PENGARUH PENAMBAHAN BERBAGAI KONSENTRASI MERKURI (Hg) TERHADAP DINAMIKA BAKTERI PEREDUKSI MERKURI (Hg) PADA AIR SUMUR The effect of adding various concentrations of mercury (Hg) on the population dynamics of bacterial mercury (Hg) reducing In Water Wells
Nurlailah 1
Laboratorium Mikrobiologi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Hasanuddin, Makassar
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian “Pengaruh Penambahan Berbagai Konsentrasi Merkuri (Hg) Terhadap Dinamika Populasi Bakteri Pereduksi Merkuri (Hg) Pada Air Sumur”. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengisolasi bakteri pereduksi merkuri dan menganalisis kemampuannya dalam mereduksi HgCl2 pada air sumur sebagai media pertumbuhannya. Untuk memperoleh isolat bakteri yang memiliki kemampuan mereduksi merkuri maka dilakukan satu rangkaian kegiatan yaitu mengisolasi bakteri dari sampel air laut menggunakan mediun nutrien agar yang mengandung 3,5 µg/ml merkuri klorida. Hasil akhir yang diperoleh terdapat 3 jenis isolat yaitu isolat L1, isolat L2 dan isolat L3. Kemudian dilakukan pengujian dengan penambahan konsentrasi merkuri yang berbeda yaitu 5 µg/ml, 10 µg/ml, 15 µg/ml dan kontrol tanpa merkuri klorida pada air sumur untuk mengetahui dinamika pertumbuhan bakteri pereduksi merkuri dan diperoleh data pertumbuhan bakteri isolat L1 mampu tumbuh hingga konsentrasi 15 µg/ml sedangkan isolat L2 dan L3 hanya mampu tumbuh pada konsentrasi 5 µg/ml. Kata kunci : Bakteri pereduksi merkuri, resistensi, air sumur, merkuri klorida
ABSTRACT A research on “The effect of adding various concentrations of mercury on the population dynamics of bacterial mercury reducing In Water Wells”. The aim of the research to isolate the mercury reducing bacteria and analyzed its ability to reduce HgCl2 on well water as a growth medium. To obtain bacterial isolates that have the ability to reduce mercury then conducted a series of activities that bacteria isolated from seawater samples using medium nutrient agar containing 3,5 µg/ml of mercury chloride. The final results are obtained, there are 3 types of isolates are isolates L1, L2 and isolates L3. Then, do the test with the addition of different concentrations of mercury that is 5 µg/ml, 10 µg/ml, 15 µg/ml and controls without mercury chloride in water wells to determine the dynamics of mercury reducing bacteria growth and the growth of bacterial isolates obtained data L1 is able to grow to a concentration 15 µg/ml, while L2 and L3 only isolates able to grow at a concentration of 5 µg/ml. Keywords: mercury reducing bacteria, resistance, water wells, mercury chloride
PENDAHULUAN Perkembangan industri di Indonesia semakin pesat sehingga akan selalu diikuti oleh pertambahan jumlah limbah, baik limbah padat, cair maupun gas yang dihasilkan oleh berbagai industri yang ada. Adanya Limbah tersebut mengandung bahan kimia yang beracun dan berbahaya bagi mahluk hidup, terutama jika masuk ke perairan maka akan menyebabkan terjadinya pencemaran lingkungan. Pencemaran lingkungan merupakan masalah yang sangat serius dan harus sesegera mungkin ditangani. Salah satu yang menjadi pusat perhatian masyarakat luas