Mikrobiologi Lingkungan Kurangi Pencemaran

Ilustrasi mikrobiologi lingkungan

Mikrobiologi lingkungan adalah cabang ilmu biologi yang mempelajari interaksi antara mikroorganisme, bumi, dan atmosfer. Mikrobiologi lingkungan membahas antara lain mikrobiologi tanah dan udara, mikrobiologi limbah, dan mikrobiologi akuatik. Mikrobiologi lingkungan diterapkan pada bidang pertanian, industri, perikanan, kesehatan, dan lain sebagainya.

Mikroorganisme

Subjek utama mikrobiologi lingkungan adalah mikroorganisme. Mikroorganisme merupakan makhluk hidup terkecil di bumi, namun memegang peranan penting bagi kehidupan manusia dan lingkungan. Banyak sekali tipe mikroba di bumi. Kita hanya mengetahuinya tidak lebih dari 1% dari jumlah spesies mikroba di bumi. Mikroba berada di sekeliling kita, di udara, tanah, dan air. Dalam satu gram tanah terdapat 1 miliar mikroba yang terdiri dari ribuan spesies.

Mikroorganisme merupakan tulang punggung eksosistem yang tidak terkena sinar matahari. Misalnya bakteri kemosintetik, yang menyediakan energi dan karbon untuk organisme lain. Beberapa mikroba merupakan dekomposer yang memiliki kemampuan mendaur ulang nutrien.

Jadi, mikroba sangat berperan penting dalam daur biogeokimia. Mikroba khususnya bakteri, bersimbiosis dengan makhluk hidup lain yang berdampak positif dan negatif pada ekosistem.

Peran Mikroorganisme

Mikroorganisme mampu merespon perubahan fisika atau kimia dalam suatu lingkungan. Oleh karena itu, mikroorganisme banyak digunakan sebagai indikator alami terhadap perubahan lingkungan terutama akibat dari pencemaran.

Bakteri dan enzim yang dihasilkannya bersama dengan beberapa jenis jamur merupakan agen remediasi efektif untuk mengurai bahan kimia berbahaya, polusi di tanah, sedimen, dan limbah. Kemampuan bakteri untuk mendegradasi limbah beracun tergantung dari jenis kontaminannya. Karena kebanyakan lingkungan terpolusi oleh berbagai tipe polutan, maka bioremediasi yang efektif adalah dengan menggunakan campuran beberapa spesies bakteri, sehingga tiap jenis bakteri mendegradasi satu atau lebih kontaminan.

Dewasa ini banyak pencemaran yang disebabkan oleh minyak bumi, misalnya bocornya kapal tanker di laut. Pencemaran tersebut tentunya berbahaya dan menimbulkan polusi. Tumpahan minyak di perairan laut sulit untuk dibersihkan.

Untuk mengatasi hal tersebut digunakan mikroba yang dapat mendegradasi hidrokarbon, yaitu hydrocarbonoclastic bakteri (HCB). Organisme ini dapat membantu pemulihan kerusakan ekologi yang disebabkan oleh polusi minyak. HCB juga berperan dalam aplikasi bioteknologi yaitu dalam bidang bioplastik dan biokatalis.

Bakteri dan mikroorganisme lain berperan penting dalam siklus nutrien dan energi. Mereka menguraikan bahan organik mati menjadi zat-zat yang dapat dimanfaatkan kembali oleh tumbuhan. Mereka juga berperan dalam fiksasi nitrogen serta siklus karbon dan sulfur. Bakteri juga berperan dalam pembuatan obat, hormon, dan antibodi.

Tubuh bakteri dilapisi oleh dinding sel. Mereka dapat bereproduksi dengan cepat dan menghuni setiap lingkungan atau kondisi di bumi, misalnya tanah, air, akar tumbuhan, kubangan, jasad mati, hingga es. 

Apa Itu Mikrobiologi Lingkungan?

