Adaptasi Genera Bacillus Pada Media Yang Mengandung Logam

SCIENTIFIC CONFERENCE OF ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY IX - 2012
Advances in Agricultural and Municipal Waste Technology to Anticipate
Food and Energy Crisis
Surabaya, 10 July 2012
Adaptasi Genera Bacillus Pada Media Yang Mengandung
Logam Merkuri
Adaptation of Genera Bacillus on Media Containing Mercury (Hg)
Umi Sholikaha*, Nengah Dwianita Kuswytasaria, Enny Zulaikaa
a
Jurusan Biologi FMIPA-ITS Surabaya
*[email protected]
Abstrak
Merkuri adalah salah satu logam berat yang secara biologis fungsinya belum jelas tetapi
dalam konsentrasi sangat rendah dapat beracun dan berbahaya. Bakteri yang berasal dari
lingkungan tercemar merkuri seringkali resisten terhadap merkuri. Daya adaptasi bakteri
terhadap merkuri karena pada bakteri mempunyai mekanisme enzimatis yang dapat
mengubah senyawa merkuri menjadi merkuri volatil (Hg0) supaya senyawa merkuri tersebut
tidak meracuni tubuh bakteri. Salah satu bakteri yang resisten terhadap merkuri adalah
genera Bacillus. Pada penelitian ini bertujuan untuk mengetahui daya adaptasi bakteri
anggota genera Bacillus terhadap cekaman merkuri, dengan mengetahi pola
pertumbuhannya. Genera Bacillus yang digunakan adalah koleksi laboratorium Mikrobiologi
dan Bioteknologi Jurusan Biologi FMIPA-ITS yaitu Bacillus S1, SA1, S13, SS19, DA11 dan
Bacillus cereus ATCC1178. Medium yang digunakan adalah media cair nutrien broth yang
mengandung HgCl2 dengan konsentrasi 10 – 25 ppm, pola pertumbuhan diukur dengan
spektrofotometer pada λ 600 nm. Hasil pola pertumbuhan genera Bacillus hampir seragam
pada konsentrasi perlakuan HgCl2, yaitu awal 0 -2 jam merupakan fase adaptasi, jam ke 5 15 adalah fase eksponensial, jam ke 15 – 20 adalah fase stasioner dan setelah jam ke 20
menunjukkan fase kematian. Genera Bacillus S1 dan SS19 relatif lebih adaptasi
dibandingkan anggota genera Bacillus yang lain.
Kata kunci: Adaptasi, Bacillus, merkuri, pola pertumbuhan
Abstract
Mercury is one of the heavy metals in biological function is unclear but in very low
concentrations can be toxic and dangerous. Bacteria from environments that polluted by
mercury are often resistant to mercury. The adaptation of bacteria to mercury, they have
enzymatic mechanisms that can transform mercury compounds into volatile mercury (Hg0) so
the mercury compound is not toxic to bacteria. One of the mercury resistant bacteria are the
genera Bacillus. This study aims to determine the adaptation of the genera Bacillus to
mercury, to acknowledge its growth pattern. Genera Bacillus that are used is the laboratory
collection of Microbiology and Biotechnology, Jurusan Biologi FMIPA-ITS Surabaya namely
Bacillus S1, SA1, S13, SS19,DA11 and Bacillus cereus ATCC1178. Medium used was
nutrient broth containing HgCl2 of 10 - 25 ppm, the growth pattern was measured with a
spectrophotometer at λ 600 nm. The results of the growth pattern of the genera Bacillus
nearly uniform at a concentration of HgCl2 treatment, the initial 0 - 2 hours is a phase of
adaptation, at the 5 -15 was the exponential phase, at the 15 - 20 was the stationary phase
and after hours to 20 show the phase of death. Genera Bacillus S1 and SS19 relatively more
adaptive than the other members of the genera Bacillus.
Key words: Adaptation, Bacillus, mercury, growth pattern
ISBN 978-602-95595-5-2
1
SCIENTIFIC CONFERENCE OF ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY IX - 2012
Advances in Agricultural and Municipal Waste Technology to Anticipate
Food and Energy Crisis
Surabaya, 10 July 2012
1. Pendahuluan
Merkuri (Hg) merupakan salah satu logam berat yang pada konsentrasi tertentu merupakan
polutan berbahaya bagi makhluk hidup dan berdampak negatif bagi kesehatan manusia
(Badjoeri, 2008). Pada kondisi alami, konsentrasi merkuri di lingkungan sangat rendah yaitu
satu nanogram/liter, karena beberapa faktor seperti pembuangan limbah industri yang
semakin meningkat menyebabkan konsentrasi merkuri di lingkungan juga semakin
meningkat dan menyebabkan pencemaran yang membahayakan kehidupan makhluk hidup
(Boening, 2000).
