eksplorasi bakteri tanah kawasan kawah gunung darajat sebagai

EKSPLORASI BAKTERI TANAH
KAWASAN KAWAH GUNUNG DARAJAT
SEBAGAI PENGHASIL ENZIM PROTEASE DAN AMILASE
EXPLORATION OF SOIL BACTERIA
AT THE AREA OF CRATER MOUNTAIN DARAJAT
AS A PRODUCER OF THE ENZYME PROTEASE AND AMYLASE
Muhammad Haqqi Taufiq
Program Studi Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,
Universitas Pakuan, Bogor
ABSTRAK
Penelitian mengenai bakteri tanah potensial di kawasan Gunung Darajat masih sangat
terbatas, salah satunya mengenai enzim ekstraseluler seperti enzim protease dan amilase,
padahal masih banyak potensi yang dapat diteliti, serta dimanfaatkan secara luas. Tujuan
penelitian ini yakni untuk mengisolasi bakteri proteolitik dan amilolitik serta mengetahui
karakter tiap isolatnya secara makrokopis dan mikrokopis. Metode yang digunakan secara
dilution, kemudian di isolasi pada media selektif seperti starchagar dan skimmilk, dilanjutkan
pemurnian serta karakterisasi tiap isolatnya. Hasil penelitian dari proses skrining dalam
media starch agar dan skim milk, bahwa ditemukan 19 isolat bakteri proteolitik, namun tidak
ditemukan bakteri tergolong amilolitik.
Kata kunci: bakteri, isolat, proteolitik, dan amilolitik.
Research on the potential of soil bacteria in the area of Mount Darajat still very
limited, one of the extracellular enzymes such as protease and amylase enzymes, but there are
still many potential that can be studied, and widely utilized. The purpose of this research is to
isolate proteolytic and amylolytic bacteria and knowing the character of each isolates in
macroscopic and microscopic. The method used in dilution, then isolated on selective media
such as starch agar and skim milk, followed by purification and characterization of each
isolates. The results of the screening process in starch agar medium and skim milk, that
discovered 19 isolates of proteolytic bacteria, but not found classified amylolytic bacteria.
Key Word: bacteria, isolate, proteolyic, and amylolytic.
PENDAHULUAN
Indonesia
memiliki
kekayaan
biodiversitas yang sangat tinggi. Indonesia
juga merupakan salah satu negara yang
memiliki hutan tropis di dunia, walaupun
luas daratannya hanya 1.32 % dari luas
daratan dipermukaan bumi, namun
demikian keanekaragaman didalamnya
sangat tinggi (Irwanto, 2007).
Hutan adalah suatu kesatuan
ekosistem berupa hamparan lahan berisi
sumber daya alam hayati (Hendarti
Latifah, 2007). Hutan alam memiliki
keanekaragaman jenis mikroba yang
berperan dalam mempertahankan stabilitas
ekosistem hutan (Widyati E., 2008).
Mikroba merupakan organisme
yang mempunyai niche yang sangat sempit
sehingga sangat rentan terhadap perubahan
lingkungan (Widyati E., 2008). Populasi
mikroorganisme dalam tanah dipengaruhi
oleh beberapa faktor, meliputi; jumlah dan
jenis zat hara dalam tanah, kelembaban,
tingkat aerasi, suhu, pH, dan perlakuan
pada
tanah,
seperti
pemupukan
(Budiyanto, 2004).
Pemeliharaan
mikroorganisme
merupakan salah satu kunci penting di
bidang mikrobiologi (Kusmiati, dan Priadi
Dody, 2003). Sadar akan tingginya potensi
mikroba hutan, sejalan dengan Pusat
Konservasi dan Rehabilitasi (Puskonser)
telah
menaruh
perhatian
untuk
membangun bank mikroba (microbial
culture collection) sebagai salah satu
upaya untuk mengkonservasi mikrobamikroba potensial (Puskonser, 2014).
Mikroorganisme mempunyai nilai
manfaat cukup tinggi serta memberi
banyak keuntungan dalam bidang industri
(Nadeem, dkk., 2009). Skala industri
memanfaatkan mikroorganisme penghasil
enzim ekstraselular baik protease maupun
amilase, seperti dalam industri makanan,
minuman, tekstil, kulit dan kertas,
dikarenakan melalui penggunaannya,
energi dapat dihemat dan ramah
lingkungan (Sarah, dkk., 2009).
