fisiologi mikroba lanjut

8/16/2019 Fisiologi Mikroba Lanjut

1/4

Tugas Fisiologi Mikroba LanjutSiti Maryam Hidayati (20615001)

1

New insights into the genetic and metabolic diversity of thiocyanate-degrading

microbial consortia

Tiosianat (SN-! merupakan kontaminan yang terdapat pada pertambangan

emas serta air limbah kokas batubara. SCN- dapat menyebabkan toksisitas berbahaya

yang dapat merusak lingkungan. Saat ini metode remediasi abiotik seperti penggunaan

oksidasi kimia atau proses pemisahan kimia memerlukan biaya yang cukup tinggi,

masukan reagen tinggi serta menghasilkan limbah padat yang signifikan berbahaya.

Sebuah alternatif berhasil ditemukan untuk mendegradasi tiosianat abiotik dengan

melibatkan mikroorganisme yang mampu memetbolisme SCN- (degradasi SN-).

Mikroorganisme yang mampu mendegradasi SCN- diantaranya golongan

bakteri dan eukariot termasuk jamur dan alga. akteri yang memiliki kemampuan

mendegradasi SCN- didapatkan dari berbagai lingkungan termasuk diantaranya lumpur

aktif, danau, tanah, kayu, pertambangan emas, dll. akteri tersebut memiliki relung

metabolik yang memanfaatkan SCN- sebagai sumber energi, karbon, nitrogen atau

sulfur. !emajuan teknologi, seperti halnya "C#, penargetan gen, se$uensing %N&

metagenomik memberikan informasi baru mengenai keragaman, filogeni, metabolisme

dan interspesies dependen konsorsium degradasi SCN-.

%egradasi SCN- dimediasi dalam dua proses, yaitu oksidasi sulfur dan

nitrifikasi"denitrifikasi. eberapa bakteri autotrof Chemolitotrofik memanfaatkan

reduksi sulfur hasil degradasi SCN- sebagai sumber energi untuk pertumbuhan.

%ilaporkan juga dengan memanfaatkan nitrogen yang dilepaskan dari SCN - dalam

bentuk amonia. Secara umum bakteri terebut mengoksidasi sulfur dalam keadaan

aerob dan sebagian anaerob fakultatif. akteri tersebut diantaranya adalah

Thiobacillus, Thioparus, Paracoccus sp, Thiohalophilus, Halothiobacillus sp. #akteri

heterotrof dilaporkan mampu mendegradasi SCN- dengan memanfaatkan SCN-

dalam metabolismenya sebagai sumber nitrogen, memperoleh energi dari karbon

organik bukan dari reduksi sulfur. &danya alternatif sumber nitrogen seperti amonia

dapat menghambat degradasi SCN- pada beberapa bakteri hetotrotrof. akteri

heterotrof tersebut diantaranya adalah genera Ralstonia, Sphingomonas, Klebsiella,

Pseudomonas, Arthrobacter , dan Methylobacterium. %egradasi SCN- dilakukan juga

oleh eukariotik jamur Acremonium strictum.

iodegradasi SCN- oleh mikroba melibatkan dua jalur, yaitu jalur karbonil

sulfida ($S) dan jalur cyanate (N$!% !edua jalur tersebut memanfaatkan proses

kunci, yaitu oksidasi sulfur dan nitrifikasi"denitrifikasi. erikut merupakan gambar

yang merepresentasikan kedua jalur degradasi SCN-.


2/4


2

&ambar '% %egradasi SCN

-

melalui siklus sulfur dan nitrogen oleh konsorium mikrobaautotrof dan heterotrof

"ada jalur karbonil sulfida, sulfida tersedia digunakan sebagai donor elektron

untuk bakteri pengoksidasi sulfur. Sebagai reaksi intermediet, karbonil sulfida mudah

berdifusi keluar dari sel dan dapat dideteksi dalam fase gas selama biodegradasi.

'nim spesifik yang memediasi degradasi SCN- menjadi karbonil sulfida adalah SCN-

hidrolase (SCNase) yang pertama kali diidentifikasi dari bakteri chemolitotrof

Thioparus. Studi terakhir mampu mengkloning dan mense$uensing gen yang

mengkode itu, * dan y subunit enim tersebut, yaitu masing-masing gen scnA, scnBdan scnC . "ada jalur cyanate tidak ditemukan adanya cyanate sebagai reaksi

intermediate tetapi terbukti adanya enim cyanase yang mampu menghidrolisis

cyanate menjadi amonia dan karbon dioksida. +alur cyanate pertama kali ditemukan

pada Thiobacillus thiooidans. erikut merupakan persamaan reaksi dari masing-

masing jalur

&ambar % persamaan jalur karbonil sulfida &ambar )%persamaan jalur cyanate

Meskipun sejumlah mikroorganisme telah ditemukan dapat menurunkan SCN-

dalam isolasi, pada umumnya sistem bioremediasi memanfaatkan konsorsium

mikroba karena kemampuan spesies atau populasi yang berbeda dapat mentolerir

perubahan lingkungan dalam skala kecil sampai sedang sehingga memungkinkan

untuk meningkatkan sistem ketahanan. !ehadiran Co-nonmikroba pendegradasi SCN-

mungkin juga menghasilkan manfaat melalui metabolisme produk sampingan yang

tidak diinginkan seperti amonium. Saat ini telah dikembangkan beberapa desain


3/4


3

bioreaktor berbasis konsroium mikroba yang menunjukkan kemampuan metabolisme

konsorium mikroba dalam reaktor.

