kolokeq finish

67
i Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang KOLOKIUM BIOSINTESIS POLIHIDROKSIALKANOAT OLEH BAKTERI GAMMA PROTEOBACTERIUM WD-3 DARI ASAM LEMAK VOLATIL DIMAS SETIYONO NRP 1408100028 DosenPembimbing Prof. Dr. Surya Rosa Putra, Msc JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2011

Upload: adee13

Post on 02-Jul-2015

2.627 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

latihan pembuatan skripsi dan presentasi

TRANSCRIPT

Page 1: Kolokeq Finish

i Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

KOLOKIUM

BIOSINTESIS POLIHIDROKSIALKANOAT OLEH BAKTERI GAMMA PROTEOBACTERIUM WD-3 DARI ASAM LEMAK VOLATIL DIMAS SETIYONO NRP 1408100028 DosenPembimbing Prof. Dr. Surya Rosa Putra, Msc JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2011

Page 2: Kolokeq Finish

ii Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

KOLOKIUM

BIOSYNTHESIS OF POLYHYDROXYALKANOATE BY GAMMA PROTEOBACTERIUM WD-3 FROM VOLATILE FATTY ACIDS DIMAS SETIYONO NRP 1408100028 Supervisor Prof. Dr. Surya Rosa Putra, Msc JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2011

Page 3: Kolokeq Finish

iii Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

BIOSINTESIS POLIHIDROKSIALKANOAT OLEH BAKTERI GAMMA PROTEOBACTERIUM WD-3 DARI ASAM LEMAK VOLATIL

KOLOKIUM

Disusun sebagai syarat untuk menyelesaikan mata kuliah kolokium program S-1 di Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya

DIMAS SETIYONO NRP 1408100028 Dosen Pembimbing Prof. Dr. Surya Rosa Putra, Msc JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2011

Page 4: Kolokeq Finish

iv Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

BIOSINTESIS POLIHIDROKSIALKANOAT OLEH BAKTERI GAMMA PROTEOBACTERIUM WD-3 DARI ASAM LEMAK VOLATIL

KOLOKIUM

Disusun sebagai syarat untuk menyelesaikan mata kuliah kolokium program S-1 di Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya DIMAS SETIYONO NRP 1408100028 Surabaya, 20 April 2011 Dosen Pembimbing, Prof. Dr. Surya Rosa Putra, Msc NIP. 196309 28198803 1 001 Mengetahui : KetuaJurusan Kimia, LukmanAtmaja, Ph.D NIP. 196108 16198903 1 001

Page 5: Kolokeq Finish

v Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

SURAT PENGESAHAN

Dosen Penguji yang bertandatangan di bawahini, adalah dosen penguji pada

ujian kolokium dari mahasiswa :

Nama : DIMAS SETIYONO

NRP : 140810028

Judul tulisan : Biosintesis Polihidroksialkanoat oleh Bakteri Gamma

Proteobakteria WD-3 dari Asam Lemak Volatil

Dengan ini menyatakan bahwa naskah kolokium tersebut telah diperbaiki

sesuai hasil sidang uji kolokium pada hari Selasa tanggal 26 April 2011.

DOSEN PENGUJI

NO NAMA JABATAN TANDA TANGAN

1 Herdayanto S. Putro, S. Si., M.Si. Ketua

2 Prof. Dr. Surya Rosa Putra Anggota

3 Prof. Dr.R. Y. Perry Burhan Anggota

Page 6: Kolokeq Finish

vi Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

Karya ini kupersembahkan untuk

Ibu, Bapak, dan keluargaku tercinta

Adikku tersayang

Serta seluruh teman-temanku

Page 7: Kolokeq Finish

vii Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

ABSTRAK

Produksi kopolimer dari poli-β-hidroksialkanoat (PHA) umumnya membutuhkan

biaya produksi yang tinggi. Untuk mengurangi biaya produksi, dapat digunakan

sumber karbon murah seperti asam lemak volatil (VFAs) dari asidifikasi air

limbah. Oleh karena itu, isolasi jenis bakteri yang dapat menghasilkan

kopolimer PHA menggunakan VFAs sebagai sumber karbon tunggal dapat

menjadi alternatif yang bermanfaat. Dalam studi ini, suatu strain bakteri yang

dapat mengumpulkan PHA, diisolasi dari pabrik pengolahan air limbah dari

fasilitas pengolahan kedelai di Harbin. Strain ini diidentifikasi sebagai gamma-

proteobacterium menurut informasi 16S Rdna dan pada awal percobaan

dinamakan sebagai strainWD-3. Strain ini dapat mengakumulasi PHA sampai

dengan 45 % dari berat sel kering ketika dikultur pada kondisi fermentasi

optimum dalam penelitian ini jika butirat digunakan sebagai sumber karbon.

Selainitu, WD-3 bisa mensintesis kopolimer PHA yaitu poli-hidroksibutirat

(PHB) dan poli-hidroksivalerat (PHV) baik dari substrat C-genap atau dari

substrat C-ganjil, dan sepertiga dari kopolimer itu PHV. Hasil dari penelitian

ini menunjukkan bahwa molekul kecil dari asam organik dapat digunakan oleh

strain WD-3 sebagai sumber karbon untuk pertumbuhan dan produksi PHA.

Hasil maksimum PHA yang dihasilkan dalam studi ini adalah 0,45 g g-1sel

kering.

Kata kunci : poli-Β-hidroksialkanoat (PHA), Asam lemak volatil (VFAs),

fermentasi, sumber karbon, substrat, bakteri.

Page 8: Kolokeq Finish

viii Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

ABSTRACT

The production of copolymers of poly-b-hydroxyalkanoates (PHA) is generally

a high cost process. To reduce the production costs, inexpensive carbon

sources such as volatile fatty acids (VFAs) from acidified wastewater can be

used. Therefore, isolation of bacterial strains that can produce PHA

copolymers using VFAs as a sole carbon source would be a beneficial

alternative. In this study, a strain of PHA accumulating bacterium was isolated

from the wastewater treatment plant of a soybean processing facility in

Harbin. The strain was identified as c-proteobacterium according to its 16S

rDNA information and was originally named as strain WD-3. The strain

accumulated a mass of PHA up to 45 % of its dry cell weight when it was

cultured under the optimum fermentation condition in this study when

butyrate was used as the carbon source. In addition, WD-3 could synthesize

PHA copolymers of poly-hydroxybutyrate and poly-hydroxyvalerate (PHV)

either from C-even substrates or from C-odd substrates, and one-third of the

copolymer was PHV. Results from this study demonstrated that small molecule

organic acids can be used by the strain of WD-3 as the carbon source for

growth and PHA production. The maximum PHA yield in the study was 0.45 g

g-1 dry cell.

Keywords : Poly-Β-hydroxyalkanoate (PHA), Volatile fatty acids (VFAs), Fermentation, Carbon source, Substrate, Bacteria.

Page 9: Kolokeq Finish

ix Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, yang telah

melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga makalah kolokium,

“BIOSINTESIS POLIHIDROKSIALKANOAT OLEH BAKTERI GAMMA

PROTEOBACTERIUM WD-3 DARI ASAM LEMAK VOLATIL” dapat diselesaikan

oleh penulis dengan baik.

Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Prof. Dr. Surya Rosa Putra sebagai dosen pembimbing atas semua

bimbingan, pengarahan, masukan dan nasehat yang berharga dalam

penyusunan makalah ini.

2. Dra. Zulfi Zetra, MS sebagai koordinator kolokium/Tugas Akhir yang

membantu pengumpulan naskah makalah ini.

3. Lukman Atmadja, PhD selaku ketua jurusan kimia atas fasilitas yang telah

diberikan hingga makalah ini dapat terselesaikan.

4. Ayah, ibu, seluruh keluarga, serta teman-teman mahasiswa kimia ITS atas

doa yang selalu menyertai langkah penulis dalam penyusunan makalah ini.

Penulis menyadari bahwa penulisan naskah ini masih sangat jauh dari

sempurna. Oleh karena itu saran dan kritik sangat dibutuhkan penulis untuk

dapat meningkatkan kualitas dan perbaikan lebih lanjut.

Surabaya, 20 April 2011

Penulis

Page 10: Kolokeq Finish

x Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

DAFTAR ISI

SURAT PENGESAHAN v

ABSTRAK vii

ABSTRACT viii

KATA PENGANTAR ix

DAFTAR ISI x

LAMPIRAN xiii

DAFTAR GAMBAR xiv

DAFTAR TABEL xv

DAFTAR LAMBANG DAN SINGKATAN xvi

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang 1

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Plastik 5

2.1.1 Plastik Konvensional 5

2.1.2 Bioplastik (Biodegradabel) 6

2.2 Polihidroksialkanoat (PHA) 7

Page 11: Kolokeq Finish

xi Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

2.2.1 Penggolongan PHA 9

2.2.2 Biosintesis PHA 11

2.2.3 Sifat fisika dan kimia PHA 15

2.3 Proteobakteri 17

2.4 Filogenetik 17

2.5 Analisis Filogenetik 18

2.6 Analisis DNA 19

2.6.1 Teknik PCR-RAPD 21

2.6.2 Teknik PCR-RFLP 22

2.6.3 Teknik PCR-Analisis Sekuen 23

2.6.4 Teknik PCR-DGGE 24

2.6.5 Teknik MFLP 24

2.7 Sentrifugasi 26

BAB III METODOLOGI

3.1 Alat dan Bahan 28

3.2 Prosedur 28

3.2.1 Pembuatan medium 28

3.2.2 Isolasi dan identifikasi 29

Page 12: Kolokeq Finish

xii Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

3.2.3 Kultur Flask 30

3.2.4 Kultur Fed-batch 30

3.2.5 Analisis 31

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Isolasi dan identifikasi 32

4.2 Karakteristik mikrobiologi 33

4.3 Pengaruh rasio C/N pada produksi PHA 34

4.4 Pengaruh sumber karbon pada produksi PHA 35

4.5 Kultur Fed-batch 37

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan 39

5.2 Saran 40

DAFTAR PUSTAKA 41

Page 13: Kolokeq Finish

xiii Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran Judul Lampiran Halaman

A Produksi PHA oleh mikroorganisme sesuai kondisi

tumbuhnya. 46

B Anggota kelas proteobakteri 48

Page 14: Kolokeq Finish

xiv Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

DAFTAR GAMBAR

Gambar Judul Gambar Halaman

2.1 Plastik biodegradabel dari golongan poliester

alifatik 9

2.2 Struktur umum PHA 10

2.3 Metode-metode pemisahan PHB dari sel bakteri 12

2.4 Jalur Biosintesis PHA 15

2.5 Hasil elektroforesis gel mini hasil amplifikasi gen

16S rRNA 21

2.6 Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE) 24

2.7

Profil MFLP genom total bakteri fotosintetik

anoksigenik DS-1, DS-4, dan Cas-13 yang dipotong

dengan Asel. M = genom total Rhodobacter

sphaeroiides 2.4.1

26

4.1 Filogenetik strain WD-3 26

4.2 Mikroskop electron dari bagian WD-3 strain (a)

perbesaran 125000x dan (b) perbesaran 50000x 27

4.3

Akumulasi PHA dalam percobaan fermentasi Fed-

Batch bakteri strain WD-3 dengan referensi

PH,VFA,ammonia sulfat, dan pertumbuhan sel

30

Page 15: Kolokeq Finish

xv Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

DAFTAR TABEL

Tabel Judul Tabel Halaman

4.1 Kandungan PHA dan berat sel kering dari 6 strain 32

4.2 Kandungan PHA dan pertumbuhan sel WD-3 pada

subtract dengan rasio C/N berbeda 34

4.3 Efek sumber karbon pada akumulasi PHA dari bakteri

WD-3 setelah inkubasi 48 jam 36

Page 16: Kolokeq Finish

xvi Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

DAFTAR LAMBANG DAN SINGKATAN

Lambang Arti lambang / singkatan Halaman

PHA Polihidroksialkanoat 2

COD Chemical Oxygen Demand 3

VFAs Volatile fatty acids 3

PHV Polihidroksivalerat 8

PHB Polihidroksibutirat 8

PCL Poli (ε-kaprolakton) 8

PLA Poly Lactic Acid 9

PBS Poli (butilena suksinat) 9

DNA Deoxorybo Nucleic Acid 17

RAPD Random Amplified Polymorphic DNA 19

RFLP Restriction Fragment Length Polymorphism 19

DGGE Denaturing Gradient Gel Elecrophoresis 19

DCW Dry cell weights 32

ST Dari tanah 32

WD dari pengolahan limbah kedelai 32

WZ Dari pengolahan limbah pabrik bir 32

WS Dari pengolahan air limbah perkotaan 32

Page 17: Kolokeq Finish

1 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Plastik telah dikenal luas dalam kehidupan manusia. Berbagai barang

kebutuhan hidup mulai barang-barang sederhana hingga barang-barang

berteknologi tinggi banyak dibuat dengan menggunakan bahan plastik.

Penggunaan plastik yang terus meningkat menumbuhkan kekhawatiran

mengenai dampak buruknya terhadap lingkungan. Awalnya sifat-sifat plastik

yang ringan, praktis, ekonomis, dan tahan terhadap pengaruh lingkungan

menjadi unggulan, sehingga plastik dapat digunakan untuk menggantikan

bahan-bahan lain yang tidak tahan lama. Akan tetapi plastik juga banyak

digunakan untuk barang sekali pakai sehingga sampah plastik semakin

bertambah, sementara proses degradasi secara alamiah berlangsung sangat

lama. Sebagai akibatnya sampah plastik menjadi masalah bagi lingkungan.

Penanganan sampah plastik antara lain dilakukan dengan cara daur ulang,

pembakaran (incineration), dan penguburan (landfill). Pembakaran sampah

plastik menghasilkan zat-zat beracun yang berbahaya bagi makhluk hidup,

sementar acara penguburan tidak efektif karena plastik sangat sulit

terdegradasi. Cara daur ulang merupakan alternatif terbaik untuk menangani

sampah plastik, tetapi cara ini memerlukan biaya yang tinggi dan hanya dapat

Page 18: Kolokeq Finish

2 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

mengatasi sebagian kecil sampah plastik sehingga masih menimbulkan

pencemaran.

