MIKROBA SEBAGAI BIODEGRADATOR POLUTAN

MIKROBA SEBAGAI BIODEGRADATOR POLUTAN

By : ANNA LILIAN, NIM: 0904133162, Faculty of Fishery and Marine Science University of Riau Mayor : Marine Science. Lecture: Dr. Dessy Yoswaty, M.Sc

Polusi masa lalu dan saat lingkungan adalah mengemudi minat, kerja aktif, dan kebutuhan untuk memahami masalah lingkungan. Kekuatiran terhadap apa yang telah dicoba dan apa yang telah gagal untuk memecahkan masalah lingkungan kini berkembang. Polusi program pemantauan telah berfokus pada pengukuran senyawa induk dan metabolit mereka, dan membuat kesimpulan umum tentang status pencemaran didasarkan pada transformasi kimia dalam lingkungan. Studi-studi ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang tingkat pencemaran yang tepat di lingkungan, tetapi mereka tidak membuat setiap usaha untuk menjelaskan proses degradasi yang tepat yang terjadi di lingkungan.

Biodegradasi adalah salah satu proses biologis yang memfasilitasi perubahan-perubahan kimia polutan oleh mikroorganisme hadir di lingkungan yang tercemar. Mikroorganisme yang terlibat dalam pemindahan limbah beracun, baik di lingkungan atau dalam sistem pengobatan dikendalikan. Seperti proses transformasi mikroba telah baik mudah dihindari atau sengaja ditinggalkan dari program penilaian lingkungan, dan mereka dianggap sebagai "kotak hitam" dalam banyak program pemodelan ekologis. Meskipun penting jelas dari mikroorganisme untuk monitoring yang efisien lingkungan, tidak banyak penelitian telah termasuk pemeriksaan mikroorganisme (biomassa, aktivitas dan struktur masyarakat), mungkin karena keterbatasan metode yang tersedia.

Mikroorganisme tidak hanya terlibat dalam proses mineralisasi, tetapi juga mereka memainkan peran yang dominan dalam banyak kuantitatif masalah lingkungan diterapkan termasuk degradasi polutan, pengolahan limbah, sistem air eutrofikasi, emisi gas rumah hijau, pencucian bijih tambang dll

Mikroorganisme:

Ukuran kecil, distribusi di mana-mana, tinggi luas permukaan spesifik, aktivitas metabolik yang berpotensi tinggi, tingkat pertumbuhan yang cepat, kelenturan genetik, dan fleksibilitas enzimatik dan gizi tak tertandingi mikroorganisme cor mereka dalam peran agen untuk daur ulang biosfer. Struktur Ukuran dan sederhana kecil bakteri menyiratkan tingkat yang lebih besar dari kontak dengan lingkungan mereka daripada adalah kasus untuk organisme yang lebih besar. Bakteri memiliki komunikasi yang lebih langsung antara peristiwa di lingkungan di permukaan sel dan dalam matriks intraseluler..

Biodegradasi:

Sementara definisi yang tepat dari biodegradasi adalah tidak ada, umumnya melibatkan proses pemecahan senyawa organik oleh mikroorganisme yang biasanya menjadi biomassa sel lebih dan kurang kompleks senyawa dan akhirnya air. Biodegradasi senyawa organik adalah rincian parsial atau lengkap dari kehancuran struktur molekul mereka dengan reaksi fisiologis dikatalisis oleh mikroorganisme. Biodegradasinya dapat didefinisikan sebagai zat kerentanan (organik atau anorganik) untuk perubahan oleh proses mikroba. Perubahan ini telah dibawa oleh serangan enzimatik (intra atau ekstra-selular) yang sangat penting untuk pertumbuhan mikroorganisme. Selanjutnya, beberapa reaksi enzimatik yang baik menguntungkan (mobilisasi merkuri beracun) atau tidak ada manfaat terdeteksi dengan mikroorganisme. Luasnya biodegradasi dan tingkat di mana itu terjadi tergantung pada interaksi antara lingkungan, jumlah dan jenis mikroorganisme hadir dan sifat kimia dari kontaminan yang terdegradasi.

