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 Timbal
Adaptation of Genera Bacillus on Media Containing Lead (Pb)
Yulianto Ade Prasetyaa*, Nengah Dwianita Kuswytasaria, Enny Zulaikaa
a
Jurusan Biologi-FMIPA, Kampus ITS Sukolilo, Surabaya 60111
*e-mail: [email protected]
Abstrak
Bacillus merupakan bakteri berbentuk batang, Gram positif dan dapat membentuk
endospora. Anggota species dari genera Bacillus menunjukkan kemampuan fisiologis yang
luas sehingga dapat hidup di berbagai lingkungan termasuk lingkungan yang ekstrim seperti
habitat yang tercemar logam timbal (Pb). Toksisitas Pb di dalam tubuh manusia dapat
menyebabkan gangguan neurologi, ginjal, sistem reproduksi dan sistem hemopoitik. Genera
Bacillus S1, SA1, S13, SS19, DA11 dan B. subtilis ATCC 6633 koleksi laboratorium
Mikrobiologi dan Bioteknologi, Jurusan Biologi FMIPA-ITS dapat hidup di media yang
mengandung Pb sampai dengan 25 ppm. Tujuan dari penelitian adalah membandingkan
daya adaptasi genera Bacillus terhadap cekaman logam Pb pada konsentrasi 10 - 25 ppm
selama waktu pertumbuhan 24 jam. Media yang digunakan adalah media cair nutrien broth
yang mengandung PbCl2 dengan konsentrasi 10 – 25 ppm. Pola pertumbuhan diukur
dengan spektrofotometer pada λ 600 nm. Hasil pola pertumbuhan genera Bacillus hampir
seragam pada konsentrasi perlakuan PbCl2, yaitu awal 0 - 2 jam merupakan fase adaptasi,
jam ke 2 - 12 adalah fase eksponensial, jam ke 12 - 20 adalah fase stasioner dan setelah
jam ke 20 menunjukkan fase kematian. Semua genera Bacillus menunjukkan daya adaptasi
yang baik pada konsentrasi 15 ppm PbCl2 kecuali Bacillus DA11 dapat beradaptasi pada
konsentrasi 20 ppm bahkan Bacillus S1 pada 25 ppm. Resistensi Bacillus terhadap logam
Pb berhubungan dengan gen di dalam plasmid, transport aktif yang melibatkan ATP atau
melalui fase pengikatan pada permukaan dinding sel yang mengandung eksopolisakarida.
Kata kunci : adaptasi, Bacillus, pola pertumbuhan, timbal
Abstract
Bacillus is rod-shaped bacteria, Gram-positive and able to form an endospore. A member of
a species of the genera Bacillus demonstrating ability of being physiologically broad so that
individuals live in all sorts of environments of extreme as habitats that are polluted of lead
(Pb). Genera Bacillus SA1, S13, SS19, DA11 and B. subtilis ATCC 6633 were collection of
Laboratory Microbiologi and Biotechnology, Jurusan Biology FMIPA-IT. The purpose of the
research is comparing resources adaptation genera Bacillus against stress metal Pb at
concentrations 10 - 25 ppm. Medium used is nutrients broth containing PbCl2 by
concentration of the 10 - 25 ppm. The pattern of growth is measured by the
spectrophotometer at λ 600 nm. The result of a pattern of growth genera Bacillus nearly
uniform at concentrations PbCl2, namely the beginning of 0 - 2 hours is a phase of an
adaptation, 2 - 12 is a phase of an exponential, 12 - 20 is a phase stationary and up to 20
show phase death. All of the genera Bacillus show a good adaptation at concentrations 15
ppm PbCl2, except Bacillus DA11 be able to adapt at concentrations 20 ppm even Bacillus
S1 on 25 ppm. Resistance Bacillus against metal Pb relating to genes in plasmid, transport
active involving ATP or through phase the binding on the surface of a cell wall containing
exopolisacharide.
Keywords: adaptation, Bacillus, the pattern of growth, lead
ISBN 978-602-95595-5-2
1
ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY SCIENTIFIC CONFERENCE IX - 2012
Advances in Agricultural and Municipal Waste Technology to Anticipate
Food and Energy Crisis
Surabaya, 10 July 2012
1. Pendahuluan
Timbal (Pb) atau timah hitam (lead) merupakan salah satu logam berat yang berbahaya bagi
kesehatan manusia dan organisme lainnya. Kegiatan industri yang perpotensi sebagai
sumber pencemaran Pb antara lain industri baterai, bahan bakar, kabel, pipa serta industri
kimia, sisa pembakaran pada kendaraan bermotor dan proses penambangan. Semua sisa
buangan yang mengandung Pb dapat masuk ke dalam lingkungan perairan dan
menimbulkan pencemaran (Herman, 2006). Pb di dalam tubuh manusia dapat masuk secara
langsung melalui air minum, makanan atau udara dan dapat menyebabkan gangguan pada
syaraf, ginjal, sistem reproduksi, sistem haemopoitik serta sistem syaraf pusat. Selain itu Pb
di dalam badan perairan dapat meracuni dan mematikan organisme, sehingga mengganggu
keseimbangan ekosistem (Santi, 2001).