Salah satu cara yang dikembangkan untuk mengatasi masalah sampah

plastik adalah penggunaan plastik biodegradabel. Jenis plastik ini mudah

diuraikan oleh mikroorganisme sehingga tidak mencemari lingkungan.

Polihidroksialkanoat (PHA) merupakan salah satu jenis plastik biodegradabel

yang memiliki potensi besar untuk menggantikan plastik hidrokarbon yang

sekarang banyak digunakan. Lebih dari 40 jenis PHA dan kopolimernya telah

ditemukan dan dinyatakan sebagai material yang ramah lingkungan. Polimer-

polimer ini terbiodegradasi sempurna menjadi karbon dioksida dan air setelah

beberapa bulan penguburan dalam tanah (Rahayu, 2007).

Berbagai mikroorganisme seperti Alcaligenes, Azotobacter, Bacillus,

Nocardia, Pseudomonas, dan Rhizobium mengakumulasi PHA sebagai material

cadangan energi. Masing-masing mikroorganisme menghasilkan komposisi

polimer PHA yang berbeda. Jenis sumber karbon yang dikonsumsi oleh

mikroorganisme juga menentukan jenis PHA yang dihasilkan. PHA telah

diproduksi secara komersial dengan proses biosintesis menggunakan bahan

baku glukosa. Tetapi produksi PHA ini mengalami kendala terutama dari segi

biaya produksi yang tinggi yang disebabkan oleh biaya bahan baku, yaitu

glukosa dan biaya pengolahan (pengambilan PHA dari sel mikroorganisme)

(Rahayu, 2007).

Upaya untuk mengurangi biaya produksi PHA antara lain dilakukan dengan

mencari bahan baku pengganti glukosa yang harganya relatif lebih murah.

Salah satu bahan baku yang dapat digunakan adalah air limbah industri yang

Page 19: Kolokeq Finish

3 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

mempunyai kandungan organik yang relatif tinggi. Senyawa organik dalam

limbah tersebut dapat dimanfaatkan oleh mikro organisme untuk membentuk

PHA.

Sebuah metode alternatif yang dapat mengurangi biaya produksi PHA

adalah penggunaan sumber karbon murah sebagai sumber energi untuk

bakteri, seperti asam lemak volatil (VFAs) dari asidifikasi air limbah dari

sistem anaerob. Limbah organik yang pekat mengandung sejumlah besar

bahan karbon organik. Material organik ini dapat dikonversi ke VFAs dalam

kondisi anaerobik, yang kemudian dapat digunakan sebagai sumber karbon

untuk biosintesis PHA oleh mikroorganisme khusus. Beberapa peneliti telah

meneliti penggunaan VFAs, seperti asam asetat, propionat dan butirat pasca-

fermentasi sebagai sumber karbon untuk memproduksi PHA (Rahayu, 2007).

Produksi PHA yang telah banyak dilakukan menggunakan mikroorganisme

kultur murni. Penggunaan kultur murni memerlukan biaya yang tinggi untuk

pembiakan dan sterilisasi substrat sehingga mempertinggi biaya produksi.

Penelitian Chua dkk. (1997) menunjukkan bahwa mikroorganisme dalam

lumpur aktif dapat mengakumulasi PHA pada rasio C:N tertentu. Penggunaan

kultur campuran lumpur aktif sebagai pengganti kultur murni untuk

memproduksi PHA. Pada kondisi aerobik, mikroorganisme lumpur aktif

menggunakan karbon dari air limbah untuk pembentukan sel baru. Hal ini

ditandai dengan penurunan chemical oxygen demand (COD) dalam air limbah.

Ketika kondisi lingkungan berubah menjadi anaerobik, mikroorganisme

memulai mengakumulasi PHA sebagai cadangan karbon dalam selnya (Rahayu,

2007).

Page 20: Kolokeq Finish

4 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

Isolasi strain bakteri yang dapat menghasilkan kopolimer PHA menggunakan

VFAs sebagai sumber karbon tunggal akan menjadi alternatif untuk produksi

kopolimer PHA lebih ekonomis. Dalam studi ini, suatu strain dari γ-

proteobacterium yang dapat menghasilkan PHA dari VFAs diisolasi dari limbah

pabrik kedelai. Jenis ini mampu mensintesis PHA berisi baik monomer 3-

hidroksibutirat (3HB) dan 3HV melalui sumber karbon tunggal.

Page 21: Kolokeq Finish

5 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Plastik

Plastik adalah polimer rantai-panjang dari atom yang mengikat satu sama

lain. Rantai ini membentuk banyak unit molekul berulang, atau "monomer".

Istilah plastik mencakup produk polimerisasi sintetik atau semi-sintetik,

namun ada beberapa polimer alami yang termasuk plastik. Plastik terbentuk

dari kondensasi organik atau penambahan polimer dan bisa juga terdiri dari

zat lain untuk meningkatkan performa atau ekonomi (Azizah, 2009).

2.1.1 Plastik Konvensional (non-biodegradabel)

Ratusan juta ton plastik yang digunakan di bumi ini, maka ratusan juta ton

juga sampah plastik yang dihasilkan dan menjadi polutan utama dunia. Karena

bahan dasar plastik adalah phthalate ester, di(ethylhexyl) phthalate (DEHP)

yang bersifat stabil, sukar diuraikan oleh mikroorganisme sehingga kita terus-

menerus memerlukan area untuk pembuangan sampah. Pada makanan yang

dikemas dalam bungkus plastik, adanya migrasi zat-zat monomer dari bahan

plastik ke dalam makanan, terutama jika makanan tersebut tak cocok dengan

kemasan atau wadah penyimpannya yang tidak mungkin dapat dicegah 100 %

(terutama jika plastik yang digunakan tak cocok dengan jenis makanannya).

Migrasi monomer terjadi karena dipengaruhi oleh suhu makanan atau

penyimpanan dan (Koswara S, 2006)

Page 22: Kolokeq Finish

6 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

Plastik mudah terbakar, ancaman terjadinya kebakaran pun semakin

meningkat. Asap hasil pembakaran bahan plastik sangat berbahaya karena

mengandung gas-gas beracun seperti hidrogen sianida (HCN) dan karbon

monoksida (CO). Hidrogen sianida berasal dari polimer berbahan dasar

akrilonitril, sedangkan karbon monoksida sebagai hasil pembakaran tidak

sempurna. Hal inilah yang menyebabkan sampah plastik sebagai salah satu

penyebab pencemaran udara dan mengakibatkan efek jangka panjang berupa

pemanasan secara global pada atmosfer bumi. Sampah plastik yang berada

dalam tanah yang tidak dapat diuraikan oleh mikroorganisme menyebabkan

mineral-mineral dalam tanah baik organik maupun anorganik semakin

berkurang, hal ini menyebabkan jarangnya fauna tanah, seperti cacing dan

mikorganisme tanah, yang hidup pada area tanah tersebut, dikarenakan

sulitnya untuk memperoleh makanan dan berlindung. Selain itu kadar O2

dalam tanah semakin sedikit, sehingga fauna tanah sulit untuk bernafas dan

akhirnya mati. Ini berdampak langsung pada tumbuhan yang hidup pada area

tersebut. Tumbuhan membutuhkan mikroorganisme tanah sebagai perantara

dalam kelangsungan hidupnya (Ahmann D dan Dorgan J R, 2007).