Bakteri resisten merkuri merupakan bakteri yang mempunyai gen resisten merkuri yaitu gen
mer operon untuk bertahan pada lingkungan yang tercemar merkuri (Silver & Phung, 1996).
Struktur mer operon berbeda untuk tiap jenis bakteri, umumnya struktur mer operon terdiri
dari gen metaloregulator (merR), gen transpor merkuri (merT, merP, merC), gen merkuri
reduktase (merA) dan organomerkuri liase (merB) (Liebert et al., 1999).
Bacillus merupakan salah satu bakteri yang mempunyai resistensi tinggi terhadap merkuri
dan merupakan bakteri resisten merkuri spektrum luas yaitu bakteri yang memiliki gen merA
dan merB. Merkuri reduktase (merA) mengkatalisis reduksi Hg2+ menjadi Hg0 volatil, dan Hg0
berdifusi ke dalam sel, selanjutnya dikeluarkan dari sel. Sedangkan merB yang terdapat di
dalam sitoplasma berfungsi untuk mengkatalisis pemutusan ikatan merkuri-karbon sehingga
dihasilkan senyawa organik dan ion Hg berupa garam tiol (Liebert et al., 1999). Anggota
genera Bacillus merupakan bakteri yang bersifat kosmopolit dan memiliki resistensi terhadap
banyak logam berat seperti Cr, As dan Se (Huang et al., 1999). Bacillus megaterium yang
diisolasi dari sungai Cisadane mampu mereduksi merkuri sampai dengan 98% (Badjoeri,
2008). Pada penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pola pertumbuhan daya adaptasi
genera Bacillus terhadap cekaman merkuri.
2. Metode Penelitian
Penelitian dilakukan di laboratorium Mikrobiologi dan Bioteknologi Jurusan Biologi
FMIPA-ITS. Genera Bacillus yang digunakan adalah genera Bacillus koleksi
laboratorium Mikrobiologi dan Bioteknologi Jurusan Biologi FMIPA-ITS yaitu Bacillus S1,
SA1, S13, SS19, DA11 dengan species referensi Bacillus cereus ATCC1178. Media
yang digunakan adalah media cair Nutrient Broth dengan konsentrasi HgCl2 10 – 25
ppm. Secara aseptis sebanyak satu ose isolat Bacillus 24 jam diinokulasikan ke dalam
10 ml media cair Nutrient Broth (NB) (Merck ®, Jerman) kemudian diinkubasi pada
temperatur ruang di atas rotary shaker (100 rpm). Kultur yang berumur 24 jam diambil
sebanyak 10 ml dan diinokulasikan ke dalam 90 ml media cair Nutrient Broth (NB- HgCl2
dengan konsentrasi 10 – 25 ppm) (Merck ®, Jerman), diinkubasi di suhu ruang di atas
rotary shaker (100 rpm). Satu ml kultur dilarutkan dalam 9 ml aquades steril, di
homogenkan, kemudian diukur nilai Optical Density (OD)nya dengan spektrofotometer
(Boeco S-22, Jerman) pada panjang gelombang (λ) 600 nm. Pengukuran Optical Density
(OD) dimulai dari jam ke-0 sampai dengan jam ke 24 dengan selang waktu 2 jam. Data
Optical Density (OD) yang didapatkan kemudian dibuat kurva pertumbuhan dengan
sumbu x sebagai waktu (t) dan sumbu y sebagai Optical Density (OD) sehingga
diketahui pola pertumbuhannya.
3. Hasil dan Pembahasan
Pertumbuhan dapat didefinisikan sebagai pertambahan jumlah atau volume serta ukuran
sel. Pada prokariot seperti bakteri, pertumbuhan merupakan pertambahan volume dan
2
ISBN 978-602-95595-5-2
SCIENTIFIC CONFERENCE OF ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY IX - 2012
Advances in Agricultural and Municipal Waste Technology to Anticipate
Food and Energy Crisis
Surabaya, 10 July 2012
ukuran sel, juga sebagai pertambahan jumlah sel. Pertumbuhan sel bakteri biasanya
mengikuti suatu pola pertumbuhan tertentu berupa kurva pertumbuhan sigmoid. Kurva
pertumbuhan dapat digunakan sebagai pembeda isolat bakteri. Bakteri bereproduksi secara
biner yaitu dari satu sel membelah menjadi 2 sel dan seterusnya. Pada kondisi lingkungan
yang sesuai, pembelahan sel akan berlangsung dengan kecepatan konstan dan peningkatan
jumlah sel sebanding dengan bertambahnya waktu. Perubahan kemiringan pada kurva
tersebut menunjukkan transisi dari satu fase perkembangan ke fase lainnya. Kemiringan
menunjukkan kecepatan pertumbuhan yang spesifik bagi suatu organisme dimana
kecepatan tersebut diukur berdasarkan jumlah pembelahan sel per satuan waktu (Madigan,
2006).
