14-mikroorganisme dan lingkungan
14-mikroorganisme dan lingkungan
14-mikroorganisme dan lingkungan
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
By:<br />
Nimas Mayang Sabrina S., STP, MP, MSc
Outline<br />
-> Sejarah<br />
-> Mikroba Lingkungan<br />
-> Bioremediasi
2800 SM India, Kepulauan Orkney (Scotland), Pulau<br />
Crete <strong>dan</strong> Lembah Eufrat telah membuat<br />
saluran pembuangan limbah cair rumah<br />
tangga.<br />
Awal Masehi<br />
Roma membangun tandon air bersih dengan<br />
saluran dari pipa timah.<br />
Awal abad 4M<br />
Roma telah didirikan jamban umum di pusat-pusat<br />
aktivitas penduduk.<br />
Abad 6 M<br />
Kertas toilet (tisu) sudah digunakan di Cina.<br />
2500 SM Pipa berbahan logam digunakan di Mesir <strong>dan</strong> 2000 SM<br />
di istana Knossos Crete.
• 1665 Robert Hooke menggunakan lensa sederhana untuk<br />
melihat sel mati dari tutup botol (gabus).<br />
• 1676 Anthony van Leuwenhoeck mampu melihat benda<br />
menggunakan mikroskop sederhana hingga perbesaran<br />
~300-500.<br />
• 1841 Ignaz Semmelweis (Austria) memulai karir untuk<br />
dokter rumah sakit bersalin, <strong>dan</strong> menyadari kematian ibu<br />
<strong>dan</strong> anak setelah persalinan 18% berasal dari infeksi darah<br />
oleh streptococcus. ---pelopor sanitasi.<br />
• 1859 Louis Pasteur menggunakan tabung gelas leher<br />
angsa yang menghubungkan udara luar dengan bejana<br />
berisi kaldu yang sudah direbus.
1970-an, dikenalkan mikrobiologi <strong>lingkungan</strong> dengan<br />
pokok tinjauan pada kesehatan masyarakat <strong>dan</strong><br />
<strong>lingkungan</strong> <strong>dan</strong> terus berkembang hingga mencakup<br />
bi<strong>dan</strong>g yang luas <strong>dan</strong> berkait dengan bi<strong>dan</strong>g ilmu lainnya.<br />
Hurst et al. (1997) mendefinisikan bahwa mikrobiologi<br />
<strong>lingkungan</strong> merupakan studi tentang keberadaan mikroba<br />
pada <strong>lingkungan</strong> alami maupun buatan.<br />
Maier et al. (1999) mikrobiologi <strong>lingkungan</strong> didefinisikan<br />
sebagai ilmu yang mempelajari pengaruh penerapan mikroba<br />
pada <strong>lingkungan</strong>, aktivitas, kesehatan <strong>dan</strong> kesejahteraan<br />
manusia.
Ekologi Mikroba<br />
•<br />
Bi<strong>dan</strong>g yang erat terkait <strong>dan</strong> seringkali dipersepsikan sama<br />
dengan mikrobiologi <strong>lingkungan</strong> yaitu: EKOLOGI MIKROBA<br />
Ekologi mikroba yaitu ilmu yang mempelajari interrelasi<br />
atau interaksi antara mikroba dengan <strong>lingkungan</strong>nya baik<br />
<strong>lingkungan</strong> biotik maupun abiotik.
