MICROBIOLOGICAL SOURCE TRACKING BAKTERI Escherichia coli DENGAN METODE ANTIBIOTIC RESISTANCE ANALYSIS DI SUNGAI CISANGKUY MICROBIOLOGICAL SOURCE TRACKING OF Escherichia coli BY ANTIBIOTIC RESISTANCE ANALYSIS METHOD IN CISANGKUY RIVER Kun Riana Aplika1 dan Herto Dwi Ariesyady2 Program Studi Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung, Jl Ganesha 10 Bandung 40132 1
[email protected] dan
[email protected]
Abstrak: Kegiatan pemukiman, agrikultur, dan indsutri yang berkembang pesat di daerah aliran sungai mempengaruhi kualitas Sungai Cisangkuy. Salah satu faktor yang menyebabkan hal ini adalah kontaminasi oleh pencemar biologis. Sumber dari pencemar ini biasanya tidak dapat diketahui atau dikelompokkan sebagai pencemar non-point source. Microbiological Source Tracking (MST) mencakup teknik yang dapat digunakan untuk melacak sumber dari suatu bakteri pencemar. Apabila sumber telah dietahui, metode pengelolaan lingkungan yang tepat dan efisien dapat lebih mudah ditentukan. Antibiotic Resistance Analysis (ARA) adalah salah satu metode MST yang dapat membedakan bakteri yang sama namun dari sumber yang berbeda melalui perbedaan profil resistensi bakteri tersebut terhadap antibiotik. Pelacakan terhadap bakteri Escherichia coli dilakukan di sepanjang Sungai Cisangkuy yang dibagi menjadi tiga segmen. Jumlah coliform dan fecal coli terbanyak terdapat pada segmen Banjaran. Metode ARA dilakukan pada isolat dari setiap segmen menggunakan sepuluh jenis antibiotik. Sumber Escherichia coli dikelompokkan menjadi manusia, sapi, kambing, dan ayam. Hasil ARA menunjukkan bahwa sumber Escherichia coli dominan dari setiap segmen Sungai Cisangkuy adalah feses sapi. Hasil identifikasi ini dapat digunakan untuk mempertimbangkan prioritas dalam pencegahan pencemaran biologis langsung ke sumbernya dengan membangun sarana pengolah limbah fekal ternak yang layak pada daerah Sungai Cisangkuy. Kata kunci: Antibiotic Resistance Analysis, Cisangkuy, Escherichia coli, fecal, Microbiological Source Tracking
Abstract: The rapid development of municipal, agriculture, and industry activities along the river affects the quality of this Cisangkuy River. One of the main causes is biological contamination. The sources of this contaminant are usually unknown and this pollutant is usually grouped as non-point source pollutant. Microbiological Source Tracking (MST) includes the techniques which are able to determine the sources of the contaminant bacteria. With the identified sources, the effective and efficient environmental management methods are easier to decide. Antibiotic Resistance Analysis (ARA) is one of MST methods which can distinguish the same bacteria from different sources by their resistance profile to the antibiotics. The tracking of Escherichia coli sources are performed along Cisangkuy River, which divided into three segments. The highest number of coliform and fecal coli is found at Banjaran segment. ARA method is performed to isolate from each segment by using ten antibiotics. Escherichia coli sources are grouped as human, cow, goat, and chicken. ARA results shows tha Escherichia coli’s dominant sources in every segment is cow feces. This result can be used in determining the priority of the management of the sources to decrease the biological pollutant, such as installing the cattle’s feces or waste-treatment facility. Keywords: Antibiotic Resistance Analysis, Cisangkuy, Escherichia coli, fecal, Microbiological Source Tracking .
