1. BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Pencemaran atau polusi bukanlah merupakan hal baru, bahkan tidak sedikit
dari kita yang sudah memahami pengaruh yang ditimbulkan oleh pencemaran/polusi
lingkungan terhadap kelangsungan dan keseimbangan ekosistem.Polusi didefinisikan
sebagai kontaminasi suatu lingkungan oleh bahan-bahan yang dapat mengganggu
kesehatan manusia, kualitas kehidupan, dan juga fungsi alami dari ekosistem.
Minyak bumi merupakan sumber energi utama yang digunakan baik pada
rumah tangga, industri maupun transportasi.Hal ini menyebabkan meningkatnya
kegiatan eksplorasi, eksploitasi, pengolahan dan transportasi produksi minyak bumi
untuk memenuhi kebutuhan manusia sehingga semakin besar pula kecenderungannya
untuk mencemari lingkungan, terutama di wilayah pesisir. Pencemaran tersebut
berasal dari buangan limbah kilang minyak, hasil sampingan dari proses produksi,
distribusi maupun transportasi.
Limbah yang dihasilkan dari kilang minyak berupa limbah cair dan limbah
padat. Produksi kilang minyak bumi sebanyak 1000 barrel per hari akan
menghasilkan limbah padat (lumpur minyak) lebih dari 2.6 barrel sedangkan di
Indonesia, produksi kilang menghasilkan minyak bumi sekitar 1,2 juta barrel per hari
yang berarti menghasilkan limbah padat sebanyak 3120 barrel per hari dan dalam
waktu satu tahun menghasilkan limbah sebanyak 1.3 juta barrel, yang 285000 barrel
diantaranya adalah limbah B3 (Bahan Berbahaya dan Beracun).
1|Page
2. Pencemaran lingkungan oleh hidrokarbon minyak bumi terus mengalami
peningkatan dan telah menimbulkan dampak yang berarti bagi makhluk
hidup.Bioremediasi salah satu upaya untuk mengurangi polutan tersebut dengan
bantuan organisme.Bioremediasi adalah proses bioteknologi yang memanfaatkan
makhluk hidup khususnya mikroorganisme (jamur, bakteri) untuk menurunkan
konsentrasi atau daya racun. Bioremediasi bertujuan untuk memecah atau
mendegradasi zat pencemar menjadi bahan yang kurang beracun atau tidak beracun
(karbon dioksida dan air).Biodegradasi senyawa hidrokarbon dari minyak bumi ini
dapat dilakukan oleh mikroorganisme, salah satunya adalah bakteri Arthrobacter sp.
Bioremediasi merupakan pengembangan dari suatu bidang bioteknologi
lingkungan dengan memanfaatkan proses biologi dalam mengendalikan pencemaran
dengan mengurangi senyawa organik dan bahan beracun baik yang berasal dari
limbah rumah tangga maupun dari industri (Anonymous, 2009).
Ini didasarkan pada kenyataan bahwa dekomposisi komponen minyak bumi di
lingkungan laut ditentukan oleh proses transformasi dan degradasi melalui aktivitas
mikrobial. Lebih dari ratusan spesies bakteri menggunakan komponen kimia dari
minyak bumi untuk menunjang pertumbuhan dan metabolismenya.Jumlah bakteri
yang mampu mendegradasi minyak bumi, terutama senyawa hidrokarbon
(selanjutnya disebut bakteri hidrokarbonuklastik) (Pavlova, 2006).
1.2 TUJUAN
Untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Mikrobiologi Laut
Untuk menambah pengetahuan tentang bakteri hidrokarbonoklastik
Untuk menambah pengetahuan tentang bakteri Arthrobacter sp.
2|Page
3. BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Pencemaran Minyak di Laut
Pencemaran minyak terus menjadi masalah di daratan, tetapi masalah ini
menjadi jauh lebih buruk bila terjadi di laut.Sebenarnya pencemaran ini telah menjadi
masalah yang paling parah di dunia, karena dapat mengakibatkan kematian dan
masalah reproduksi dalam jangka panjang bagi banyak biota di laut. Pencemaran itu
tidak semata-mata disebabkan oleh tumpahan minyak yang terjadi sekali-sekali, tetapi
juga dari ratusan juta galon minyak yang bermuara di laut secara diam-diam yang
terjadi sepanjang tahun, kebanyakan dari sumber yang bukan disebabkan oleh
kecelakaan, tetapi dari ceceran minyak di daratan dan limbah dari pemukiman
maupun industri.
