BIO1101 Kuliah 8 Bioremediasi dan Fungsi Hayati Mikrob PDF

Department of Biology BIOREMEDIASI: FUNGSI HAYATI BAKTERI, ALGA DAN CENDAWAN https://www.youtube.com/watch?v=c2pQ9guh27s KULIAH KE 8 BIO1101 PPKU 2024/2025  Bioremediasi: Capaian Pembelajaran Dapat menjelaskan  Mekanisme bioremediasi oleh mikr...

Department of Biology BIOREMEDIASI: FUNGSI HAYATI BAKTERI, ALGA DAN CENDAWAN https://www.youtube.com/watch?v=c2pQ9guh27s KULIAH KE 8 BIO1101 PPKU 2024/2025  Bioremediasi: Capaian Pembelajaran Dapat menjelaskan  Mekanisme bioremediasi oleh mikrob melalui pengetahuan fungsi hayatinya  Ragam dan peranan bakteri, protista dan cendawan di sekitar kita Bioremediation using microorganisms (Pal et al. 20 Remediasi dengan eceng gondok https://www.youtube.com/watch? v=FOJLHD5SwCM 2 - 31  Bioremediasi: Bahan Kajian  Pendahuluan: Definisi bioremediasi  Sumber dan pergerakan polutan  Contoh sumber polutan  Strategi penanganan polutan  Hasil biodegradasi  Fungsi hayati mikrob (bakteri, alga dan cendawan) yang dapat digunakan Das S, Dash HR. 2014. Microbial Bioremediation: A Potential Tool for Restoration of Contaminated Areas. In: Microbial Biodegradation and Bioremediation, Das S (Ed.).New York: Elsevier Inc. Bioremediasi kali sentiong, Ali M, Husain Q, Ishqi HM. 2019. Fungal Peroxidases Mediated Bioremediation of Industrial Pollutants. In: Fungal Jakarta Bioremediation: Fundamentals and Applications. Tomasini A, Leon-Santiesteban HH (Eds). Boca Raton: CRC Press https://www.youtube.com/watch?v=qVYX0ueWkvc 3 - 31  Pendahuluan: Definisi Bioremediasi Bioremediasi: - bio (hidup) dan remediasi (tindakan/proses penyembuhan) - dapat diartikan secara luas (bergantung pustaka yang dirujuk) Gabungan dari Tomasini et al. 2019, Gifford et al. 2006, Mentzer and Ebere 1996, Baggott 1993:  Penggunaan organisme atau metabolitnya untuk memulihkan lokasi yang terpapar bakteri, alga, cendawan, tumbuhan, hewan polutan (limbah beracun) Tumbuhan bunga matahari untuk Fitoremediasi (tumbuhan) mendekontami Bio- batasan nasi tanah Zoo (hewan) tercemar nuklir remediasi bahan kajian akibat gempa bumi dan BIO1101 tsunami 2011 Fikoremediasi (alga) di Jepang Mikroremediasi (bakteri & cendawan) invertebrata air tawar: polychaeta, spong, moluska bivalvia (Gifford et al. 2006) 4 - 31  Sumber dan Pergerakan serta Dampak Polutan Skema kontaminasi lingkungan, terutama air tanah dan polutan menyebar melalui berbagai jalur serta berdampak pada manusia, hewan, dan lingkungan Manusia dapat terpapar polutan melalui: 1. Inhalasi polutan udara 2. Konsumsi produk hewan tercemar 3. Konsumsi hewan perairan tercemar 4. Paparan langsung melalui aktivitas pada airShah MP. tercemar) 5 - 31 2014  Bioremediasi VS Konvensional Mekanisme dalam bioremediasi: mineralisasi, degradasi, transformasi polutan Kebocoran sumur  Bioremediasi VS fisika-kimia: minyak Pertamina di  biaya lebih rendah Karawang  tidak menghasilkan lebih banyak kontaminan  waktu lebih lama  perlu situs yang mendukung untuk perkembangan mikrob https://www.mongabay.co.id/2019/08/ 13/soal-tumpahan-minyak-pertamina- di-karawang-berikut-masukan-pakar-h  Efisiensi bioremediasi dipengaruhi banyak faktor, seperti: ukum-pertambangan/  jenis senyawa polutan  tingkat awal toksisitas polutan (konsentrasi awal)  karakteristik fisika-kimia lingkungan (pH, COD, TOC, nitrogen, fosfor, besi, dan logam ko-faktor ataupun logam penghambat, tipe tanah, total padatan yang tersuspensi jika berupa air)  mikrob yang digunakan (tunggal, konsorsium) 6 - 31  Strategi Penanggulangan Level of Intervention Natural