pemanfaatan bakteri endofit sebagai agen bioremediasi dan membantu fitoremediasi logam berat

PEMANFAATAN BAKTERI ENDOFIT SEBAGAI AGEN BIOREMEDIASI DAN MEMBANTU

FITOREMEDIASI LOGAM BERAT

EDI SURIAMAN

NIM: 081041019

PROGRAM STUDI MAGISTER BIOLOGIDEPARTEMEN BIOLOGI

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS AIRLANGGA

2011

1. PENDAHULUAN

Logam berat

Di butuhkan pada konsentrasi sedikit

Pada konsentrasi banyak Menyebabkan toksik / pencemaran pada lingkungan

I. Menjaga stabilitas struktural makromolekul

II. Kofaktor lebih dari 300 enzim

Sehingga perlu dihilangkan

Metode fisikokimia

metode fitoremediasi

Metode bioremediasi menggunakan bakteri

Tidak efektif/terdapat faktor yang membatasi penggunaan metode ini

Dibutuhkan metode alternatif untuk bioremediasi dan membantu fitoremediasi yaitu menggunakan bakteri endofit

2. BAKTERI ENDOFIT• Endofitik adalah mikroba yang menghuni bagian dalam

jaringan tanaman tanpa menyebabkan kerusakan pada inang.

• Endofitik dapat memacu pertumbuhan tanaman, memfiksasi nitrogen, menghasilkan IAA, siderophores, dll

• Keberadaan bakteri endofit dalam jaringan tanaman hyperaccumulator logam berat sangat menguntungkan untuk eksplorasi bakteri yang mampu melakukan bioremediasi logam berat.

• Penggunaan bakteri endofit relatif menguntungkan karena terlindungi dari kompetisi dan tingginya stres lingkungan dalam tanah

3. Detoksifikasi logam berat di lingkungan

3.1 Karakteristik bakteri endofit sebagai agen bioremediasi

3.2 Penggunaan bakteri endofit dalam proses bioremediasi

3.3 Asosiasi tanaman-bakteri endofit dalam fitoremediasi logam berat

3.4 Mekanisme detoksifikasi logam berat oleh bakteri endofit

3.1 Karakteristik bakteri endofit sebagai agen bioremediasi

• Beberapa jenis bakteri endofit yang dapat digunakan dalam proses bioremediasi adalah Basillus sp EB L14, Serratia sp. LRE07, bakteri Pseudononas fluorescens G10 dan Microbacterium sp. G16 (Guo et al., 2010; Sheng et al., 2008; Luo et al., 2010).

• Bakteri endofit Basillus sp EB L14 merupakan bakteri yang disiolasi dari tanaman Solanum nigrum L hiperakumulator kadmium dan memiliki kamampuan cukup baik dalam menurunkan logam Cd (II), Pb (II). Urutan toksitas logam berat kepada Basillus sp EB L14 yaitu Cd (II) > Pb (II) > Zn (II) > Cu (II) > Cr (VI).

• Bakteri Serratia sp. LRE07 memiliki kemampuan untuk menghasilkan IAA dan siderophore serta melarutkan mineral fosfat. Selian itu, Urutan toksisitas logam berat untuk strain LRE07 menjadi Pb> Zn> Cd> Cu> Cr (Luo et al., 2010).

• P. fluorescens G10 resisten terhadap logam berat seperti Pb (200 mg L-1), Cd (20 mg L-1) dan Zn (100 mg L-1), dab P. fluorescens G10 menghasilkan IAA sebesar 15,8 ± 2,1 µg mL-1

• Microbacterium sp. G16 resisten terhadap Pb (200 mg L-1), Cd (20 mg L-1), Zn (100 mg L-1), Cu (50 mg L-1) dan Ni (20 mg L-1). Microbacterium sp. G16 menunjukkan produksi AIA sebesar 27,9 ± 3,6 µg mL-1

back

3.2 Penggunaan bakteri endofit dalam proses bioremediasi

• Untuk menghadapi konsentrasi dan toksitas logam berat bakteri sangat tergantung pada fase lag yang memiliki kerapatan optis paling baik.

Gambar 1. Contoh pertumbuhan bakteri dalam ion logam berat (cadmium, timah, tembaga dan chromium) dan removing logam berat yang oleh Bacillus sp EB L14 pada (Guo et al.,

2010).

• Proses bioakumulasi memainkan peran penting dalam proses removal (penghilangan) logam berat atau detoksifikasi logam berat.

• Penelitian fraksinasi subselular mengungkapkan bahwa semua bagian sel bakteri berperan dalam proses bioakumulasi logam berat.

