bakteri Geobakter

Dunia mikroba -penghuni yang mendominasi planet bumi ini- adalah dunia yang sangat menarik dan selalu penuh dengan kejutan. Belum lama ini, para ahli mikrobiologi menemukan bahwa banyak mikroorganisme tidak kasat mata yang menikmati hidup di kondisi-kondisi ektrem, seperti suhu mendidih, tanpa oksigen, plus tanpa cahaya.
Kini, seorang peneliti dari Universitas Massachusets (Amerika), Prof Dr. Lovley, menemukan bahwa ada galur bakteri yang mempunyai organ semacam antena rambut berukuran nanometer di permukaan selnya, yang berfungsi mentransfer elektron di luar permukaan sel ke logam ataupun elektroda di sekitarnya, seperti yang dilaporkan di majalah ilmiah Nature bulan Juni tahun ini.

Gambar bakteri Geobacter (Sumber: http://www.geobacter.org)

Mengurangi kadar uranium
Penemuan “kabel nano” dari mikroba ini berawal pada tahun 1987. Beberapa spesies bakteri diisolasi oleh Profesor Derek Lovley dari lokasi tanah yang penuh dengan polutan senyawa hidrokarbon. Bakteri yang biasa hidup di dalam tanah ini kemudian dinamakan dan diidentifikasikan sebagai Geobacter, saat ini dua di antaranya sudah terbacanya genomnya adalah Geobacter sulfurreducens dan Geobacter metallireducens.
Ternyata, Geobacter dapat mengubah limbah uranium terlarut yang sangat berbahaya dan mencemari lingkungan, menjadi bentuk yang tidak berbahaya (tak larut) uraninite, sehingga mengendap di air tanah dan dapat dikumpulkan dengan mudah. Karena kemampuannya tersebut, bakteri ini dimanfaatkan oleh para ilmuwan untuk memulihkan lingkungan (bioremediasi) di daerah sekitar Tambang Rifle Mill, Colorado, Amerika Serikat.
Rifle Mill adalah tambang uranium yang sejak perang dingin berlangsung, dimanfaatkan oleh Amerika Serikat untuk memproduksi uranium. Sebenarnya tambang ini telah ditutup pada tahun 1972, akan tetapi efek dari polutan masih menyisakan kegiatan pembersihan yang tak kunjung selesai. Uranium dikhawatirkan masih berada di bawah tanah, mengalir mengikuti air tanah dan mungkin dapat mencemari sungai Colorado.
Untuk itu, para ilmuwan mencoba membiakkan Geobacter sulfurreduncedi bawah permukaan tanah daerah polusi tersebut, karena bakteri ini biasa hidup secara alamiah di tanah sekitar lokasi. Tempat hidup baktei ini ditetesi asam asetat (asam cuka) dengan konsentrasi tertentu secara periodik 3 bulan sekali. Asam asetat diketahui dapat menstimulasi pertumbuhan bakteri Geobacter secara lebih alami. Konsentrasi uranium menunjukkan pengurangan yang signifikan setelah 9 hari ditambah asam asetat, kemudian selama 6 bulan berkurang sebesar 70% (Science 2003).
Bakteri ini pun tidak hanya “doyan” uranium saja, ternyata logam-logam berat pencemar lainnya dan toksin senyawa hidrokarbon pun menjadi makanan favoritnya. Selain itu, bakteri ini pun dapat menjadi generator mikro. Para ilmuwan mencoba melakukan imobilisasi Geobacter pada elektroda, dan ternyata diperoleh aliran listrik.
Melihat nilai aplikasinya yang tinggi, Departemen Energi negeri Paman Sam, mengucurkan dana untuk membaca seluruh gen (genom) dari bakteri super pemakan logam berat ini. Dari hasil pembacaan genom ini para ilmuwan mengharapkan dapat mengetahui apa sebenarnya yang menyebabkan bakteri ini dapat mereduksi uranium dan logam berat lainnya? Mengapa pula bakteri ini dapat menghasilkan listrik ketika dilekatkan pada elektroda?
Untuk melakukan proses seperti di atas, bakteri ini haruslah mempunyai kemampuan untuk memindahkan elektron yang berada di luar sel ke permukaan logam berat atau permukaan elektroda. Sebab, bakteri ini hanya hidup di lingkungan tanpa oksigen, dan tidak mempunyai protein c-cytochrome yang biasanya ada di sel bakteri aerob yang dapat mereduksi logam dengan bantuan keberadaan oksigen.
Hasil pembacaan genom bakteri ini memang menarik. Bakteri ini diketahui mempunyai gen yang menyebabkannya dapat mendeteksi keberadaan logam-logam di sekitarnya. Gen ini menyandikan antena atau cambuk (pili) yang dapat digerakkan untuk berenang. Cambuk ini akan mengendus keberadaan logam berat sehingga mikroba ini akan bergerak menuju logam tersebut dan mereduksinya sehingga menjadi tak berbahaya.
Cambuk yang berupa protein ini sangat halus, diperkirakan 20.000 kali lebih halus dari rambut manusia, dengan lebar sekitar 3-5 nanometer dan panjang hampir seribu kali lebarnya. Cambuk yang menyerupai kabel berukuran nano ini sangat konduktif saat dilihat dengan menggunakanAtomic Force Microscope (AFM). Ketika gen penyandi pili ini dengan proses mutasi DNA tidak diaktifkan, ternyata Geobacter kehilangan kemampuan mereduksi logam berat walaupun masih dapat bergerak mencapai logam tersebut. Ini menunjukkan bahwa pili ini berfungsi sebagai “kabel” bagi Geobacter sehingga sel dapat memindahkan elektron di luar permukaan sel ke logam (Nature 2005).
Harapan material konduktor baru
Laporan nanowire dari mikroba ini menimbulkan harapan akan penemuan material penghantar listrik baru. Di jaman nanoteknologi ini, makin dibutuhkan kabel berukuran nanometer yang mempunyai kemampuan prima. Nanowire dari Geobacter ini dapat menjadi jawabannya. Untuk membuat kabel halus berskala nanometer sekaligus berkualitas, bahan-bahan tradisional seperti silikon, karbon, maupun metal akan sangat mahal dan pelik pembuatannya. Akan tetapi, jika kabel nano dariGeobacter ini dapat dimanfaatkan, maka kita tinggal membiakkan milyaran sel Geobacter ini di laboratorium lalu memanen kabel nano sesukanya. Karena gennya pun telah diketahui, maka dengan mudah pula sifat kabel nano dari bakteri ini kita modifikasi fungsi dan sifatnya dengan memutasi gen penyandinya. Memang masih harapan dan kemungkinan, namun nampaknya sangat menjanjikan!
Geobacter memang bakteri super yang menawarkan dirinya selain sebagai agen pembersih Uranium ataupun toksik lainnya, juga dapat menjadi sumber energi alternatif, ditambah pula menghasilkan kabel nano yang mudah diproduksi di masa depan. Namun, penemuan bakteri ini oleh Dr. Lovley adalah perjalanan panjang. Dari suatu penelitian yang sangat sederhana, yaitu isolasi bakteri dari daerah berpolusi, sampai hasil-hasil riset yang signifikan yang mengundang investasi para penyandang dana, sehingga risetnya mendunia.
Penemuan Geobacter juga menunjukkan betapa sebenarnya garis pembatas antara sains murni dan aplikasinya sangat tipis. Kepercayaan dan ketekunan seorang peneliti Lovley akan penelitiannya, membawa banyak penemuan fenomenal di bidangnya dan aplikatif di bidang lainnya. Suatu hal, yang saya harus banyak belajar sebagai peneliti di Indonesia.