BAB I Pendahuluan I.1 Latar Belakang Masalah

Transkripsi

1 BAB I Pendahuluan I.1 Latar Belakang Masalah Penelitian mengenai biodiversitas mikroba termofilik telah membuka banyak informasi mengenai interaksi mikroba dengan lingkungannya (Newman dan Banfield, 2002). Keterlibatan mikroba dalam siklus geokimia mulai banyak terungkap dengan mengambil model mikroba termofilik dan hipertermofilik yang selama ini diduga merupakan mahluk awal kehidupan (Reysenbach dan Cady, 2001). Selain itu, penelitian terhadap mikroba termofilik telah membawa pada penemuan organisme-organisme baru terutama dalam domain Bakteria dan Archaea (Barns et al., 1996; Ward et al., 1998; Reysenbach et al., 2000). Isolat mikroba termofilik dan enzim-enzim yang dihasilkannya telah banyak dimanfaatkan dalam bidang industri karena memiliki berbagai keunggulan (Vielle dan Zeikus, 2001; Reysenbach dan Shock, 2002). Pada umumnya, mikroba termofilik dapat menghasilkan enzim-enzim tahan panas (termozim) dan mempunyai aktivitas optimum pada temperatur tinggi. Dalam bidang industri, penggunaan termozim sebagai biokatalis pada reaksi yang memerlukan suhu tinggi sangat potensial karena bisa menurunkan biaya produksi, mempertinggi produktivitas, dan menghindari kontaminasi (Vielle dan Zeikus, 2001). Karakteristik wilayah Indonesia yang banyak terdapat area vulkanik dan geotermal dengan sifat fisik dan kimia yang beragam merupakan potensi sangat besar bagi keberadaan mikroba termoflik dengan diversitas yang tinggi. Akan tetapi, penelitian mengenai biodiversitas mikroba termofilik di Indonesia masih sangat jarang dilakukan sehingga potensi ini belum banyak terungkap. Biodiversitas mikroba yang sudah diteliti adalah dari kawasan Kawah Ijen (Lohr et al., 2006), Kawah Domas dan Cimanggu (Baker et al., 2001), dan Gedongsongo (Aminin et al., 2007) dari sekitar 120 wilayah vulkanik yang ada di Indonesia (Kusumadinata, 1979).

2 Analisis biodiversitas mikroba pada suatu komunitas dapat dilakukan melalui beberapa pendekatan. Para peneliti berpendapat bahwa pendekatan tradisional memiliki banyak keterbatasan dalam pengenalan biodiversitas mikroba suatu komunitas pada habitat alaminya. Ukuran mikroba yang sangat kecil dan penampakan mikroba yang mirip menyulitkan pembedaan spesies secara mikroskopis. Selain itu, kurangnya variasi morfologi pada mikroba menyebabkan kebergantungan terhadap kultivasi untuk identifikasinya. Walaupun demikian, pembuatan kultur murni diperlukan dalam karakterisasi mikroba seperti pemahaman fisiologi dan genetika mikroba (Ward et al., 1998). Pengamatan populasi individu dalam komunitas mikroba lebih dimungkinkan melalui pendekatan biologi molekul. Penggunaan urutan gen 16S rrna merupakan salah satu cara untuk mengenali keberadaan spesies mikroba dalam suatu komunitas tanpa diperlukan kultivasi. Beberapa teknik fingerprinting yang berbasis PCR (reaksi polimerisasi berantai) telah dikembangkan untuk keperluan analisis komunitas mikroba pada habitat alaminya, seperti DGGE/TGGE (denaturing/temperature gradient gel electrophoresis), SSCP (single-stranded conformation polymorphism), dan T-RFLP (terminal-restriction fragment length polymorphism). Pada umumnya, melalui teknik-teknik ini, pemisahan secara fisik terhadap keseluruhan produk gen komunitas yang diamplifikasi memungkinkan untuk dilakukan (Egert dan Friedrich, 2003). Melalui pendekatan biologi molekul berbasis gen 16S rrna yang tidak bergantung pada kultivasi, pengetahuan tentang biodiversitas mikroba pada sumber air panas daratan dan lautan-dalam berkembang dengan cepat. Pada umumnya, mikroba termofilik memiliki biodiversitas yang luas dalam domain Bakteria dan Archaea. Selama dua dekade terakhir jumlah organisme termofilik baru yang berhasil diisolasi mengalami peningkatan yang besar, akan tetapi jumlah tersebut hanya mewakili sebagian kecil saja dari biodiversitas mikroba yang hidup pada temperatur tinggi (Reysenbach dan Shock, 2002). Wilayah Kamojang di daerah Jawa Barat yang merupakan salah satu area geotermal terbesar di Indonesia merupakan habitat yang memungkinkan bagi pertumbuhan 2