Lingkungan, sesuatu yang ada di sekeliling kita dimana semua makhluk hidup berada dari makhluk terkecil (mikroorganisme) sampai makhluk yang sempurna (manusia). Lingkungan yang terdiri dari udara, air dan tanah dimana dari ketiga komponen tersebut kita sangat membutuhkannya dalam kehidupan sehari-hari.

Bila ketiga komponen tersebut terganggu maka terganggu pula aktivitas kita, misalnya saja jika terdapat mikroorganisme yang tidak menguntungkan dalam air dan yang lain-lainnya, lebih lanjutnya akan kita bahas di bawah ini. Peranan mikroorganisme dalam pengelolaan pencemaran lingkungan dapat terjadi dalam dua hal:

• Mikroorganisme yang telah direkayasa dapat digunakan untuk menggantikan suatu proses produk sehingga hanya menghasilkan polutan sedikit mungkin.

• Mikroorganisme yang telah direkayasa dapat digunakan sebagai organisme pembersih.

Mikrobiologi Lingkungan Udara

Udara tidak mempunyai flora alami, karena organisme tidak dapat hidup dan tumbuh terapung begitu saja di udara. Flora mikroorganisme udara terdiri atas organisme-organisme yang terdapat sementara mengapung di udara atau terbawa serta pada partikel debu. Setiap kegiatan manusia agaknya menimbulkan bakteri di udara, batuk, dan bersin menimbulkan aerosol biologi (yaitu kumpulan partikel di udara).

Kebanyakan partikel dalam aerosol biologi terlalu besar untuk mencapai paru-paru, karena partikel-partikel ini tersaring pada daerah pernapasan atas. Sebaliknya, partikel-partikel yang sangat kecil mungkin mencapai tapak-tapak infektif yang berpotensi. Jadi, walaupun udara tidak mendukung kehidupan mikroorganisme, kehadirannya hampir selalu dapat ditunjukkan dalam cuplikan udara.

Jumlah dan macam mikroorganisme dalam suatu volume udara akan bervariasi sesuai dengan lokasi, kondisi cuaca dan jumlah orang yang ada. Daerah yang berdebu hampir selalu mempunyai populasi mikroorganisme atmosfer yang tinggi. Sebaliknya, hujan, salju atau hujan es akan cenderung mengurangi jumlah organisme di udara dengan membasuh partikel-partikel yang lebih berat dan mengendapkan debu.

Menurut Unus Suriawiria (1985), kompisisi baku udara yang kita hisap setiap saat, sudah diketahui sejak lama. Walaupun begitu sejalan dengan semakin kompleknya masalah pencemaran udara maka komposisi tersebut banyak yang berubah, khususnya karena terdapat komponen asing/mikroorganisme.

Faktor-faktor lingkungan yang mempengaruhi mikroba udara adalah suhu atmosfer, kelembaban, angin, ketinggian, dan lain-lain. Temperatur dan kelembaban relatif adalah dua faktor penting yang menentukan viabilitas dari mikroorganisme dalam aerosol. Studi dengan Serratia marcesens dan E. coli menunjukkan bahwa kelangsungan hidup udara terkait erat dengan suhu.

Pengaruh angin juga menentukan keberadaan mikroorganisme di udara. Pada udara yang tenang, partikel cenderung turun oleh gravitasi. Tapi sedikit aliran udara dapat menjaga mereka dalam suspensi untuk waktu yang relatif lama. Angin penting dalam penyebaran mikroorganisme karena membawa mereka lebih jauh. Arus juga memproduksi turbulensi udara yang menyebabkan distribusi vertikal mikroba udara.

Pola cuaca global juga mempengaruhi penyebaran vertikal. Ketinggian membatasi distribusi mikroba di udara. Semakin tinggi dari permukaan bumi, udara semakin kering, radiasi ultraviolet semakin tinggi, dan suhu semakin rendah sampai bagian puncak troposfer. Hanya spora yang dapat bertahan dalam kondisi ini, dengan demikian, mikroba yang masih mampu bertahan pada ketinggian adalah mikroba dalam fase spora dan bentuk-bentuk resisten lainnya.