saat ini adalah pencemaran yang diakibatkan oleh logam berat, karena dapat menimbulkan bahaya bagi kesehatan, baik pada manusia, hewan, tanaman maupun lingkungan (Widowati, 2008). Merkuri (Hg) yang merupakan salah satu unsur logam berat yang paling berbahaya dan beracun yang dapat membahayakan bagi kehidupan baik itu bagi manusia maupun mahluk hidup lainnya. Dampak yang timbul dari akibat kontaminasi merkuri bisa menyebabkan kematian (Lasut, 2011). Sumber pencemaran merkuri dapat disebabkan oleh proses geologi dan biologi. Senyawa merkuri yang terdapat pada batu dan tanah dikikis oleh hujan dan angin. Meskipun demikian, hal itu tidak sebanding jumlahnya bila dibandingkan dengan pencemaran merkuri yang disebabkan oleh aktivitas manusia, seperti pembakaran batubara, beberapa jenis produk minyak bumi, penggunaan fungisida merkuri, katalisator merkuri dan penambangan emas yang menggunakan merkuri untuk ekstraksi partikel emas (Risa, 2004). Penggunaan merkuri yang melebihi batas ambangnya dapat menimbulkan dampak negatif seperti dari kasus Minamata yang terjadi di Jepang yang menyebabkan
kematian yang cukup besar bagi masyarakat jepang. Selain itu pencemaran merkuri berdampak negatif pada lingkungan dan organisme lain karena dapat membahayakan komunitas biota yang hidup diperairan tersebut (Inswiasari, 2008). Merkuri yang dibuang ke sungai akan menyebabkan ikan-ikan dan tanaman air terkontaminasi merkuri. Ikan yang telah terkontaminasi di makan oleh manusia sehingga manusia mengumpulkan merkuri dalam tubuhnya dan dalam kadar yang berlebih maka akan menyebabkan kematian. Dan apabila air sumur yang digunakan manusia sebagai kebutuhan hidup setiap hari terkontaminasi oleh merkuri hal ini akan menimbulkan dampak negatif, misalnya dapat menyebabkan kebutaan, kerusakan kromoson, cacat pada bayi dalam kandungan dan bahkan dapat mengakibatkan kematian. Dewasa ini para peneliti terus melakukan upaya utuk menangani pencemaran merkuri. Ada berbagai metode yang digunakan antara lain dengan metode fisika kimia dan biologis. Pengolahan secara fisika umumnya dilakukan dengan cara absorpsi dengan menggunakan karbon aktif (Fahruddin, 2010). Metode dengan kimiawi, seperti penambahan senyawa kimia tertentu untuk proses pemisahan ion logam berat atau dengan resin penukar ion (exchange resins). Namun proses ini relatif mahal dan cenderung menimbulkan permasalahan baru, yaitu akumulasi senyawa tersebut dalam sedimen dan organisme akuatik (Sayekti, 2008). Penanganan pencemaran merkuri dengan mikroorganisme, dalam istilah Biologi dikenal dengan bioakumulasi,bioremediasi, atau bioremoval, menjadi alternatif yang dapat dilakukan untuk mengurangi tingkat keracunan merkuri di lingkungan perairan tersebut. Penelitian ini didasarkan pada berbagai masalah terjadi akibat dari
pencemaran merkuri. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan berbagai konsentrasi merkuri terhadap dinamika populasi bakteri pereduksi merkuri pada air sumur. Tujuan dari penelitian adalah memperoleh bakteri pereduksi merkuri dari air laut di wilayah pantai Losari dan menentukan jumlah bakteri yang ada pada air sumur dengan konsentrasi merkuri yang berbeda-beda.