Konsentrasi Pb di dalam tanah antara 5 - 50 ppm (Juliawan et al., 2005), namun Pb adalah
logam berat yang secara fisiologis tidak diperlukan tanaman maupun hewan (Hindersah et
al., 2004). Berbagai macam perlakuan, baik secara fisik dan kimia atau gabungan keduanya,
telah lama digunakan untuk menghilangkan logam Pb, tetapi dekade terakhir penggunaan
sel bakteri sebagai bioserbent logam berat menawarkan suatu alternatif yang lebih potensial
(Avery & Tobing, 1992; Gadd, 1990). Bakteri dapat tumbuh pada lingkungan yang tercemar
logam berat dan bersifat renewable (Nakamura et al., 1990).
Bacillus merupakan bakteri berbentuk batang, Gram positif dan dapat membentuk
endospora. Anggota species dari genera Bacillus menunjukkan kemampuan fisiologis yang
luas sehingga dapat hidup di berbagai lingkungan termasuk lingkungan yang ekstrim seperti
habitat yang tercemar logam timbal (Pb). Kemampuan fisiologis bakteri mengatasi tekanan
lingkungan yang tercemar logam Pb tergantung pada metabolisme selnya, dapat melalui
adsorbsi pada dinding sel atau permukaan eksternal, kemudian diikuti dengan transport aktif
yang tergantung pada metabolisme sel (Gadd, 1990). Resistensi dan adaptasi bakteri
terhadap logam berat tergantung species dan konsentrasi logam berat yang terpapar di
sekitar bakteri tersebut. Penelitian ini bertujuan mengetahui adaptasi dan pola pertumbuhan
genera Bacillus pada media yang mengandung Pb
2. Metode Penelitian
Isolat yang digunakan adalah Bacillus S1, SA1, S13, SS19, DA11 dan B. subtilis ATCC 6633
koleksi laboratorium Mikrobiologi dan Bioteknologi, Jurusan Biologi FMIPA-ITS. Media yang
digunakan adalah media cair nutrien broth yang mengandung PbCl2 dengan konsentrasi 10,
15, 20 dan 25 ppm. Satu ose koloni Bacillus diinokulasikan ke dalam 20 ml media NB-10
ppm PbCl2 dalam Erlenmeyer 100 ml, dihomogenkan dan diinkubasi dalam suhu ruang
selama 24 jam pada rotary shaker dengan kecepatan 100 rpm (sebagai stok kultur).
Sebanyak 5 ml kultur kerja dimasukkan ke dalam 90 ml media NB-PbCl2 steril dan diinkubasi
24 jam. Satu ml kultur kerja diencerkan dengan 9 ml aquadest steril dan dihomogenkan,
kemudian diukur kerapatan optik (Optical Density ; OD) dengan panjang gelombang 600 nm
menggunakan spektofotometer (Boeco®S22). Pengukuran OD dilakukan mulai dari jam ke-0
sampai jam ke-24 dengan selang waktu 2 jam. Kemudian dibuat kurva pertumbuhan dengan
sumbu x sebagai waktu (t) dan sumbu y sebagai absorbansi (a).
3. Hasil dan Pembahasan
Pola pertumbuhan bakteri pada umumnya terdiri dari empat fase yaitu fase adaptasi,
fase log/eksponensial, fase strasioner dan fase kematian. Kurva pertumbuhan genera
Bacillus S1, SA1, S13, SS19, DA11 dan B. subtilis ATCC 6633 dalam media nutrien
broth yang mengandung logam Pb disajikan pada gambar 1.
