BIOAKUMULASI LOGAM BERAT OLEH BRADYRHIZOBIUM JAPONICUM

        Indonesia merupakan negara agraris serta memiliki kemampuan mengolah tanahnya untuk lahan pertanian. Karena kondisi tanahnya yang subur. Penggunaan mikroorganisme untuk lebih meningkatkan komoditi hasil pertanian membuat banyak orang kini telah mulai mempelajarinya. Telah dikenal sejak lama mikroorganisme penambat nitrogen seperti rhizobium dan bradyrhizobium. Adanya bintil akar pertamakali diamati pada tanaman polongan oleh marcello Malpighi (1628-1694) seorang ilmuwan ahli anatomi dari Italia. Mendeskripsikan cukup rumitnya bintil akar pada tanaman polongan. Selama awal abad ke-19, ilmuwan menyadari bahwa jumlah gabungan nitrogen ( nitrat dan amonium ) dikendalikan dalam tanah pada produksi tanaman pertanian. Beliau juga mencatat bahwa jumlah nitrogen total dalam tanah yang diukur setelah pertumbuhan kacang-kacangan lebih besar dari pada yang sebelumnya (ditanami kacang-kacangan). Dalam kondisi tanpa tanaman inang, rhizobia (Rhizobium dan Bradyrhizobium) sama dengan bakteri lainnya yang ada di dalam tanah. Dalam keadaan hidup bebas, rhizobia dihadapkan pada kondisi fisik, kimia, dan biologi yang terjadi di dalam tanah, serta harus berkompetisi dengan organisme lainnya untuk memperoleh sumber energi, hara dan kebutuhan hidup lainnya. Pesatnya industrialisasi di Indonesia menyebabkan banyak bermunculan pabrik-pabrik. Tak sedikit pabrik yang kurang memperhatikan kondisi lingkungan sekitarnya dalam pembuangan limbah. Hal tersebut tentu sangat membahayakan ekosistem disekitarnya. Terutama lahan pertanian, dimana tanaman-tanaman tersebut dapat terkontaminasi oleh limbah-limbah tersebut, terutama limbah logam yang membahayakan. Logam berat merupakan unsur yang banyak digunakan dalam berbagai industri dan pertanian baik sebagai bahan baku, bahan tambahan maupun sebagai katalis. Penggunaan logam berat tersebut telah menimbulkan masalah pencemaran yang sangat serius terutama disebabkan oleh limbah yang mengandung logam berat memasuki lingkungan dalam jumlah semakin meningkat melebihi konsentrasi alamiah (Darmono 1995). Pencemaran logam berat dapat menimbulkan pengaruh negatif terhadap lingkungan terutama biota yang hidup di dalamnya dan juga manusia yang tinggal di sekitarnya. Toksisitas logam dalam suspensi tanah dapat dikurangi oleh aktivitas mikrob dan dipengaruhi juga oleh faktor lingkungan yaitu tipe tanah, aerasi, spesiasi logam, sumber C, dan pH. Komunitas mikrob berperan penting dalam bioremediasi tanah tercemar logam yaitu dapat mengubah sifat kimiawi dan mobilitas logam melalui akumulasi, mobilisasi, dan imobilisasi logam (Stephen et al. 1999). Struktur permukaan bakteri merupakan penghalang fisik dan fungsional antara sel bakteri dan lingkungan. Berbagai molekul kompleks pada permukaan sel antara lain gugus kimia fosforil, karboksil, dan amino pada pH fisiologis dapat memberi muatan negatif atau anionik yang akan berinteraksi dengan ion atau molekul bermuatan yang berada pada lingkungan luar. Akibatnya kation logam secara elektrostatik akan terikat pada permukaan sel (Langley & Beveridge 1999). 