Penelitian ini bertujuan untuk: 1)
Mengisolasi bakteri tanah kawasan kawah
Gunung Darajat penghasil enzim protease
dan amilase; 2) Mengetahui karakter
morfologi koloni dan morfologi sel isolat
bakteri penghasil enzim protease dan
amilase.
METODE PENELITIAN
Penelitian dilaksanakan pada bulan
Maret – April 2015, di laboratorium
Mikrobiologi
Hutan,
Puslitbang,
Departemen Kehutanan, Bogor dan di
laboratorium Biologi F.MIPA, Universitas
Pakuan
Metode kerja pada penelitian ini
dilakukan dengan cara: 1) Pengambilan
sampel tanah di kawasan kawah Gunung
Darajat; 2) Pembuatan media berupa
media selektif dan media umum; 3) Isolasi
bakteri proteolitik dan amilolitik pada
media starch agar dan skim milk. 4)
Skrining isolat bakteri proteolitik dan
amilolitik; 5) Pemurnian dan inokulasi
isolat bakteri proteolitik dan amilolitik; 6)
Karakterisasi isolat bakteri proteolitik dan
amilolitik.
Media yang dibutuhkan pada
penelitian ini yakni, milk agar (protease)
dan starch agar (amilase) untuk media
selektif, sedangkan nutrient agar untuk
media umum.
Isolasi bakteri merupakan proses
mengambil bakteri dari medium atau
lingkungan asalnya dan menumbuhkannya
di medium buatan sehingga diperoleh
biakan yang murni. Isolasi bakteri
dilakukan secara aseptis untuk melindungi
dari kontaminasi mikroba lain (Singleton
dan Sainsbury, 2006). Proses isolasi
diawali dengan mengencerkan tanah
terlebih dahulu dalam larutan buffer seperti
NaCl fisiologis. Pengenceran dilakukan
agar bakteri yang terkandung pada tanah
berpindah ke air yang selanjutnya akan
proses isolasi ke dalam media buatan.
Prinsip pengenceran adalah menurunkan
jumlah mikroba sehingga semakin banyak
jumlah pengenceran yang dilakukan, maka
semakin sedikit jumlah mikroba, dimana
suatu saat didapat hanya satu mikroba pada
satu tabung (Waluyo, 2004).
Skrining
merupakan
proses
memilah-milah bakteri yang tergolong
proteolitik dan amilolitik dengan indikasi
terbentuknya suatu zona bening di
sekeliling koloni bakteri, kemudian koloni
bakteri tergolong proteolitik maupun
amilolitik akan dimurnikan agar dapat
diketahui karakter setiap isolatnya. Hasil
dari proses skrining, isolat bakteri dapat
diamati karakteristik makroskopis koloni,
kemudian dilanjutkan proses pemurnian
dan inokulasi pada media nutrient agar
miring.
Pemurnian dilakukan dengan cara
koloni bakteri yang tumbuh, diambil
menggunakan jarum ose secara aseptis dan
digoreskan pada media baru sehingga
didapatkan isolat murni (Mariska Etha,
dkk., 2013). Metode yang dilakukan
dengan cara streak plate quadrant yakni
membagi 4 bagian plate kemudian digores
secara zigzag. Prinsip ini untuk
mendapatkan koloni yang benar-benar
terpisah dari koloni yang lain, sehingga
mempermudah proses isolasi.
Isolat bakteri yang murni akan
diamati
karakter morfologi
koloni
makroskopis meliputi; warna, bentuk,
ukuran, tepi, dan elevasi koloni bakteri
yang dapat terlihat langsung dari plate,
sedangkan untuk mengamati karakter
morfologi sel mikroskopis meliputi;
bentuk sel, pewarnaan Gram, pewarnaan
kapsul dan pewarnaan spora, dengan
terlebih dahulu dibuat preparat dengan
menggunakan gelas objek.
HASIL DAN PEMBAHASAN
1) Pengambilan Sampel
Sampling di kawasan kawah Gunung
Darajat dilaksanakan pada 15 Oktober
2014 tepatnya pukul 11.00-12.00 WIB.