Communities Biostimulation Bioaugmentation Microbial Attenuation Additions of water and Additions of non-native No additions nutrients to stimulate organisms growth of organism Strategi bioremediasi In situ Ex situ (Loss dan Yu 2018) Location All processing occurs at Removal of contaminated contaminated site materials for processing Cost lebih hemat biaya daripada teknik konvensional Bioaugmentation: perlu 103 cfu/gram tanah 7 - 31  Strategi Penanggulangan  Parameter hasil biodegradasi, di antaranya: pH, Remediasi dengan bakteri suhu, konsentrasi O2, dan nutrisi, serta jumlah mikroba KepMen LH no. 128/2003: menggunakan mikroba lokal https://www.youtube.com/watch?v=FOJLHD5SwCM  Hasil: Morganella morganii yang resisten terhadap merkuri dan mampu melakukan bioremediasi merkuri hingga mencapai 92.46% (Lutfi et al. 2018) 8 - 31  Bioremediasi oleh Bakteri Polutan mengalami mineralisasi, inaktivasi/imobilisasi ke bentuk tidak berbahaya Tempo.co Rabu, 19 Mei 2010 21:56 WIB Contoh mineralisasi: minyak bumi sbg sumber energi oleh Bacillus cereus, Pseudomonas, Acinetobacter 2C12H26 + 37O2 24CO2 + 26 H2O  Banyak senyawa polutan ditransformasi melalui ko-metabolisme, contoh pembentukan biosurfaktan oleh Bacillus subtilis, Pseudomonas fluorescens Penyemprotan dispersan ke sumber tumpahan minyak 9 - 31  Bioremediasi oleh Alga Alga:  akumulator logam berat (cadmium, zinc, chromium ) di permukaan sel dan vakuola  transformasi dan degradasi hidrokarbon (kelompok alkana), herbisida, and pestisida  karotenoid sangat terkait dengan kemampuan bertahan pada polutan konsentrasi tinggi 10 - 31  Bioremediasi oleh Cendawan Peranan dinding sel dan vakuola cendawan Hidrokarbon minyak bumi dan logam beracun: hasil oksidasi ekstraseluler ditranspor ke sel dan dimetabolisme lebih lanjut (hidrolisis, dehalogenasi, β-oksidasi, siklus TCA/Krebs) http://www.fungi.com/blog/ items/the-petroleum- problem.html Pertumbuhan miselium Pleurotus ostreatus pada tanah terkontaminasi Enzim ektraseluler (peroxidase enzyme family) dan  hifa minyak tidak aktif/mati dalam kondisi basah ataupun intraseluler (sitokrom P450 ) terlibat dalam kering dapat sebagai sorbent dan bersifat reversibel degradasi polutan 11 - 31  Keragaman Prokariot  2 domain prokariot: Archaea dan Bakteria  Uniseluler, beberapa spesies membentuk koloni  Ukuran 1–5 µm (sel eukariot: 10–100 µm)  Bentuk sel: kokus (coccus), batang (bacillus), dan spiral  Pewarnaan Gram: Gram negatif dan Gram positif Gram positif: peptidoglikan lebih tebal Gram negatif: struktur lebih kompleks dan peptidoglikan lebih tipis 12 - 31  Keragaman Prokariot  Beberapa Archaea hidup:  ekstrim halofil  ekstrim termofil  menghasilkan metan  anaerob obligat  Pemanfaatan metabolit archaea halofilik:  sumber protein Extreme thermophiles. Orange and  enzim hydrolase yellow colonies of thermophilic prokaryotes grow in the hot  biopolymer water of Yellowstone National Park’s Grand  surfaktan Prismatic Spring. 13 - 31  Keragaman Struktur Permukaan Sel Prokariot  Banyak yang memiliki kapsul (lapisan polisakarida atau protein)  Beberapa memperlihatkan taxis, karena memiliki flagela yang struktur dan fungsinya berbeda dengan flagela eukariot  struktur protein tidak diselubungi membran  pada bakteri patogen dapat berkontribusi sebagai faktor virulensi  Beberapa punya fimbriae atau pili untuk menempel, melekat pada substrat atau membentuk koloni  Pili sex lebih panjang dari fimbriae dan digunakan untuk pertukaran DNA 14 - 31  Keragaman Reproduksi and Adaptasi Prokariot Reproduksi cepat (setiap 1–3 