Degradasi Limbah Mikroplastik pada Ekosistim Perairan oleh Bakteri Kultur Campuran Clostridium sp. dan Thiobacillus sp.
Fachrul, Rinanti, Tazkiaturrizki, Agustria, Naswadai p-ISSN 0853-7720; e-ISSN 2541-4275, Volume 6, Nomor 2, halaman 304 – 316, Juli 2021
DOI : http://dx.doi.org/10.25105/pdk.v6i2.9536
304
DEGRADASI MIKROPLASTIK PADA EKOSISTIM PERAIRAN OLEH BAKTERI KULTUR CAMPURAN Clostridium sp. DAN Thiobacillus sp.
Melati Ferianita Fachrul1, Astri Rinanti1, Tazkiaturrizki1, Afferdo Agustria1, Dini Amalia Naswadi1 1Jurusan Teknik Lingkungan, Fakultas Arsitektur Lanskap dan Teknologi Lingkungan, Universitas Trisakti, Jakarta, 11440, Indonesia
*Penulis koresponden: [email protected]
ABSTRAK Permasalahan akibat akumulasi mikroplastik di lingkungan terjadi karena plastik merupakan polimer sintetis yang sulit untuk terdegradasi, salah satunya disebabkan karena plastik mempunyai kerapatan massa molekul yang tinggi. mikroplastik tersebar di lingkungan dan menimbulkan masalah bagi lingkungan dan biota air dan tanah seperti laut, muara, sungai, danau, tanah. Biodegradasi plastik berbahan dasar minyak bumi konvensional dipengaruhi oleh faktor abiotik terjadi dalam waktu lama, dan tidak dapat sepenuhnya terurai dan faktor biotik dipengaruhi oleh mikroorganisme pengurai yang ada di lingkungan yang dapat mempercepat penguraian. Pendekatan untuk mengendalikan pencemaran mikroplastik dapat dilakukan dengan pendekatan teknologi bioremediasi, dengan memanfaatkan potensi mikroba atau bakteri indigenous yang ditumbuhkan dalam lingkungan media yang terpapar mikroplastik. Faktor abiotik (radiasi UV, suhu, tekanan atmosfer) terjadi dalam waktu lama, dan tidak dapat sepenuhnya terurai. Faktor biotik dipengaruhi oleh mikroorganisme pengurai yang ada di lingkungan yang dapat mempercepat penguraian.
ABSTRACT In the environment, plastic waste can break down into micrometer (microplastic) and nanometer (nanoplastic) sized plastic particles, allowing the finer particles to enter the food chain and lead to humans as top predators in the food chain. Problems due to the accumulation of microplastics in the environment occur because plastic is a synthetic polymer that is difficult to degrade, one of the reasons is that plastic has a high molecular mass density. Microplastics are spread in the environment and cause problems for the environment and aquatic and soil biota such as seas, estuaries, rivers, lakes, soil. Biodegradation of conventional petroleum-based plastics is influenced by abiotic factors that occur for a long time, and cannot be completely decomposed and biotic factors are influenced by decomposing microorganisms in the environment which can accelerate decomposition. The approach to controlling microplastic pollution can be done with a bioremediation technology approach, by utilizing the potential of indigenous microbes or bacteria grown in the media environment exposed to microplastics. Abiotic factors occur over a long period of time, and cannot be completely decomposed. Biotic factors are influenced by decomposing microorganisms in the environment that can accelerate decomposition.
SEJARAH ARTIKEL
● Diterima 20 April 2021
● Revisi 10 Mei 2021
● Disetujui 20 juli 2021
● Terbit online 31 Juli 2021
KATA KUNCI ● Mikroplastik, ● Biodegradasi, ● Clostridium sp. ● Thiobacillus sp.
Degradasi Limbah Mikroplastik pada Ekosistim Perairan oleh Bakteri Kultur Campuran Clostridium sp. dan Thiobacillus sp.
Fachrul, Rinanti, Tazkiaturrizki, Agustria, Naswadai p-ISSN 0853-7720; e-ISSN 2541-4275, Volume 6, Nomor 2, halaman 304 – 316, Juli 2021
DOI : http://dx.doi.org/10.25105/pdk.v6i2.9536
305
1. PENDAHULUAN
Plastik telah merupakan bagian kehidupan sehari-hari manusia. Dalam dua dasarwarsa terakhir,
kemasan plastik telah merebut pangsa pasar kemasan dunia, menggantikan kemasan kaleng dan gelas.
Kemasan plastik sudah mendominasi industri makanan di Indonesia dan kemasan luwes (fleksibel)
menempati porsi 80%. Jumlah plastik yang digunakan untuk mengemas, menyimpan dan membungkus
makanan mencapai 53% khusus untuk kemasan luwes, sedangkan kemasan kaku sudah mulai banyak
digunakan untuk minuman (Nasution, 2015).
Pada tiga dekade terakhir penggunaan plastik yang tidak terkendali yaitu pada aktifitas
pengemasan (misalnya makanan cepat saji), transportasi, industri dan pertanian baik di pedesaan
maupun perkotaan dapat meningkatkan permasalahan serius dalam pembuangan limbah plastik dan
pencemaran yang ditimbulkan. Sifat plastik yang ringan, daya tahan tiggi dalam kondisi lembab, kuat
dan murah merupakan keunggulan utama dari plastik sementara kelemahannya yaitu sulit untuk
didegradasi secara alami. Penggunaan plastik secara global meningkat sekitar 12% per tahun dan
diproduksi sekitar 0,15 miliar ton polimer sintetis di seluruh dunia setiap tahunnya (Kumari et al.,
2019). Plastik adalah salah satu polimer kompleks yang memiliki umur degradasi yang sangat lama. Hal
tersebut dikarenakan plastik memiliki rantai yang panjang serta berulang mengakibatkan plastik
memiliki molecular weight (berat molekul) yang tinggi sehingga dibutuhkan waktu yang cukup lama
untuk memecah rantai panjang tersebut menjadi rantai yang lebih pendek (Bhardwaj, 2012; Yoon et
al., 2012).