Tabel 1. Distribusi dan penyerapan kadmium dan timah dalam EB L14 setelah diinkubasi 24 jam (Guo et al., 2010)

back

3.3 Asosiasi tanaman-bakteri endofit dalam fitoremediasi logam berat

• Bakteri endofit yang tinggal di hyperaccumulators mungkin mentransport, mentrasform, atau menyimpan ion logam berat selama proses akumulasi logam dalam bagian jaringan tanaman (Luo et al., 2010).

• Melalui asosiasi endofit-tanaman maka endofit akan meningkatkan kelarutan logam berat bagi tanaman.

• Hasil penelitian Sheng et al., (2008), menunjukan bahwa penambahan 5 mg L-1 Pb dapat menghambat pemanjangan akar Brassica napus yang tidak diinokulasi endofit.

Tabel 2. Panjang akar Brassica napus varietas Qinyou-7 yang diinokulasi dengan bakteri endofit resisten logam berat dan tumbuh pada tanpa atau kehadiran Pb.

Tabel 3. Pengaruh isolat endofit terhadap berat kering (mg) tanaman Brassica napus pada tanah yang ditambahkan logam berat Pb (Sheng et al., 2008).

back

3.4 Mekanisme detoksifikasi logam berat oleh bakteri endofit

Bakteri merespon kelebihan logam atau logam berat lainnya melalui mekanisme ketahanan logam

Mekanisme pengikatan dan transpor logam berat dapat dibagi dua yaitu:

1.Sistem transport logam berat pada permukaan sel bakteri

2.Sistem transport eksport logam berat secara intraseluler.

Sistem transport logam berat pada permukaan sel bakteri

Logam berat

Terikat pada dinding sel Meminimalkan akumulasi oleh sel

Transformasi bentuk toksik menjadi nonntoksik

Paparan meningkat

Terikat pada Membran sitoplama

Ke dalam sel

Paparan meningkat

Mekanisme difusi pasif dan aktif

Mencapai taraf toksik

Akumulasi

Metabolisme sel terganggu Resistensi pada konsentrasi logam paling maksimum

Sistem transport ini hanya terjadi proses akumuasi logam berat oleh bakteri melalui proses penyerapan

Untuk mengurangi sifat toksik logam berat, bakteri memiliki mekanisme lebih lanjut yaitu:

A. ATPase P-type

I. P-type ATPase merupakan kelompok besar protein pengangkut yang mengangkut ion melawan gradien konsentrasi

II. Fungsi fisiologis dari pompa ini adalah mempertahankan homeostasis logam penting seperti Cu+, Co2+, dan Zn2 +, serta bertindak sebagai mekanisme resistensi terhadap toksik logam berat Pb2+, Cd2+ dan Ag+.

III. ATPase P-type dan ion transporter CDF mengekspor logam dari sitoplasma ke periplasm

2. Sistem transport eksport logam berat secara intraseluler.

• Komponen yang paling penting dari transporter ini adalah protein RND yang terletak di membran dalam.

• RND protein merupakan komponen utama dan paling penting dari sistem efflux CBA: protein ini merupakan bagian aktif dari proses transportasi, menentukan spesifisitas substrat dan terlibat dalam pembentukan kompleks protein transenvelope.

Transport CBA

• Kelompok cation diffusion facilitator (CDF) terdiri dari kelompok transporter yang dapat mengkatalisis baik masuknya atau keluarnya (effluks) logam berat.

• CBA transporter berfungsi untuk detoksifikasi logam periplasmic (effluks membran luar), CBA transporter lebih lanjut mengeluarkan ion periplasmic yang diangkut oleh transporter ATPase atau CDF sebelum ion memasuki sitoplasma.

Transport CDF (cation diffusion facilitator )

Gambar 1. Kelompok transpor utama yang meningkatkan resistensi bakteri terhadap logam berat

next

4. Kesimpulan

• Beberapa golongan Bakteri endofit yang dapat digunakan untuk bioremediasi dan fitoremediasi adalah Basillus sp EB L14. Bakteri Serratia sp. LRE07. Bakteri P. fluorescens G10 dan Microbacterium sp. G16.

• Bakteri endofit dapat diaplikasikan secara in situ maupun dengan mengintegrasikan dengan tanaman untuk mengeluarkan dan mentransformasi ion logam berat, sehingga meningkatkan proses fitoremediasi.

• Detoksifikasi logam berat oleh bakteri edofit dilakukan melalui 2 cara yaitu :(i) mekanisme eksport (ii) mekanisme import yang melibatkan diffusion, sorption, chelation, complexation atau mekanisme microprecipitation.

next