Limbah yang dihasilkan dari kilang minyak berupa limbah cair dan limbah
padat. Produksi kilang minyak bumi sebanyak 1000 barrel per hari akan
menghasilkan limbah padat (lumpur minyak) lebih dari 2.6 barrel sedangkan di
Indonesia, produksi kilang menghasilkan minyak bumi sekitar 1,2 juta barrel per hari
yang berarti menghasilkan limbah padat sebanyak 3120 barrel per hari dan dalam
waktu satu tahun menghasilkan limbah sebanyak 1.3 juta barrel, yang 285.000 barrel
diantaranya adalah limbah B3 (Bahan Berbahaya dan Beracun).
Limbah lumpur minyak bumi berpengaruh pada ekosistem pesisir baik
terumbu karang, mangrove maupun biota air, baik yang bersifat lethal (mematikan)
maupun sublethal (menghambat pertumbuhan, reproduksi dan proses fisiologis
lainnya). Hal ini karena adanya senyawa hidrokarbon yang terkandung di dalam
minyak bumi, yang memiliki komponen senyawa kompleks, termasuk didalamnya
3|Page
4. Benzena, Toluena, Ethilbenzena dan isomer Xylena (BTEX), merupakan senyawa
aromatik dalam jumlah kecil dalam hidrokarbon, namun pengaruhnya sangat besar
terhadap pencemaran, perairan. Kasus yang terjadi, minyak di Guilt of Eilat (Red
Sea) telah merusak gonad Stylophora pistillata, menurunkan survival rate koloni-
koloni karang dan menurunkan jumlah produksi planula serta tumpahan minyak
diesel dan minyak "Bunker C" Witwater di daerah Panama 1968 menyebabkan benih-
benih Avicennia dan Rhizophora sp. serta berbagai invertebrata, penyu, burung dan
alga yang hidup di daerah intertidal mangrove mati, serta banyak kasus lain seperti
tumpahan minyak bahan bakar pembangkit listrik tenaga gas uap (PLTGU) yang
bersumber dari kapal tongkang pengangkut minyak (Kompas, 21 Februari 2004).
Semua itu berpengaruh buruk bagi lingkungan perairan khususnya biota yang ada
didalamnya, sehingga menyebabkan turunnya produktivitas sumberdaya
perikanan.Oleh karena itu, upaya penanggulangannya mutlak harus dilakukan.
2.2 Sejarah Penemuan Bakteri Arthrobacter sp
Pembersihan atas pencemaran itu telah menimbulkan masalah yang luas dan
mahal bagi lingkungan.Namun, Profesor Eugene Rosenberg dari Universitas Tel
Aviv di Israel telah menemukan suatu larutan organik yang efektif.Di dalam risetnya
beliau menemukan suatu jasad renik bersel tunggal dalam jumlah besar yang
dinamakan bakteri arthobactor yang dapat menguraikan dan membersihkan minyak,
dan hanya menyisakan air yang jernih sebagai hasil akhirnya. Larutan pembersih
minyak yang diproduksi oleh perusahaannya, BioPetroClean, dapat menangani air
dan tanah yang tercemar, tempat penimbunan minyak, serta kapal tangki pembawa
minyak. Larutan itu dirancang untuk dapat memenuhi standar lingkungan saat ini
maupun yang akan datang dengan biaya rendah, delapan kali lebih murah daripada
pembersihan dengan perangkat mekanis.
4|Page
5. Sebagai pelopor dalam penggunaan bakteri untuk tujuan pembersihan
pencemaran minyak pada kapal tangki minyak, pipa saluran, serta di pantai-pantai,
Profesor Rosenberg mendapatkan Penghargaan Proctor and Gamble bidang
Mikorbiologi Terapan dan Lingkungan dari American Society of Microbiology pada
tahun 2003. Pengabdiannya terhadap pekerjaannya telah membantu mengatasi sebuah
persoalan lingkungan yang serius serta memberi sumbangan yang sangat berharga
bagi pemulihan planet kita yang cantik.