Biodegradasi dalam Lingkungan:

Biodegradasi polutan organik yang terjadi pada tingkat yang lebih cepat dalam kondisi aerobik (ketika oksigen hadir untuk digunakan sebagai akseptor elektron akhir). Kesalahpahaman yang umum adalah bahwa oksigen sudah tersedia di tanah. Ketersediaan oksigen sangat sering menjadi faktor pembatas karena porositas tanah rendah atau lokasi yang jauh di bawah permukaan. Biodegradasi senyawa organik banyak akan terjadi dalam kondisi anaerobik (tanpa oksigen), meskipun tingkat mungkin tidak cepat seperti yang diamati di bawah kondisi aerobik. Dengan tidak adanya oksigen, mikroorganisme tertentu dapat menggunakan nitrat, sulfat, besi, atau mangan sebagai akseptor elektron akhir. Namun biodegradasi dari beberapa senyawa seperti hidrokarbon terhalogenasi dapat lebih cepat paling tidak pada awalnya dalam kondisi anaerobik. Relatif sedikit yang diketahui tentang ekologi dan keragaman mikroorganisme yang mendegradasi polutan organik.

Baik mikroorganisme dan lingkungan abiotik mereka, masing-masing mempengaruhi sifat-sifat yang lain adalah unit fungsional utama dari ekosistem. Memahami mekanisme mikroba rinci tentang pemeliharaan ekosistem menyediakan baik tantangan praktis dan intelektual untuk bertanya ke mikrobiologi lingkungan secara umum dan proses biodegradasi pada khususnya.

Biodegradasi secara rutin diukur dengan menerapkan tes kimia dan fisiologis untuk incubations laboratorium termos berisi biakan murni, kultur campuran atau sampel lingkungan. Pengukuran biodegradabilitas termasuk pertumbuhan sel, kehilangan substrat, konsumsi akseptor elektron akhir, dan produksi dari kedua metabolit perantara dan akhir produk akhir metabolisme. Jenis tindakan telah dikembangkan dan diterapkan secara tradisional fisiologi mikroba untuk kultur murni mikroorganisme dalam media laboratorium disiapkan konsentrasi tinggi mengandung gula sederhana dan zat pertumbuhan lainnya. Penelitian kultur murni di bawah kondisi yang terkendali sangat dalam media kultur yang kaya tidak akan meniru alam dan mereka tidak melibatkan upaya untuk menduplikasi fitur penting dari lingkungan alam. Kadang-kadang adalah mungkin untuk fokus pada hanya bagian dari sistem dan membuat kesimpulan umum tentang beberapa proses tertentu yang terjadi di dalamnya. Di lain waktu, mungkin perlu untuk mengidentifikasi berbagai jenis organisme dalam suatu ekosistem dan memastikan biomassa individu, komponen biologis dan kelangsungan hidup dari spesies individu atau populasi. Selanjutnya mungkin perlu untuk mengestimasi biomassa hidup kolektif dan zat organik tak hidup dalam sistem.

Bioremediasi:

Bakteri dianggap sebagai komponen kunci dari ekosistem alami yang paling, terutama karena fleksibilitas dan kemampuan beradaptasi metabolisme mereka fisiologis mereka. Fleksibilitas metabolisme mikroba dapat dimodifikasi untuk melayani fungsi kunci dalam bioremediasi. Bioremediasi adalah penggunaan yang disengaja proses biodegradasi untuk menghilangkan polutan lingkungan dari situs di mana mereka telah sengaja atau tidak sengaja dirilis. Teknologi bioremediasi menggunakan potensi fisiologis mikroorganisme untuk menghilangkan polutan lingkungan di lokasi lapangan. Bioremediasi intrinsik adalah biodegradasi dari polutan target tanpa intervensi dan itu adalah pasif dan bergantung pada kapasitas bawaan mikroorganisme hadir di lapangan untuk merespon dan memetabolisme polutan. Bioremediasi ditingkatkan melibatkan meningkatkan laju biodegradasi yang dapat dicapai dalam dua cara, 1. untuk memasok nutrisi yang dibutuhkan untuk populasi mikroba pribumi (biostimulation) dan 2. inokulasi mikroorganisme mampu polutan target merendahkan, baik dengan atau tanpa nutrisi ke dalam lingkungan yang terkontaminasi, sehingga menambah populasi mikroba pribumi (bioaugmentation). Karena ada beberapa masalah untuk memantau dalam proses mikroba situ, telah diminta pertanyaan tentang validitas proses bioremediasi.

Penilaian Potensi Biodegrdation:

Penilaian potensi biodegradasi dibenarkan hanya karena

1)         tindakan tersebut sering diterapkan lokasi lahan, atau sampel lapangan diturunkan.