Menurut van der Meer et al (1992), tingkat adaptasi suatu bakteri terhadap senyawa
xenobiotic termasuk merkuri berperan penting untuk menentukan kemampuannya
mendegradasi senyawa merkuri di lingkungan. Pola pertumbuhan genera Baxcillus disajikan
pada gambar 1 a-d.
Gambar 1. Pola pertumbuhan genera Bacillus media NB-HgCl2 (10-25 ppm)
Berdasarkan gambar 1 di atas, genera Bacillus SA1 dan SS19 memiliki daya adaptasi tinggi
terhadap 10 ppm merkuri dan pada konsentrasi 15 – 25 ppm merkuri, Bacillus S1 dan SS19
lebih resisten dibanding genera Bacillus yang lain.
Secara keseluruhan, pola pertumbuhan genera Bacillus hampir seragam pada konsentrasi
HgCl2 10 – 25 ppm, yaitu 0 - 2 jam merupakan fase adaptasi. Pada fase adaptasi merupakan
fase dimana bakteri beradapatasi dengan lingkungannya dan mulai bertambah sedikit demi
sedikit. Pada jam ke 5 -15 adalah fase eksponensial yaitu fase dimana pembiakan bakteri
berlangsung paling cepat. Pada jam ke 15 – 20 adalah fase stasioner dimana jumlah bakteri
ISBN 978-602-95595-5-2
3
SCIENTIFIC CONFERENCE OF ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY IX - 2012
Advances in Agricultural and Municipal Waste Technology to Anticipate
Food and Energy Crisis
Surabaya, 10 July 2012
yang berkembang biak sama dengan jumlah bakteri yang mengalami kematian. Jadi adanya
pertumbuhan yang tidak signifikan pada fase stasioner tersebut dikarenakan tidak adanya
keseimbangan antara jumlah bakteri yang berkembang biak dengan bakteri yang mengalami
kematian atau dapat dikatakan jumlah bakteri yang berkembang biak lebih sedikit dari pada
jumlah bakteri yang mengalami kematian atau sebaliknya. Sedangkan setelah jam ke 20
menunjukkan fase kematian. Pada fase kematian jumlah bakteri yang mati semakin banyak
melebihi jumlah bakteri yang berkembang biak. Dari keenam genera Bacillus, dapat
diketahui bahwa terdapat perbedaan nilai Optical Density pada fase kematian. Nilai Optical
Density menunjukkan adanya bakteri yang berkembang biak. Genera Bacillus S1 dan SS19
relatif lebih adaptasi pada konsentrasi 15 – 25 ppm HgCl2, dibandingkan anggota genera
Bacillus yang lain jika dilihat dari pola grafik pertumbuhannya.
4. Kesimpulan
Genera Bacillus S1 dan SS19 relatif lebih mampu beradaptasi terhadap merkuri
dibandingkan anggota genera Bacillus yang lainnya dilihat dari pola pertumbuhannya>
Adaptasi tersebut dari konsentrasi 10 – 25 ppm.
.
5. Pustaka
Badjoeri, M. (2008). Uji Kemampuan Bacillus megaterium Menyerap Logam Berat Merkuri.
Jurnal Kimia Mulawarman. 6 : 5 - 11.
Boening, D.W. (2000). Ecological Effects, Transport And Fate of Mercury : A General
Review. Chemosphere, 40: 1335 - 1351.
Huang, C.C., Narita, M., Yamagata, T., Yukihiro, I. and Endo, G. (1999). Structure analysis
of class II transposon encoding the mercury resistance of the Gram-positive
bacterium Bacillus megaterium MB1, a strain isolated from Minamata Bay,
Japan. Gene, 234: 361 – 369.
Liebert, C.A., Hall, R.M. and Summers, A.O. (1999). Transposon Tn21, flagship of the
floating genome. Microbiol.Mol. Biol. Rev. 63: 507 – 522.
Madigan, M.T., and Martinko, J.M., (2006). Brock Biology of Microorganisms 11th. Pearson
Education Inc: New Jersey.
Silver, S., and Phung, L. T., (1996). Bacterial heavy metal resistance: new suprises. Annu.
Rev. Microbiol. 50: 753-789.
Van der Meer, J.R., De Vos, W.M., Harayama, S., and Zehnder, A.J.B., (1992). Molecular
Mechanism of Genetic Adaptation to Xenobiotic Compound. Microbiological Reviews.
56: 677-694
4
ISBN 978-602-95595-5-2