METODE PENELITIAN Penelitian ini dilakukan pada bulan Maret hingga bulan Agustus 2012. Pengambilan sampel dilakukan di Pantai Losari dan pengerjaannya dilakukan di Laboratorium Mikrobiologi, Jurusan Biologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Hasanuddin, Makassar. Sampel yang digunakan adalah air laut yang terkontaminasi merkuri pada daerah Pantai Losari dengan pertimbangan bahwa pada daerah pantai Losari tingkat pencemaran merkuri tinggi akibat dari limbah merkuri oleh pedagang emas yang letaknya dekat pantai losari dan air sumur yang bebas dari merkuri sebagai media pengujian. Isolasi bakteri dikerjakan melalui teknik pencengenceran bertingkat dan penanaman dengan teknik taburan. Pengenceran dilakukan mulai 10-1 sampai 10-3. Masing-masing kultur hasil pengenceran diambil sebanyak 0,1 ml untuk ditaburkan kemudian diinokulasikan pada media NA yang mengandung 3,5 µg/ml merkuri klorida (HgCl2) dan media NA tanpa merkuri klorida sebagai kontrol, kemudian diratakan dengan menggunakan hockey stick yang disterilkan dengan alkohol 70% dan api bunsen. Media yang telah berisi sampel diinkubasi ke dalam inkubator
selama ± 72 jam pada suhu ruang sampai terjadi pertumbuhan. Seleksi bakteri pereduksi merkuri dilakukan dengan melihat pertumbuhan koloni bakteri. Jika terdapat koloni bakteri yang hidup pada NA yang mengandung merkuri maka bakteri tersebut dapat dikatakan sebagai bakteri yang dapat mereduksi merkuri. Hal ini disebabkan karena hanya bakteri tertentu saja yang dapat hidup pada medium yang mengandung merkuri. Koloni yang tumbuh dipurifikasi sampai diperoleh isolat murni. Satu koloni isolat bakteri diambil dari cawan petri secara aseptis dan inokulasikan ke permukaan medium NA yang mengandung 3,5 µg/ml merkuri klorida (HgCl2), dengan metode goresan dan diinkubasi dalam inkubator pada suhu ruang selama ±72 jam. Pemindahan koloni isolat dilakukan beberapa kali, untuk mengetahui kemurnian isolat dengan mengamati bentuk sel. Pengujian selanjutnya dilakukan dengan cara menginokulasikan masingmasing 3 mL inokulum ke dalam beberapa erlenmeyer yang telah berisi air sumur sebanyak 100 mL kemudian ditambahkan merkuri klorida dengan kadar yang berbeda yaitu 5 µg/ml, 10 µg/ml, 15 µg/ml dan kontrol tanpa merkuri klorida selain itu ditambahkan pula 0,5 gr yeast sebagai nutrisi tambahan. Sampel diinkubasi di atas shaker dengan kecepatan agitasi 120 rpm pada suhu ruang selama 96 jam. Deteksi kemampuan isolat dilakukan dengan cara mengambil 0,1 ml dari setiap erlenmeyer lalu ditaburkan pada medium NA yang mengandung 3,5 µg/ml merkuri klorida (HgCl2), kemudian diratakan dengan menggunakan hockey stick yang disterilkan dengan alkohol 70% dan api bunsen. Media yang telah berisi sampel diinkubasi ke dalam inkubator selama ± 72 jam pada suhu ruang sampai terjadi pertumbuhan. Setelah koloni tumbuh, maka
dilakukan perhitungan jumlah koloni dengan metode SPC (standar plate count). Perhitungan jumlah koloni dilakukan pada hari ke 0, 5, 10, dan 15.
HASIL DAN PEMBAHASAN Isolasi bakteri pereduksi merkuri diawali dengan pengambilan sampel yang dilakukan pada daerah Pantai Losari yang dekat dengan pembuangan yang langsung terhubung dengan pantai losari. Sampel air laut yang sudah ada kemudian diinokulasikan pada media NA (Nutrient Agar) yang mengandung 3,5 µg/ml merkuri klorida dan pada kontrol tanpa penambahan merkuri klorida. Setelah diinkubasi selama ± 72 maka diperoleh hasil bahwa terdapat 3 isolat bakteri perduksi merkui dan 15 isolat pada kontrol tanpa penambahan merkuri klorida. Kemudian ketiga isolat tersebut yaitu isolat L1, isolat L2 dan isolat L3 dimurnikan berulang kali ke dalam medium yang sama sehingga diperoleh isolat yang murni. Pengamatan Morfologi Secara Makroskopis Bakteri Pereduksi Merkuri Pada isolasi bakteri pereduksi merkuri didapatkan 3 isolat koloni yang berbeda. Ciri-ciri morfologi dari ketiga koloni dapat diliat pada Tabel 1. Tabel 1. Hasil pengamatan karateristik morfologi isolat bakteri pereduksi merkuri Iso lat L1 L2
Ciri pertumbuhan Bentuk Warna Tepi Circulair Putih Entire Irregular Kuning Lobet
L3
Circulair
Putih kehitam an
Lobet
Elevasi Flat Convex Lowco nvexs
Pengamatan Morfologi Secara Mikroskopis Bakteri Pereduksi Merkuri Untuk mengetahui bentuk morfologi sel ketiga bakteri pereduksi merkuri maka dilakukan pengamatan secara mikroskopik dengan perwarnaan gram. Menurut Pleczar & Chan (1986) perwarnaan ini bertujuan untuk mengamati dengan lebih baik bentuk morfologi dari bakteri. Hasil perwarnaan gram dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2 Hasil Pewarnaan Gram Kode Isolat L1 L2 L3
Bentuk
Pewarnaan Gram
Basil (Batang Panjang) Basil (Batang Pendek) Basil (Batang Panjang)
Positif Negatif Positif
Perhitungan Jumlah Bakteri Pereduksi Merkuri pada Air Sumur Pengujian pertumbuhan dilakukan dengan metode SPC yang bertujuan untuk menghitung kepadatan pertumbuhan bakteri. Peningkatan jumlah bakteri yang berbanding lurus dengan waktu inkubasi (hari) menunjukkan kemampuan bakteri untuk mereduksi merkuri. Laju pertumbuhan bakteri diukur dengan penambahan konsentrasi merkuri yang berbeda pada air sumur. Konsentrasi merkuri klorida yang digunakan mulai dari 5 µg/ml, 10 µg/ml, 15 µg/ml dan kontrol tanpa merkuri klorida.