2.1.2 Bioplastik (Biodegradabel)

Seiring dengan meningkatnya kesadaran untuk pelestarian lingkungan,

kebutuhan bahan plastik biodegradabel mengalami peningkatan dari tahun ke

tahun. Pada tahun 2010, diproyeksikan produksi plastik biodegradabel akan

mencapai 1.200.000 ton atau menjadi 1/10 dari total produksi bahan plastik.

Industri plastik biodegradabel akan berkembang menjadi industri besar di

masa yang akan datang (Pranamuda H, 2009)

Page 23: Kolokeq Finish

7 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

Bioplastik adalah plastik yang dapat digunakan layaknya seperti plastik

konvensional, namun akan hancur terurai oleh aktivitas mikroorganisme

menjadi hasil akhir berupa air dan gas karbondioksida setelah habis terpakai

dan dibuang ke lingkungan tanpa meninggalkan sisa yang beracun. Karena

sifatnya yang dapat kembali ke alam, plastik biodegradabel merupakan bahan

plastik yang ramah terhadap lingkungan (Pranamuda H, 2009).

Berdasarkan bahan baku yang dipakai, plastik biodegradabel

dikelompokkan menjadi 2 kelompok, yaitu kelompok dengan bahan baku

petrokimia (non-renewable resources) dengan bahan aditif dari senyawa bio-

aktif yang bersifat biodegradabel, dan kelompok kedua adalah dengan

keseluruhan bahan baku dari sumber daya alam terbarukan (renewable

resources) seperti dari bahan tanaman pati dan selulosa serta hewan seperti

cangkang atau dari mikroorganisme yang dimanfaatkan untuk mengakumulasi

plastik yang berasal dari sumber tertentu seperti lumpur aktif atau limbah

cair yang kaya akan bahan-bahan organik sebagai sumber makanan bagi

mikroorganisme tersebut ( Adam S dan Clark D, 2009).

2.2 Polihidroksialkanoat

PHA telah diteliti oleh Beijerinck pada tahun 1888 di bawah mikroskop

sebagai granula-granula yang berada di dalam sel-sel. Dan komposisi PHA

ditemukan oleh Lemoigne pada tahun 1927 diidentifikasi sebagai asam 3-

hidroksibutirat yang diakumulasikan oleh Bacillus megaterium. Pengembangan

penelitian saat ini ditujukan pada aspek yang berbeda dari mikroorganisme

untuk beberapa sifat polimer yang diproduksi (Purwadi R, 2006).

Page 24: Kolokeq Finish

8 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

Berbagai mikroorganisme seperti Alcaligenes, Azotobacter, Bacillus,

Nocardia, Pseudomonas, dan Rhizobium mengakumulasi polihidroksialkanoat

sebagai material cadangan energi. Masing-masing mikroorganisme

menghasilkan komposisi polimer PHA yang berbeda. Jenis sumber karbon yang

dikonsumsi oleh mikroorganisme juga menentukan jenis PHA yang dihasilkan.

PHA sendiri adalah material cadangan mikroba, sehingga diharapkan mudah

termetabolisasi oleh mikroorganisme denitrifikasi. Salah satu faktor yang

mempengaruhi proses denitrifikasi jenis ini adalah kristalinitas polimer. PHA

yang bersifat amorf lebih mudah terdegradasi daripada PHA yang bersifat

kristalin. PHA bentuk amorf berada dalam tubuh bakteri (intraseluler),

sedangkan produk PHA yang telah diekstraksi (ekstraseluler) berbentuk

kristalin (Yan dkk, 2009; Coats dkk, 2007; Rahayu D, 2007).

Menurut laporan Pranamuda H (2009) dalam penelitiannya, menyatakan

bahwa saat ini polimer plastik biodegradabel yang telah diproduksi adalah

kebanyakan dari polimer jenis poliester alifatik. Plastik biodegradabel yang

sudah diproduksi skala industri, antara lain:

a. Poli (ε-kaprolakton) (PCL) : PCL adalah polimer hasil sintesa kimia

menggunakan bahan baku minyak bumi. PCL mempunyai sifat

biodegradabilitas yang tinggi, dapat dihidrolisa oleh enzim lipase dan

esterase yang tersebar luas pada tanaman, hewan dan

mikroorganisme. Namun titik lelehnya yang rendah, Tm =60oC,

menyebabkan bidang aplikasi PCL menjadi terbatas (Awaliyyah RF,

2008; Pranamuda H, 2009).

Page 25: Kolokeq Finish

9 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

b. Poli (ß-hidroksi butirat) (PHB) : PHB adalah poliester yang diproduksi

sebagai cadangan makanan oleh mikroorganisme seperti Alcaligenes

(Ralstonia) eutrophus, Bacillus megaterium dsb. PHB mempunyai titik

leleh yang tinggi (Tm = 180 °C), tetapi karena kristalinitasnya yang

tinggi menyebabkan sifat mekanik dari PHB kurang baik (Ping KC,

2006).

c. Poli (butilena suksinat) (PBS): PBS mempunyai titik leleh yang setara

dengan plastik konvensional polietilen, yaitu Tm =113 °C.

d. Poli asam laktat (PLA) : PLA merupakan poliester yang dapat diproduksi

menggunakan bahan baku sumberdaya alam terbarui seperti pati dan

selulosa melaui fermentasi asam laktat. PLA mempunyai titik leleh

yang tinggi sekitar 175 oC, dan dapat dibuat menjadi lembaran film

yang transparan (Pranamuda H, 2009).

Gambar 2.1 Plastik biodegradabel dari golongan poliester alifatik

2.2.1 Penggolongan PHA

PHA merupakan poliester yang tersusun atas monomer-monomer

hidroksikarboksilat. Monomer-monomernya terdiri atas rantai karbon, 3-18

atom karbon. Struktur dari PHA termasuk homo dan heteropolimer. Lebih dari

Page 26: Kolokeq Finish

10 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

91 kemungkinan konstituen biosintesis PHA (Ojumu dkk, 2004; Purwadi R,

2006). Lebih dari 250 bakteri yang berbeda, termasuk spesies gram negatif

dan gram positif mampu mengakumulasikan PHA. PHA dapat dibagi atas dua

gugus besar berdasarkan jumlah rantai atom karbon pada unit monomernya:

1. Panjang rantai pendek (short chain length/SCL): PHA yang

mengandung atom C3-C5.

2. Panjang rantai sedang (medium chain length/MCL): PHA yang

mengandung atom C6-C14

3. Panjang rantai panjang (long chain length/LCL) ): PHA yang

mengandung atom lebih banyak dari C14(Kadouri dkk, 2005; Ojumu

dkk, 2004).

