Potensi Bakteri Pendegradasi Hidrokarbon Alkana

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Minyak mentah terdiri atas senyawa hidrokarbon rantai jenuh, aromatik,
resin, dan aspaltan (Harayama et al. 1999). Hidrokarbon rantai jenuh tidak
mempunyai rantai ganda. Hidrokarbon jenis ini dikelompokkan berdasarkan
struktur kimianya menjadi n-alkana (parafin), isoalkana dan sikloalkana (naften).
Dari beberapa senyawa tersebut, n-alkana alifatik merupakan kelompok
hidrokarbon terbesar yang ada di minyak mentah maupun hasil penyulingan, yaitu
berkisar antara 20-50% (Head et al. 2006). Dalam pemakaiannya, senyawa nalkana terkandung dalam bensin, kerosin dan minyak pelumas.
Toksisitas n-alkana bergantung pada panjang rantainya (Gill dan Ratledge
1972). Hanya n-alkana berantai pendek saja yang secara langsung bersifat toksik.
Senyawa ini mampu melarutkan lemak sel dan membran (Sikkema et al. 1995).
Adapun n-alkana rantai panjang mampu membentuk genangan dan selaput
minyak di perairan (Leahy dan Colwell 1990), dan dalam waktu yang lama akan
membentuk gumpalan yang dikenal dengan nama tarr ball.
Mikroba yang mempunyai kemampuan mendegradasi minyak telah
berhasil diisolasi (Kasai et al. 2002; Okazaki et al. 2006), serta mekanisme
degradasinya telah dipelajari secara intensif (Van Hamme et al. 2003; Harayama
et al. 2004). Namun mikroba tersebut diisolasi dari daerah subtropis, dengan
keadaan geografis dan suhu yang berbeda, sedangkan mikroba pendegradasi
minyak dari perairan daerah tropis belum ada laporannya. Selain itu, dengan
wilayah laut Indonesia yang mencapai 2/3 luas negara, kegiatan pengungkapan
biodiversitas mikroba laut pendegradasi minyak menjadi sangat penting.
Sejak tahun 2005, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) dengan
National Institute of Technology and Evaluation (NITE)- Jepang melaksanakan
penelitian bersama dalam proyek bioremediasi minyak. Pada proyek ini perairan
Pulau Pari, Kepulauan Seribu, Jakarta dijadikan sebagai model penerapan teknik
biostimulasi. Biostimulasi merupakan cara remediasi dengan pemberian nutrien
tertentu untuk merangsang aktivitas mikroba asli daerah tercemar dalam
mendegradasi polutan. Teknik ini memiliki efisiensi tinggi dan ramah lingkungan
2
(Harayama et al. 2004). Kerjasama penelitian tersebut lebih difokuskan pada
aplikasi dan analisis komunitas mikroba pendegradasi minyak serta dampaknya
terhadap lingkungan.
Untuk mendukung hal itu, perlu dilakukan kajian dasar untuk menganalisis
mikroba yang mempunyai kemampuan mendegradasi komponen minyak, seperti
senyawa alkana dan poliaromatik hidrokarbon (PAH). Walaupun kandungan PAH
di minyak mentah (sekitar 25%) lebih kecil dibanding alkana, namun senyawa ini
memiliki tingkat toksisitas yang tinggi (Van Hamme et al. 2003). Dengan
demikian kedua senyawa ini merupakan komponen penting dari minyak yang
mempunyai efek negatif bagi lingkungan.
Hasil eksplorasi LIPI-NITE telah memperoleh koleksi bakteri dari Pulau
Pari, Kepulauan Seribu, Jakarta. Bakteri tersebut diisolasi dengan menggunakan
substrat minyak mentah (Yopi et al. 2006a). Namun bakteri-bakteri tersebut
belum diketahui kemampuan spesifiknya dalam mendegradasi senyawa alkana
dan PAH-sebagai komponen utama minyak. Dari koleksi bakteri tersebut
diharapkan dapat diperoleh bakteri pendegradasi alkana dan PAH sekaligus.