Fachrul dan Rinanti (2018) menjelaskan bahwa kemasan plastik yang praktis dan biasanya
digunakan hanya sekali pakai akan menjadi sampah akan dibuang ke tempat pembuangan sampah.
Jika dibiarkan tanpa ada pengelolaan yang baik dan benar terhadap limbah plastik tersebut, maka
sangat memungkinkan dapat mencemari lingkungan, gangguan dalam bentuk pencemaran
dimungkinkan dapat terjadi baik itu pencemaran pada ekosistim daratan ataupun perairan. Hal ini
menjadi isu dan belum banyak terpecahkan adalah kontaminasi pencemaran mikroplastik yang
bersifat persisten baik pada pencemaran perairan maupun pencemaran tanah. Peningkatan jumlah
plastik dilingkungan pada umumnya berasal dari limbah rumah tangga dan industri. Proses
dekomposisi sampah plastik menjadi mikroplastik berlangsung sangat lama bahkan memerlukan
waktu hingga ratusan tahun melalui berbagai proses fisik, kimiawi, maupun biologi
Menurut Zhang et al (2021), plastik yang berada di badan air akan melayang atau mengapung
sehingga menyebabkan plastik menjadi potongan atau serpihan kecil hal tersebut disebabkan karena
terdegradasi oleh sinar matahari (fotodegradasi), oksidasi dan abrasi mekanik, sehingga membentuk
partikel-partikel kecil yang disebut mikroplastik. Selanjutnya Widianarko dan Hantoro (2018),
menjelaskan bahwa isu pencemaran plastik di lingkungan perairan telah menjadi perhatian global saat
ini karena dampaknya yang merugikan ekosistem perairan laut dan pantai. Terlebih lagi dengan
terurainya sampah plastik menjadi partikel plastik berukuran mikrometer (mikroplastik) dan
nanometer (nanoplastik), memungkinkan partikel yang halus masuk ke rantai makanan dan berujung
pada manusia sebagai top predator dalam rantai makanan.
Degradasi Limbah Mikroplastik pada Ekosistim Perairan oleh Bakteri Kultur Campuran Clostridium sp. dan Thiobacillus sp.
Fachrul, Rinanti, Tazkiaturrizki, Agustria, Naswadai p-ISSN 0853-7720; e-ISSN 2541-4275, Volume 6, Nomor 2, halaman 304 – 316, Juli 2021
DOI : http://dx.doi.org/10.25105/pdk.v6i2.9536
306
Mikroplastik adalah sampah plastik yang berukuran lebih kecil dari 5 mm yang terbagi menjadi
dua jenis yaitu mikroplastik primer dan mikroplasti sekunder. Mikroplastik primer yaitu mikro partikel
yang diproduksi untuk kebutuhan kosmetik atau serat pakaian sintetis. Mikroplastik sekunder yaitu
hasil fragmentasi atau perubahan menjadi ukuran yang lebih kecil akan tetapi molekulnya tetap berupa
polimer (Ekosafitri et al., 2015). Mikroplastik memiliki berbagai macam jenis, bentuk (fragmen, film
dan fiber), ukuran, warna, komposisi dan masa jenis (Browne, 2015)
Mikroplastik fragmen memiliki ciri-ciri pecahan plastik. Film merupakan polimer plastik
sekunder yang berasal dari framentasi kantong plastik yang memiliki densitas rendah. Mikroplastik
dengan bentuk film yang berbentuk lembaran atau pecahan plastik. Mikroplastik fiber memiliki ciri-ciri
menyerupai serabut atau jaring nelayan dan jika terkena sinar lampu ultraviolet makan akan berwarna
biru (Septian et al., 2018; Nor dan Obbard, 2014). Mikroplastik dengan bentuk fiber sering ditemukan
di daerah pinggir pantai karena berasal dari pemukiman penduduk dengan pekerjaan sebagai nelayan.
Permasalahan akibat akumulasi plastik di lingkungan terjadi karena plastik merupakan polimer sintetis
yang sulit untuk terdegradasi, salah satunya disebabkan karena plastik mempunyai kerapatan massa
molekul yang tinggi. Polimer Polietilen (PE) memiliki kerapatan 0,91 hingga 0,97 gram/cm3, sehingga
penetrasi oleh mikroba alami di alam sulit dilakukan.
Beberapa faktor penyebab banyaknya mikroplastik yang ada di lingkungan perairan tawar yaitu
perbandingan populasi manusia dibandingkan dengan jumlah sumber air, letak pusat perkotaan,
waktu tinggal air, ukuran sumber air, jenis pengolahan limbah, dan jumlah saluran pembuangan
(Moore et al., 2010). Keberadaan mikroplastik dalam perairan akan masuk ke dalam badan air dan
akhirnya akan mengendap di sedimen (Wright et al., 2013). Keberadaan mikroplastik di laut dapat
melalu beberapa cara: (1) fragmentasi plastik di laut, (2) mikroplastik langsung sampai ke laut, (3),
mikroplastik yang secara tidak sengaja hilang dalam proses pengolahannya, (4) hasil pengolahan
limbah yang dibuang ke lingkungan (Kershaw, 2015).
Dengan demikian, salah satu strategi dan pendekatan yang menarik untuk mengendalikan
pencemaran mikroplastik dapat dilakukan adalah dengan pendekatan teknologi bioremediasi (Caruso,
2015; Alshehrei, 2017; Wei-Min dkk., 2017), dengan memanfaatkan potensi mikroba atau bakteri
indigenous yang ditumbuhkan dalam lingkungan media yang terpapar mikroplastik.
2. KEBERADAAN MIKROPLASTIK DILINGKUNGAN
Kehadiran mikroplastik di lingkungan menjadi masalah karena plastik bersifat persisten, sering
kali mengandung bahan kimia yang berpotensi toksik dan karsinogenik, karena dikonsumsi oleh
organisme maka akan mempengaruhi kehidupan perairan. Selain itu, sampah plastik dipastikan
mengotori lautan, meracuni biota laut, merusak terumbu karang akan memberi dampak kerusakan
bagi keseimbangan ekosistem laut. Sampah mikroplastik ini dapat masuk ke dalam rantai makanan dan
pada akhirnya berdampak pada kesehatan baik manusia maupun lingkungan (Eriksen dkk., 2014; Kole
dkk., 2017; Wright dan Kelly, 2017).