Gambar 2.2 Struktur umum PHA

n = 1 R = hidrogen poli(-3-hidroksipropionat/3HP)

= metil poli(-3-hidroksibutirat/3HB)

= etil poli(-3-hidroksivalerat/3HV)

= propil poli(-3-hidroksiheksanoat/3HH)

= pentil poli(-3-hidroksioktanoat/3HO)

= nonil poli(-3-hidroksidodekanoat/3HDD)

n = 2 R = hidrogen poli(-4-hidroksibutirat/4HB)

R = metil poli(-4-hidroksivalerat/4HV)

n = 3 R = metil poli(-5-hidroksivalerat/5HV)

R = etil poli(-5-hidroksiheksanoat/5HH)

n = 4 R = heksil poli(-6-hidroksidodekanoat/6HDD)

Page 27: Kolokeq Finish

11 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

2.2.2 Biosintesis PHA

PHA dapat diperoleh dengan tiga cara : biosintesis dengan

mikroorganisme, transgenik tumbuhan, dan biosintesis in vitro menggunakan

enzim. Pada kebanyakan bakteri, sel-sel mensintesis PHA di bawah kondisi

substrat yang terbatas selain karbon, seperti nitrogen, posfor atau oksigen.

Pengakumulasian PHA terjadi pada saat karbon dan sumber energi lainnya

dalam kondisi kekurangan (Kadouri dkk, 2005; Purwadi R, 2006).

Berikut adalah beberapa sumber karbon dan bakteri yang digunakan dalam

proses biosintesis PHA :

Tabel 2.1 Beberapa jenis bakteri dan sumber karbon pada pembuatan PHB

Bakteri Alcaligenes Eutrophus

Alcaligenes Lactus

Recombinant E. Coli

M. Organophilum

Sumber Karbon

Glukosa Sukrosa Glukosa Metanol

Nutrisi Pembatas

Nitrogen - Potassium -

Moetode Fermentasi

Kontrol Konsentrasi

Glukosa PH-stat PH-stat

Kontrol Konsentrasi Methanol

Waktu Fermentasi

50 jam 28.45 jam 39 jam 70 jam

Konsentrasi Sel (g/l)

164 143 110 250

Konsentrasi PHB (g/l)

121 71.4 85 130

Kandungan PHB (%)

76 50 77.3 52

Yield PHB (g PHB / g

Substrat)

0.3 0.17 0.19 0.19

Referensi Kim, dkk 1994 Yamane,dkk

1996 Unpublished

Result Kim, dkk 1996

Biosintesis PHA secara umum ialah dengan proses fermentasi untuk

memperoleh kandungan PHA pada sel bakteri dan dilanjutkan dengan proses

pemisahan PHA dari sel Ekstraksi. Pada proses fermentasi terjadi sintesa

Page 28: Kolokeq Finish

12 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

substrat menjadi PHA. Jenis PHA yang dihasilkan dipengaruhi oleh jenis

mikroba, sumber karbon dan substrat pembatas. PHA diperoleh dari hasil

akumulasi karbon dengan kondisi pembatas N, P, Mg atau O2 (Anderson dkk,

1990). Saat ini telah diketahui banyak bakteri yang dapat mengakumulasi

sumber karbon menjadi PHA. Terdapat 2 alternatif fermentasi yang umum

digunakan untuk memproduksi PHA yaitu :

1. Fed-Batch

Fermentor di isi dengan nutrisi secukupnya untuk pertumbuhan sel.

2. Multi-stage Continuous Cultivation

Pada proses fermentasi ini, nutrisi dimasukkan secara kontiniu pada

masing - masing fermentor. Fermentor yang pertama merupakan

tempat pertumbuhan sel. Sedangkan fermentor yang kedua digunakan

untuk proses akumulasi PHA.

Pada proses pemisahan PHA dari sel bakteri diketahui beberapa metode

yang intinya adalah untuk memecahkan dinding sel bakteri dan memisahkan

kandungan PHA yang terdapat pada bakteri tersebut. Beberapa metode yang

dapat digunakan dalam proses pemisahan ialah sebagai berikut :

Gambar 2.3 Metode-metode pemisahan PHB dari sel bakteri

Page 29: Kolokeq Finish

13 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

Untuk memperoleh jenis PHA yang diinginkan perlu diperhatikan mikroba

yang dipergunakan, sumber karbon, nutrient pembatas dan metode pemisahan

sel yang digunakan. Dalam beberapa penelitian telah diklasifikasikan

beberapa mikroba yang dapat mensintesa berbagai macam sumber karbon

pada proses sintesa PHA.

Pada table 2.3 telah diberikan beberapa contoh bakteri yang dapat

menghasilkan PHA. PHA yang dihasilkan ini tergantung dari bakteri yang

mensintesa dan sumber karbon yang dipergunakan dengan lama waktu

fermentasi yang sesuai untuk memperoleh yield optimum.

Sedangkan proses pemisahan bakteri dari PHB yang sudah tersintesa didalam

sel bakteri terdapat beberapa metode pemisahan. Berikut ini adalah beberapa

metode yang pada umumnya dipergunakan oleh industri maupun riset :

a) Solvent Extraction

Metode ini adalah salah satu metode tertua dalam pemisahan PHA.

Biasanya menggunakan pelarut seperti: kloroform, 1,2 - dikloroetana

dan metilene klorida. Dalam beberapa percobaan ekstraksi

menggunakan pelarut, diketahui dapat menghancurkan dinding sel.

Kemurnian PHA dengan menggunakan pelarut ini dapat mencapai 98%.

Salah satu yang menjadi masalah pengunaan method ini ialah limbah

cair yang dihasilkan. Sehingga diperlukan solvent recovery untuk

mengurangi pencemaran lingkungan.

b) Digestion Method

Metode ini memiliki prinsip yang sama dengan metode solvent

extraction. Namun pada metode ini menggunakan pelarut seperti:

surfaktan, chelate dan enzim.

Page 30: Kolokeq Finish

14 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

c) Mechanical Treatment

Metode ini sering digunkan untuk memisahkan intraseluler protein

(Timer, dkk. 1998). Contoh metode ini antara lain: Bead Mill Disruption

dan High Pressure Homogenization.

d) Supercritical CO2

Sedangkan pada metode pemisahan dengan Supercritical CO2

memerlukan tekanan yang tinggi untuk proses ekstraksi dan kemurnian

hanya mencapai 89%

e) Using cells fragility

Pada metode Using cells fragility tidak bisa digunakan untuk setiap

mikroba. Pada metode ini bakteri yang digunakan ialah E. Coli dan A.

Vineandi sehingga jarang dipergunakan pada saat extraksi ( Choi, 2009).

Jalur biosintesis PHA dalam merombak karbon sebagai sumber makanan

melibatkan 3 enzim sekaligus, yaitu β-ketothiolase (PhbA), suatu NADPH-

bersinergi dengan acetoacetyl coenzyme A (acetoacetyl-CoA) reduktase

(PhbB) dan PHB sintase (PhbC). Jika PHA yang diproduksi dalam bentuk

kopolimer seperti PHBV, maka langkah pertama yang diproduksi adalah PHB

yang dikatalisasi oleh β-ketothiolase yang mengkondensassi dua molekul

acetyl-CoA untuk membentuk acetoacetyl-CoA. Pembentukan kopolimer PHBV

melibatkan reaksi kondensasi acetyl-CoA dengan propionyl-CoA untuk

membentuk β-ketovaleryl-CoA. Selanjutnya, acetoacetyl-CoA dan β-

ketovaleryl-CoA menjadi polimer PHBV dengan aktivitas reduktase dan sintase

(Slater dkk, 1998).