Untuk itu perlu diketahui kemampuan degradasi pada senyawa alkana dan PAH
dari koleksi bakteri Pulau Pari. Laporan Van Hamme et al. (2003) menyebutkan
bahwa beberapa bakteri mempunyai kemampuan mendegradasi alkana dan PAH
sekaligus, seperti Pseudomonas putida dan Rhodococcus sp.
Kemampuan bakteri mendegradasi senyawa alkana dan PAH melibatkan
beberapa gen. Pada penelitian ini, analisis molekuler difokuskan pada gen yang
berperan dalam degradasi alkana. Beberapa laporan menyebutkan bahwa
kemampuan degradasi alkana diatur oleh operon gen alkBFGHJKL dan alkST
(van Beilen et al. 1994; 2003; Dinamarca et al. 2003). Gen alkB mengkode
protein AlkB (alkana monooksigenase), yaitu suatu enzim kunci yang berperan
penting dalam degradasi alkana (Harayama et al. 1999; van Bailen et al. 1994;
Shanklin dan Whittle 2003).
Deteksi keberadaan gen alkB dengan menggunakan metode hibridisasi
pada berbagai organisme dalam komunitas mikroba telah dilakukan (Sotzsky et al.
1994; Whyte et al. 1995; Vomberg dan Klinner 2000). Namun metode ini
membutuhkan waktu relatif lebih lama dibandingkan dengan menggunakan PCR.
3
Deteksi dengan menggunakan metode PCR juga dapat dilakukan pada bakteri
yang dapat dikulturkan (Smits et al. 1999; Vomberg dan Klinner 2000; van Beilen
et al. 2002; Kloos et al. 2006). Dari laporan yang ada, ternyata terdapat variasi
yang tinggi pada urutan sekuen alkB bakteri dari kelompok taksonomi berbeda
(Smits et al. 1999; van Beilen et al. 2003). Keragaman gen alkB dari bakteri laut
Indonesia tentunya menjadi menarik untuk dikaji. Selain itu, saat ini gen alkB
juga digunakan sebagai penanda untuk memonitor keberadaan cemaran minyak di
suatu lingkungan (van Beilen et al. 2003).
Pada penelitian ini dilakukan analisis sebagian gen 16S rDNA, seleksi dan
karakterisasi bakteri pendegradasi alkana dari perairan laut Pulau Pari, Kepulauan
Seribu, Jakarta. Selanjutnya dari bakteri terseleksi dilakukan deteksi gen alkB
yang berperan dalam degradasi senyawa alkana dengan menggunakan metode
PCR. Analisis keragaman gen alkB dilakukan dengan melakukan kloning
sebagian gen ini ke dalam Escherichia coli JM109.
Hasil penelitian ini diharapkan dapat digunakan sebagai bahan dalam
penyusunan bank data mikroba pendegradasi hidrokarbon minyak, serta
biomonitoring pencemarannya di perairan laut Indonesia. Selain itu, bakteri
pendegradasi hidrokarbon alkana dapat diaplikasikan dalam bioremediasi minyak
dan penghasil biosurfaktan. Adapun penggunaan enzim alkana monooksigenase
nantinya dapat digunakan sebagai biokatalis dalam biotransformasi senyawasenyawa hidrokarbon menjadi senyawa yang bernilai ekonomi tinggi, seperti
degradasi sikloalkana menjadi asam adipat (Harayama et al. 1999). Asam adipat
merupakan salah satu bahan utama yang digunakan untuk menyintesis nilon 6,6,suatu bahan yang sangat penting hasil dari industri poliamida. Nilon 6,6 banyak
digunakan sebagai bahan kain, cat, ban, film, resin, dan monofilamen (Moreau et
al. 1993).
Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk (1) mengetahui keragaman bakteri dan
karakternya dalam mendegradasi komponen minyak khususnya alkana, dan (2)
membuktikan keragaman gen alkB dari bakteri yang berasal dari perairan laut
Pulau Pari, Kepulauan Seribu, Jakarta.