1
PENDAHULUAN Seiring dengan perkembangan bidang agrikultur, pemukiman, dan industri membuat kualitas sungai yang mengaliri kota Bandung menjadi semakin buruk, termasuk salah satunya Sungai Cisangkuy. DAS Cisangkuy mengalir dari kecamatan Pangalengan menuju pertemuan dengan sungai Citarum Hulu di kecamatan Baleendah. Sungai Cisangkuy ini dipergunakan sebagai sumber air bersih PDAM Tirta Raharja untuk wilayah layanan kota Bandung. Selain itu juga terdapat PLTA Plengan , PLTA Lamajan, dan PLTA Cikalong yang menggunakan aliran sungai Cisangkuy sebagai sumber airnya. Daerah tangkapan sub-DAS Cisangkuy seluas 280,95 km2 dengan panjang sungai 18,80 km. Tata guna lahan di sepanjang aliran sungai Cisangkuy bervariasi, namun didominasi dengan daerah hutan, ladang, perkebunan, dan pemukiman serta sawah irigasi. Di daerah aliran sungai Cisangkuy terdapat juga peternakan, terutama di kecamatan Pangalengan yang banyak terdapat peternakan sapi perah. Salah satu kualitas air yang menjadi perhatian adalah kualitas biologisnya. Kontaminasi oleh pencemar biologis pada air dapat menimbulkan berbagai penyakit pada penggunanya.Pencemaran oleh mikrobiologi dapat berasal dari kegiatan rumah tangga, peternakan, maupun pertanian. Metode analisa air biasa tidak mampu untuk mengenali sumber dari pencemar mikrobiologi ini sehingga pencemaran ini seringkali dikelompokkan ke dalam polutan non-point source. Polutan non-point source biasanya hasil dari presipitasi, deposisi atmosfer, limpasan lahan, infiltrasi, drainase, rembesan, ataupun modifikasi hidrologi (US EPA, 2005). Pengendalian polutan kelompok ini akan lebih sulit dilakukan dibandingkan dengan polutan point-source. Upaya pencemaran hanya dapat dilakukan jika sumber pencemar telah diketahui (Bitton, 2005). Sulitnya mengidentifikasi sumber polutan mikrobiologis non-point source ini membuat Microbiological Source Tracking (MST) menjadi teknik yang penting dalam pengelolaan lingkungan yang efektif (Stoeckel, 2005). MST merupakan metode yang bertujuan untuk mengidentifikasi, dan dalam beberapa kasus menghitung, sumber dominan dari kontaminan fekal pada sumber air (Stoeckel & Harwood, 2007). Sampai saat ini, banyak pendekatan MST yang telah dikembangkan untuk menghubungkan berbagai hewan terhadap polutan fekal di lingkungan air. MST didasarkan pada asumsi bahwa dengan metode yang benar maka sumber dari polutan dapat ditentukan. Secara umum, metode MST data dikelompokkan atas metode library dependent dan library independent. Metode library dependent membutuhkan perkembangan database dari pola genotip atau fenotip untuk isolat bakteri dari sumber fekal. Pola isolat dari air ynag terkontaminasi lalu dibandingkan dengan data library ini untuk diklasifikasi (US EPA, 2005). Sumber potensial dari bakteri fekal dibagi menjadi tiga kategori utama, yaitu manusia, peternakan, dan satwa liar. Setiap bakteri fekal mempunyai karakter yang unik karena lingkungan dan tekanan yang berbeda bagi bakteri fekal dari tiap sumber (EPA, 2002). Lingkungan dapat dipengaruhi oleh suhu, jenis makanan, dan sistem pencernaan yang dimiliki organisme sumber (Shank, 2005). Sekarang ini, teknologi MST masih dikembangkan untuk membedakan suatu mikroorganisme yang sama dari sumber berbeda dengan karakteristik khusus yang dimilikinya. Karakteristik yang dimaksud dapat berupa pola resistensi antibiotic, penggunaan karbon, pola urutan ribotyping, dan PCR (Bitton, 2005) Resistansi antibiotik telah dikembangkan sebagai sebuah metode untuk melacak sumber berdasarkan fenomena bahwa bakteri dari sumber yang telah terpapar antibiotik akan 2
memiliki resistensi terhadap antibiotic tersebut, dan dari hipotesa ini disimpulkan bahwa tekanan selektif ini dapat menjadi mekanisme untuk membedakan bakteri fekal dari sumbersumber yang berbeda (US EPA, 2005). Profil resistensi mikroba yang telah diketahui sumbernya dijadikan library dan dibandingkan dnegan profil resistensi dari sampel air. METODOLOGI Dalam menentukan sumber dari bakteri Escherichia coli yang tersebar di Sungai Cisangkuy, Citepus, Ciwidey, dan Cibiuk dilakukan tahapan-tahapan sebagai berikut: a. Sampling, pemurnian, dan kultivasi isolat Escherichia coli dari titik sampling yang telah ditentukan sepanjang Sungai Cisangkuy. b. Sampling, pemurnian, dan kultivasi isolat Escherichia coli dari feses ayam, kambing, sapi, dan manusia yang berada di sekitar Sungai Cisangkuy sebagai data library. c. Melakukan pengujian karakteristik kimia-fisika air sungai dan penghitungan JPT terhadap air sampel sungai. d. Uji resistensi antibiotik dengan menggunakan disk diffusion method. e. Analisis statistik untuk menentukan sumber pencemar menggunakan regresi logistic dengan mengelompokkan isolat dari sampel air sungai berdasarkan kedekatan dengan profil resistensi dengan isolat dari feses. Penelitian dilakukan di sepanjang Sungai Cisangkuy yang dibagi menjadi tiga segmen dengan keterangan pada Tabel 1 dan gambar peta pada Gambar 1.