Page 31: Kolokeq Finish

15 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

Gambar 2.4 Jalur Biosintesis PHA

2.2.4 Sifat Kimia dan Fisika PHA

PHA tidak beracun, biokompatibel, termoplastik biodegradabel yang dapat

diproduksi dari sumber terbarukan, PHA memiliki derajat polimerisasi yang

tinggi, kristalinitas yang tinggi, optis aktif dan isotaktik (sifat stereokimia

dalam pengulangan unitnya), piezoelektrik dan tidak larut dalam air. Sifat-

sifat ini membuatnya mampu menyaingi polipropilen, plastik yang disintesis

dari petrokimia (Purwadi R, 2006).

Ketidakjenuhan dalam rantai PHA meningkatkan keelastisitasannya, dan

gugus fungsi yang berbeda mengubah sifat fisika dan kimianya. PHA dengan

gugus rantai pendek lebih keras, kristalinitasnya lebih tinggi, namun PHA

dengan gugus rantai yang panjang lebih bersifat elastomer. PHB jauh lebih

tinggi kristalinitasnya, kaku dan rapuh. Sumber karbon dan strain bakteri yang

digunakan dalam proses fermentasi mempengaruhi sifat dan kemungkinannya

dalam menghasilkan polimer yang kaku, rapuh atau elastis. Sebagai tambahan

Page 32: Kolokeq Finish

16 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

untuk memperjelas gugus samping, monomer PHA dengan percabangan,

kejenuhan, ketidakjenuhan dan gugus samping aromatis juga ditemukan. Dan

juga gugus fungsi dalam rantai samping seperti halogen, karboksil, hidroksil,

epoksi, fenoksi, sianofenoksi, nitroin fenoksi, tiofenoksi, metilester

merupakan gugus yang sering digunakan dalam modifikasinya. Panjang rantai,

kejenuhan, dan gugus fungsi dari rantai samping juga mempengaruhi sifat titik

leleh, transisi kaca dan kristalinitas (Yilgor P dkk, 2007).

Karakteristik yang dimiliki oleh PHB hampir sama dengan karakteristik

polipropilen, sehingga PHB berpotensi menggantikan plastik sintetik misalnya

Polipropilena (PP). Dimana PP diperoleh dengan bahan baku minyak bumi.

Adapun perbandingan karakteristik tersebut dijabarkan dalam tabel dibawah

ini:

Tabel 2.2 Perbandingan sifat - sifat fisika dan kimia PHB dan PP

Karakteristik Polihidroksibutirat Polipropilena

Titik Leleh (0C) 175-182 171-186 Suhu Glass-transition (0C) 4 -10

Berat Molekul 5 x 105-1 x 106 2 x 105

Distribusi berat molekul 2.2 - 3 5 - 12 Densitas (g/cm3) 1.25 0.92 Crystallinity (%) 65-80 65-70

Modulus Young (GPa) 3.5 - 4 1.7 Tensile Strength (MPa) 40 38 Extension to Break (%) 6 - 8 400

Solvent Reistance Poor Good Ultraviolet Resistnace Good Poor Oxygen Permeabelity 45 1700

Biodegradability Excellent Poor

Sumber: Biotechnology Bioprocess Engineering (Choi, 1997)

Page 33: Kolokeq Finish

17 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

2.3 Proteobakteri

Bakteri, dari kata Latin bacterium (jamak, bacteria), adalah kelompok

terbanyak dari organisme hidup. Mereka sangatlah kecil (mikroskopik) dan

kebanyakan uniselular (bersel tunggal), dengan struktur sel yang relatif

sederhana tanpa nukleus/inti sel, sitoskeleton, dan organel lain seperti

mitokondria dan kloroplas. Struktur sel mereka dijelaskan lebih lanjut dalam

artikel mengenai prokariot, karena bakteri merupakan prokariot, untuk

membedakan mereka dengan organisme yang memiliki sel lebih kompleks,

disebut eukariot.

Proteobakteri adalah salah satu dari filum bakteri yang didasarkan pada

interpretasi rRNA. Proteobakteri memiliki empat sub kelompok yaitu alfa,

beta, gamma seperti pada lampiran A. Bakteri dalam filum ini dapat

menghasilkan PHA. Bakteri yang menghasilkan PHA membutuhkan subtrat-

subtrat tertentu seperti glukosa, maltosa, gliserol dan lainnya seperti pada

lampiran B.

2.4 Filogenetik

Filogenetik adalah studi yang membahas tentang hubungan kekerabatan

antar berbagai macam organisme melalui analisis molekuler dan morfologi.

Karakter morfologi telah lama digunakan dalam banyak penelitian

filogenetik.Dengan pesatnya perkembangan teknik-teknik di dalam biologi

molekuler, seperti PCR dan pengurutan DNA, penggunaan urutan DNA dalam

Page 34: Kolokeq Finish

18 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

penelitian filogenetik telah meningkat pesat dan telah dilakukan pada semua

tingkatan taksonomi, misalnya famili, marga, dan spesies.

Filogenetik molekuler mengkombinasikan teknik biologi molekuler dengan

statistik untuk merekonstruksi hubungan filogenetik. Pemikiran dasar

penggunaan sekuens DNA dalam studi filogenetik adalah bahwa terjadi

perubahan basa nukleotida menurut waktu, sehingga akan dapat diperkirakan

kecepatan evolusi yang terjadi dan akan dapat direkonstruksi hubungan

evolusi antara satu kelompok organisme dengan yang lainnya.

Sekuens DNA telah menarik perhatian para praktisi taksonomi dunia untuk

dijadikan karakter dalam penelitian filogenetik karena beberapa

fakta.Pertama, sekuens DNA menawarkan data yang akurat melalui pengujian

homologi yang lebih baik terhadap karakter-karakter yang ada.Kedua, sekuens

DNA menyediakan banyak karakter karena perbedaan laju perubahan basa-

basa nukleotida di dalam lokus yang berbeda adalah besar. Dan ketiga, urutan

DNA telah terbukti menghasilkan sebuah hubungan kekerabatan yang lebih

alami (natural) (Nei,1996).

2.5 Analisis Filogenetik

Analisis filogenetik merupakan proses bertahap untuk mengolah data

urutan DNA atau protein sehingga diperoleh suatu hasil yang menggambarkan

estimasi mengenai hubungan evolusi suatu kelompok organisme. Ada sejumlah

asumsi yang harus diperhatikan sebelum menggunakan data urutan DNA atau

protein ke analisis, diantaranya yaitu (1) sekuens berasal dari sumber yang

Page 35: Kolokeq Finish

19 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

spesifik, apakah dari inti, kloroplas atau mitokondria; (2) sekuens bersifat

homolog (diturunkan dari satu nenek moyang); (3) sekuens memiliki sejarah

evolusi yang sama (misalnya bukan dari campuran DNA inti dan mitokondria);

dan (4) setiap sekuens berkembang secara bebas. Paling sedikit, ada tiga

tahap penting dalam analisis filogenetik, yaitu sequence alignment,

rekonstruksi pohon filogenetika, dan evaluasi pohon filogenetika dengan uji

statistik (Cavalli-Sforza,1997).

