel/ml.
  4. Menginokulasi campuran eksplan embrio dan A. tumefaciens selama 60 menit shaker (kecepatan 50 rpm)
  5. Mengko-kultivasi selama 28 hari setelah inokulasi. Proses ko-kultivasi pada biji salak pondoh tergolong lama karena merupakan tumbuhan monokotil, berbeda dengan tumbuhan dikotil.
  6. Menguji ekspresi gengus dengan uji transient setelah ko-kultivasi. Hasil uji gus diamati dengan mikroskop binokuler untuk melihat ada tidaknya bintik biru pada eksplan. Uji gus dinyatakan positif bila terdapat bintik biru pada jaringan eksplan. Makin banyak bintik biru yang teramati, makin efektif proses transformasi.
  7. Embrio bagian bawah tempat tumbuhnya akar ditumbuhi A.tumefaciens karena A. tumefaciens merupakan bakteri patogen tanah sehingga cenderung menginfeksi bagian akar tanaman.
  8. Mencuci embrio hasil inokulasi A. tumefaciens yang telah ditumbuhi koloni bakteri dan mensubkultur pada media regenerasi untuk menginduksi tunas maupun planlet.
  9. Tunas yang diperoleh sebanyak 26 tunas dari 54 kalus yang dihasilkan dari 60 eksplan embrio tua salak pondoh bagian bawah.
  10. Memindahkan tunas ke media perakaran ½ MS (Murashige dan Skoog 1962) + IBA 1 mg/l (zat pengatur tumbuh golongan auksin).
  11. Setelah ditumbuhkan maka tumbuhlah akar pada bagian pangkal tunas dan kuncup daun mekar atau membuka.
  12. Selanjutnya mengaklimatisasi planlet ke media tanah dalam pot di rumah kaca/lapang untuk mendapatkan tanaman yang sempurna.

 

Agrobacterium tumefaciens

gambar transformasi A. tumefaciens

 
2 Komentar

Ditulis oleh pada 3 Juni 2011 in Bioteknologi

 

Tag: , ,

Pengantar – Salak Pondoh Partenokarpi


Di Indonesia terdapat berbagai kultivar salak dengan mutu buah yang beragam, salah satunya adalah salak pondoh yang berasal dari Sleman, yogyakarta. Salak ini bercita rasa manis tanpa asam, namun daging buahnya relatif tipis, sehingga banyak dikeluhkan oleh konsumen (Pardal, 2004).

Adanya keluhan ini, balai besar penelitian dan pengembangan bioteknologi dan sumberdaya genetik pertanian melakukan  penelitian rekayasa genetika untuk menciptakan buah salak pondoh partenokarpi. Menurut Fauzi (2009), rekayasa genetika atau teknologi DNA rekombinan merupakan kumpulan teknik-teknik eksperimental yang memungkinkan peneliti untuk mengisolasi, mengidentifikasi, dan melipatgandakan suatu fragmen DNA dalam bentuk murninya. Rekayasa genetika bermanfaat diberbagai bidang kehidupan manusia, salah satunya di bidang pertanian.  Rekayasa genetika di bidang pertanian bertujuan untuk menciptakan ketahanan pangan suatu negara dengan cara meningkatkan produksi, kualitas, dan upaya penanganan pascapanen serta prosesing hasil pertanian.

Tren baru dalam budi daya buah-buahan adalah menghasilkan buah tanpa biji (seedless) atau biasa disebut partenokarpi. Buah tanpa biji dapat meningkatkan daya tarik konsumen, dan buah tanpa biji juga lebih mahal. Buah tanpa biji telah tersedia seperti anggur, melon, tomat, dan salak pondoh (Pardal, 2009).

Partenokarpi dapat dilakukan dengan cara persilangan maupun rekayasa genetika. Rekayasa genetik buah tanpa biji dilakukan dengan cara menyisipkan gen partenokarpi ke dalam kromosom tanaman. Salah satu contoh gen partenokarpi adalah DefH9-iaaM. Gen ini dihasilkan oleh Dr. Rotino dan kawan-kawan dari Pusat Penelitian Sayuran di Montanazo, Milan-Italia. Gen defH9-iaaM mengkodekan senyawa indolacetamide monoxigenase yang dapat dikonversi oleh triptofan menjadi indolacetamide (prekursor pembentukan auksin IAA) (Yamada (1985) dalam Pardal (2004).

Penelitian yang telah dilakukan oleh Pardal dan kawan-kawan mengenai buah partenokarpi adalah buah salak pondoh menggunakan vektor Agrobacterium tumefaciens. Kali ini penulis akan membahas mengenai prosedur terbentuknya salak pondoh partenokarpi.

 
Tinggalkan komentar

Ditulis oleh pada 3 Juni 2011 in Bioteknologi

 

Tag: , , ,