Para ilmuwan bereksperimen untuk menciptakan mikrobakteri yang dapat
melahap minyak.Masih dibutuhkan penelitian lebih lanjut, tapi bila bakteri telah
berhasil dikembangbiakkan, maka bakteri tersebut bisa dimanfaatkan untuk
membersihkan tumpahan minyak mentah di sepanjang lepas pantai tanpa ada risiko
membahayakan lingkungan.
Kami tengah menggali semua kemungkinan untuk mengoptimalkan
bakteri.Pengelolaan tumpahan minyak ini bergantung pada tempat minyak
berada.Sebab di Teluk Meksiko, di Alaska, atau di tempat-tempat lain, temperatur
dan tingkat salinitas berbeda, Som Somasundaran, ilmuwan dari Universitas
Columbia, menjabarkan.
Bakteri pun akan berguna untuk yang tersebar area di tanah rawa. Untuk
minyak yang tumpah di lahan berawa-rawa, harus diatasi dengan teknik khusus.Tak
dapat dibakar.Tak dapat dibom, karena kita tidak ingin merusak rawa, kata Som lagi.
Menurut Kyriakos Papadopouls, Profesor Kimia dan Teknik Biomolekuler
dari Tulane, yang menjadi pertanyaan juga adalah bagaimana kita mengatur supaya
minyak bisa dibuang. (Sumber: National Geographic News)
5|Page
6. 2.3 Arthrobacter sp
Arthrobacter specie
Arthrobacter chlorophenolicus
Scientific classification
Kingdom: Bacteria
Phylum: Actinobacteria
Order: Actinomycetales
Family: Micrococcaceae
Genus: Arthrobacter
Conn & Dimmick, 1947
Arthrobacter (dari "tongkat jointed kecil", Yunani) adalah aerob obligat
Gram-positif yang batang selama pertumbuhan eksponensial dan cocci dalam fase
diam mereka.
6|Page
7. Koloni Arthrobacter memiliki pusat metalik kehijauan pada garam mineral pyridone
kaldu diinkubasi pada 20 属 C (68 属 F).Genus ini khas karena kebiasaan yang tidak
biasa dari "divisi gertakan" di mana pecah dinding luar sel bakteri pada sendi (sesuai
namanya).Mikrobiologi merujuk pada jenis pembelahan sel di mana batang masuk ke
cocci sebagai pengembalian.Di bawah mikroskop, sel-sel membagi muncul sebagai
chevrons ("V" bentuk).Karakteristik penting lainnya adalah bahwa hal itu dapat
menggunakan pyridone sebagai sumber karbon sendiri, dan bahwa cocci yang tahan
terhadap kekeringan dan kelaparan.
Satu spesies, crystallopoieties A., telah terbukti mengurangi kadar kromium
heksavalen di tanah yang terkontaminasi, menunjukkan bahwa itu mungkin berguna
dalam bioremediasi.
Arthrobacter chlorophenolicus sp, spesies yang mampu menurunkan
konsentrasi tinggi dari 4-klorofenol, mungkin juga berguna dalam
bioremediasi.Arthrobacter sp. ketegangan R1 telah terbukti tumbuh pada berbagai
senyawa aromatik, termasuk senyawa homocyclic, seperti hydroxybenzoates, serta N-
heterocycles, termasuk piridin dan picoline.
Arthrobacter sp H65-7 menghasilkan enzim inulase II yang mengubah inulin
menjadi anhidrida difructose (DFA).DFA adalah nutrisi yang menjanjikan untuk
memerangi osteoporis, karena membantu penyerapan kalsium dalam usus.
2.4 Pengolahan Limbah Minyak Bumi
Pengolahan limbah minyak bumi dilakukan secara fisika, kimia dan biologi.