            Kita Sebelumnya telah mengenal rhizobium sebagai bakteri pengikat nitrogen pada tanaman polong-polongan atau kacang-kacangan. Berdasarkan perkembangan ilmu taksonomi, rhizobium terdiri dari berbagai jenis sebagaimana disajikan Rhizobium yang dapat menodulasi tanaman kedelai secara efektif dikenal sebagai Bradyrhizobium japonicum (Jordan 1982), meskipun pada kenyataannya B. Japonicum tidak selalu merupakan mikrosimbion tunggal untuk tanaman kedelai. Strain lain yang mampu menodulasi tanaman kedelai adalah B. Elkanii (Kuykendall et al. 1992) dan Bradyrhizobium liaoningense (Xu et al. 1995). Kemampuan menodulasi tanaman kedelai dari B. japonicum lebih tinggi daripada B. elkanii. Selain itu B.Japonicum juga dapat mengakumulasi logam berat pada tanah. Akumulasi oleh makhluk hidup dikenal dengan bioakumulasi. Bioakumulasi ialah penimbunan (akumulasi) suatu substansi atau senyawa dalam jaringan makhluk hidup. Proses dimana substansi kimia mempengaruhi makhluk hidup dan ditandai dengan peningkatan konsentrasi bahan kimia di tubuh organisme dibandingkan dengan konsentrasi bahan kimia itu di lingkungan. Maka bakteri Bradyrhizobium Japonicum bisa disebut sebagai bioakumulator atau pengakumulasi. Akumulasi logam oleh bakteri tersebut dapat berlangsung secara aktif atau pasif. Pengambilan secara aktif berlangsung sejalan dengan konsumsi ion logam untuk pertumbuhan mikrob yang dapat diakumulasi secara intraselular dengan jumlah yang terbatas mengingat pada konsentrasi tinggi dapat bersifat toksik. Pengambilan secara pasif dapat terjadi melalui pertukaran ion antara ion-ion monovalen atau divalen seperti Na, Ca, dan Mg pada dinding digantikan oleh logam berat atau melalui ikatan langsung dengan komponen permukaan membran luar sel seperti lipopolisakarida. Kedua proses tersebut dapat bersifat bolak balik (Macaskie et al. 1987; Huges & Poole 1989; Klein & Thayer 1995). Kontrol selular mengandung logam dalam jumlah yang sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Kehadiran logam terutama Pb dan Cd diduga terbawa oleh sel bakteri yang mengalami paparan logam dalam rangkaian perlakuan untuk mendapatkan galur yang resisten terhadap logam (Tedja-Imas et al. 1999). Perbedaan tampak antara spektra dari fase stasioner sel dengan hilangnya puncak pada daerah yang berasosiasi dengan karbohidrat dari sel terpapar logam dengan yang terlihat bila sel tidak terpapar logam. Pada area tersebut terdapat dua puncak yang menunjukkan ikatan fosfodiester, ikatan yang banyak dijumpai pada membran sel yang membentuk ikatan antara gliserol dan asam lemak, dan situs itu diduga merupakan situs pengikatan logam dari bakteri tersebut. Penelitian menunjukkan adanya pengaruh positif inokulasi bakteri berguna dalam meningkatkan pertumbuhan berbagai jenis tanaman, mencegah toksisitas tanaman terhadap logam Pb dan Zn karena adanya penurunan ketersediaan kedua jenis logam yang meracun tersebut (Swedrzynska and Sawicka.,2001; Estefanous and Sawan., 2003; Wu et al., 2005; Bildirici and Yilmaz., 2005; Bashan et al., 2008; Anjum, et al., 2007). Karena dampak dari toksisitas tersebut tentu akan sangat membahayakan bagi manusia. Terutama jika tanaman tersebut dikonsumsi secara terus menerus. Akan berdampak pada kesehatan jangka panjangnya.


          Bakteri kelompok Rhizobiaceae, khususnya B. Japonicum disamping mempunyai molekul LPS yang terdapat pada membran luar juga mempunyai molekul ekstrapolisakarida selular (EPS) yaitu polimer gula kompleks yang disekresi dan menyelimuti permukaan sel secara longgar (Chen et al. 1993). Selanjutnya polisakarida kapsular mengelilingi bakteri dengan matriks berupa hidrat yang memungkinkan bakteri resisten terhadap fage dan melindunginya dari kekeringan (Fraysse et al. 2003). Selain itu, bakteri juga dapat menghasilkan faktor tumbuh yang berpengaruh positif terhadap tanaman. Bradyrhizobium japonicum adalah bakteri Gram negatif yang mempunyai potensi dalam bioakumulasi logam berat dari lingkungan tercemar. Galur B. japonicum (BDG 10, KDR 10, dan 15, KTB 01, Bj 38, dan 40) toleran logam berat baik dalam bentuk sel bebas maupun sebagai mikrosimbion kedelai mampu mengakumulasi logam Cu, Zn, Ni, Pb, dan Cd dengan konsentrasi tertinggi yang berbeda-beda dalam media. Dalam hal ini BDG 10 sebagai mikrosimbion kedelai lebih mampu menahan konsentrasi Zn, Cd, dan Ni pada bagian atas tanaman lebih rendah dari tanaman kontrol tanpa inokulasi bakteri (Tedja-Imas et al. 1999). Bakteri mampu bertahan dengan kondisi lingkungan yang banyak mengandung logam-logam berat. Serta menngakumulasi kandungan logam-logam tersebut dalam sel nya. Semakin banyak koloni bakteri ini tentu akan semakin banyak penyerapan logam-logam berat tersebut. Hal ini akan sangat menguntungkan bagi tanaman. Karena selain menambah penyerapan nitrogen bagi tanaman tersebut. B. Japonicum juga dapat menurangi ataupun menghindari tanaman dari toksisitas logam-logam berat yang berlebihan di sekitarnya. Akibat dari berkurangnya akumulasi logam berat dilingkungan tentu akan membuat tanah menjadi subur dan tercapainya keseimbangan eosistem. 