Gambar 1 Segmen Sungai Cisangkuy untuk studi MST
No. 1 2 3
Tabel 1 Lokasi titik sampling di Sungai Cisangkuy Koordinat Lokasi X0 Y0 Pangalengan 107.563171 -7.050070 Banjaran 107.597525 -7.018160 Andir Katapang 107.620271 -6.991218
Berikut pada Gambar 2 adalah skema metodologi penelitan Microbiological Source Tracking ini.
3
Microbiological Source Tracking di Sungai Cisangkuy
IDENTIFIKASI MASALAH
Bagaimana pola sebaran Escherichia coli di Sungai Cisangkuy, Citepus, Ciwidey, dan Cibiuk dan korelasinya dengan karakteristik kimia-fisika sungai?
Bagaimana komposisi sumber pencemar Escherichia coli di Sungai Cisangkuy
PENGUMPULAN DATA
Data Primer: Data profil resistensi Escherichia coli; Data kualitas kimia-fisikamikrobiologi air sungai yang diteliti
Data Sekunder: Data tata guna lahan; Data kondisi sanitasi dan infrastruktur limbah cair
METODOLOGI
Pengukuran suhu, pH, DO, COD, Nitrogen, Fosfat, JPT
Antibiotic Resistance Analysis
ANALISIS STATISTIK Regresi Logistik
KESIMPULAN 1. Komposisi sumber pencemar Escherichia coli di Sungai Cisangkuy 2. Pola sebaran Escherichia coli di Sungai Cisangkuy korelasinya dengan karakteristik kimiafisika sungai.
Gambar 2 Skema metodologi penelitian
4
HASIL DAN PEMBAHASAN Profil Sebaran Eschericia coli Pemeriksaan bakteriologis dilakukan dengan metode Jumlah Perkiraan Terdekat (JPT) yang meliputi tiga tahap, uji pendugaan, konfirmasi, dan kelengkapan. Hasil positif pada uji pendugaan berupa perubahan warna kaldu laktosa yang diberi indicator BCP menjadi kuning dan timbulnya gelembung pada tabung Durham. Jumlah tabung positif dikonversikan ke dalam jumlah Coliform total per 100 ml air. Hasil positif pada uji ini diinokulasikan pada agar EMB-Levine dalam tahap uji konfirmasi. Koloni berwarna gelap dengan kilat hijau metalik menunjukkan hasil positif untuk E. coli. Hasil positif ini diinokulasikan ke kaldu EC dan diinkubasi pada temperature 44,50 C sebagai tahap uji kelengkapan. Hasil positif pada EC berupa gelembung pada tabung Durham yang menunjukkan jumlah Coli fecal.
3000
1200
2500
1000
2000
800
1500
600
1000
400
500
200
0
Fecal coli (/100mL)
Total coliform (/100mL)
Gambar 3 menunjukkan hasil pengukuran Coliform total dan Coli fecal pada Sungai Cisangkuy.
0 Pangalengan
Banjaran
Andir Katapang
Total Coliform Fecal coli Gambar 3 Pengukuran parameter mikrobiologi Sungai Cisangkuy Jumlah Coliform dan fecal coli pada Sungai Cisangkuy, naik dari titik Pangalengan ke Banjaran dan mencapai jumlah paling besar di sini, namun kembali turun di Andir Katapang. Hal ini dapat dipengaruhi oleh perubahan tata guna lahan dari pertanian menjadi pemukiman di segmen Andir Katapang dengan cakupan sanitasi sebesar 47%. Kualitas Kimia-Fisika Air Sungai Parameter yang langsung diukur di lapangan adalah pH, temperatur, dan dissolved oxygen (DO). Pengambilan sampel dilakukan pada saat hari cerah dan kondisi badan air normal. Dari Gambar 4 dapat dilihat bahwa pada titik dengan temperatur yang tinggi cenderung memiliki DO yang lebih rendah. Penurunan nilai DO dapat dikaitkan dengan proses self purification badan air, terlihat pada segmen Banjaran, saat DO turun jumlah coliform terlihat paling tinggi.