Degradasi Limbah Mikroplastik pada Ekosistim Perairan oleh Bakteri Kultur Campuran Clostridium sp. dan Thiobacillus sp.
Fachrul, Rinanti, Tazkiaturrizki, Agustria, Naswadai p-ISSN 0853-7720; e-ISSN 2541-4275, Volume 6, Nomor 2, halaman 304 – 316, Juli 2021
DOI : http://dx.doi.org/10.25105/pdk.v6i2.9536
307
Beberapa penelitian terdahulu membuktikan bahwa mikroplastik tersebar di lingkungan dan
menimbulkan masalah bagi lingkungan dan biota air dan tanah seperti laut, muara, sungai, danau,
tanah (Tabel 1). Hal ini membuktikan bahwa penyebaran limbah mikroplastik sangat luas dan limbah
plastik yang tidak terkontrol menyebabkan pencemaran bagi lingkungan.
Tabel 1 Penelitian terdahulu tentang mikroplastik di lingkungan
Fokus Penelitian Tipe Sampel Referensi
Lingkungan Perairan Laut
Transportasi spesies bakteri patogen ikan Aeromonas salmonicida oleh mikroplastik
Permukaan air Virsek et al. (2017)
Pengaruh penuaan mikroplastik pada konsumsinya oleh zooplankton
PS murni dan tua, copepoda (Calanus finmarchicus dan Acartia longiremis)
Vroom et al. (2017)
Efek toksik mikroplastik dengan merkuri pada ikan
Seabass Eropa (Dicentrarchus labrax) Barboza et al. (2018)
Jalur serapan mikroplastik Kerang (Mussel) Kolandhasamy et al. (2018)
Kehadiran organofosfat ester (OPEs) dan ester asam ftalat (PAEs) dalam mikroplastik terdampar
Sedimen pantai Zhang et al. (2018)
Estuaria
Penilaian risiko ekologis mikroplastik, logam berat, dan PAH
Sedimen pantai Akhbarizadeh et al. (2017)
Perilaku tenggelamnya mikroplastik di perairan muara dan pesisir
Air permukaan, sampel berbasis laboratorium
Kaiser et al. (2017)
Transfer mikroplastik di sepanjang rantai makanan
Sedimen, makroinvertebrata, kotoran burung pantai
Lourenco et al. (2017)
Penilaian risiko mikroplastik di Muara Changjiang, China
Air Permukaan Xu et al. (2018)
Sungai
Sumber mikroplastik dan pemodelan input global dari sungai ke laut
Data pengukuran lapangan Lebreton et al. (2017), Siegfried et al. (2017)
Sumber mikroplastik dan masukan dari sungai ke laut
Data kolom air sungai Schmidt et al. (2017)
Variasi musiman mikroplastik dan potensi penggunaan chironomid sebagai indikator pencemaran mikroplastik
Sedimen, Chironomus spp Nel et al. (2018)
Pemodelan nasib dan transportasi (TRWP) di DAS
Unice et al. (2019a), Unice et al. (2019b)
Degradasi Limbah Mikroplastik pada Ekosistim Perairan oleh Bakteri Kultur Campuran Clostridium sp. dan Thiobacillus sp.
Fachrul, Rinanti, Tazkiaturrizki, Agustria, Naswadai p-ISSN 0853-7720; e-ISSN 2541-4275, Volume 6, Nomor 2, halaman 304 – 316, Juli 2021
DOI : http://dx.doi.org/10.25105/pdk.v6i2.9536
308
Danau
Pengaruh mikroplastik yang mengandung polutan murni atau hidrofobik pada organisme limnik
Contoh ikan (Clarias gariepinus, Danio rerio), zooplankton (Daphnia magna)
Karami et al. (2016), Ma et al. (2016), Chen et al. (2017)
Pemodelan distribusi spasial mikroplastik di Great Lakes
Air permukaan (data literatur) Hoffman and Hittinger (2017)
Efek toksik mikroplastik pada organisme limnik
Zooplankton (Daphnia magna), invertebrata (Gammarus pulex, Hyalella azteca, Asellus aquaticus, Sphaerium corneum, Tubifex spp., Lumbriculus variegatus)
Rehse et al. (2016), Redondo-Hasselerharm et al. (2018)
Pengaruh mikroplastik di bawah suhu tinggi pada ikan
Ikan Discus (Symphysodon aequifasciatus)
Wen et al. (2018)
Tanah
ransportasi mikroplastik di tanah oleh cacing tanah Lumbricus terrestris
Campuran tanah sintetis dan Lumbricus terrestris
Rillig et al. (2017)
Peluruhan polietilen densitas rendah (LDPE) oleh bakteri usus cacing tanah
Campuran tanah sintetis, Lumbricus terrestris
Huerta Lwanga et al. (2018)
Kelimpahan dan distribusi mikroplastik dalam agregat tanah
Tanah Zhang and Liu (2018)
Hubungan predator (tungau)-mangsa (collembolan) dalam pengangkutan mikroplastik di dalam tanah
Hypoaspis aculeifer (tungau), Folsomia candida (collembolan)
Zhu et al. (2018)
Plastik jenis polyethylene dapat didegradasi dengan penyinaran sinar UV pada panjang
gelombang 280-300 nm selama 10 hari, sehingga membentuk hidrokperoksida dan terputusnya rantai panjang polyethylene menjadi fragmen-fragmen yang lebih pendek atau disebut monomer (Asriza and Janiar, 2017). Namun proses degradasi dengan memanfaatkan sinar UV ini dapat menimbulkan dampak negatif yaitu efek rumah kaca. Pembakaran limbah plastik akan menimbulkan dampak negative juga, yaitu tercemarnya udara oleh gas-gas hasil pembakaran plastik, diantaranya gas karbondioksida (CO2) dan gas karbonmonoksida (CO). Oleh karena itu, perlu adanya solusi untuk mengolah limbah plastik dengan baik tanpa harus merusak lingkungan.