Pengolahan secara fisika dilakukan untuk pengolahan awal yaitu dengan cara
7|Page
8. melokalisasi tumpahan minyak menggunakan pelampung pembatas (oil booms), yang
kemudian akan ditransfer dengan perangkat pemompa (oil skimmers) ke sebuah
fasilitas penerima "reservoar" baik dalam bentuk tangki ataupun balon dan
dilanjutkan dengan pengolahan secara kimia, namun biayanya mahal dan dapat
menimbulkan pencemar baru. Pengolahan limbah secara biologi merupakan alternatif
yang efektif dari segi biaya dan aman bagi lingkungan.Pengolahan dengan metode
biologis disebut jugabioremediasi, yaitu biotek-nologi yang memanfaatkan makhluk
hidup khususnya mikroorganisme untuk menurunkan konsentrasi atau daya racun
bahan pencemar (Kepmen LH No. 128, 2003).
Mikroorganisme, terutama bakteri yang mampu mendegradasi senyawa yang
terdapat di dalam hidrokarbon minyak bumi disebut bakteri
hidrokarbonoklastik.Bakteri ini mampu men-degradasi senyawa hidrokarbon dengan
memanfaatkan senyawa tersebut sebagai sumber karbon dan energi yang diperlukan
bagi pertumbuhannya.Mikroorga-nisme ini mampu menguraikan komponen minyak
bumi karena kemampuannya mengoksidasi hidrokarbon dan menjadikan hidrokarbon
sebagai donor elektronnya. Mikroorganisme ini berpartisipasi dalam pembersih-an
tumpahan minyak dengan mengoksidasi minyak bumi menjadi gas karbon dioksida
(CO2), bakteri pendegradasi minyak bumi akan menghasilkan bioproduk seperti asam
lemak, gas, surfaktan, dan biopolimer yang dapat meningkatkan porositas dan
permeabilitas batuan reservoir formasi klastik dan karbonat apabila bakteri ini
menguraikan minyak bumi.
2.4.1 Bioremediasi
Bioremediasi merupakan pengembangan dari suatu bidang bioteknologi
lingkungan dengan memanfaatkan proses biologi dalam mengendalikan pencemaran
8|Page
9. dengan mengurangi senyawa organik dan bahan beracun baik yang berasal dari
limbah rumah tangga maupun dari industri (Anonymous, 2009).
Bioremediasi merupakan penggunaan mikroorganisme untuk
mengurangi polutan di lingkungan. Saat bioremediasi terjadi, enzim-enzim yang
diproduksi oleh mikroorganisme memodifikasi polutan beracun dengan mengubah
struktur kimia polutan tersebut, sebuah peristiwa yang disebut biotransformasi. Pada
banyak kasus, biotransformasi berujung pada biodegradasi, dimana polutan beracun
terdegradasi, strukturnya menjadi tidak kompleks, dan akhirnya
menjadi metabolit yang tidak berbahaya dan tidak beracun.
Sejak tahun 1900an, orang-orang sudah menggunakan mikroorganisme untuk
mengolah air pada saluran air.Saat ini, bioremediasi telah berkembang pada
perawatan limbah buangan yang berbahaya (senyawa-senyawa kimia yang sulit untuk
didegradasi), yang biasanya dihubungkan dengan kegiatan industri. Yang termasuk
dalam polutan-polutan ini antara lain logam-logam berat, petroleum hidrokarbon, dan
senyawa-senyawa organik terhalogenasi seperti pestisida, herbisida, dan lain-lain.
Banyak aplikasi-aplikasi baru menggunakan mikroorganisme untuk mengurangi
polutan yang sedang diujicobakan.Bidang bioremediasi saat ini telah didukung oleh
pengetahuan yang lebih baik mengenai bagaimana polutan dapat didegradasi oleh
mikroorganisme, identifikasi jenis-jenismikroba yang baru dan bermanfaat, dan
kemampuan untuk meningkatkan bioremediasi melalui teknologi genetik.Teknologi
genetik molekular sangat penting untuk mengidentifikasi gen-gen yang
mengkode enzim yang terkait pada bioremediasi.Karakterisasi dari gen-gen yang
bersangkutan dapat meningkatkan pemahaman kita tentang bagaimana mikroba-
mikroba memodifikasi polutanberacun menjadi tidak berbahaya.