Mikrobiologi Lingkungan Tanah

Tanah memiliki keragaman tekstur dan struktur, serta variasi dalam ketinggian maupun distribusi geografisnya. Mikroba tanah dijumpai pada hampir semua jenis tanah dan batuan, dari permukaan tanah hingga kedalaman, dari Antartika hingga gurun pasir yang kering. Kehadiran mikroba tanah ada yang bersifat menguntungkan antara lain dalam bidang pertanian, daur unsur, dan pertambangan tetapi juga ada yang merugikan karena patogen bagi tumbuhan, hewan, dan manusia.

Mikrobiologi Lingkungan Perairan

Mikrobiologi lingkungan perairan memiliki spesifikasi berdasarkan sifat fisika kimianya. Mikroba yang dijumpaipun beragam. Lingkungan pantai mengandung lebih banyak mikroba karena kaya akan nutrien yang berasal dari darat, sedangkan laut lepas populasi mikroba relatif lebih rendah. Secara vertikal badan air laut dan air danau dibagi menjadi beberapa zone berdasarkan sifat fisika masing-masing, seperti ketersediaan cahaya dan suhu.

Mikrobiologi Lingkungan Ekstrem

Di laut mikroba dapat dijumpai bahkan pada palung laut dengan kondisi ekstrem bertekanan tinggi (barofil). Di dasar laut tertentu dijumpai celah hidrotermal dengan suhu sangat tinggi (termofil) dan di situ pun dijumpai mikroba. Tekanan tinggi dan suhu tinggi merupakan lingkungan ekstrem. Lingkungan ekstrem lainnya antara lain berupa asidofil, alkalofil, halofil, dan xerofil.

Mikroba dari lingkungan ekstrem memiliki prospek dalam bidang teknologi. Beberapa bidang seperti produksi enzim, pertambangan, serta pengolahan limbah telah memanfaatkan peran mikroba dari lingkungan ekstrem.

Siklus Fosfor, Besi, dan Biogeokimia

Organisme, sehingga disebut sebagai siklus biogeokimia. Siklus unsur dapat memberi manfaat bagi organisme karena menjamin tersedianya nutrien, akan tetapi di sisi lain proses yang terjadi dapat pula sangat merugikan, antara lain karena menyebabkan kerusakan bahan bangunan.

Aktivitas manusia telah menyebabkan beberapa reservoir unsur yang semula dalam keadaan imobilisasi menjadi imobil dan masuk ke siklus unsur. Akibat mobilisasi tersebut, antara lain menipisnya cadangan bahan bakar fosil, peningkatan senyawa NOx dan SOX yang berperan dalam terjadinya hujan asam dan timbulnya efek rumah kaca.

Penerapan Bioteknologi Mikroba

Fermentasi merupakan salah satu bioteknologi yang memanfaatkan peran mikroba di dalam proses pembuatannya. Dalam penerapan bioteknologi mikrobanya yang perlu diperhatikan adalah prinsip-prinsip bioteknologinya, seperti produk, kultur mikroba, pengembangan galur, substrat produksi, proses produksi, dan pengunduhan hasil.

Produk Bioteknologi Mikroba

Mikroba berperan utama dalam bioteknologi. Dalam masalah-masalah lingkungan bioteknologi mikroba memberikan sumbangan besar antara lain dalam produksi biopestisida, pupuk biologis, pengkomposan, penanganan limbah, produksi bio-gas, penambangan minyak dan pelindihan logam.

Peran tersebut dapat menggantikan teknologi yang selama ini digunakan dan memberi sumbangan bagi perbaikan kualitas lingkungan. Ancaman sisa pestisida, cemaran senyawa toksik, penurunan kualitas tanah dapat dikurangi dengan memanfaatkan mikroba.