3. PENGOLAHAN MIKROPLASTIK
Proses degradasi plastik dapat terjadi oleh radiasi sinar UV yang memicu degradasi oksidatif pada polimer. Selama proses degradasi secara fisik ini berlangsung, limbah mikroplastik akan mengalami perubahan seperti berkurangnya kepekatan warna (discolour), menjadi lebih lunak dan mudah hancur dengan berjalannya waktu. Pengaruh mekanis proses degradasi plastik yaitu angin, gelombang laut, gigitan hewan dan aktivitas manusia yang dapat menghancurkan bentuk plastik ke dalam bentuk fragmen-fragmen (Kershaw, 2015). Mikroplastik yang mengendap di sedimen dan terjadi secara terus-menerus akan menimbulkan akumulasi mikroplastik pada lapisan sedimen yang
Degradasi Limbah Mikroplastik pada Ekosistim Perairan oleh Bakteri Kultur Campuran Clostridium sp. dan Thiobacillus sp.
Fachrul, Rinanti, Tazkiaturrizki, Agustria, Naswadai p-ISSN 0853-7720; e-ISSN 2541-4275, Volume 6, Nomor 2, halaman 304 – 316, Juli 2021
DOI : http://dx.doi.org/10.25105/pdk.v6i2.9536
309
lebih dalam sehingga menyebabkan partikel plastik mengalami pertambahan densitas. Mikroplastik yang mengalami perubahan densitasnya disebabkan oleh paparan cahaya matahari yang berkepanjangan di laut, pelapukan, dan biofouling (Hidalgo-Ruz et al., 2012). Proses degradasi plastic secara alami pada landfill yaitu membutuhkan lahan sangat luas sebagai fasilitas TPA yang dapat dimanfaatkan untuk sarana yang lebih produktif seperti pertanian (Zhang et al., 2004). Keterbatasan oksigen di TPA mengakibatkan komponen plastik dari sampah TPA terbukti bertahan selama lebih dari 20 tahun dikarenakan lingkungan TPA bersifat anaerobik yang menyebabkan terbatasnya laju proses degradasi. Pengolahan mikroplastik dengan insenerasi menyebabkan pembentukan banyak senyawa berbahaya yang sebagian besar dilepaskan ke atmosfer seperti PAH (Polisiklik Aromatik Hidrokarbon), PCBs (polychlorinated biphenyls), logam berat, gas rumah kaca, serta senyawa karbon dan oksigen yang beracun semuanya diproduksi dan dilepaskan ketika plastik dibakar (Priyanka dan Archana, 2012)
Mikroplastik memiliki kemampuan menyerap senyawa hidrofobik yang beracun dari lingkungan (Cole et al., 2011). Sifat mikroplastik yang karsinogenik dan dapat mengganggu sistem saluran kelenjar endokrin pada suatu biota (Rochman et al., 2015). Hal ini akan berdampak buruk pada kondisi biota yang mengkonsumsi mikroplastik yang terakumulasi pada sedimen di perairan sehingga dapat menyebabkan kerusakan baik fisik maupun kimia pada organ internal dan mengganggu sistem saluran
pencernaan biota tersebut (Ryan et al., 2021).
4. BIODEGRADASI MIKROPLASTIK
Fachrul dan Rinanti (2018) menjelaskan bahwa salah satu strategi dan pendekatan yang menarik untuk mengendalikan pencemaran mikroplastik dapat dilakukan adalah dengan pendekatan teknologi remediasi dengan memanfaatkan potensi mikroba atau bakteri indigenous dan jamur atau fungi yang ditumbuhkan dalam lingkungan media yang terpapar mikroplastik yang terkontrol. Jacquin et al., (2019) menjelaskan bahwa bakteri, archaea, fungi dan mikroba eukariota terdeteksi dalam beberapa penelitian mengenai sampel plastik di laut atau dari plastik baru yang diinkubasi dalam kondisi laut. Penelitian terbaru yang menggunakan teknik molekuler untuk mengevaluasi keanekaragaman hayati plastisfer di berbagai wilayah geografis, untuk sampel plastik yang diambil di laut atau diinkubasi dalam kondisi air laut Tabel 2.
Tabel 2 Penelitian yang menggunakan teknik molekuler untuk mengevaluasi mikroorganisme plastisfer di berbagai wilayah geografis
Area Penelitian Tipe Sampel Metode Target Gen Target Referensi
Laut subtropical Pasifik Utara
Sampling pada air permukaan
Metagenomic sequencing
Bacteria and Eukaryote
Bryan et al., 2016
Laut Baltic Inkubasi pada air laut
V4 18S rRNA sequencing
565-981 Microbial Eukaryote, Fungi
Kettner et al., 2017
Estuari, Laut Baltic
Inkubasi pada air laut
V4 16S rRNA sequencing
515-806 Bacteria and Archaea
Oberbeckmann et al., 2018
Laut Utara (North Sea)
Inkubasi pada air laut
V4 16S rRNA sequencing
V9 18S rRNA sequencing
515-806
1391-1795
Bacteria and Archaea
Microbial Eukaryote, Fungi
Oberbeckmann et al., 2016
Degradasi Limbah Mikroplastik pada Ekosistim Perairan oleh Bakteri Kultur Campuran Clostridium sp. dan Thiobacillus sp.