*onsorsium bakteri +engoksidasi sulfur yang dominan dalam bioreaktor

degradasi SCN- adalah bakteri chemolitotrofik. akteri tersebut termasuk genus

Thiobacillus. Thiobacillus digunakan sebagai inokulan skala laboratorium mo!ing bed

bioreactor dengan luas permukaan total m mampu menurunkan / mg 0-1 SCN-

sampai 1 mg 0-1 pada rata-rata kecepatan 2 m0 min -1. Thiobacillus atau Halomonas

mampu mendegradasi SCN- dalam kondisi sedikit basa dan kadar garam sedang pada

tambang emas. "eningkatan salinitas pada bioreaktor dapat mengakibatkan dominasi

Halothiobacillus. 3enus ini dikenal tidak dapat mendegradasi SCN- dan satu-satunya

spesies yang dapat mendegradasi SCN- dari genus tersebut adalah Halotiobacillus

halopilus melalui jalur cyanate. aru-baru ini, studi metagenomik pada bioreaktor

pendegradasi SCN- tanpa campuran CN- mengungkapkan bah4a gen secara lengkap

mengkode SCN hidrolase (SCNase) hadir dan terkait dengan Thiobacillus sp. 3en ini

co"located di operon mengandung pengkodean gen untuk enim cyanase, bersama

tiga gen lain dengan kemungkinan memiliki peran dalam metabolisme sulfur. akteri

oksidasi sulfur non degradasi SCN 5 juga terdeteksi dalam komunitas mikroba.

!ehadiran nonSCN- bakteri pendegradasi sulfur-oksidasi, Thermophila,

Thiomicrospira telah dilaporkan memetabolisme tiosulfat di influen.

*onsorsium bakteri siklus nitrogen umumnya merupakan bakteri heterotrof

yang mampu mendegradasi SCN- dan memanfaatkan amonium sebagai sumber

nitrogen. !onsorsium tersebut diantaranya adalah Ralstonia eutropha, Sphingomonas

paucimobilis dan Pseudomonas sp. !on6ersi SCN- menjadi amonium dalam bioreaktor

aerobik, sejumlah anggota konsorsium nitrifikasi telah diidentifikasi. Nitrifikasi terjadi

bersamaan dengan degradasi SCN- sehingga peningkatan nitrit dan nitrat mungkin

dimediasi oleh #itrospira sp yang hadir dalam inokulum. &kan tetapi, kelimpahan

genus ini menurun setelah terpapar SCN-, pengamatan ditafsirkan sebagai respon

potensi toksisitas baik SCN- atau asam nitrat yang dihasilkan dari oksidasi amonium.

Namun, memanfaatkan aksi bakteri nitrifikasi, biasanya berafiliasi dengan #itrobacter,

#itrosospira, #itrosomonas dan #itrospira, memungkinkan penghilangan amonium dan

nitrit dari bioreaktor. Studi terbaru ditemukannya gen yang mengkode pembentukan

enim amonia monoo7ygenase yang mendukung potensi siklus dan pengurangan

nitrogen. Secara signifikan, adanya gen oksidasi nitrit menunjukkan kemungkinan

batasan pada kemampuan bakteri nitrifikasi untuk mengimbangi aksi amonium sebagai

inhibitior degradasi SCN-. %enitrifikasi juga ditemukan dalam sistem bioreaktor dalam


4/4


4

kondisi anaerob. !ehadiran T. $enitri%icans dalam reaktor menandakan aktif

denitrifikasi. 3en denitrifikasi lengkap telah ditemukan hadir dalm genom Thiobacillus

sp.

8mplikasi lebih lanjut dari mikroba pendegradasi SCN- dikembangkan dalam

beberapa sistem desain biorekator baik dalam skala laboratorium, pilot maupun skala

lapangan. 9paya bioremediasi SCN- dalam skala besar lebih difokuskan pada

campuran konsorsium terkait dengan peningkatan ketahanan dan keragaman

metabolisme yang dimilikinya. Sistem ini a4alnya diinokulasi dengan konsorsium

bakteri asli kompleks dalam kondisi kultur dan paparan SCN- serta kontaminan lainnya

sehingga memungkinkan modifikasi mikroba dalam ekologi bioreaktor. Sebagian besar

proses dalam bioreaktor melibatkan pengendalian pertumbuhan spasial dan temporal

dan akti6itas metabolik dari mikroba pengoksidasi sulfur dan mikroba siklus nitrogen

baik secara terpisah ataupun bercampur. akteri-bakteri tersebut memperlihatkan

penghambatan oksidasi besi secara komplit sehingga memungkikan penggunaan

kembali &ater tailing pada tambang emas. !emajuan teknologi se$uensing %N&

memberikan pemahaman tinggi tentang genetik mikroba dan kemampuannya dalam

bioreaktor degradasi SCN-. %engan demikian dapat diperoleh pendekatan

bioremediasi yang lebih efektif dan efisien.

fisiologi mikroba lanjut

Documents