3 mikroba termofilik. Akan tetapi, informasi mengenai biodiversitas mikrobanya belum diketahui. I.2 Masalah Penelitian Indonesia sebagai negara tropis yang dikelilingi oleh sabuk pengunungan berapi dengan banyak aktivitas geotermal, merupakan tempat yang sangat baik bagi habitat termofil. Untuk mengidentifikasi mikroba termofilik potensial yang khas dari Indonesia diperlukan gambaran menyeluruh mengenai biodiversitas mikroba yang ada. Hanya saja penelitian mengenai biodiversitas mikroba di Indonesia masih sangat terbatas. Kawah Hujan A dan Kawah Hujan B merupakan bagian area geotermal Kamojang yang mempunyai kondisi fisik dan kimia sangat berbeda walaupun secara geografis sangat berdekatan. Penelitian mengenai biodiversitas mikroba dari Kawah Hujan A dan Kawah Hujan B diharapkan dapat memberikan gambaran perbedaan biodiversitas mikroba termofilik di sebagian kecil wilayah Indonesia berkaitan dengan perbedaan sifat fisik dan kimia lingkungannya. Beberapa penelitian mengenai biodiversitas mikroba termofilik telah membawa pada penemuan mikroba baru dan mengungkap berbagai potensi yang dimiliki mikroba tersebut bagi perkembangan ilmu dasar maupun aplikasinya di bidang industri. Dengan demikian, informasi mengenai biodiversitas mikroba termofilik di Kawah Hujan dan di wilayah Indonesia pada umumnya sangat diperlukan sehingga sumber daya hayati ini dapat dimanfaatkan dan menjadi sumber pengembangan ilmu pengetahuan. I.3 Tujuan Penelitian Tujuan jangka panjang penelitian ini adalah mengidentifikasi mikroba-mikroba potensial yang ada di Indonesia. Untuk mengetahui hal tersebut diperlukan data mengenai biodiversitas mikrobanya. Tujuan umum penelitian adalah mendapatkan informasi mengenai biodiversitas mikroba termofilik dari sumber Kawah Hujan, Kamojang, Jawa Barat, dan memperoleh kultur mikroba yang potensial dikembangkan untuk aplikasi praktis. Sedangkan tujuan khusus penelitian adalah: 3

4 Mengetahui pengaruh perbedaan metode isolasi DNA kromosom terhadap deteksi komunitas mikroba; Mendapatkan informasi mengenai biodiversitas mikroba termofilik pada Kawah Hujan A dan Kawah Hujan B; Melihat hubungan antara kandungan kimia air kawah dengan biodiversitas mikroba; Mendapatkan kultur murni yang teridentifikasi berdasarkan urutan gen 16S rrna. I.4 Cara Pendekatan dan Metode Penelitian yang Digunakan Untuk mencapai tujuan tersebut, pada penelitian ini telah dilakukan analisis biodiversitas mikroba termofilik dari sumber Kawah Hujan A dan Kawah Hujan B melalui pendekatan berbasis biologi molekul yang tidak bergantung kultivasi dan melalui kultivasi dengan menggunakan teknik fingerprinting PCR-DGGE. Metode penelitian yang dilakukan meliputi: isolasi DNA kromosom dari sampel mikroba yang langsung diambil dari habitat alaminya maupun yang sudah dikultivasi, amplifikasi PCR fragmen gen 16S rrna dan dilanjutkan dengan analisis DGGE, penentuan urutan nukleotida fragmen gen 16S rrna, dan analisis filogenetik. I.5 Pelaksanaan Penelitian secara Garis Besar Tahap awal penelitian dimulai dengan pengambilan sampel air kawah dari sumber Kawah Hujan A dan Kawah Hujan B. Sampel tersebut kemudian digunakan untuk keperluan isolasi mikroba secara langsung yang dilakukan dengan cara filtrasi (sampel filtrasi) dan untuk dikultivasi (sampel kultivasi). Tahap berikutnya adalah isolasi DNA kromosom dari sampel filtrasi maupun kultivasi. Selanjutnya, fragmen gen 16S rrna dari DNA kromosom diamplifikasi menggunakan teknik PCR touchdown dan kemudian dipisahkan berdasarkan perbedaan urutan nukleotidanya menggunakan teknik DGGE. Masing-masing fragmen gen 16S rrna hasil analisis DGGE kemudian direamplifikasi untuk ditentukan urutan 4

5 nukleotidanya. Tahap terakhir adalah analisis urutan nukleotida dengan bantuan program komputer untuk keperluan penjajaran urutan nukleotida dan konstruksi pohon filogenetik. Pada bagian yang terpisah, mikroba yang sudah terkulturkan diisolasi untuk mendapatkan kultur murninya. Identifikasi mikroba kultur murni didasarkan pada urutan gen 16S rrna. I.6 Sistematika Disertasi Disertasi ini dibagi dalam lima kelompok yang meliputi: pendahuluan, tinjauan pustaka, metode penelitian, hasil dan pembahasan, kesimpulan dan alur baru penelitian yang dihasilkan. Pada Bab I yaitu pendahuluan, diuraikan tentang latar belakang, masalah, tujuan, cara pendekatan dan metode penelitian yang digunakan, garis besar pelaksanaan penelitian serta sistematika penyajian disertasi. Bab II, tinjauan pustaka, berisi informasi yang berkaitan dengan biodiversitas mikroba. Bab III, metode penelitian, berisi semua metode yang digunakan untuk mendapatkan data yang mendukung penelitian. Bab IV, hasil dan pembahasan, menyajikan hasil-hasil yang diperoleh dalam penelitian dan pembahasan yang berkaitan dengan hasil tersebut. Bab V, kesimpulan dan alur baru, yang diperoleh dari hasil penelitian. 5