BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kelangkaan

BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kelangkaan minyak bumi yang terjadi saat ini mendorong pengguna bahan
bakar minyak untuk beralih ke biodiesel. Pembuatan biodiesel sendiri terbilang
bukan usaha yang mudah. Hal ini disebabkan oleh keterlibatan katalis yang
menyertai reaksi pengubahan trigliserida menjadi gliserol dan asam lemak bebas.
Pemilihan katalis yang akan digunakan dalam proses produksi juga harus
memperhatikan dampak pemakaiannya terhadap lingkungan sekitar. Oleh sebab
itu, biokatalis menjadi pilihan utama dalam hal ini, dan biokatalis yang
dimanfaatkan untuk produksi biodiesel adalah enzim lipase.
Lipase (E.C.3.1.1.3) merupakan kelompok enzim yang secara umum
berfungsi dalam hidrolisis lemak, mono-, di-, dan trigliserida untuk menghasilkan
asam lemak bebas dan gliserol (Putranto et al., 2006). Lipase juga mampu
berperan sebagai katalis reaksi kebalikan dari hidrolisis pada pembentukan ester
dari alkohol dan asam lemak atau lewat transesterifikasi (Leow et al., 2004). Saat
ini, lipase telah memiliki peran penting seiring perkembangan bioteknologi
dengan beraneka kharakteristik yang dimiliki (tergantung sumber lipase)
menjadikannya banyak ditemukan di berbagai aplikasi proses industri, seperti
teknologi pangan, deterjen, industri bahan kimia, dan ilmu biomedis (Gupta et al.,
2004), di samping pemanfaatannya dalam produksi biodiesel dan biopolimer
(Joseph et al., 2007).
Ketersediaan lipase di alam sangat melimpah, di mana sumbernya berasal
dari tanaman, hewan, dan mikroorganisme. Enzim mikrobial atau yang berasal
dari bakteri lebih menguntungkan daripada yang dihasilkan dari tanaman atau
hewan. Hal ini disebabkan karena enzim mikrobial memiliki stabilitas yang baik,
rendemen tinggi, mudah dimanipulasi secara genetika, mudah didapatkan, dan
dapat tumbuh pada media yang murah (Dahiya dan Purkayastha, 2011). Oleh
karena itu, para peneliti kini terus mengembangkan ilmu bioteknologi tentang
bagaimana cara isolasi dan karakterisasi enzim lipase dari bakteri, sehingga
pemanfaatannya sebagai biokatalis dapat menghemat waktu, biaya, dan energi.
1
2
Contoh bakteri yang telah terkarakterisasi mampu menghasilkan lipase
diantaranya adalah Bacillus subtilis (Sadeghi et al., 2006), Pseudomonas
aeruginosa (Saeed et al., 2006), Bacillus pumilus (Heravi et al., 2008),
Psychrobacter
sp.
G
(Xuezheng
et
al.,
2010),
dan
Geobacillus
thermodenitrificans IBRL-nra (Balan et al., 2012). Mengingat pentingnya enzim
lipase pada kehidupan sehari-hari, salah satunya pada kegiatan industri, maka
tidak cukup jika hanya mengembangkan dan memproduksi lipase dari bakteribakteri yang telah diketahui dapat menghasilkan enzim tersebut. Sehingga
dibutuhkan alternatif lain dalam upaya eksplorasi sumber baru dari bakteri
penghasil lipase terutama yang berasal dari kekayaan nusantara.
Indonesia dengan keanekaragaman hayatinya sangat berpotensi untuk
mengembangkan lipase yang berasal dari bakteri. Bakteri merupakan salah satu
mikroba yang dapat menghasilkan enzim lipase, karena memiliki kemampuan
hidup di berbagai lingkungan yang terdapat kandungan makanan atau nutrisi yang
kompleks (Lestari et al, 2009). Salah satunya yaitu bakteri penambat nitrogen
Azospirillum sp. Bakteri ini banyak ditemukan di dalam tanah, mereka berkoloni
pada akar tanaman biji-bijian (seperti padi atau jagung) dan menghasilkan hormon
pertumbuhan melalui beberapa mekanisme termasuk di dalamnya adalah dengan
menambat nitrogen dan mensekresikan phytohormone atau hormon tanaman
(Kaneko et al., 2010).