Sampling dilakukan jauh dan dekat
perakaran tumbuhan, karena perakaran
tumbuhan merupakan habitat bakteri yang
bersimbiosis dengan akar tumbuhan
(Widyati Enni, 2013).
Rizosfir (Rhizosphere) merupakan
daerah dalam tanah yang ditempati bagian
dari tanaman (akar) yang berinteraksi
dengan mikroba (Widyati Enni, 2013).
Bakteri merupakan kelompok mikroba
yang paling melimpah di rizosfir, jumlah
mereka
berkisar
antara
10-5-10-6
organisme per gram tanah rizosfir. Hal ini
karena mereka memiliki ukuran yang
sangat kecil, sehingga hanya memiliki
biomassa yang sangat kecil di tanah
(Sylvia, 2005).
Sampling titik lokasi pertama di
dekat perakaran tumbuhan paku, kedua di
dekat perakaran tumbuhan alang-alang,
ketiga di dekat perakaran tumbuhan
senduduk, dan keempat jauh dari
perakaran tumbuhan
2) Isolasi
Proses isolasi dilakukan dengan
mengencerkan tanah dari pengencer 10-1
sampai 10-5, ditumbuhkan pada media
selektif skim milk dan starch agar. Metode
yang digunakan dalam isolasi tersebut
adalah metode tuang (pour plate) dengan
menuangkan 1 mL dari setiap pengencer
ke dalam plate berisi media selektif.
Gorlach L., dan Continho (2007)
menyatakan bahwa keberadaan bakteri di
alam sangat dipengaruhi oleh berbagai
faktor fisik, dan khemis termasuk
ketersediaan nutrien, bahan organik,
kelembaban, dan temperatur. Media harus
diperhatikan derajat keasamannya, karena
jika media terlalu asam maupun terlalu
basa akan mengubah proses metabolisme
organisme didalamnya dan tentunya akan
mempengaruhi
laju
pertumbuhan
organisme bahkan dapat mengakibatkan
organisme itu mati (Fardiaz, 1987).
Pada proses isolasi dalam media
skim milk untuk setiap cawan petri diberi
kode Dr1 (tanah jauh dari perakaran
tumbuhan), Dr5 (tanah dekat dari
perakaran senduduk), Dr9 (tanah dekat
dari perakaran alang-alang), dan Dr12
(tanah dekat dari perakaran paku).
Koloni bakteri tumbuh pada media
skim milk (Gambar 1), didominasi koloni
bakteri berwarna putih (248 koloni)
sedangkan sisanya berwarna, krem (121
koloni), jingga (104), dan kuning (2
koloni). Adapun bentuk koloni sirkuler
(467 koloni) begitu dominan dibandingkan
bentuk koloni tidak beraturan (8 koloni),
sedangkan ukuran koloni kecil (318
koloni) lebih dominan dibandingkan
ukuran sedang (154 koloni) dan hanya
sedikit ukuran koloni besar (3 koloni).
Tepi koloni sedikit saja yang berombak (8
koloni) dan hampir keseluruhan utuh (467
koloni),
sedangkan
elevasi
koloni
bervariasi baik rata (242 koloni) maupun
cembung (233 koloni).
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
warna
bentuk
ukuran
tepi
elevasi
Gambar 1. Histogram Karakter Koloni Pada Media Skim Milk
Proses isolasi pada media strach agar,
untuk setiap cawan petri diberi kode dR1
(tanah jauh dari perakaran tumbuhan), dR5
(tanah dekat perakaran senduduk), dR9
(tanah dekat perakaran alang-alang), dR12
(tanah dekat perakaran paku). Hasil isolasi
menunjukkan bakteri mampu hidup di
media starch agar, karena substrat yang
akan diubah pada metabolisme glukosa
tersebut salah satunya adalah pati
(Purwoko, 2009).
Koloni bakteri yang tumbuh
(Gambar 2) didominasi warna putih (167
koloni), krem (132 koloni), sedangkan
hanya beberapa saja berwarna merah (5
koloni). Adapun bentuk koloni sirkuler
sangat dominan (272 koloni) dibandingkan
bentuk koloni tidak beraturan (32 koloni).