2.6 Analisis DNA

Beberapa teknik analisis DNA seperti RAPD (Random Amplified

Polymorphic DNA), RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism), dan

DGGE (Denaturing Gradient Gel Elecrophoresis) membutuhkan amplifikasi

daerah genom tertentu dari suatu organisme. Amplifikasi ini membutuhkan

primer spesifik (sekuen oligonukelotida khusus) untuk daerah tersebut. Primer

biasanya terdiri dari 10-20 nukleotida dan dirancang berdasarkan daerah

konservatif dalam genom tersebut. Makin panjang primer, makin harus

spesifik daerah yang diamplifikasi. Jika suatu kelompok organisme memang

berkerabat dekat, maka primer dapat digunakan untuk mengamplifikasi

daerah tertentu yang sama dalam genom kelompok tersebut. Beberapa faktor

seperti konsentrasi DNA contoh, ukuran panjang primer, komposisi basa

primer, konsentrasi ion Mg, dan suhu hibridisasi primer harus dikontrol dengan

hati-hati agar dapat diperoleh pita-pita DNA yang utuh dan baik.

Keberhasilan teknik ini lebih didasarkan kepada kesesuaian primer dan

efisiensi dan optimasi proses PCR. Primer yang tidak spesifik dapat

Page 36: Kolokeq Finish

20 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

menyebabkan teramplifikasinya daerah lain dalam genom yang tidak dijadikan

sasaran atau sebaliknya tidak ada daerah genom yang teramplifikasi. Optimasi

PCR juga diperlukan untuk menghasilkan karakter yang diinginkan. Optimasi

ini menyangkut suhu denaturasi dan annealing DNA dalam mesin PCR. Suhu

denaturasi yang rendah dapat menyebabkan belum terbukanya DNA utas

ganda sehingga tidak dimungkinkan terjadinya polimerisasi DNA baru. Proses

penempelan primer pada utas DNA yang sudah terbuka memerlukan suhu

optimum, sebab suhu yang terlalu tinggi dapat menyebabkan amplifikasi tidak

terjadi atau sebaliknya suhu yang terlalu rendah menyebabkan primer

menempel pada sisi lain genom yang bukan sisi homolognya; akibatnya dapat

teramplifikasi banyak daerah tidak spesifik dalam genom tersebut. Suhu

penempelan (annealing) ini ditentukan berdasarkan primer yang digunakan

yang dipengaruhi oleh panjang dan komposisi primer. Suhu penemelan ini

sebaiknya sekitar 5°C di bawah suhu leleh. Secara umum suhu leleh (Tm)

dihitung dengan rumus Tm = 4(G+C) + 2(A+T)°C (Rybicky, 1996).

Berikut ini disajikan contoh hasil amplifikasi gen 16S-rRNA pada gel

elektroforesis dari bakteri dengan primer domain Bacteria 63f (5'-CAG GCC

TAA CAC ATG CAA GTC) dan 1387r (5'-GGG CGG WGT GTA CAA GGC) (Marchesi

et al., 1998).

Page 37: Kolokeq Finish

21 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

Gambar 2.5 Hasil elektroforesis gel mini hasil amplifikasi gen 16S rRNA.

2.6.1 Teknik PCR-RAPD

PCR-RAPD merupakan salah satu teknik molekuler berupa penggunaan

penanda tertentu untuk mempelajari keanekaragaman genetika. Dasar analisis

RAPD adalah menggunakan mesin PCR yang mampu mengamplifikasi sekuen

DNA secara in vitro. Teknik ini melibatkan penempelan primer tertentu yang

dirancang sesuai dengan kebutuhan. Tiap primer boleh jadi berbeda untuk

menelaah keanekaragaman genetik kelompok yang berbeda. Penggunaan

teknik RAPD memang memungkinkan untuk mendeteksi polimorfisme fragmen

DNA yang diseleksi dengan menggunakan satu primer arbitrasi, terutama

karena amplifikasi DNA secara in vitro dapat dilakukan dengan baik dan cepat

dengan adanya PCR (Suryanto,2001).

Penggunaan penanda RAPD relatif sederhana dan mudah dalam hal

preparasi. Teknik RAPD memberikan hasil yang lebih cepat dibandingkan

dengan teknik molekuler lainnya. Teknik ini juga mampu menghasilkan jumlah

Page 38: Kolokeq Finish

22 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

karakter yang relatif tidak terbatas, sehingga sangat membantu untuk

keperluan analisis keanekaragaman organisme yang tidak diketahui latar

belakang genomnya. Pada tanaman tahunan RAPD dapat digunakan untuk

meningkatkan efisiensi seleksi awal.

Teknik RAPD sering digunakan untuk membedakan organisme tingkat

tinggi (eucaryote). Namun demikian beberapa peneliti menggunakan teknik ini

untuk membedakan organisme tingkat rendah (procaryote) atau melihat

perbedaan organisme tingkat rendah melalui piranti organel sel seperti

mitokondria (Suryanto,2001).

2.6.2 Teknik PCR-RFLP

Teknik ini mirip dengan RAPD pada prinsip penggunaan primer. Untuk

melihat polimorfisme dalam genom organisme digunakan juga suatu enzim

pemotong tertentu (restriction enzymes). Karena sifatnya yang spesifik, maka

enzim ini akan memotong situs tertentu yang dikenali oleh enzim ini. Situs

enzim pemotong dari genom suatu kelompok organisme yang kemudian

berubah karena mutasi atau berpindah karena genetic rearrangement dapat

menyebabkan situs tersebut tidak lagi dikenali oleh enzim, atau enzim

restriksi akan memotong daerah lain yang berbeda. Proses ini menyebabkan

terbentuknya fragmen-fragmen DNA yang berbeda ukurannya dari satu

organisme ke organisme lainnya. Polimorfisme ini selanjutnya digunakan untuk

membuat pohon filogeni atau dendogram kekerabatan kelompok

(Suryanto,2001).

Page 39: Kolokeq Finish

23 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

Teknik RFLP sering digunakan untuk mengetahui perbedaan jenis bakteri

misalnya berdasarkan gen ribosomal DNA (contoh 16S-rRNA). Oleh karenanya

teknik ini seringkali pula disebut ARDRA (amplified ribosomal DNA restriction

analysis). Penggunaan teknik PCR-RFLP telah pula mampu secara mengesankan

mengungkap keanekaragaman genetik mikroba yang tidak dapat dikulturkan di

laboratorium. Dengan menggunakan teknik isolasi DNA dari lingkungan yang

kemudian dilanjutkan dengan amplifikasi dengan menggunakan primer spesifik

untuk 16S-rRNA telah dapat diungkap adanya jenis-jenis mikroba baru. Dengan

menggunakan primer tertentu, teknik ini juga dapat digunakan untuk gen-gen

lain yang ada dalam contoh lingkungan.

2.6.3 Teknik PCR- Analisis Sekuen

Analisis sekuen merupakan suatu teknik yang dianggap paling baik untuk

melihat keanekaragaman hayati suatu kelompok organisme. Teknik ini

berkembang setelah orang menciptakan mesin DNA sequencer. Pada

prinsipnya polimorfisme dilihat dari urutan atau sekuen DNA dari fragmen

tertentu dari suatu genom organisme. Untuk melihat keanekaragaman jenis

dapat dilakukan melalui analisis sekuen gen 16S-rRNA bagi organisme

prokaryota atau 18S-rRNA bagi organisme eukaryota. Perbandingan sekuen

rRNA merupakan alat yang baik untuk mendeduksi hubungan filogeni dan

evolusi di antara organisme bacteria, archaebacteria, dan eukaryot

(Suryanto,2001).