2)       substrat yang menarik adalah polutan lingkungan yang menunjukkan kemiripan struktural sedikit substrat tradisional digunakan dalam laboratorium,

3)       degradasi polutan biasanya belajar di lingkungan yang relevan konsentrasi rendah,

4)       ketika masyarakat mikroba alami adalah objek studi, populasi organisme yang bertanggung jawab untuk reaksi metabolik hampir selalu tidak diketahui,

5)       mikroorganisme terisolasi dan dipilih dari lapangan habitat berdasarkan kemampuan biodegradasi dari budaya.

Penentuan Biomassa Mikroba dan Aktivitasnya:

Bekerja pada detoksifikasi logam berat dan biosorption awalnya dimulai dengan menggunakan bakteri Bacillus sp. YW, yang ditemukan efektif dalam mengurangi Cr hexavalen ke bentuk trivalen yang tidak beracun dan perlawanan kromat dan pengurangan ditemukan proses dimediasi plasmid. Pekerjaan lebih lanjut dilakukan untuk menghapus Cr trivalen kurang beracun melalui biosorption menggunakan EPS Azotobacter sp. sebagai biomatrix tersebut. Para Cr terikat EPS-Azotransformant adalah flocculated dari limbah penyamakan kulit menggunakan tembaga, yang flocculates budaya Azotobacter sp;. Leuconostoc sp, seorang produser EPS (Plat 1) telah ditandai dan kloning untuk produksi EPS untuk biosorption logam berat banyak seperti kadmium, seng, arsenate, Kromium dll dari sampel tercemar. EPS juga digunakan sebagai matriks untuk menjebak bakteri untuk reaktor kolom. EPS juga menginduksi akar nodulations cepat dan lebih pemecah masalah nitrogen simbiosis.

Degradasi dari hidrokarbon:

Kebutuhan mendesak adalah pengembangan model kuantitatif yang tidak hanya akan menggambarkan tingkat pertumbuhan dan aktivitas mikroorganisme biodegrading tetapi yang juga akan menjelaskan proses ini dalam berbagai kondisi lingkungan. Satu akan harus menilai kondisi lingkungan di habitat bunga, di tingkat microenvironmental. Ada sejumlah metode untuk memperkirakan potensi biomassa mikroba dalam sampel lingkungan. Namun beberapa telah bertahan tes waktu dan peer-review. Dalam mengembangkan pemikiran untuk penerapan metode, pembenaran konseptual menunjukkan masing-masing metode dan keterbatasan diberikan di bawah ini.

Mikroskopis metode:

Ukuran dan jumlah sel dapat ditentukan dengan mikroskop langsung berikut penambahan asam nukleat noda, tetapi sel kecil sulit untuk melihat dan mungkin untuk ukuran akurat. Tidak semua partikel patri adalah sel-sel yang layak, dan juga masalah tumpang tindih akan terjadi karena biomassa yang tinggi, namun yang paling banyak digunakan untuk estimasi biomassa meskipun akurasi pasti.

1.)                  ATP: Paling dapat diandalkan metode biomassa mikroba total karena fakta bahwa semua organisme hidup mengandung C ATP dan konstan: rasio ATP. Mengukur biomassa mikroba nonspesifik dan kuota ATP sel bervariasi dengan keterbatasan nutrisi, terutama P adalah beberapa keterbatasan.

2.)                 Fosfolipid dan acides lemak phosholipid: Semua mikroorganisme hidup mengandung fosfolipid membran dan tingkat perputaran cepat dari kematian sel PL berikut. Metode ini dapat diandalkan untuk estimasi biomassa mikroba yang layak dan juga untuk deskripsi populasi mikroba yang berbeda dalam sampel, tetapi instrumentasi khusus diperlukan dan tumpang tindih profil PLFA antara populasi mikroba yang berbeda akan menimbulkan masalah untuk mengukur populasi mikroba yang akurat.

3.)                 DNA: Karena DNA hadir dalam semua organisme hidup dan tidak hadir dalam detritus organik dan konstanta C: rasio DNA, estimasi DNA dapat digunakan untuk mengukur biomassa mikroba, tetapi DNA partikulat dibubarkan dan tak hidup dapat membatasi estimasi akurat biomassa mikroba. Analisis DNA dapat digunakan untuk studi filogenetik dengan probe oligonukleotida yang tepat.