Ukuran koloni kecil begitu dominan (237
koloni) dan sisanya ukuran koloni sedang
(67 koloni) dan hanya sedikit koloni
ukuran besar (7 koloni). Tepi koloni
mayoritas utuh (279 koloni) dan sisanya
berombak (32 koloni). Elevasi koloni
beragam baik elevasi rata (152 koloni)
maupun elevasi cembung (159 koloni).
300
250
200
warna
150
bentuk
100
ukuran
50
tepi
0
elevasi
Gambar 2. Histogram Karakter Koloni Pada Media Starch Agar
3) Skrining
Pada (Gambar 3) menunjukkan
jumlah bakteri penghasil enzim protease
pada media skim milk ditemukan dengan
terbentuknya zona bening di sekeliling
koloni bakteri walaupun relatif sedikit,
namun pada media starch agar tidak
ditemukan bakteri penghasil enzim
amilase. Hal ini menunjukkan bahwa
bakteri tanah kawasan kawah Gunung
Darajat lebih mampu mendegradasi protein
dibandingkan amilum atau pati.
500
450
400
zona bening
350
300
250
200
tumbuh,
tidak
terbentuk
zona bening
150
100
50
0
skim
milk
starch
agar
Gambar 3. Histogram Jumlah Koloni
Bakteri Pada Media Selektif
Menurut Fardiaz (1987) mikroba
yang memproduksi enzim ekstraseluler
jika ditumbuhkan pada media yang
mengandung
substrat
yang
dapat
dihidrolisis akan mengeluarkan enzim
tersebut di sekitar koloninya dan akan
menghidrolisa subtrat di sekeliling koloni.
Dari hasil skrining proteolitik pada
media skim milk ditemukan 19 isolat
bakteri proteolitik dengan terbentuknya
zona bening di sekitar koloni. Ditemukan
11 isolat bakteri pada Dr5, 2 isolat bakteri
pada Dr9, dan 6 isolat bakteri pada Dr12.
Dari hasil tersebut terbukti bahwasannya
bakteri
tersebut
mampu
untuk
mendegradasi senyawa protein menjadi
molekul-molekul sederhana seperti asam
amino (Rakhmawati A., dan Yulianti E.,
2012).
Hasil penelitian menujukkan bahwa
bakteri proteolitik ditemukan pada tanah
didekat perakaran tumbuhan sedangkan
tidak ditemukan bakteri proteolitik pada
tanah yang jauh dari perakaran tumbuhan.
Hal ini menunjukkan Adanya suplai
makanan dari tumbuhan, mengakibatkan
aktivitas mikroba di rizosfir jauh lebih
tinggi dibanding lingkungan tanah yang
jauh dari akar tumbuhan, sehingga bakteri
dapat menggunakan kasein lebih cepat
yang terkandung pada media skim milk.
Fujiwara dan Yamamoto (1987)
menyatakan
bahwa
medium
yang
mengandung kasein, merupakan substrat
yang baik untuk mengisolasi bakteri
penghasil enzim protease ekstraseluler.
Menurut
Pakpahan
(2009)
kasein
merupakan protein susu yang terdiri dari
fosfoprotein yang berikatan dengan
kalsium membentuk garam kalsium yang
disebut kalsiun kalseinat. Dengan adanya
enzim protease ekstraseluler bakteri,
kasein ini akan dihidrolisis menjadi
peptidapeptida dan asam amino yang larut.
Hilangnya partikel kasein dalam media
skim milk ditandai dengan terbentuknya
zona bening di sekitar koloni.
Pada media starch agar bakteri
yang tumbuh, secara keseluruhan tidak
dapat menunjukkan adanya zona bening di
sekeliling koloni bakteri dengan demikian,
maka
tidak
ditemukannya
bakteri
amilolitik. Kemampuan bakteri tumbuh
pada starch agar menunjukan dapat
menggunakan pati, akan tetapi belum
sampai terbentuk zona jernih karena proses
degradasi belum sampai tahap glukosa
(Rakhmawati A., dan Yulianti E., 2012).