Beberapa penelitian membuktikan bahwa Azospirillum sp. mampu
menghasilkan enzim lipase. Salah satunya adalah Azospirillum sp. JG3. Nurosid
et al. (2008) mengungkapkan bahwa Azospirillum sp. JG3 mampu menghasilkan
lipase dengan aktivitas 0,266 U/menit dalam kurun waktu inkubasi selama 96 jam.
Sedangkan Lestari et al. (2009)
mengkarakterisasi bakteri yang sama
menunjukkan bahwa ekstrak kasar lipase dari bakteri Azospirillum sp. JG3
mempunyai suhu optimum 40 ᵒC, pH optimum 7, merupakan metaloenzim dengan
kofaktornya adalah Ca2+, dan aktivitas spesifik 5,61 U/mg protein. Akan tetapi
dari keduanya belum ditunjukkan bahwa Azospirillum sp. memiliki kode genetik
atau urutan DNA yang mengisyaratkan bakteri tersebut mampu menghasilkan
lipase atau bukan. Sehingga dengan mengkarakterisasi urutan DNA gen pengkode
3
lipase dari Azospirillum sp. JG3 menjadi sebuah tantangan tersendiri untuk sebuah
tujuan menghasilkan lipase yang mempunyai kualitas unggul. Hal ini dikaitkan
dengan kemudahan enzim-enzim yang dihasilkan oleh bakteri untuk usaha
rekayasa genetika, salah satunya adalah teknik kloning atau ekspresi gen pada sel
inang seperti Escherichia coli.
Tercatat lebih dari 20.000 urutan nukleotida penuh atau sebagian dari
DNA pengkode lipase yang ada di NCBI. Gen lipase merupakan kunci dalam
sintesis enzim lipase baik pada organisme prokariotik maupun eukariotik. Untuk
Azospirillum sp. terdapat strain yang sudah lengkap urutan gen lipasenya yaitu
Azospirillum sp. B510. Gen pengkode enzim lipase pada bakteri tersebut terletak
pada plasmid pAB510c (Kaneko et al., 2010). Azospirillum sp. B510 merupakan
bakteri tanah sama halnya dengan Azospirillum sp. JG3. Hal ini memungkinkan
kemiripan urutan gen pengkode lipase yang dimiliki keduanya cukup tinggi.
Dalam hal ini pendekatan dengan teknik PCR (Polymerase Chain Reaction) dapat
dilakukan dengan menggunakan primer yang didesain berdasarkan urutan gen
lipase dari bakteri Azospirillum sp. B510 yang telah dipublikasikan di genebank
NCBI.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan di atas, permasalahan
yang muncul pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
1.
Apakah urutan nukleotida pengkode asilgliserol lipase dari Azospirillum
sp. B510 dapat digunakan untuk mendesain primer PCR?
2.
Apakah gen lipase pada Azospirillum sp. JG3 dapat diamplifikasi dengan
menggunakan primer PCR hasil desain?
3.
Bagaimana persentase kemiripan urutan nukleotida fragmen hasil
amplifikasi dengan gen lipase Azospirillum sp. B510 maupun gen lipase
dari spesies lain?
4
1.3 Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1.
Mendesain primer berdasarkan urutan nuklotida pengkode enzim lipase
milik Azospirillum sp. B510.
2.
Mengamplifikasi gen lipase pengkode enzim lipase dengan menggunakan
PCR untuk mengetahui urutan gen lipase dari Azospirillum sp. JG3.
3.
Mendapatkan urutan gen pengkode lipase dan menganalisis kemiripan
hasil sekuensing DNA Azospirillum sp. JG3 dengan DNA pengkode enzim
lipase lain dalam satu genus.
1.4 Manfaat Penelitian
Hasil dari penelitian ini adalah berupa urutan gen lipase dari bakteri
Azospirillum sp.JG3 yang dapat digunakan sebagai informasi awal pada tahap
kloning gen lipase dari bakteri ini. Dengan demikian, enzim lipase yang dihasikan
merupakan produk unggul yang mampu disesuaikan karakteristiknya sesuai
dengan kebutuhan (pH, stabilitas, tahan terhadap suhu tinggi, stabil pada pelarut
organik) baik untuk aplikasi produksi biodiesel maupun kegiatan industri dan
sintesis senyawa kimia lainnya dalam skala besar.