Outline<br />
-> Sejarah<br />
-> Mikroba Lingkungan<br />
-> Bioremediasi
Mikroba Lingkungan<br />
Mikroba yang paling<br />
banyak berperan dalam<br />
<strong>lingkungan</strong>
Mikroba Lingkungan<br />
1. Archaea<br />
merupakan bakteri yang dapat hidup pada<br />
kondisi yang ekstrim<br />
A. Mikroba Termofilik<br />
•Organisme prokariot (bakteri, alga hijau-biru)<br />
lebih toleran terhadap temperatur tinggi<br />
dibanding eukariot<br />
•Termofil: organisme yg tumbuh pd >55 o C<br />
•Termofil ekstrim : Tumbuh di atas 75 o C<br />
•Termofil moderat : temp 55 - 75 o C
Mikroba Lingkungan<br />
B. Mikroba Barofilik<br />
‣ Lingk tekanan hidrostatik tinggi umumnya ditemukan di<br />
perairan dalam <strong>dan</strong> di pengeboran sumur dalam<br />
‣ Di <strong>lingkungan</strong> akuatik, tekanan meningkat +1 atm untuk setiap<br />
10 m kedalaman<br />
‣ Pd bbrp sumur minyak bumi, tekanan mencapai 400 atm <strong>dan</strong><br />
temp 60 – 105 o C<br />
‣ Mikroba barofilik : mikroba yg hidup di lingk dgn tekanan tinggi<br />
* tekanan 400 – 500 atm : barofilik<br />
* tekanan 1 - < 400 atm : eurybaric / baroduric<br />
(barotolerant)<br />
‣ Pseudomonas bathycetes mampu mentoleransi tekanan 1.000<br />
atm
Mikroba Lingkungan<br />
C. Mikroba Xerofilik<br />
• Mikroba : bakteri, yeast, fungi, alga selain mikroba<br />
halofilik ekstrim<br />
• Laju pertumb mikroba xerofilik biasanya lebih<br />
lambat <strong>dan</strong> waktu germinasi spora lebih pendek<br />
drpd mikroba non-xerofilik<br />
• Torulopsis halonitratophila yg diisolasi dr fermentasi<br />
kecap mrpk yeast halofilik , obligat pd 30 o C tetapi<br />
dia juga ditemukan halotolerant pd 20 o C<br />
• Jadi sifat2 mikroba spt ini bervariasi dlm temp <strong>dan</strong><br />
aw
Mikroba Lingkungan<br />
D. Mikroba Halofilik Ekstrim<br />
Contoh bakteri halofilik ekstrem yg tumbuh dalam NaCl<br />
jenuh adl archaebacteria Gram -- Halobacterium <strong>dan</strong><br />
Halococcus. Konsentrasi NaCl minimum 2,5 – 3.0 M <strong>dan</strong><br />
optimal 4 – 5 M NaCl<br />
Kedua bakteri di atas tidak autolisis meskipun pd medium<br />
dgn konsentrasi garam rendah atau dalam akuades.<br />
Struktur permukaan sel yang kaku <strong>dan</strong> tebal mengandung<br />
polisakarida dgn rasio 1/3 sampai ½ drpd struktur<br />
Polisakarida tersusun dr asam uronat dari glukosamin <strong>dan</strong><br />
galaktosamin, <strong>dan</strong> asam uronat diduga memiliki fungsi yg<br />
sama dengan asam muramat dalam dinding sel eubacteria
Mikroba Lingkungan<br />
2. Fungi<br />
• Cendawan : organisma berfilamen, non-fotosintetik,<br />
merupakan organisma heterotrofik, eukaryotik.<br />
Struktur satuan selulernya berupa hifa yang<br />
merupakan bentukan seperti benang tubular,<br />
tunggal.<br />
• Dinding sel cendawan tersusun oleh khitin mikrofibril<br />
semikristalin yang terpadu dengan mathriks amorf -<br />
glukan, mungkin juga protein<br />
• Secara umum talus cendawan terdiri dari 2 bagian<br />
yaitu miselium <strong>dan</strong> spora. Sebagaimana diutarakan<br />
di atas bahwa miselium tersusun oleh jalinan hifa.<br />
• Dalam <strong>lingkungan</strong> berfungsi sebagai dekomposer
Kerusakan buah strawberry akibat fungi
Mikroba Lingkungan<br />
3. Simbiosis antara:<br />
Jamur<br />
Bakteri<br />
Organisme tingkat tinggi
Interaksi bakteri-tumbuhan,<br />
infeksi<br />
Agrobacterium tumefaciens (kiri),<br />
pembentukan bintil akar akibat<br />
interaksi Rhizobium-tumbuhan<br />
(tengah <strong>dan</strong> kanan).