jam) melalui pembelahan biner  Dapat berevolusi dengan cepat  Beberapa membentuk endospora, dapat bertahan pada lingkungan ekstrem dalam jangka waktu yang panjang Pembentuk endospora:  Bacillus anthracis: penyakit antrak pada sapi, domba, manusia  Clostridium botulinum:  endospora dimatikan dengan suhu 110– 150°C bertekanan tinggi pada produksi makanan kaleng penyakit botulism eksotoks  Potensi agen senjata biologis kematian in 15 - 31  Keragaman Metabolisme Prokariot Berdasarkan ketersediaan oksigen:  obligat aerob : membutuhkan O2 untuk respirasi  obligat seluler anaerob : O2 merupakan racun, melakukan fermentasi atau respirasi  anaerobanaerob fakultatif : dapat hidup dalam kondisi ada atau tidak ada O2 16 - 31  Keragaman Kerjasama Metabolik  Kerjasama antar prokariot membuatnya dapat menggunakan sumberdaya alam yang tak dapat digunakannya sebagai individu  Cyanobacterium, Anabaena, sel fotosintetik dan sel pemfiksasi nitrogen yang disebut heterosit bertukar produk metabolisme  Dalam fiksasi nitrogen, beberapa prokariot mengubah nitrogen (N2) di atmosfer menjadi amonia (NH3)  Pada beberapa spesies prokariotik kerjasama metabolik terjadi pada koloni yang melapisi permukaan yang disebut biofilms sel fotosintetik Sel dalam biofilm: - bertahan hidup pada periode stress - dimanfaatkan dlm imobilisasi dan degradasi heterocyte polutan pada tingkat yang relatif tinggi biofilm 17 - 31  Keragaman Peranan Prokariot Bila prokariot punah: kehidupan berbagai makhluk hidup lain akan terganggu Dekomposer, daur ulang elemen kimia dalam ekosistem, ekstraksi metal dari bijih logam  Agen utama dalam bioremediasi - Beberapa bakteri laut sbg bioakumulasi polutan dari lingkungannya - Halomonas mampu menurunkan 90% timah dan 50% cadmium  Simbiosis mutualisme: contoh dengan ikan Photoblepharon palpebratus oval berpendar  Melalui rekayasa genetik digunakan untuk sintesis mengandung bakteri bioluminescent vitamin, produksi antibiotik, hormon  Sekitar 50% jenis penyakit pada manusia disebabkan prokariot, contohnya Borrelia burgdorferi penyebab lyme disease 18 - 31  Keragaman Protista hipotesis filogeni (studi molekuler)  Keragamannya ekstrim, sulit dikategorikan  Kebanyakan uniseluler: eukariota paling sederhana hingga tingkat kompleksitas selnya analog dengan hewan dan tumbuhan  Beberapa membentuk koloni dan multiselluler  endosimbiosis menghasilkan keanekaragaman plastid pada protista  Reproduksi: aseksual atau seksual 19 - 31  Keragaman Protista Tipe nutrisi  Alga memiliki beberapa karotenoid  antioksidan (liposolubility)  tahan hidup pada radiasi tinggi  Dunaliella salina dan D. bardawil (alga hijau) mampu mensintesis β-karoten dalam kondisi buruk (sumber: Das S, Dash HR. 2014. Microbial Bioremediation)  Protista fotosintetik adalah produsen utama dalam lingkungan akuatik  Jumlah nutrien mempengaruhi jumlah protista 20 - 31  Protista: Stramenopiles  Diatom: alga uniseluler, fotosintetik, dinding selnya seperti kaca dari silika, reproduksi aseksual, kadang kadang seksual  Alga keemasan (golden algae): biflagelata, fotosintetik, beberapa heterotrofik  Alga coklat (brown algae): disebut “seaweeds”, multiseluler, kebanyakan hidup di laut Diatom: Triceratium morlandii Golden alga: Dinobryon Seaweed: Postelsia (sea palm) 21 - 31  Protista: Alveolata  Ciri: memiliki alveoli Flagelata (Dinoflagellata):  Fotosintetik hingga heterotrofik  fotosintetk, mixotrof, heterotrof, akuatik  Anggotanya antara lain: Flagelata,  ledakannya menyebabkan “red tides” yang Ciliata, Apicomplexan (parasit) beracun red tide Dinoflagellate