5
8
8
6
6
4
4
2
2
0
pH
10
DO (mg/L)
10
0 Pangalengan Banjaran DO
Andir Katapang
pH
(a)
Temperatur
27,6 27,4 27,2 27 26,8 26,6 Pangalengan Banjaran
Andir Katapang
Temperatur
(b) Gambar 4 Pengukuran parameter (a) pH dan DO, serta (b) Temperatur di Sungai Cisangkuy
Konsentrasi Nittrit (mg/L)
Hasil pengukuran parameter nitrit di Sungai Cisangkuy dapat dilihat di Gambar 5. Terdapat fluktuasi nilai nitrit dari segmen Pangalengan hingga Andir Katapang dipengaruhi oleh industri tekstil yang mulai terdapat mulai dari segmen Banjaran dan segmen Andir Katapang. 0,05 0,045 0,04 0,035 0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 0,005 0 Pangalengan
Banjaran
Andir Katapang
Gambar 5 Pengukuran parameter Nitrit di Sungai Cisangkuy
6
Hasil pengukuran amonia dan fosfat terlihat pada Gambar 6. Konsentrasi ammonia dan fosfat pada segmen Andir Katapang merupakan akibat limpasan limbah domestik oleh penghuni pemukiman yang dominan di daerah ini. 0,035
Konsentrasi Amonia (mg/L)
0,04
0,03
0,035 0,025
0,03 0,025
0,02
0,02
0,015
0,015
0,01
0,01 0,005
0,005 0
Konsentrasi Fosfat (mg/L)
0,045
0 Pangalengan
Banjaran Amonia
Andir Katapang
Fosfat
Gambar 6 Pengukuran parameter Amonia dan Fosfat di Sungai Cisangkuy Antibiotic Resistance Analysis Bakteri Eschericia coli di Sungai Cisangkuy Pelaksanaan metode ARA membutuhkan profil isolate dari sumber yang sudah diketahui atau data library. Library yang digunakan bersumber dari penelitian Kusumah (2012) yang melakukan studi MST untuk kawasan Sungai Citarum Hulu. Penelitian ini menghasilkan persamaan regresi logistik untuk menentukan probabilitas sumber pencemar fekal sebagai berikut pada Tabel 3. Tabel 3 Persamaan regresi logistik untuk menentukan probabailitas sumber pencemar (Sumber: Kusumah, 2012) No. Sumber Pencemar Persamaan Regresi Logistik 1 Ayam y=-19,403 + 39,64(T) – 20,459(C2) – 1,723(S) 2 Kambing y=0,916 + 20,287(S) – 22,119(C) 3 Sapi y=-22,589 +1,386(S) + 20,717(C) 4 Manusia y=21,203 – 22,812(T) Dari penghitungan ini, didapatkan angka probabilitas sumber Eschericia coli dari tiap isolat. Tiap segmen memiliki lima isolat yang masing-masing diuji duplo, sehingga dapat dihitung proporsi sumber Eschericia coli tersebut dengan hasil terlihat pada Gambar 7.
7
Feses Manusia 10%
Feses Ayam 10%
Feses Manusia 20%
Feses Kambing 20%
Feses Kambing 20% Feses Sapi 60% Feses Sapi 60%
(a)
(b) Feses Kambing 10% Feses Manusia 30% Feses Sapi 60%
(c) Gambar 7 Prediksi sumber Escherichia coli (a) Pangalengan, (b) Banjaran, (c) Andir Katapang
Secara keseluruhan, pada tiap segmen Escherichia coli yang bersumber dari feses sapi lebih dominan. Hasil ini sejalan dengan jumlah peternakan sapi yang cukup besar pada daerah ini.yaitu 16.116 unit (Dinas Peternakan Kabupaten Bandung, 2008). Penanganan limbah ternak sapi pada daerah aliran sungai Cisangkuy dapet diprioritaskan.
KESIMPULAN Dari penelitian yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: Escherichia coli dari feses sapi dominan pada semua segmen di Sungai Cisangkuy, yang dapat dipengaruhi oleh jumlah ternak, kondisi peternakan, dan kedaaan sarana pengolah limbah ternak. Disarankan bagi daerah sekitar aliran Sungai Cisangkuy untuk melakukan pemantauan dan perbaikan terhadap kondisi peternakan setempat.
DAFTAR PUSTAKA Bitton, Gabriel. (2005). Microbial Indicators of Fecal Contamination: Application to Microbial Source Tracking. Department of Environmental Engineering Sciences University of Florida. EPA. (2002). Wastewater Technology Factsheet: Bacterial Source Tracking Washington. Tersedia di: http://www.epa.gov/owm/mtbfact.htm EPA. (2005). Microbial Source Tracking Guide Document. US Environmental Protection Agency Office of Research and Development Cincinnati, OH.
8
Kusumah, Siska Widya Dewi. (2012). Microbiological Source Tracking Bakteri Salmonella sp. Dan Escherichia coli dengan Metode Antibiotic Resistance Analysis di Sungai Citarum Hulu. Program Studi Teknik Lingkungan. Institut Teknologi Bandung Shank, O.C. (2005). Microbial Source Tracking: Current Technology and Future Direction. Applied and Environmental Microbiology. Des 2002. Vol. 68 No.12 Hal 5796-5803. Stoeckel, D. M. (2005). Selection and Application of Microbial Source Tracking Tools for Water-Quality Investigations. Collection of Environmental Data. USGS. Stoeckel, D. M., Harwood, V.J. (2007). Performance, Design, and Analysis in Microbial Source tracking Studies. Applied and Environmental Microbiology, 8: 2405-2415.
9