Fachrul, Rinanti, Tazkiaturrizki, Agustria, Naswadai p-ISSN 0853-7720; e-ISSN 2541-4275, Volume 6, Nomor 2, halaman 304 – 316, Juli 2021
DOI : http://dx.doi.org/10.25105/pdk.v6i2.9536
310
Area Penelitian Tipe Sampel Metode Target Gen Target Referensi
Laut Utara (North Sea)
Sampling pada air permukaan - Inkubasi pada air laut
DGGE 16S rRNA and sequencing
341-534 Bacteria and Archaea
Oberbeckmann et al., 2014
Laut Utara (North Sea)
Inkubasi pada air laut dan sedimen
V3-V4 16S rRNA sequencing
rDNA-ITS2 sequencing
341-785 Bacteria and Archaea Fungi
De Tender et al., 2017
Laut subtropical Pasifik Utara
Sampling pada air permukaan
V4 16S rRNA sequencing
V7 18S rRNA sequencing
515-806
960-1438
Bacteria and Archaea
Eukaryote
Debroas et al., 2017
Laut Atlantic Utara
Sampling pada air permukaan
V4-V6 16S rRNA sequencing
V9 16S rRNA sequencing
518-1046
1380-1510
Bacteria
Microbial Eukaryote
Zettler et al., 2013
Laut Mediterranean
Sampling pada air permukaan
V3-V5 16S rRNA sequencing
515-926 Bacteria and Archaea
Dussud et al., 2018a
Laut Mediterranean
Inkubasi pada air laut
V3-V5 16S rRNA sequencing
515-926 Bacteria and Archaea
Dussud et al., 2018b
Laut Mediterranean
Inkubasi pada air laut
V3-V5 16S rRNA sequencing
515-926 Bacteria and Archaea
Briand et al., 2012
Laut Arabian Inkubasi pada air laut
V4 16S rRNA sequencing
ND Bacteria Muthukrishnan et al., 2018
Estuar0, Laut Utara
Inkubasi pada air laut dan sedimen
16S rRNA cloning and sequencing
27-1492 Bacteria Harrison et al., 2014
Estuari, Laut China Timur
Sampling pada air permukaan dan sedimen
V3-V4 16S rRNA sequencing
319-806 Bacteria Jiang et al., 2018
Sumber: Jacquin et al, (2019)
Mekanisme biodegradasi plastik dimulai dari menempelnya mikroba dengan polimer, lalu terjadi kolonisasi permukaan. Hidrolisis plastik berbasis enzim terjadi pada saat enzim menempel pada substrat polimer diikuti dengan pembelahan hidrolitik. Produk degradasi polimer seperti oligomer, dimer, dan monomer memiliki berat molekul yang jauh lebih rendah dan akhirnya diubah menjadi CO2 dan H2O melalui mineralisasi (Tokiwa et al., 2009). Dalam kondisi aerobik, oksigen digunakan sebagai akseptor elektron oleh bakteri yang diikuti dengan sintesis senyawa organik yang lebih kecil, dengan demikian, CO2 dan air diproduksi sebagai produk akhir. Dalam kondisi anaerobik, polimer dihancurkan dengan tidak adanya oksigen oleh mikroorganisme. Sulfat, nitrat, besi, karbon dioksida, dan mangan digunakan sebagai akseptor elektron oleh bakteri anaerob (Priyanka dan Archana, 2012). Diagram mekanisme biodegradasi plastik PE dapat dilihat pada Gambar 1
Degradasi Limbah Mikroplastik pada Ekosistim Perairan oleh Bakteri Kultur Campuran Clostridium sp. dan Thiobacillus sp.
Fachrul, Rinanti, Tazkiaturrizki, Agustria, Naswadai p-ISSN 0853-7720; e-ISSN 2541-4275, Volume 6, Nomor 2, halaman 304 – 316, Juli 2021
DOI : http://dx.doi.org/10.25105/pdk.v6i2.9536
311
Gambar 1 Mekanisme biodegradasi plastik (Tokiwa et al., 2009; Priyanka dan Archana, 2012)
Lebih lanjut Fachrul dan Rinanti (2018) menjelaskan bahwa biodegradasi plastik berbahan dasar minyak bumi konvensional dipengaruhi oleh faktor abiotik dan faktor biotik. Faktor abiotik (radiasi UV, suhu, tekanan atmosfer) terjadi dalam waktu lama, dan tidak dapat sepenuhnya terurai. Faktor biotik dipengaruhi oleh mikroorganisme pengurai yang ada di lingkungan yang dapat
mempercepat penguraian. Menurut Aristilde dan Wilkes (2017), biodegradasi plastik berbahan dasar minyak bumi konvensional dipengaruhi oleh faktor abiotik terjadi dalam waktu lama, dan tidak dapat sepenuhnya terurai dan faktor biotik dipengaruhi oleh mikroorganisme pengurai yang ada di lingkungan yang dapat mempercepat penguraian. Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi laju biodegradasi dan plastik seperti terdiri dari 2 (dua) faktor yaitu faktor Biotik yaitu kelembaban, suhu dan pH, sedang faktor abiotik yaitu Enzim dan Hidrofobitas terlihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Faktor yang mempengaruhi laju biodegradasi plastik
MIKROORGANISME
POLIMER
Depolimerase
CH4,
CO2,
H2O,
Residu
CO2,
H2O,Produk
metabolic lainnya
Oligomer Dimer Monomer
Dalamkondisi
anaerobik
Dalamkondisiaerobik
Ekskresi enzimekstraseluler darimikroorganisme
Degradasi oleh mikroba
Enzim menempelpada polimer dan
memecahkan rantai
polimer
Mineralisasi
Degradasi Limbah Mikroplastik pada Ekosistim Perairan oleh Bakteri Kultur Campuran Clostridium sp. dan Thiobacillus sp.
Fachrul, Rinanti, Tazkiaturrizki, Agustria, Naswadai p-ISSN 0853-7720; e-ISSN 2541-4275, Volume 6, Nomor 2, halaman 304 – 316, Juli 2021
DOI : http://dx.doi.org/10.25105/pdk.v6i2.9536
312
Pramila et al., (2012) menjelaskan strategi yang digunakan untuk menilai dan memantau biodegradasi polimer yaitu terjadi akumulasi biomassa (secara eksperimental menentukan laju pertumbuhan mikroorganisme dengan polimer sebagai satu-satunya sumber karbon), peningkatan penyerapan oksigen, perubahan permukaan polimer, dan perubahan sifat mekanik dan fisik polimer.
5. KESIMPULAN
Meskipun berlangsung lebih lama dan membutuhkan lingkungan yang terkontrol, degradasi mikroplastik dapat dilakukan oleh beberapa jenis mikroorganisme melalui mekanisme degradasi yang khas, yang melibatkan aktifitas enzimatis dan pembentukan biofilm. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mengeksploitasi potensi mikroba bakteri indigenous dengan pendekatan teknologi remediasi untuk memperoleh kondisi yang otimum untuk mempercepat berlangsungnya biodegradasi, diantaranya dengan mengontrol pertumbuhan mikroba pembentuk biofilm dengan penambahan kosubstrat.
6. UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih atas Pengumuman sebagi Penerima Pendanaan Penelitian diPerguruan Tinggi sesuai dengan Surat Plt. Direktur Riset dan Pengabdian Masyarakat No: B/112/E3/RA.00/2021, tanggal 18 Februari 2021 dan Jurusan Teknik Lingkungan Universitas Trisakti atas dukungan pendanaan penelitian ini. Juga terima kasih kepada Afferdo Agustria, Dian Amalia Naswadi mahasiswa yang membantu dalam penelitian ini.
7. DAFTAR PUSTAKA Akhbarizadeh, R., Moore, F., Keshavarzi, B., Moeinpour, A., 2017. Microplastics and potentially toxic
elements in coastal sediments of Iran’s main oil terminal (Khark Island). Environ. Pollut. 220, 720-731. https://doi.org/10.1016/j.envpol. 2016.10.038.
Alshehrei, F. Biodegradation of Synthetic and Natural Plastic by Microorganisms. Journal of Applied & Environmental Microbiology. 2017. 5(1):8-19. Available online at http://pubs.sciepub.com/jaem/5/1/2 ©Science and Education Publishing DOI:10.12691/jaem-5-1-2
Aristilde, L. dan R.A. Wilkes. (2017). Degradation and Metabolism of Synthetic Plastics and Associated Products by Pseudomonas sp.: Capabilities and Challenges, Ithaca, NY, USA, Department of Biological and Environmental Engineering, College of Agriculture and Life Sciences, Cornell University. DOI: https://doi.org/10.1111/jam.13472
Barboza, L.G.A., Vieira, L.R., Branco, V., Figueiredo, N., Carvalho, F., Carvalho, C., Guilhermino, L., 2018. Microplastics cause neurotoxicity, oxidative damage and energy-related changes and interact with the bioaccumulation of mercury in the European seabass, Dicentrarchus labrax (Linnaeus, 1758). Aquat. Toxicol. 195, 49-57. https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2017.12.008.
Bhardwaj, Himani, dkk. 2012. Microbial Population Associated With Plastics Degradation. . doi: http://dx.doi.org/10.4172/scientificreports.272
Degradasi Limbah Mikroplastik pada Ekosistim Perairan oleh Bakteri Kultur Campuran Clostridium sp. dan Thiobacillus sp.
Fachrul, Rinanti, Tazkiaturrizki, Agustria, Naswadai p-ISSN 0853-7720; e-ISSN 2541-4275, Volume 6, Nomor 2, halaman 304 – 316, Juli 2021
DOI : http://dx.doi.org/10.25105/pdk.v6i2.9536
313
Browne, M. A. 2015. Sources and pathways of microplastiks to habitats. Marine anthropogenic litter. 229 – 244. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-16510-3_9
Bryant, J. A., Clemente, T. M., Viviani, D. A., Fong, A. A., Thomas, K. A., Kemp, P., Karl, D.M., White, A.E., DeLong, E.F. 2016. Diversity and activity of aommunities inhabiting plastic debris in the North Pacific gyre. mSystems, 1(3), e00024-16. DOI: 10.1128/mSystems.00024-16
Caruso, G. 2015. Plastic Degrading Microorganisms as a Tool for Bioremediation of Plastic Contamination in Aquatic Environments. J Pollut Eff Cont. 3:3. http://dx.doi.org/10.4172/2375-4397.1000e112.
Cole, M., P. Lindeque, C. Halsband, & Galloway, T.S., 2011. Microplastics as contaminant in the marine environment. Marine pollution bulletin, 62, 2588 – 2597. DOI: https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2011.09.025
De Tender, C., Devriese, L. I., Haegeman, A., Maes, S., Vangeyte, J., Cattrijsse, A., Dawnyndt, P and Ruttink,T. 2017. Temporal dynamics of bacterial and fungal colonization on plastic debris in the North sea. Environ. Sci. Technol, 51, 7350–7360. DOI: 10.1021/acs.est.7b00697
Debroas, D., Mone, A., and Ter Halle, A. 2017. Plastics in the North Atlantic garbage patch: a boat-microbe for hitchhikers and plastic degraders. Sci. Total Environ, 599, 1222–1232. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2017.05.059
Dussud, C., and Ghiglione, J.-F. 2014. “Bacterial degradation of synthetic plastics,” in Marine Litter in the Mediterranean and Black Seas, ed. F. Briand (Paris: CIESM Publisher), 180.
Ekosafitri, K.H., Rustiadi, E. dan Yulianda, F. 2015. Pengembangan wilayah pesisir pantai utara jawa tengah berdasarkan infrastruktur daerah: Studi kasus Kabupaten Jepara. Jurnal perencanaan dan pembangunan wilayah perdesaan, 1(2), 145 - 157. DOI: https://doi.org/10.29244/jp2wd.2017.1.2.145-157
Fachrul, M.F. dan Rinanti, A. Remediasi pencemaran mikroplastik di perairan menggunakan bakteri indigenous. Proceeding, Jakarta: Seminar Nasional Kota Berkelanjutan. ISSN ISSN : 2621-2048 (print), ISSN: 2621-2056 (Online). 1 (1), 302 – 312. DOI: http://dx.doi.org/10.25105/psnkb.v1i1.2910
Harrison, J. P., Schratzberger, M., Sapp, M., and Osborn, A. M. 2014. Rapid bacterial colonization of low-density polyethylene microplastics in coastal sediment microcosms. BMC Microbiol. 14(232), 1 - 15. DOI: 10.1186/s12866-014- 0232-4
Hidalgo-Ruz, V., Gutow, L, Thompson, R.C. dan Thiel, M. 2012. Microplastics in the marine environment: A review of the methods used or identification and quantification. Environmental science and technology, 46, 3060 - 3075. DOI: https://doi.org/10.1021/es2031505
Hoffman, M.J., Hittinger, E., 2017. Inventory and transport of plastic debris in the laurentian great lakes. Mar. Pollut. Bull. 115, 273-281. https://doi.org/10.1016/j. marpolbul.2016.11.061.