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
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
Gambar 1. Kurva pertumbuhan genera Bacillus pada medium NB-Pb
Fase pertumbuhan awal atau fase adaptasi merupakan awal perkembangan bakteri
menyesuaikan diri dengan lingkungannya. Fase ini ditandai dengan perubahan komposisi
kimiawi sel, penambahan ukuran bakteri, substansi seluler, dan waktu generasinya relatif
panjang. Fase pertumbuhan eksponensial atau fase log merupakan fase pertumbuhan sel
yang paling cepat dan paling aktif dengan metabolisme dan sintesa bahan sel yang sangat
cepat. Kecepatan pertumbuhan dipengaruhi oleh pH medium, kandungan nutrisi, suhu dan
kelembapan udara. Fase stasioner merupakan kondisi stagnan dimana jumlah populasi sel
yang tumbuh sama dengan jumlah sel yang mati, karena nutrisi sudah mulai habis. Fase
kematian merupakan fase dimana bakteri mulai kehabisan nutrisi untuk pertumbuhannya
sehingga jumlahnya semakin menurun dan akhirnya semua mati. Pola pertumbuhan anggota
genera Bacillus hampir seragam pada konsentrasi perlakuan PbCl2, yaitu fase adaptasi pada
0 - 2 jam pertama, diikuti fase eksponensial pada jam ke 2 - 12, fase stasioner jam ke 12 - 20
dan setelah jam ke 20 menunjukkan fase kematian.
ISBN 978-602-95595-5-2
3
ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY SCIENTIFIC CONFERENCE IX - 2012
Advances in Agricultural and Municipal Waste Technology to Anticipate
Food and Energy Crisis
Surabaya, 10 July 2012
Semua genera Bacillus menunjukkan daya adaptasi yang baik pada konsentrasi 15 ppm
kecuali Bacillus DA11 pada 20 ppm dan Bacillus S1 pada 25 ppm (Gambar1). Resistensi
Bacillus terhadap logam Pb berhubungan dengan gen di dalam plasmid, transport aktif yang
melibatkan ATP atau melalui ikatan ligan. Akumulasi ekstraseluler pada bakteri dapat terjadi
karena ikatan ion logam dengan polimer ekstraseluler atau polisakarida ekstraseluler yang
dihasilkan sel-sel mikroba, gabungan antara ion logam yang bermuatan positif dengan sisi
reaktif pada permukaan sel yang bermuatan negatif (Oktaviana, 1995). Sedangkan
akumulasi intraseluler pada bakteri dapat terjadi karena proses difusi yang melibatkan
mekanisme enzimatis yang dikendalikan oleh gen resisten yang terletak di dalam plasmid,
transposon atau kromosom (Nascimento & Charton- Souza, 2003)
4. Kesimpulan
Pola pertumbuhan genera Bacillus pada media yang mengandung logam Pb hampir
seragam, terdiri dari fase adaptasi pada 0 - 2 jam awal pertumbuhan, fase eksponensial
pada jam ke 2 - 12, fase stasioner pada jam ke 12 - 20 dan fase kematian setelah jam ke
20. Semua genera Bacillus menunjukkan daya adaptasi yang baik pada konsentrasi 15 ppm
PbCl2 kecuali Bacillus DA11 yang dapat beradaptasi pada konsentrasi 20 ppm dan Bacillus
S1 pada 25 ppm.
5. Pustaka
Avery, S.U. dan Tobing, J.S. (1992). Mechanism of Strontium up Take Laboratory and
Brewing Starins of Saccharomyces cerevisial. Appl Environt MGadd, G.M. Metals and
Microorganisms; A Problem of Definition. FEMS Microbiol. Lett., 100: 197 - 204.
Herman D.Z. (2006). Tinjauan terhadap Tailing Mengandung Unsur Pencemar Arsen (As),
Merkuri (Hg), Timbal (Pb), dan Kadmium (Cd) dari Sisa Pengolahan Biji Logam,
Jurnal Geologi Indonesia, (Online), Vol. 1, No. 1
Hindersah, H., Kalay, M.A. dan Muntalif, S.B. (2004). Akumulasi Pb dan Cd pada buah tomat
yang ditanam di tanah mengandung lumpur kering dari instalasi pengolahan air
limbah domestic, Departemen Teknik Lingkungan FTSP ITB, Bandung: Ganesha.
Juliawan, N., Widhiyatna, D. dan Jatim, J. (2005), Pendataan unsur Merkuri pada wilayah
pertambangan Cibaliung, Kabupaten Pandeglang, Provinsi Banten. Hasil kegiatan
subdit konservasi TA: Jakarta.
Nakamura, K. Sakamato, M. Uchiyaama. (1990). Organomercurial Volotizing Bacterial in The
Mercury Poented Sedimen of The Minamata Bey Japan. Appl Environ Microbial.
Nascimento,A.M.A. and Charton-Souza, E. (2003). Operon mer : Bacterial Resistance to
Mercury and Potential for Bioremediation of Contamined Environments. Journal
Genetics and molecular Research, 2(1): 92-101
Okaviana, B. (1995).
Sungai. Tesis
Isolasi dan Karakteristik Bakteri Pengikat Merkuri Pada Perairan
Santi, D.N. (2001). Pencemaran Udara oleh Timbal (Pb) serta Penanggulangannya, USU
Digital Library.
4
ISBN 978-602-95595-5-2