Log Jumlah Sel (x 105) (CFU/ml)
6.3
0.2 Log Jumlah Sel (x 105) (CFU/ml)
6.5 6 5.5 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0
0.18
4.4
0.15
0.16
5.1
0.14 0.12
3.7
0.09
0.1
1.4 1.2
0.41 0.250.11 0.2 0.04 0.18 0.11 0.34 0.1 0.08 Hari-0 Hari-5 Hari-10 Hari-15 A=5 µg/ml B=10 µg/ml
0.08
0.08 0.06 0.04 0.02
0.05 0.05
0.06
0.03 0
0.02
0 Hari-0
Gambar 3. Dinamika Pertumbuhan Isolat L1 Bakteri Pereduksi Merkuri
0.06 0.07
0
0 0 0 0 Hari-5 Hari-10 Hari-15
A=5 µg/ml
B=10 µg/ml
Gambar 5. Dinamika Pertumbuhan Isolat L3 Bakteri Pereduksi Merkuri
Log Jumlah Sel (x 105) (CFU/ml)
0.2 0.18 0.16 0.13
0.14 0.12 0.1
0.07
0.08 0.06 0.04 0.02 0
0.09
0.08
0.05 0.05 0.04 0.03 0.02 0.02 Hari-0
0
0 0
0 0
0
Hari-5 Hari-10 Hari-15
A=5 µg/ml C=15 µg/ml
B=10 µg/ml D= Kontrol
Gambar 4. Dinamika pertumbuhan Isolat L2 Bakteri Pereduksi merkuri
Hasil penelitian yang dilakukan diatas jika dibandingkan antara Isolat L1, isolat L2 dan isolat L3 maka dapat disimpulkan bahwa isolat L1 memiliki pertumbuhan yang lebih baik jika dibandingkan isolat L2 dan isolat L3. Isolat L1 memiliki kemampuan tumbuh hingga konsentrasi 15 µg/ml. Berbeda dengan isolat L2 dan L3 yang menunjukkan resistensi merkuri yang lebih rendah dimana isolat tersebut hanya mampu tumbuh pada konsentrasi 5 µg/ml. Hal ini menunjukkan bahwa isolat L1 merupakan bakteri resisten merkuri dengan tingkat ketahanan merkuri yang tinggi. Hal ini berdasarkan hasil penelitian Cansteinet al, (2002) yang menyatakan bahwa isolat bakteri resisten merkuri yang dapat tumbuh pada media yamg mengandung merkuri dapat dikatakan bahwa bakteri tersebut memiliki tingkat ketahanan merkuri yang tinggi. Resistensi setiap kultur bakteri yang diperoleh terhadap merkuri anorganik berbeda. Menurut Smithet al, (1998), perbedaan resistensi ini
berhubungan dengan mekanisme respon populasi bakteri terhadap merkuri. Ada 3 mekanisme respon terhadap stress merkuri. Pertama, dengan cara menghambat metabolisme sel sehingga pertumbuhan sel lambat atau sel mati. Kedua, menginduksi sistem operon resisten merkuri untuk bekerja sehingga sel tetap hidup dalam kondisi stres. Ketiga, adanya plasmid yang mengandung gen resisten merkuri yang masuk ke dalam sel. Kemungkinan kultur isolat L2 dan L3 hanya memiliki mekanisme respon dengan cara menghambat metabolisme sel (Smith et al, 1998) atau dengan sistem multidrug, multication, atau nodulation signal efflux complexes (Nikaido 1996) sehingga kultur isolat L2 dan L3 masih dapat hidup pada konsentrasi 5 µg/ml. Sistem multidrug atau multication ini merupakan sistem yang dapat memompa keluar beberapa jenis obat-obatan, kation divalent atau nodulationsiganal lipooligosakarida. Pada konsentrasi lebih besar atau sama dengan 15 µg/ml HgCl2 kultur isolat L2 dan L3 tidak dapat mentelorir keberadaan HgCl2. Bakteri