Koloni mikroba dari<br />
tanah pada perakaran<br />
tumbuhan yang berbeda
Interaksi tumbuhan Rhododendron dengan lichene
Lichene pada permukaan batuan
Lichene pada permukaan batuan
Outline<br />
-> Sejarah<br />
-> Mikroba Lingkungan<br />
-> Bioremediasi
Limbah pencemar di <strong>lingkungan</strong>
Berbagai metode penanggulangan<br />
limbah pencemar<br />
• Secara fisik<br />
• Secara kimiawi<br />
• Secara biologi<br />
– Bioteknologi pengolahan limbah<br />
pencemar (Bioremediasi)
Bioremidiasi<br />
Bioremediasi merupakan suatu upaya<br />
pemulihan kondisi <strong>lingkungan</strong> dengan<br />
menggunakan aktivitas biologis untuk<br />
mendegradasi <strong>dan</strong>/atau menurunkan toksisitas<br />
dari berbagai senyawa pencemar.<br />
Mikroorganisme dari kelompok bakteri,<br />
khamir, <strong>dan</strong> kapang merupakan kelompok<br />
utama yang berperan penting dalam<br />
bioremediasi limbah pencemar di <strong>lingkungan</strong><br />
This Powerpoint is hosted on www.worldofteaching.com<br />
Please visit for 1000+ free powerpoints
Bioremidiasi<br />
Teknologi bioremediasi oleh mikroba merupakan hasil<br />
pemikiran yang sistematik dari integrasi berbagai bi<strong>dan</strong>g<br />
ilmu, antara lain mikrobiologi, ekologi, fisiologi, biokimia,<br />
<strong>dan</strong> genetika yang dipadukan dengan menggunakan<br />
prinsip rekayasa untuk memaksimumkan reaksi metabolik<br />
mikroba yang diinginkan dalam pemulihan <strong>lingkungan</strong><br />
yang tercemar.<br />
Pemahaman tentang mikrobiologi <strong>dan</strong> <strong>lingkungan</strong>nya<br />
merupakan faktor penting dalam perkembangan teknologi<br />
biodegradasi.<br />
Kunci utama penentu keberhasilan pengolahan limbah<br />
pencemar di <strong>lingkungan</strong> secara biologi adalah mengetahui<br />
faktor-faktor yang berinteraksi dalam biodegradasi itu<br />
sendiri.
Advantages of bioremediation<br />
• Can be done on site<br />
• Keeps site disruption to a minimum<br />
• Eliminates transportation cost and liabilities<br />
• Eliminates waste permanently<br />
• Eliminates long term liability<br />
• Biological systems, often less expensive, are used<br />
• Can be coupled with other treatment techniques<br />
into a treatment train
Bioremediasi didasarkan pada suatu<br />
pemahaman atas tiga prinsip utama yaitu:<br />
(1) pengetahuan tentang fisiologi mikroba meliputi proses<br />
metabolisme yang mengarah pada detoksifikasi senyawa<br />
berbahaya <strong>dan</strong> pengendalian genetik mikroba yang<br />
mengontrol fungsi-fungsi tersebut;<br />
(2) pengetahuan tentang ekologi mikroba yang meliputi<br />
struktur <strong>dan</strong> fungsi dari komunitas mikroba di alam;<br />
(3) pengetahun tentang kerekayasaan (engineering) yaitu caracara<br />
aplikasi proses-proses metabolisme mikroba di alam<br />
sesuai dengan yang diinginkan.
Bioremediasi mempunyai dua tujuan yaitu<br />
menstimulasi pertumbuhan mikroba baik yang indigenus<br />
yaitu mikroba asli maupun non indigenus non indigenus<br />
atau mikroba yang sengaja dimasukkan dari luar ke<br />
daerah yang terkontaminasi, <strong>dan</strong><br />
menciptakan kondisi <strong>lingkungan</strong> yang sesuai untuk<br />
meningkatkan intensitas kontak langsung antara mikroba<br />
dengan senyawa kontaminan di <strong>lingkungan</strong> baik yang<br />
terlarut maupun yang terikat oleh partikel untuk<br />
mengalami biotransformasi, biodegradasi, bahkan sampai<br />
biomineralisasi.
Keberhasilan bioremediasi bergantung<br />
pada banyak faktor diantaranya<br />
• karakteristik substrat pencemar yang akan<br />
didegradasi oleh mikroba.<br />
• keanekaragaman mikroba indigenus <strong>dan</strong> non<br />
indigenus potensial pendegradasi limbah pencemar,<br />
• faktor biotik <strong>dan</strong> abiotik <strong>lingkungan</strong> yang<br />
mempengaruhi aktivitas biodegradasi limbah<br />
pencemar
Aplikasi kajian mikroba dalam bioremediasi<br />
limbah pencemar di <strong>lingkungan</strong> meliputi :<br />
• Eksplorasi mikroba potensial dari <strong>lingkungan</strong> alami<br />
terutama dari kawasan tercemar.<br />
• Isolasi, karakterisasi, <strong>dan</strong> identifikasi mikroba potensial<br />
pendegradasi limbah pencemar.<br />
• Uji aktivitas mikroba dalam mendegradasi limbah<br />
pencemar.<br />
• Pengukuran faktor-faktor yang memengaruhi proses<br />
degradasi oleh mikroba<br />
• Studi mekanisme interaksi mikroba dengan substrat<br />
pencemar<br />
• Pencarian kondisi optimum yang dibutuhkan oleh mikroba<br />
dalam mendegradasi limbah pencemar.