Untuk memecah pati menjadi
glukosa sedikitnya memerlukan 3 enzim,
yaitu α-amilase, β-amilase dan βglukosidase. α-amilase akan memecah
ikatan α-1,4 menghasilkan glukosa,
maltosa dan dekstrin. β-amilase akan
memecah pati dari ujung nonreduksi
menjadi
β-maltosa
dan
dekstrin.
Sedangkan β-glukosidase akan memecah
ikatan β-1,6 pada rantai cabang dan
dekstrin menjadi glukosa (Purwoko,
2009).
4) Pemurnian
Pemurnian isolat bakteri dilakukan
dengan streak plate quadrant
yakni
dengan membagi 4 bagian plate, kemudian
dilakukan goresan zigzag secara aseptis
pada cawan berisi media nutrient agar.
Proses pemurnian dilakukan 2 sampai 3
kali, dan setiap isolat bakteri murni
proteolitik diberi kode DR-P-1 sampai
DR-P-19 pada cawan.
5) Karakterisasi
Karakteristik makroskopis koloni
isolat bakteri proteolitik dari 19 isolat
ditemukan 2 warna yakni, 13 isolat
berwarna krem dan 6 isolat berwarna
putih. Bentuk koloni bakteri proteolitik
menunjukkan 19 isolat berbentuk sirkuler,
adapun ukuran koloni bakteri proteolitik
dari 19 isolat ditemukan 2 bentuk yakni,
14 isolat berukuran kecil sedangkan 5
isolat berukuran sedang. Tepi koloni
bakteri proteolitik ditemukkan 19 isolat
bertepi utuh atau sirkuler, adapun elevasi
koloni bakteri proteolitik dari 19 isolat
menunjukkan bahwa 10 isolat bertepi
cembung dan 9 isolat bertepi rata.
Adapun karakteristik mikroskopis
sel isolat bakteri proteolitik dari 19 isolat
yakni, ditemukan 18 isolat berbentuk
kokus dan 1 isolat berbentuk basil. Dan
dari 19 isolat bakteri proteolitik tidak
ditemukan isolat bakteri membentuk
kapsul maupun membentuk spora.
SIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian yang
dilakukan dapat disimpulkan bahwa;
1. Isolasi bakteri dari tanah kawasan
kawah Gunung Darajat berhasil
dilakukan, yakni sebanyak 19 isolat
bakteri proteolitik, namun tidak
ditemukan bakteri tergolong amilolitik.
2. Karakteristik morfologi makroskopis
koloni isolat bakteri proteolitik
diketahui; 7 isolat berwarna krem,
berbentuk sirkuler, ukuran kecil, tepi,
elevasi cembung, 3 isolat berwarna
krem, berbentuk sirkuler, ukuran kecil,
tepi utuh, elevasi rata, 3 isolat berwarna
putih, berbentuk sirkuler, ukuran kecil,
tepi utuh, elevasi rata, 2 isolat berwarna
krem, berbentuk sirkuler, ukuran
sedang, tepi utuh, elevasi cembung, 2
isolat berwarna putih, berbentuk
sirkuler, ukuran sedang, tepi utuh,
elevasi rata, 1 isolat berwarna krem
berbentuk sirkuler, ukuran sedang, tepi
utuh, elevasi rata, dan 1 isolat berwarna
putih, berbentuk sirkuler, ukuran kecil,
tepi utuh, elevasi cembung.
3. Karakteristik morfologi mikroskopis sel
isolat bakteri proteolitik diketahui; 18
isolat berbentuk kokus, Gram positif,
tidak berkapsul, tidak berspora, dan 1
isolat berbentuk basil, Gram positif,
tidak berkapsul, tidak berspora.
SARAN
Perlu dilakukan penelitian lebih
lanjut mengenai kemampuan aktifitas
isolat bakteri proteolitik serta identifikasi
bakteri
proteolitik
sehingga
dapat
diketahui nama spesies dan hubungan
kekerabatannya.
DAFTAR PUSTAKA
Budiyanto, M.A.K. 2004. Mikrobiologi
Terapan. Malang: Universitas
Muhammadiyah Press.
Fardiaz, S. 1987. Mikrobiologi Pangan I.
Bogor : Fakultas Teknologi
Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Fujiwara, N. dan Yamamoto, K. 1987.