Meskipun metode di atas memiliki keterbatasan tertentu untuk mengukur biomassa mikroba seluruh, mereka sedang digunakan untuk mengukur biomassa mikroba dalam sampel. Karena semua mikroorganisme hadir di lingkungan yang tidak terlibat dalam proses degradasi, sulit untuk mengukur hanya biomassa mikroorganisme yang bertanggung jawab untuk degradasi polutan. Metode yang lebih baik menjadi tersedia untuk mengukur polutan, produk metabolisme mereka, dan metabolisme mereka dalam lingkungan alam, yang berarti bahwa ada peluang baru untuk menganalisis proses biodegradasi atau proses degradasi mikroba dalam totalitas dalam suatu lingkungan tertentu. Ada banyak perkembangan dalam metodologi molekul untuk membangun, menghitung dan mengidentifikasi mikroorganisme yang tumbuh dan bertahan dalam berbagai ekosistem. Penerapan teknik molekuler yang akan memungkinkan kita untuk mendeteksi, membedakan dan mengukur mikroorganisme yang bertanggung jawab untuk degradasi polutan telah disarankan.

Metode molekuler memiliki aplikasi di biodegradasi terutama karena mereka menyediakan cara langsung untuk mendeteksi, membedakan dan menghitung spesies dalam sampel. Sebagai urutan DNA dari gen yang kode untuk jalur metabolisme menjadi semakin tersedia, prosedur molekul akan terus memperoleh dominasi dalam protokol biodegradasi. mRNA metode berbasis akan memungkinkan kita untuk membandingkan ekspresi lingkungan anggota individu keluarga gen dan mereka mungkin berguna dalam menentukan hubungan antara kondisi lingkungan yang berlaku di habitat mikro dan khususnya dalam kegiatan situ mikroorganisme asli. Teknik-teknik molekuler dapat menyediakan sarana untuk menilai keragaman masyarakat secara keseluruhan dan spesies kepentingan tertentu (DNA) dan aktivitas mikroba situ (RNA) atau kegiatan tertentu (mRNA). Dalam rangka untuk menilai potensi biodegradasi dari suatu lingkungan, maka perlu untuk memantau potensi genetik dari lingkungan.

Biodegradasi Aerobik polutan

Jumlah yang sedang berkembang di data genom bakteri memberikan kesempatan yang tak tertandingi untuk memahami basis genetik dan molekul organik degradasi polutan . senyawa aromatik adalah yang paling bandel dari polusi dan pelajaran dapat dipelajari dari studi genom baru-baru ini Burkholderia xenovorans LB400 dan Rhodococcus sp. RHA1 regangan, dua dari genom bakteri terbesar benar-benar diurutkan sampai saat ini. Studi-studi telah membantu memperluas pemahaman kita tentang bakteri katabolisme , non-katabolik adaptasi fisiologis untuk senyawa organik , dan evolusi bakteri besar genom . Pertama, jalur metabolisme dari isolat filogenetis beragam sangat mirip sehubungan dengan organisasi secara keseluruhan. Jadi, sebagai awalnya dicatat dalam pseudomonad , sejumlah besar "aromatik perifer" jalur saluran berbagai alam dan xenobiotic senyawa ke dalam sejumlah terbatas "aromatik pusat" jalur. Namun demikian, jalur ini secara genetik diatur dalam genus khusus mode, sebagaimana dicontohkan oleh b-ketoadipate dan jalur Paa. Penelitian genomik komparatif lebih lanjut menunjukkan bahwa beberapa jalur yang lebih luas dari yang diperkirakan. Dengan demikian, jalur Box dan Paa menggambarkan prevalensi non-oxygenolytic cincin-belahan dada strategi dalam proses degradasi aromatik aerobik. Studi genom fungsional telah berguna dalam menetapkan bahwa bahkan organisme menyimpan angka tinggi homolog enzim tampaknya mengandung beberapa contoh redundansi benar. Sebagai contoh, banyaknya cincin-membelah dioxygenases pada isolat rhodococcal tertentu dapat dikaitkan dengan katabolisme aromatik yang berbeda samar terpenoid dan steroid. Akhirnya, analisis telah menunjukkan bahwa fluks genetik terbaru tampaknya telah memainkan peran yang lebih signifikan dalam evolusi dari beberapa genom yang besar, seperti yang LB400, daripada yang lain. Namun, tren yang muncul adalah bahwa gen repertoar besar degraders polutan poten seperti LB400 dan RHA1 telah berevolusi terutama melalui proses yang lebih kuno. Bahwa ini benar sedemikian beragam spesies filogenetis luar biasa dan lebih lanjut menunjukkan asal kuno kapasitas katabolik.