         Berdasarkan pemaparan tentang manfaat dari makhluk yang sangat kecil (mikroorganisme) tersebut memiliki manfaat yang begitu besar. Hal ini sesuai dengan kandungan dalam Q.S Al- Baqaroh ayat 164, yang artinya “Sesungguhnya dalam penciptaan langit dan bumi, silih bergantinya malam dan siang, bahtera yang berlayar di laut membawa apa yang berguna bagi manusia, dan apa yang Allah turunkan dari langit berupa air, lalu dengan air itu Dia hidupkan bumi sesudah mati (kering)-nya dan Dia sebarkan di bumi itu segala jenis hewan, dan pengisaran angin dan awan yang dikendalikan antara langit dan bumi; sungguh (terdapat) tanda-tanda (keesaan dan kebesaran Allah) bagi kaum yang memikirkan.” Kandungan yang terdapat diatas menjelaskan bahwa bahwa semua jenis bakteri yang berasal dari mikrobiologi pertanian itu semua adalah ciptaan Allah Maha Kuasa. Dan juga dari penggalan bukti ayat-ayat Al-quran tersebut telah jelas bahwa kita sebagai orang yang beriman, yang yakin akan adanya sang Khalik harus percaya bahwa seluruh makhluk baik di langit dan di bumi, baik berukuran besar maupun kecil, bahkan sampai mikroorganisme (jasad renik) yang tidak dapat terlihat dengan mata telanjang adalah makhluk ciptaan Allah SWT, sehingga dengan mengetahui dengan adanya mikrobiologi lingkungan. Secara tidak langsung pengetahuan tentang aqidah kitapun semakin bertambah. Sesungguhnya manusia hanyalah sedikit pengetahuannya, jika dibandingkan dengan ilmu Allah SWT yang maha luas dan tak terbatas.

Referensi :

Slonczewski, J. Microbiology An Evolving Science. Alabama: W. W. Norton & Company. 2008. 

Albrecht, S.L. 1998. Eukaryotic Algae and Cyanobacteria. In: D.M. Sylvia,

J.J. Fuhrmann, P.G. Hartel, and D.A. Zuberer (Eds.). Principles and

applications of soilmicrobiology. Prentice-Hall, Inc. p.94-131.

Alexander, M. 1977. Introduction to soil mycrobiology. 2nd Ed. John Wiley

and Sons. New York. 467 p.

Banik, S. and B.K. Dey. 1982.Available phosphate content of an alluvial soil

as influenced by inoculation of some isolated phosphate-solubilizing

micro-organisms. Plant and Soil 69: 353-364.

Baldani J.I, L. Caruso Vera, L.D. Baldani, Silvia R. Goi, and J. Dobereiner.

1997. Recent edvance in BNF with non-legume plants. Soil Biology

and Biochemistry 29(5/6): 911-922.

Baylis, G.T.S. 1975. The magnoloid mycorrhiza and mycotrophy in root

systems deived from it. p. 373-389. In: F.E.Sanders, B.Mosse, and

P.B. Tinker (Eds.), Endomycorrhizas. Academic Press, London.

Basyarudin. 1982. Penelaahan serapan dan pelepasan fosfat dalam

hubungannya dengan kebutuhan tanaman jagung (Zeamays L.) pada

tanah Ultisol danAndisol. Tesis. Fakultas Pasca Sarjana, IPB, Bogor.

Biswas, J.C., J.K. Ladha, F.B. Dazzo, Y.G. Yanni, B.G. Rolfe. 2000. Rhizobial

inoculation influences seedling vigor and yield of rice.Agron. J. 92:880-

886.

Boddey, R.M., de O.C. Oliviera, S. Urquiaga, V.M. Reis, F.L. Olivares, V.L.D.

Baldani, and J.Dobereiner. 1995. Biological nitrogen fixation associated

with sugar cane and rice: contributions and prospects for improvement.