“Production of Alkalin Protease in
Low Cost Medium by Alkalophilic
Bacillus sp. and Properties of the
Enzyme”.
Jurnal
Fernment.
Technol., (Vol 3). No.65 Japan.
Hal: 345-348.
Gorlanch Lira, dan Continho. 2007.
“Population
Dynamics
And
Extracelular Enzymes Actyvity Of
Mesophilic And Thermophilic
Bacteria Isolated From Semi-Arid
Soil Of Northestren Brazil”.
Brazilian Jurnal of Microbiology.
No.38 Brazil. Hal: 135-141
Rehabilitasi,
Departemen
Kehutanan.
<http://puskonser.or.id/. Diakses:
10 Februari 2015>.
Hendarti Latifah. 2007. Menepis Kabut
Halimun. Jakarta: Yayasan Obor
Indonesia. Hal: 17.
Rakhmawati Anna, dan Yulianti Evi.
2012.
“Eksplorasi
Bakteri
Termofilik Pasca Erupsi Merapi
Sebagai
Penghasil
Enzim
Ekstraselular”. Jurnal Penelitian
Saintek (April, XVII). No.1
Yogyakarta: Fakultas Matematika
Dan Ilmu Pengetahuan Alam,
Universitas Negeri Yogyakarta.
Irwanto. 2007. Analisis Vegetasi Untuk
Pengelolaan
Kawasan
Hutan
Lindung
Pulau
Marsegu,
Kabupaten Seram Bagian Barat,
Provinsi
Maluku.
Tesis.
Yogyakarta: Program Pascasarjana
Universitas Gajah Mada.
Kusmiati, dan Priadi Dody. 2003.
“Kriopreservasi Bakteri Selulolitik
Bacillus
pumilus
dengan
Krioprotektan Berbeda”. Jurnal
BioSMART (April, V).. No.1
Bogor:
Pusat
Penelitian
Bioteknologi, LIPI. Hal: 21.
Marista Etha, Khotimah Siti, dan Linda
Riza. 2013. “Bakteri Pelarut Fosfat
Hasil Isolasi Dari Tiga Jenis Tanah
Rhizofer Tanaman Pisang Nipah
(Musa paradisaca var. Nipah) Di
Kota
Tangerang”.
Jurnal
Protobiont (Maret, II). No.2
Pontianak: Program Studi Biologi
FMIPA Universitas Tanjungpura.
Hal: 93-101.
Nadeem M.T., Butt M.S., Anjum F.M. dan
Asgher M. 2009. “Improving Bread
Quality
by
Carboxymethyl
Cellulase Application”. Jurnal
International Agri Bio. Faisalabad:
Department
of
Biochemistry,
University of Agriculture Pakistan.
Hal: 727–730.
Puskonser, 2014. Pengelolaan Koleksi dan
Pengembangan Database Mikroba
Hutan Tropika Indonesia. Bogor:
Pusat
Penelitian
dan
Pengembangan Konservasi dan
Sarah, Putra S., dan Putro H. 2009.
“Isolasi α-amilase Termostabil Dari
Bakteri Termofilik”. Prosiding
Kimia (Maret, 2) No.2 Surabaya:
Fakultas Matematika Dan Ilmu
Pengetahuan
Alam,
Institut
Teknologi Sepuluh Nopember.
Sylvia, D., Fuhrmann, J., Hartel, P. dan
Zuberer, D. 2005. Principles and
Applications of Soil Microbiology.
Pearson Education Inc.NewJersey.
Waluyo Lesmana. 2004. Mikrobiologi
Umum.
Malang:
Universitas
Muhammadiyah Press.
Widyati Enny. 2008. “Peranan Mikroba
Tanah Pada Kegiatan Rehabilitasi
Lahan Bekas Tambang”. Jurnal
Info Hutan (Agustus, V). No.2
Bogor: Pusat Litbang Hutan dan
Konservasi Alam, Departemen
Kehutanan. Hal: 151.
Widyati Enny. 2013. “Memahami Interaksi
Tanaman – Mikroba”. Jurnal Info
Hutan (Februari, VI). No.1 Bogor:
Pusat
Litbang
Hutan
dan
Konservasi Alam, Departemen
Kehutanan. Hal: 13-20