Jacquin, J., Cheng, J., Odobel, C., Pandin, C., Conan, P., Pujo-Pay, M., Barbe, V., Meistertzheim, A.L., Ghiglione, J. F. Microbial Ecotoxicology of Marine Plastic Debris: A Review on Colonization and Biodegradation by the “Plastisphere”. Frontiers in Microbiology Volume 10 Article 865 April 2019 doi: 10.3389/fmicb.2019.00865
Jiang, P., Zhao, S., Zhu, L., and Li, D. 2018. Microplastic-associated bacterial assemblages in the intertidal zone of the Yangtze Estuary. Sci. Total Environ. 624, 48–54. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2017.12.105
Degradasi Limbah Mikroplastik pada Ekosistim Perairan oleh Bakteri Kultur Campuran Clostridium sp. dan Thiobacillus sp.
Fachrul, Rinanti, Tazkiaturrizki, Agustria, Naswadai p-ISSN 0853-7720; e-ISSN 2541-4275, Volume 6, Nomor 2, halaman 304 – 316, Juli 2021
DOI : http://dx.doi.org/10.25105/pdk.v6i2.9536
314
Kaiser, D., Kowalski, N., Waniek, J.J., 2017. Effects of biofouling on the sinking behavior of microplastics. Environ. Res. Lett. 12,**-** https://doi.org/10.1088/1748-9326/aa8e8b.
Karami, A., Romano, N., Galloway, T., Hamzah, H., 2016. Virgin microplastics cause toxicity and modulate the impacts of phenanthrene on biomarker responses in African catfish (Clarias gariepinus). Environ. Res. 151, 58-70. https://doi.org/10. 1016/j.envres.2016.07.024.
Kershaw, P. 2015. Sources, fate and effects of microplastics in the marine environment: a global assessment. International maritime organization.
Kettner, M. T., Rojas-Jimenez, K., Oberbeckmann, S., Labrenz, M., and Grossart, H.-P. 2017. Microplastics alter composition of fungal communities in aquatic ecosystems. Environ. Microbiol, 19, 4447–4459. DOI: 10.1111/1462-2920.13891
Kolandhasamy, P., Su, L., Li, J., Qu, X., Jabeen, K., Shi, H., 2018. Adherence of microplastics to soft tissue of mussels: a novel way to uptake microplastics beyond ingestion. Sci. Total Environ. **(**),610-611, 635-640. https://doi.org/10. 1016/j.scitotenv.2017.08.053.
Kumari, A., Chaudhary, D. R., and Jha, B. (2019). Destabilization of polyethylene and polyvinylchloride structure by marine bacterial strain. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 26, 1507–1516. doi: https://doi.org/10.1007/s11356-018-3465-1
Lourenço, P.M., Serra-Gonçalves, C., Ferreira, J.L., Catry, T., Granadeiro, J.P., 2017. Plastic and other microfibers in sediments, macroinvertebrates and shorebirds from three intertidal wetlands of southern Europe and west Africa. Environ. Pollut. 231, 123-133. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.07.103.
Muthukrishnan, T., Al Khaburi, M., and Abed, R. M. M. 2018. Fouling microbial communities on plastics compared with wood and steel: are they substrate- or location-specific? Microb. Ecol, 78(2), 361 – 374. DOI: 10.1007/s00248-018-1303-0
Moore, C.J., Lattin, G.L. dan Zellers, A.F., 2010. Quantity and type of plasticts debris flowing from two urban rivers to coastal waters and beaches of Southern California. Journal of integrated coastal zone management, 11 (1), 65 – 73.
Nasution, R.S. Berbagai Cara Penanggulangan Limbah Plastik. Elkawnie: Journal of Islamic Science and Technology Vol. 1, No.1, 97-104Juni 2015 (www.jurnal.ar-raniry.com/index.php/elkawnie)
Nel, H.A., Hean, J.W., Noundou, X.S., Froneman, P.W., 2017. Do microplastic loads reflect the population demographics along the southern African coastline? Mar. Pollut. Bull. 115, 115-119. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2016.11.056.
Nor, M. dan Obbard, J.P. 2014. Microplastiks in Singapore’s coastal mangrove ecosystems. Marine pollution bulletin, 79(2), 278 – 283. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2013.11.025
Oberbeckmann, S., Loeder, M. G. J., Gerdts, G., and Mark Osborn, A. 2014. Spatial and seasonal variation in diversity and structure of microbial biofilms on marine plastics in Northern European waters. FEMS Microbiol. Ecol, 49, 478–492. DOI: 10.1111/1574-6941.12409
Oberbeckmann, S., Osborn, A. M., and Duhaime, M. B. 2016. Microbes on a bottle: substrate, season and geography influence community composition of microbes colonizing marine plastic debris. PLoS One, august (3), 1 – 24. DOI: 10.1371/journal.pone.0159289
Pramila, R.; Ramesh, K.V. Potential biodegradation of low-density polyethylene (LDPE) by Acinetobacter bumannii. Afr. J. Bacteriol. Res. 2015, 7, 24–28. Doi : https://doi.org/10.5897/jbr12.003
Degradasi Limbah Mikroplastik pada Ekosistim Perairan oleh Bakteri Kultur Campuran Clostridium sp. dan Thiobacillus sp.
Fachrul, Rinanti, Tazkiaturrizki, Agustria, Naswadai p-ISSN 0853-7720; e-ISSN 2541-4275, Volume 6, Nomor 2, halaman 304 – 316, Juli 2021
DOI : http://dx.doi.org/10.25105/pdk.v6i2.9536
315
Priyanka, N. dan Archana, T. 2012. Biodegradability of polythene and plastic by the help of microorganism: A way for brighter future. Journal of environmental & analytical toxicology, 1(4), 12 – 15. DOI: 10.4172/2161-0525.1000111
Redondo-Hasselerharm, P.E., Falahudin, D., Peeters, E.T.H.M., Koelmans, A.A., 2018. Microplastic effect thresholds for freshwater benthic macroinvertebrates. Environ. Sci. Technol. 52, 2278-2286. https://doi.org/10.1021/acs.est.7b05367.