yang dapat hidup pada konsentrasi 15 µg/ml HgCl2 diduga hanya bakteri yang mengandung gen resisten merkuri. Oleh karena itu, isolat 1 diduga mengandung gen resisten merkuri spektrum sempit yaitu mer operon dimana mer penentu resisten hanya terjadi pada garam merkuri organik saja dan berbeda dengan mer penentu resisten merkuri spectrum luas yang resisten terhadap organomerkuriliase seperti methymercury dan phenylmercury, serta garam merkuri anorganik (Misra, 1992; Silver dan Phung, 1998; Bogdaniva et al, 1998). Struktur mer operon berbeda untuk tiap jenis bakteri. Umumnya struktur mer operon terdiri dari gen metaloregulator (merR), gen transpor merkuri (merT, merP, merC), gen merkuri reduktase (merA) dan organomerkuri liase (merB).
KESIMPULAN Hasil penelitian isolasi dan karakterisasi bakteri pereduksi merkuri (Hg) di perairan Pantai Losari Makassar menunjukkan: 1. Hasil isolasi bakteri pereduksi merkuri di perairan Pantai Losari Makassar memperlihatkan isolat L1, isolat L2 dan isolat L3 memiliki kemampuan mereduksi merkuri. 2. Hasil karakterisasi menunjukkan isolat L1 dan L3 memiliki kesamaan ciri mikroskopik tergolong bakteri Gram Positif dan berbentuk basil (batang panjang) sedangkan isolat L2 tergolong bakteri gram Negatif dan berbentuk basil (batang pendek). 3. Isolat L1 memiliki kemampuan tumbuh hingga konsentrasi 15 µg/ml HgCl2 sedangkan isolat L2 dan L3 yang menunjukkan resistensi merkuri yang lebih rendah dimana isolat tersebut hanya mampu tumbuh pada konsentrasi 5 µg/ml HgCl2. DAFTAR PUSTAKA Alfian, Z. 2006. Merkuri: Antara Manfaat dan Efek Penggunaannya Bagi Kesehatan Manusia dan Lingkungan. Avaliable: http://library.usu.ac.id/download/eboo k/zul%20alfian.pdf.Diakses pada tanggal 3 Januari 2012. Ball, M. M., P, Carrero, D, Castro, and L.A. Yarsabal, 2007. Mecury resistance in bacterial strains isolated from mailing ponds in a gold mining area near El Callao (Bolivar state, venezuela). Current Microbiology 54: 149-154. Bryan, G.W. 1976. Heavy metal contamination in the sea.In R. Johnston (Ed.).Effects of pollutants
on aquatic organisms.Cambridge university press, Cambridge. Bourquin, A. W. 1990. Bioremediation of Hadzarous Waste Biofutur. Cambridge university press, Cambridge. P 24-25. Darmono. 2001. Lingkungan Hidup dan Pencemarannya, Hubungannya Dengan Toksikologi Senyawa Logam. UI Press, Jakarta. De Jaysankar. 2004. Mercury- resistant Marine Bacteria and Their Role in Bioremediation of Certain Toxicants. Thesis.National Institute of Oceanography Goa University, India. Djuangsih, N., A.K. Benito, H. Salim. 1982. Aspek Toksikologi Lingkungan, Laporan Analisis Dampak Lingkungan. Lembaga Ekologi Universitas Padjadjaran. Bandung. Edward. 2008. Pengamatan Kadar Merkuri di Perairan Teluk Kao (Halmahera) dan Perairan Anggai (Pulau Obi) Maluku Utara. Makara, Sains, Volume 12, No. 2. Maluku. Fahruddin. 