Biodegradasi anaerob polutan

Anaerobik mikroba mineralisasi organik bandel polutan adalah makna lingkungan yang besar dan melibatkan reaksi biokimia menarik novel. Secara khusus, hidrokarbon terhalogenasi senyawa dan telah lama diragukan akan terdegradasi dalam ketiadaan oksigen, tetapi isolasi tidak diketahui anaerob hidrokarbon-merendahkan dan reductively dehalogenating bakteri selama dekade terakhir memberikan bukti utama untuk proses ini di alam. Banyak reaksi biokimia baru ditemukan memungkinkan jalur metabolisme masing-masing, namun kemajuan dalam pemahaman molekul bakteri ini agak lambat, karena sistem genetik tidak mudah berlaku untuk sebagian besar dari mereka. Namun, dengan meningkatnya aplikasi genomik di bidang mikrobiologi lingkungan , perspektif baru dan menjanjikan sekarang di tangan untuk mendapatkan wawasan ke dalam sifat molekul metabolik baru. Beberapa urutan genom lengkap yang ditentukan selama beberapa tahun terakhir dari bakteri yang mampu degradasi polutan organik anaerobik. Para ~ 4,7 Mb genom dari fakultatif denitrifikasi Aromatoleum aromaticum regangan EbN1 adalah yang pertama akan ditentukan untuk degrader hidrokarbon anaerobik (menggunakan toluen atau etilbenzena sebagai substrat ). Para urutan genom mengungkapkan sekitar dua lusin kelompok gen (termasuk beberapa paralog ) coding untuk jaringan katabolik kompleks untuk degradasi anaerobik dan aerobik senyawa aromatik. Urutan genom membentuk dasar untuk studi rinci saat ini pada jalur dan regulasi enzim struktur. Selanjutnya genom bakteri anaerob hidrokarbon merendahkan baru-baru ini selesai untuk besi-mengurangi spesies Geobacter metallireducens dan perklorat-mengurangi Dechloromonas aromatica, tetapi ini belum dievaluasi dalam publikasi resmi. Genom lengkap juga ditentukan untuk bakteri yang mampu degradasi anaerob dari hidrokarbon terhalogenasi oleh halorespiration : para ~ 1,4 Mb genom Dehalococcoides ethenogenes regangan 195 dan Dehalococcoides sp. regangan CBDB1 dan genom ~ 5,7 Mb hafniense Desulfitobacterium regangan Y51. Karakteristik untuk semua bakteri adalah adanya gen paralogous ganda untuk dehalogenases reduktif, yang melibatkan spektrum yang lebih luas dehalogenating organisme dari sebelumnya dikenal. Selain itu, urutan genom belum pernah terjadi sebelumnya memberikan wawasan ke dalam evolusi dehalogenation reduktif dan strategi yang berbeda untuk adaptasi niche.

Baru-baru ini, telah menjadi jelas bahwa beberapa organisme, termasuk Desulfitobacterium chlororespirans, awalnya dievaluasi untuk halorespiration pada chlorophenols, juga dapat menggunakan senyawa brominated tertentu, seperti herbisida bromoxynil dan metabolit utama sebagai akseptor elektron untuk pertumbuhan. Senyawa iodinasi mungkin dehalogenated juga, meskipun prosesnya mungkin tidak memenuhi kebutuhan akseptor elektron.

Perlu dicatat bahwa satu mikroorganisme yang mampu menurunkan berbagai macam senyawa dan juga salah satu polutan dapat terdegradasi oleh sejumlah mikroorganisme. Karena sebagian besar gen menyandikan enzim yang mengkatalisis reaksi, kita sangat perlu mengetahui apakah atau tidak kita memiliki pengetahuan tentang sebagian besar reaksi dikatalisis oleh mikroba. Ini mungkin mudah untuk menilai kemampuan biodegradasi dari mikroorganisme tetapi, tidak semudah seperti itu adalah untuk memantau potensi biodegradasi dari lingkungan. Karena seluruh masyarakat mikroba tidak terlibat dalam proses biodegradasi, pendekatan molekuler yang berguna untuk memantau proses biodegradasi akurat spesifik dan juga untuk menilai potensi biodegradasi dari lingkungan.

Referensi:

www.wikipedia.com tgl 4 November 2011, at 8 pm

 www.amazon.com tgl 3 November 2011, at 7 pm