Plant Soil 174:195-209.

Eriksson, KEL, R.A. Blanchette, and P.Ander. 1989.Microbial and enzymatic

degradation ofwood andwood components.Springer-VerlagHeildeberg.

New York.

Garcia, C., T. Hernandez, F. Costa, and B. Ceccanti. 1994. Biochemical

parameters in soils regenerated by the addition of organic wastes.

Wastes Management and Res. 12:457-466.

Goenadi, D.H. dan R. Saraswati. 1993. Kemampuan melarutkan fosfat dari

beberapa isolat fungi pelarut fosfat.Menara Perkebunan 61(3):61-66.

Illmer, P. and F. Schinner. 1992. Solubilization of inorganic phosphate by

microorganisms isolated from forest soils. Soil Biol. Biochem. 24: 389-

395.

56 Iptek Tanaman Pangan Vol. 3 No. 1 - 2008

James, E. and F.L. Olivares. 1997. Infection and colonization of sugarcane

and other graminaceous plants by endophytic diazotrophicus. Plant

Science. 17:77-119.

James E.K., P. Gyaneshwara, W.L. Barraquio, N. Mathan, and J.K Ladha.

2000. Endophytic diazotroph associated with rice. In: J.K. Ladha, P.M.

Reddy (Eds.). The quest for nitrogen fixation in rice. IRRI.

Jordan, D.C. 1984. Famili III. Rhizobiaceae conn 1938, 321AL, p. 234-256.

In: N.R. Krieg and J.E. Holt (Eds.). Bergey’s manual of systematic

bacteriology, vol. 1. The William andWilkins Co., Baltimore.

Keyser, H.H., B.B. Bohlool, T.S. Hu, and D.F. Weber. 1982. Fast-growing

rhizobia isolated from root nodules of soybeans. Science 215:1631-

1632.

Kuykendall, L.D., B. Saxena, T.E. Devine, and S.E. Udell. 1992. Genetic

diversity in BradyrhizobiumjaponicumJordan 1982 and a proposal for

Bradyrhizobium elkanii sp. nov. Canadian J.Microbiol. 38:501-505.

KarlenD.L., E.G. Hurley, andA.P.Mallarino. 2006. Crop rotation on soil quality

at three northern corn/soybean belt location.Agron. J. 98:484-495

Kloepper, J.W., M.N. Schroth, and T.D. Miller. 1980. Effects of rhizosphere

colonization by plant growth-promoting rhizobacteria on potato plant

development and yield. Phytopathology 70:1078-1082.

Kloepper, J.W. 1983. Effect of seed piece inoculation with plant growthpromoting

rhizobacteria on populations of Erwinia carotovora on potato

roots and daughter tubers. Phytopathology 73:217-219.

Kristensen, E., M. Holmer, and N. Bussarawit. 1991. Benthic metabolism

and sulfate reduction in a south-east Asian mangrove swamp. Mar.

Ecol. Prog. Ser. 73:93-103.

Kyuma, Kazutake. 2004. Paddy soil science. Kyoto Univ. Press and Trans

Pacific Press. Kyoto.

Ladha, J.K. and P.M. Reddy. 1995. Extension of nitrogen fixation to rice:

necessity and possibilities. GeoJournal. 35:363-372.

Ladha, J.K, F.J. de Bruijn, and K.A. Malik. 1997. Introducing assessing

opportunities for nitrogen fixation in rice: a frontier project. Plant and

Soil. 194:1-10.

Lankinen, P. 2004. Ligninolytic enzymes of the basidiomycetous fungiAgaricus

bisporus and Phlebia radiata on lignocellulose-containing media.

AcademicDissertation inMicrobiology. http://www.u.arizona.edu/~leam/

lankinen.pdf. [10 Desember 2005].

http://www.cilr.uq.edu.au/soybean-nodulation-control

http://www.kazusa.or.jp/j/information/news20030128.html

BIOLOGI 3B_27_AYU YUNIARTI SHOLEHATUN AMAL

BIOLOGI 3B_27_AYU YUNIARTI SHOLEHATUN AMAL

https://www.dropbox.com/home/3B.%2027.%20AYU%20YUNIARTI%20SHOLEHATUN%20AMAL

PETA KONSEP TRANSPOR MEMBRAN

PEROKSISOM

 

Microbodies adalah kelompok beragam organel yang ditemukan dalam sitoplasma hampir semua sel , sekitar bola, dan terikat oleh membran tunggal. Ada beberapa jenis microbodies , termasuk lisosom , tetapi peroksisom adalah yang paling umum . Semua eukariota terdiri dari satu atau lebih sel yang mengandung peroksisom . Organel pertama kali ditemukan oleh ilmuwan Belgia Christian de Duve , yang juga ditemukan lisosom .