2010. Bioteknologi Lingkungan. Alfabeta. Bandung. P 132135. Hutagalung, H.P. 1989. Mercury and cadmium content in green mussels, MytilusviridisL from Onrust Waters. Bay. Environ. Contam.Toxicol.Jakarta. Inswiasari.2008. Paradigma Kejadian Penyakit Pajanan merkuri. Jurnal Ekologi Kesehatann Vol.7 No.2.2008; 775-785. Lasut, M. 2011. Penurunan Kualitas Lingkungan Akibat Aktivitas Tambang. Aksara Karunia. Jakarta. Lestarisa, Trilianty. 2010. Faktor-Faktor Yang Berhubungan Dengan Keracunan Merkuri (Hg) Pada Penambangan Tanpa Ijin (PETI) Di Kecamatan Kurun, Kabupaten Gunung Mas, Kalimantan Tengah. (Online)
http://eprints.undip.ac.id/23859/1/TRI LIANTY_LESTARISA.pdf tanggal akses 9 Januari 2011. Liebert, C.A., Hall, R.M. and Summers, A.O. 1999. Transposon Tn21, flagship of the floating genome.Microbiol.Mol. Biol. Rev. 63: 507-522. Lubis S. H. 2002. Toksisitas Merkuri dan Penanganannya. USU digitalized Library. Martono, H. 2005. Penanganan Kasus Keracunan Metil Merkuri di Minamata. Laporan Penelitian. Jakarta: Departemen Kesehatan Republik Indonesia. Nakamura, K., N., Sakamoto, H. Uchiyama and O. Hagi. 1990. OrganomercuriaVolatulizing Bacteria in The Mercury Polluted Sediment Of Minamata Bay Japan. Appl. Environ Microbial. 56(4): 304-305. Palar, H. 1994. Pencemaran dan Toksikologi Logam Berat. Erlangga. Jakarta. Risa, N, Gl. 2004. Bakteri Resisten Merkuri Spektrum Sempit dari Daerah Bekas Penambangan Emas Tanpa Izin (PETI) Mandor. Kalimantan Barat. Jurnal Natur Indonesia. 6(2): 67-74. Sanusi, H. S. 1980. Sifat-sifat Logam Berat Merkuri Di Lingkungan Perairan Tropis. Pusat Studi Pengelolaan Sumber Daya Dan Lingkungan. Fakultas Perikanan IPB, Bogor.19 p. Satchanska, G, E.N, Pentcheva, R. Antanasova., V. Groudeva, R., Trifonova and E. Golovinsky. 2005. MicrobialDiversity in Heavy-Metal Polluted Waters. Enviromental Biotechnology. 19 (3): 61-67. Sayekti, D. 2008. Upaya Penanggulangan Pencemaran Logam Berat Merkuri (Hg) Pada Ekosistem Perairan. Jurnal Toksikologi lingkungan terapan.
Setiabudi, BambangTjahjono. 2005. Penyebaran Merkuri Akibat Usaha Pertambangan Emas di Daerah Sangon, Kabupaten Kulon Progo, D.I. Yogyakarta. Kolokium Hasil Lapangan – DIM. Suheryanto, E. S. Soetarto, E. Sugiharto, dan T.S. Djohan.2008. Bakteri Resistensi Metil merkuri dari Sedimen Sungai Sangon Kulonprogo, Daerah Istimewa Yogyakarta. Berkala Ilmiah Biologi. 7(2) 45-51. Supriyanto C., Samin, dan Kamal, Zainul. 2007. Analisis Cemaran Logam Berat Pb, Cu, dan Cd pada Ikan Air Tawar dengan Metode Spektrometri Nyala Serapan Atom (SSA). Seminar Nasional III SDM Teknologi Nuklir.Yogyakarta. Wardana, W. 1995. DampakPencemaranLingkungan. Andi. Jakarta. Widowati,dkk. 2008. Efek Toksik Logam. Andi. Jakarta.