Aplikasi kajian mikroba dalam bioremediasi<br />
limbah pencemar di <strong>lingkungan</strong> meliputi :<br />
• Deteksi hasil metabolisme dari proses biodegradasi.<br />
• Eksplorasi gen-gen yang bertanggung jawab dalam proses<br />
biodegradasi.<br />
• Pengembangan metode pembuatan konsorsium mikroba<br />
potensial pendegradasi limbah pencemar<br />
• Pengembangan metode inokulasi mikroba potensial ke<br />
<strong>lingkungan</strong> tercemar.<br />
• Monitoring viabilitas <strong>dan</strong> aktivitas mikroba (indigenus <strong>dan</strong><br />
non indigenus) dalam mendegradasi limbah pencemar.
Hasil penelitian<br />
Aplikasi metode bioremediasi dalam<br />
penanggulangan pencemaran memberikan hasil<br />
yang bervariasi<br />
– Memacu<br />
– Menghambat ???<br />
– Tidak berpengaruh ???<br />
Bioremediasi tetap merupakan alternatif yang paling aman<br />
meskipun membutuhkan biaya yang mahal
Bioremediation technologies can be<br />
broadly classified as :<br />
– Ex situ technique<br />
• Are those treatment modalities which involve the physical<br />
removal of the contaminated material to another area<br />
(possibly within the site) for treatment<br />
• Examples : Bioreactors, land farming, composting, some<br />
form of solid phase treatment<br />
– In situ technique<br />
• Involve treatment of the contaminated material in place<br />
• Examples : Bioventing for the treatment of contaminated<br />
soils and biostimulation of indigenous aquifer<br />
microorganism
Bioremediation treatment technologies<br />
Treatments<br />
Definition<br />
Bioaugmentation Addition of bacterial cultures to a<br />
contaminated medium; frequently used in<br />
bioreactors and ex situ systems<br />
Biofilters<br />
Biostimulation<br />
Bioreactors<br />
Bioventing<br />
Use of microbial stripping columns to treat<br />
air emission<br />
Stimulation of indigenous microbial<br />
populations in soils and/ or ground water;<br />
may be done in situ or ex situ<br />
Biodegradation in a container or reactor;<br />
may be used to treat liquids or slurries<br />
Methods of treating contaminated soils by<br />
drawing oxygen through the soil to<br />
stimulate microbial growth and activity
Bioremediation treatment technologies<br />
Treatments<br />
Definition<br />
Composting<br />
Land farming<br />
Aerobic, thermophilic treatment<br />
process in which contaminated<br />
materials is mixed with a bulking<br />
agent; can be done using static piles,<br />
aerated piles, or continuously fed<br />
reactor<br />
Solid-phase treatment systems for<br />
contaminated soils; may be done in<br />
situ or in a constructed soil treatment<br />
cell
Pencemaran di <strong>lingkungan</strong><br />
Bioremediasi<br />
Biodegradasi<br />
Mikroorganisme<br />
Jenis substrat<br />
Faktor <strong>lingkungan</strong> yang menjamin<br />
Survival mikroba <strong>dan</strong> interaksinya<br />
Monitoring
Metode bioremediasi
Metode bioremediasi in situ
Tahapan bioremediasi tanah
Tahapan bioremediasi tanah
Eksplorasi mikroba potensial<br />
• Eksplorasi mikroba potensial yang dapat<br />
digunakan sebagai agen dalam bioremediasi<br />
umumnya dilakukan pada <strong>lingkungan</strong> yang<br />
terkontaminasi oleh limbah pencemar baik di<br />
tanah maupun di perairan.<br />
• Kegiatan tersebut diarahkan selain untuk<br />
mendapatkan koleksi isolat mikroba indigenus juga<br />
untuk mengurangi kemungkinan terjadinya<br />
interaksi negatif ketika dilakukan penambahan<br />
mikroba potensial tersebut ke suatu <strong>lingkungan</strong><br />
tercemar.