Strain atau jenis mikroba rekombinan yang diciptakan di laboratorium dapat
lebih efisien dalam mengurangi polutan. Mikroorganisme rekombinan yang
diciptakan dan pertama kali dipatenkan adalahbakteri "pemakan minyak".Bakteri ini
dapat mengoksidasi senyawa hidrokarbon yang umumnya ditemukan pada minyak
9|Page
10. bumi. Bakteri tersebut tumbuh lebih cepat jika dibandingkan bakteri-bakteri jenis lain
yang alami atau bukan yang diciptakan di laboratorium yang telah diujicobakan.
Akan tetapi, penemuan tersebut belum berhasil dikomersialkan karena strain
rekombinan ini hanya dapat mengurai komponen berbahaya dengan jumlah yang
terbatas. Strain inipun belum mampu untuk mendegradasi komponen-komponen
molekular yang lebih berat yang cenderung bertahan di lingkungan.
2.4.1.1 Jenis-jenis bioremediasi
Jenis-jenis bioremediasi adalah sebagai berikut:
Biostimulasi
Nutrien dan oksigen, dalam bentuk cair atau gas, ditambahkan ke dalam air
atau tanah yang tercemar untuk memperkuat pertumbuhan dan
aktivitas bakteri remediasi yang telah ada di dalam air atau tanah tersebut.
Bioaugmentasi
Mikroorganisme yang dapat membantu membersihkan kontaminan tertentu
ditambahkan ke dalam air atau tanah yang tercemar.Cara ini yang paling
sering digunakan dalam menghilangkan kontaminasi di suatu tempat. Namun
ada beberapa hambatan yang ditemui ketika cara ini digunakan. Sangat sulit
untuk mengontrol kondisi situs yang tercemar agar mikroorganisme dapat
berkembang dengan optimal.Para ilmuwan belum sepenuhnya mengerti
seluruh mekanisme yang terkait dalam bioremediasi, dan mikroorganisme
yang dilepaskan ke lingkungan yang asing kemungkinan sulit untuk
beradaptasi.
Bioremediasi Intrinsik
Bioremediasi jenis ini terjadi secara alami di dalam air atau tanah yang
tercemar.
10 | P a g e
11. 2.4.2 Biodegradasi
Biodegradasi adalah istilah yang digunakan dalam ekologi untuk
menggambarkan proses biokimia yang cenderung membawa zat organik, yang
dihasilkan secara langsung atau tidak langsung darifotosintesis dalam zat anorganik.
Biodegradasi memainkan membalikkan dengan fotosintesis dan proses biosintesis
berikutnya yang menimbulkan biomassa .Sementara fotosintesis menghasilkan
molekul organik dari molekul anorganik, mengurangi biodegradasi molekul organik
yang kompleks menjadi sederhana konstituen secara bertahap untuk akhirnya
membawa mereka ke tahap anorganik.
Fenomena biodegradasi sangat penting untuk lingkungan yang harus bebas
dari sampah dan limbah untuk membuat jalan bagi kehidupan baru.Pohon-pohon,
tanaman, alga, bahwa semua organisme fotosintetik, berkat matahari mampu
menyerap karbon dioksida di atmosfer dan menggunakannya untuk mensintesis gula,
molekul organik di dasar semua zat organik banyak di biosfer. Melalui rantai
makanan , aliran zat dan energi melewati dari tanaman ( produsen ) ke herbivora (
konsumen primer ) dan dari ini ke karnivora ( konsumen sekunder ).
Biodegradasi dilakukan oleh dekomposer , mikro-organisme
( jamur , bakteri , protozoa ) yang tumbuh pada bahan organik mati, atau produk
limbah dari ' ekosistem . Dari sudut pandang kimia, degradasi adalah oksidasi
senyawa organik. Proses oksidasi yang paling penting adalah respirasi telepon yang
memungkinkan pelepasan karbon dioksida dan penutupan siklus biogeokimia karbon.
2.5 Transpor Hidrokarbon Oleh Bakteri
Terdapat 3 (tiga) cara transpor hidrokarbon ke dalam sel bakteri secara umum
yaitu :
11 | P a g e
12. 1. Interaksi sel dengan hidrokarbon yang terlarut dalam fase air. Pada kasus ini,
umumnya rata-rata kelarutan hidrokarbon oleh proses fisika sangat rendah
sehingga tidak dapat mendukung.