flagella: Pfiesteria shumwayae 22 - 31  Protista: Alveolata Ciliata: memiliki makronuklei dan mikronuklei Apicomplexan: genus Plasmodium (penyebab malaria) Contractile vacuole Cilia along oral groove Oral groove Cilia Micronucleus Food vacuoles Macronucleus Another Anopheles mosquito bites the Paramecium caudatum. infected person 23 - 31 and picks up Plasmodium gametocytes along  Protista: Alga merah dan Hijau Alga merah mendapatkan warna merah Alga hijau mendapatkan hijau klorofil, leluhur dari pigmen fikoeritrin yang tumbuhan, 2 group utama: menutupi warna hijau klorofil chlorophytes dan charophyceans Ulva, or sea lettuce Zygnema, 2 kloroplas bentuk bintang pada tiap sel Porphyra Caulerpa, an intertidal Palmaria palmate chlorophyte (edible) 24 - 31  Keragaman Peranan Cendawan bioremediasi hifa ikal (hifa perangkap nematoda) cendawan predator 25 - 31  Keragaman dari Kingdom Fungi unisel 1. Sel penyusun  Unisel tubuh cendawan:  Hifa aseptat (sinosit)  Hifa septat 2. Dinding sel: khitin khamir 3. Jumlah set kromosom: haploid hifa aseptat Hifa septat Kapang pada kotoran kuda (fototrofik) Mucor 26 - 31  Keragaman Nutrisi dan Ekologi  Cendawan bersifat heterotrof Cara hidup: Parasit obligat: Ustilago maydis (penyakit gosong pada bulir jagung) antagonis Parasit fakultatif: Septoria apii (penyakit bercak pada daun seledri) Simbiosis Mutualis: cendawan pembentuk mikoriza dan liken ob: contoh sebagai dekomposer 27 - 31  Penggunaan Substrat dan Pertumbuhan molekul kompleks pada substrat Enzim dari sekresi hifa molekul organik lebih kecil (nutrisi-molekul sederhana) diabsorbsi oleh hifa Pertumbuhan dan perkembangan cendawan Boletus edulis growing on fallen conifer needles. The inset SEM shows hyphae Campbell Biologi 2017 28 - 31  Keragaman Cendawan Patogen Patogen: parasit yang menyebabkan penyakit  Sekitar 30% spesies cendawan bersifat patogen pada tumbuhan  Beberapa patogen tanaman pangan, menghasilkan senyawa yang toksik pada manusia, Contoh  Busuk toksin deoxynivalenol/ pangkal nivalenol batang kelapa sawit dari Fusarium disebabkan oleh graminearum Ganoderma boninense  Hewan umumnya kurang rentan terhadap cendawan patogen dibandingkan tumbuhan  Beberapa cendawan unik punya hifa khusus:  haustorium (hifa spesialis untuk penetrasi jaringan inang tumbuhan) 29 29 - 31  Keragaman Mutualisme antara cendawan dan akar tumbuhan Asosiasi mutualisme antara cendawan dan akar tumbuhan: Mikoriza  Mikoriza sangat penting dalam ekosistem alami dan budidaya: tumbuhan memberikan hasil fotosintatnya, dan cendawan menyediakan air dan mineral (P, NH4, dan K )  Hifa cendawan ektomikoriza membentuk mantel (hifa yang membungkus perakaran inang), dan tumbuh juga pada bagian ekstrasel korteks akar  Hifa cendawan mikoriza arbuskula memperluas jangkauannya melewati dinding sel akar dan membentuk kantung-kantung menjari melalui invaginasi membran sel akar mantel arbuskula vesikel Tanaman bermikoriza dan tidak 30 30 - 31  Keragaman Mutualisme antara cendawan dan alga Liken: asosiasi mutualisme antara cendawan dengan alga ataupun Cyanobacter  Cendawan (mikobion) pembentuk liken yang paling umum adalah anggota Ascomycetes  Alga atau Cyanobacter (fotobion) di lapisan bawah bagian dalam dari permukaan liken  Fotobion memberikan hasil fotosintat, Cyanobacter juga memberikan nitrogen organik  Cendawan menyediakan kondisi lingkungan untuk pertumbuhan  Dapat sebagai indikator polusi udara Ragam morfologi likhen beserta apotesium  Sebagai pewarna, obat-obatan, kosmetik, parfum (panah) cendawan 31 31 - 31 Preface Slide Terima kasih