Peroksisom mengandung berbagai enzim , yang terutama berfungsi bersama-sama untuk membersihkan sel zat beracun , dan khususnya , hidrogen peroksida ( produk sampingan umum dari metabolisme sel ) . Ini organel mengandung enzim yang mengubah hidrogen peroksida untuk air , render aman zat berpotensi beracun untuk rilis kembali ke dalam sel . Beberapa jenis peroksisom , seperti di sel hati , detoksifikasi alkohol dan senyawa berbahaya lainnya dengan mentransfer hidrogen dari racun molekul oksigen ( proses oksidasi disebut ) . Lain lebih penting karena kemampuan mereka untuk memulai produksi fosfolipid , yang biasanya digunakan dalam pembentukan membran .
Dalam rangka melaksanakan kegiatan mereka , peroksisom menggunakan sejumlah besar oksigen . Karakteristik ini dari organel akan menjadi sangat penting jutaan tahun yang lalu , sebelum sel-sel yang terkandung mitokondria , ketika atmosfer bumi pertama mulai mengumpulkan sejumlah besar oksigen karena tindakan bakteri fotosintetik . Peroksisom akan terutama bertanggung jawab pada waktu itu untuk detoksifikasi sel dengan mengurangi kadar oksigen mereka , yang kemudian beracun bagi kebanyakan bentuk kehidupan. Organel ini akan bisa memberikan manfaat seluler melaksanakan sejumlah reaksi menguntungkan juga. Kemudian, ketika mitokondria akhirnya berkembang , peroksisom menjadi kurang penting ( dalam beberapa hal ) ke sel sejak mitokondria juga memanfaatkan oksigen untuk melakukan banyak reaksi yang sama , tetapi dengan manfaat tambahan menghasilkan energi dalam bentuk adenosin trifosfat ( ATP ) pada waktu yang sama .

Peroksisom yang mirip dalam penampilan dengan lisosom , jenis lain dari microbody , tetapi dua memiliki asal-usul yang sangat berbeda . Lisosom umumnya terbentuk di kompleks Golgi , sedangkan peroksisom mereplikasi diri . Tidak seperti replikasinya mitokondria , bagaimanapun , peroksisom tidak memiliki molekul DNA internal mereka sendiri . Akibatnya, organel harus mengimpor protein yang mereka butuhkan untuk membuat salinan sendiri dari sitosol sekitarnya . Proses impor peroksisom belum dipahami dengan baik, tetapi tampaknya menjadi sangat tergantung pada sinyal menargetkan peroxisomal terdiri dari sekuens asam amino tertentu. Sinyal-sinyal ini diperkirakan untuk berinteraksi dengan protein reseptor hadir dalam protein sitosol dan docking hadir dalam membran peroxisomal . Karena semakin banyak protein yang diimpor ke lumen Peroksisom atau dimasukkan ke dalam membran , organel semakin besar dan akhirnya mencapai titik di mana fisi terjadi , mengakibatkan dua peroksisom putri . Diilustrasikan pada Gambar 2 adalah gambar digital fluoresensi dari air luwak kulit fibroblast sel Afrika bernoda dengan probe neon menargetkan inti (merah ) , aktin cytoskeletal jaringan ( biru) , dan peroksisom ( hijau) .
Sejak awal 1980-an , sejumlah gangguan metabolisme telah ditemukan disebabkan oleh cacat molekul dalam peroksisom . Dua kategori utama telah dijelaskan sejauh ini. Kategori pertama terdiri dari gangguan biogenesis Peroksisom di mana organel gagal untuk berkembang secara normal , menyebabkan kerusakan di berbagai protein peroxisomal . Kategori kedua melibatkan cacat enzim peroxisomal tunggal. Studi menunjukkan bahwa sekitar satu dari setiap 20.000 orang memiliki beberapa jenis gangguan peroxisomal . Yang paling serius dari gangguan ini adalah sindrom Zellweger , yang ditandai dengan tidak adanya atau berkurangnya jumlah peroksisom dalam sel . Hadir pada pasien saat lahir ( kongenital ) , sindrom Zellweger tidak memiliki obat atau pengobatan yang efektif dan biasanya menyebabkan kematian dalam tahun pertama kehidupan .

detoxification of harmful compounds in peroxisomes

http://micro.magnet.fsu.edu/cells/peroxisomes/peroxisomes.html