2. Kontak langsung sel dengan permukaan tetesan hidrokarbon yang lebih besar
dari pada sel mikroba. Pada kasus yang kedua ini, perlekatan dapat terjadi
karena sel bakteri bersifat hidrofobik. Sel mikroba melekat pada permukaan
tetesan hidrokarbon yang lebih besar dari pada sel dan pengambilan substrat
dilakukan dengan difusi atau transpor aktif. Perlekatan ini terjadi karena
adanya biosurfaktan pada membran sel bakteri Pseudomonas.
3. Interaksi sel dengan tetesan hidrokarbon yang telah teremulsi atau
tersolubilisasi oleh bakteri. Pada kasus ini sel mikroba dapat berinteraksi
dengan partikel hidrokarbon yang lebih kecil daripada sel. Hidrokarbon dapat
teremulsi dan tersolubilisasi dengan adanya biosurfaktan yang dilepaskan
oleh bakteri pseudomonas ke dalam medium (Pikoli, M. R., P. Aditiawati, &
D. I. Astuti, 2000).
2.6 Mekanisme Degradasi Hidrokarbon di Dalam Sel Bakteri Arthrobacter sp
Berikut adalah reaksi degradasi Senyawa hidrokarbon fraksi aromatik oleh
bakteri yang diawali dengan pembentukan Protocatechuate atau catechol atau
senyawa yang secara struktur berhubungan dengan senyawa ini. Kedua senyawa ini
selanjutnya didegradasi menjadi senyawa yang dapat masuk ke dalam siklus Krebs
(siklus asam sitrat), yaitu suksinat, asetil KoA, dan piruvat.
12 | P a g e
13. BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Pencemaran lingkungan oleh hidrokarbon minyak bumi terus mengalami
peningkatan dan telah menimbulkan dampak yang berarti bagi makhluk
hidup.Bioremediasi salah satu upaya untuk mengurangi polutan tersebut dengan
bantuan organisme.Mikroorganisme, terutama bakteri yang mampu mendegradasi
senyawa yang terdapat di dalam hidrokarbon minyak bumi disebut bakteri
hidrokarbonoklastik.Bakteri ini mampu men-degradasi senyawa hidrokarbon dengan
memanfaatkan senyawa tersebut sebagai sumber karbon dan energi yang diperlukan
bagi pertumbuhannya.Mikroorga-nisme ini mampu menguraikan komponen minyak
bumi karena kemampuannya mengoksidasi hidrokarbon dan menjadikan hidrokarbon
sebagai donor elektronnya. Mikroorganisme ini berpartisipasi dalam pembersih-an
13 | P a g e
14. tumpahan minyak dengan mengoksidasi minyak bumi menjadi gas karbon dioksida
(CO2), bakteri pendegradasi minyak bumi akan menghasilkan bioproduk seperti asam
lemak, gas, surfaktan, dan biopolimer yang dapat meningkatkan porositas dan
permeabilitas batuan reservoir formasi klastik dan karbonat apabila bakteri ini
menguraikan minyak bumi.
3.2 Saran
Bakteri hidrokarbonoklastik diantaranya adalah Pseudomonas, Arthrobacter,
Alcaligenes, Brevibacterium, Brevibacillus, dan Bacillus.Bakteri-bakteri tersebut
banyak tersebar di alam, termasuk dalam perairan atau sedimen yang tercemar oleh
minyak bumi atau hidrokarbon.Kita perlu melakukan penelitian tentang bakteri
hidrokarbonoklastik tersebut, apakah efektif dalam mengurangi polutan, dan apakah
aman saat mikroorganisme itu dilepaskan ke lingkungan.
Kemudian kita perlu mengisolasi bakteri hidrokarbonoklastik tersebut dari
alam dan mengkulturnya, selanjutnya kita bisa menggunakannya sebagai peng-olah
limbah minyak bumi yang efektif dan efisien, serta ramah lingkungan.
14 | P a g e