Rehse, S., Kloas, W., Zarfl, C., 2016. Short-term exposure with high concentrations ofpristine microplastic particles leads to immobilisation of Daphnia magna. Chemosphere 153, 91-99. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.02.133.
Rochman, C. M., Tahir, A., Williams, S. L., Baxa, D. V., Lam, R. dan Miller, J. T., S. J. 2015. Anthropogenic debris in seafood: Plastik debris and fibers from textiles in 59fish and bivalves sold for human consumption. Scientific reports, 5(1), 14340. DOI: https://www.nature.com/articles/srep14340
Ryan, P.G., Moore C.J., Van Franeker J.A. dan Moloney C.L. 2014. Monitoring the abundance of plastic debris in the marine environment. Philosophical transactions of the royal society, 364, 1999 - 2021. DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2008.0207
Schmidt, N., Thibault, D., Galgani, F., Paluselli, A., Sempere, R., 2018. Occurrence of microplastics in surface waters of the Gulf of lion (NW Mediterranean Sea). Prog. Oceanogr. 163, 214-220. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2017.11.010.
Septian, F.M., Purba, N.P., Agung, M.U.K., Yuliadi, L.P.S., Akuan, L.F. dan Mulyani,P.G. 2018. Sebaran spasial mikroplastik di sedimen pada Pantai Pangandaran, Jawa Barat. Jurnal geomaritim indonesia, 1(1), 1 – 8. DOI: http://jurnal.big.go.id/index.php/JGI/article/view/760
Siegfried, M., Koelmans, A.A., Besseling, E., Kroeze, C., 2017. Export of microplastics from land to sea. A modelling approach. Water Res. 127, 249-257. https://doi. org/10.1016/j.watres.2017.10.011.
Tokiwa, Y. dan Calabia, B.P. 2004 Review degradation of microbial polyesters. Biotechnology letters, 26(15), 1181 – 1189. DOI: https://doi.org/10.1023/B:BILE.0000036599.15302.e5
Unice, K.M., Weeber, M.P., Abramson, M.M., Reid, R.C.D., van Gils, J.A.G., Markus, A.A., Vethaak, A.D., Panko, J.M., 2019a. Characterizing export of land- based microplastics to the estuary - Part I: application of integrated geo- spatial microplastic transport models to assess tire and road wear particles in the Seine watershed. Sci. Total Environ. 646, 1639-1649. https://doi.org/10. 1016/j.scitotenv.2018.07.368.
Unice, K.M., Weeber, M.P., Abramson, M.M., Reid, R.C.D., van Gils, J.A.G., Markus, A.A., Vethaak, A.D., Panko, J.M., 2019b. Characterizing export of land- based microplastics to the estuary e Part II: sensitivity analysis of an inte- grated geospatial microplastic transport modeling assessment of tire and road wear particles. Sci. Total Environ. 646, 1650-1659. https://doi.org/10.1016/j. scitotenv.2018.08.301.
Virsek, M.K., Lovsin, M.N., Koren, S., Krzan, A., Peterlin, M., 2017. Microplastics as a vector for the transport of the bacterial fish pathogen species Aeromonas sal- monicida. Mar. Pollut. Bull. 125, 301-309. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul. 2017.08.024.
Vroom, R.J.E., Koelmans, A.A., Besseling, E., Halsband, C., 2017. Aging of micro- plastics promotes their ingestion by marine zooplankton. Environ. Pollut. 231, 987-996. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.08.088.
Wei-Min, W., Yang, J., Criddle, C.S. 2017. Microplastics pollution and reduction strategies. Frontiers of Environmental Science & Engineering, February 2017, 11:6
Degradasi Limbah Mikroplastik pada Ekosistim Perairan oleh Bakteri Kultur Campuran Clostridium sp. dan Thiobacillus sp.
Fachrul, Rinanti, Tazkiaturrizki, Agustria, Naswadai p-ISSN 0853-7720; e-ISSN 2541-4275, Volume 6, Nomor 2, halaman 304 – 316, Juli 2021
DOI : http://dx.doi.org/10.25105/pdk.v6i2.9536
316
Widianarko, B dan Hantoro, I. 2018. Mikroplastik dalam Seafood dari Pantai Utara Jawa. ISBN : 978-602-6865-74-8. Penerbit: Universitas Katolik Soegijapranata
Wright, S.L., Thompson, R.C. dan Galloway, T.S. 2013. The physical impacts of microplastics on marine organisms: A review. Environmental Pollution, 178 (2013), 483 – 492. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envpol.2013.02.031
Yoon, M. G., Jeon, H. J., and Kim, M. N. (2012). Biodegradation of polyethylene by a soil bacterium and AlkB cloned recombinant cell. J. Bioremediat. Biodegrad. 3:145. doi : https://doi.org/10.4172/2155-6199.1000145
Zhang, K., Hamidian, A.H., Tubić, A., Zhang, Y., Fange, J.K.H., Wu, C., Lam, P.K.S. Understanding plastic degradation and microplastic formation in the environment: A review. Environmental Pollution Volume 274, 1 April 2021, 116554
Zhang, G.S., Liu, Y.F., 2018. The distribution of microplastics in soil aggregate frac- tions in southwestern China. Sci. Total Environ. 642, 12-20. https://doi.org/10. 1016/j.scitotenv.2018.06.004.
Zhu, D., Bi, Q.F., Xiang, Q., Chen, Q.L., Christie, P., Ke, X., Wu, L.H., Zhu, Y.G., 2018. Trophic predator-prey relationships promote transport of microplastics compared with the single Hypoaspis aculeifer and Folsomia candida. Environ. Pollut. 235, 150-154. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.12.058.
Zettler, E. R., Mincer, T. J., and Amaral-Zettler, L. A. 2013. Life in the “Plastisphere”: microbial communities on plastic marine debris. Environ. Sci. Technol, 47, 7137–7146. DOI: 10.1021/es401288x