Page 40: Kolokeq Finish

24 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

2.6.4 Teknik PCR-DGGE

Teknik analisis ini sebenarnya mirip dengan RAPD ataupun RFLP, hanya

saja primer yang digunakan misalnya primer GC clamp. Elektroforesis yang

dilakukan menggunakan gel poliakrilamida dengan gradien urea yang ditambah

dengan formamida. Pemisahan dilakukan tanpa enzim restriksi dan sekuen

bukan berdasarkan berat molekul. Teknik ini menggunakan dasar perbedaan

stabilitas produk PCR. Dengan demikian sangat tergantung dari jumlah ikatan

hidrogen yang ada dalam DNA tersebut (Suryanto,2001).

Gambar 2.6 Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE).

2.6.5 Teknik MFLP

Pada prinsipnya semua teknik pemisahan DNA, misalnya pada RFLP dan

RAPD, menggunakan suatu teknik elektroforesis medan listrik tetap dan satu

arah (konfigurasi horizontal) dengan media agarose atau akrilamid. Gel

agarose memiliki kapasitas pemisahan yang lebih rendah dibandingkan dengan

gel akrilamid, tetapi memilik spektrum pemisahan yang lebih besar. Teknik

elektroforesis gel agarose konvensional ini biasanya digunakan untuk

memisahkan fragmen DNA dengan ukuran relatif kecil dengan ukuran sekitar

Page 41: Kolokeq Finish

25 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

200 bp sampai kira-kira 50 kb. Fragmen dengan ukuran di atas 50 kb tidak lagi

dapat dipisahkan dengan baik dengan menggunakan teknik ini. Fragmen-

fragmen ini akan bergerak dalam kecepatan yang sama dalam gel agarosa.

Batas kemampuan linier tersebut melampaui ukuran pori-pori gel. Agar dapat

terpisah fragmen harus bergerak dari ujung ke ujung (end-on).

Masalah ini akhirnya dapat diatasi oleh Schwartz dan Cantor (1984) yang

memperkenalkan teknik pulsed field gel electrophoresis (PFGE). Dengan

teknik ini molekul DNA secara periodik merubah arah migrasi selama

elektroforesis. Beberapa teknik PFGE telah diperkenalkan, yaitu field

inversion gel electrophoresis (FIGE), contour clamped homogenous electric

field (CHEF), dan programmable, autonomously controlled electrode gel

electrophoresis (PAGE).

Berbeda dengan teknik elektroforesis lainnya, yang sering mengisolasi DNA

dalam cairan, teknik PFGE ini membutuhkan DNA yang kurang lebih utuh.

Isolasi DNA dalam cairan seringkali menyebabkan DNA terpotong-potong

dengan ukuran rata-rata kurang dari 1000 kb. Untuk keperluan PFGE genom

suatu organisme biasanya diisolasi utuh dengan cara memerangkap sel dalam

agarose. Pemecahan dan pemurnian DNA selanjutnya dilakukan secara in situ.

Teknik identifikasi dengan PFGE atau MFLP ini sangat diskriminatif dalam

membedakan strain suatu kelompok bakteri dengan strain bakteri lainnya.

Oleh karenanya teknik ini sering digunakan untuk melihat perbedaan strain-

strain bakteri spesies yang sama.

Page 42: Kolokeq Finish

26 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

Gambar 2.7 Profil MFLP genom total bakteri fotosintetik anoksigenik DS-1, DS-4, dan Cas-13 yang dipotong dengan Asel. M = genom total Rhodobacter sphaeroiides 2.4.1.

2.7 Setrifugasi

Pada suatu larutan, partikel-partikel yang berat jenis lebih besar dari berat

jenis sekelilingnya akan mengendap (sedimentasi). Apabila berat jenis lebih

kecil maka partikel tersebut akan mengapung, makin besar perbedaan berat

jenis makin cepat partikel itu bermigrasi. Apabila tidak ada perbedaan berat

jenis, maka partikel melayang.Agar perbedaan kecil berat jenis dapat

digunakan untuk pemisahan partikel-partikel yang berbeda dalam

larutan.Gaya tarik bumi dapat digantikan oleh tenaga sentrifugal yang jauh

lebih dengan bantuan sentrifugasi.

Percepatan yang tercapai melalui sentrifugasi dinyatakan sebagai kelipatan

percepatan gaya tarik bumi (9.8 ms-1). Dengan bantuan sentrifugasi dapat

dicapai nilai percepatan hingga lebih kurang 10.000 g. dengan alat sentrifugasi

dingin dapat dicapai percepatan hingga 50.000 g dan ultra sentrifugasi yang

bekerja dalam keadaan dingin dan vakum dapat mencapai percepatan hingga

500.000 g.

Page 43: Kolokeq Finish

27 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

Untuk pemisahan makromolekul antara satu dengan yang lain yang

memiliki perbedaan ukuran atau berat jenis yang tidak berarti, digunakan

pemisahan gradien berat jenis. Di dalam alat sentrifugasi, bahan uji yang akan

dipisahkan (misal protein atau sel) ditambahkan di atas larutan sentrifugasi.

Selama sentrifugasi partikel-partikel bermigrasi menembus larutan.Kecepatan

migrasi sangat ditentukan terutama dari berat molekulnya. Sentrifugasi di

akhiri sebelum partikel-partikel mencapai dasar tabung sentrifugasi dengan

cara melubangi bagian bawah tabung sentrifugasi dan membiarkan larutan

menetes keluar lubang. Selama sentrifugasi, larutan dalam tabung distabilkan

oleh gradien berat jenis.Gradien berat jenis adalah suatu larutan karbohidrat

atau gel silika koloid yang konsentrasinya dari permukaan larutan hingga dasar

tabung meningkat.Gradien berat jenis mencegah aliran konveksi yang

mengganggu pemisahan partikel (Koolman, 2000).

Page 44: Kolokeq Finish

28 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

BAB III

METODOLOGI

3.1 Alat dan Bahan

3.1.1 Alat

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah peralatan dari gelas

seperangkat alat fed-batch dan kultur flask, GC dan inkubator.

3.1.2 Bahan

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian adalah media untuk :

Natrium fosfat heptahidrat (Na2HPO4·7H2O), Kalium dihidrogen fosfat

(KH2PO4), Magnesium sulfat heptahidrat (MgSO4·7H2O), besi amonium sitrat,

Kalsium klorida dihidrat (CaCl2·2H2O), Asam borat (H3BO3), Kobal (II) klorida

heksahidrat (CoCl2·6H2O), Seng (II) sulfat heptahidrat (ZnSO4·7H2O), Mangan

(II) klorida tetrahidrat (MnCl2·4H2O), NaMoO4·2H2O 30 mg L-1, Nikel (II) klorida

heksahidrat (NiCl2·6H2O), Tembaga (II) sulfat (CuSO4·5H2O), aquades, asetat,

propionat dan butirat.

3.2 Prosedur

3.2.1 Pembuatan Medium

Medium kultur dibuat menggunakan ekstrak ragi 5 g L-1, pepton 10 g L-1,

NaCl 5 g L-1. PH pada medium kultur dinetralkan dengan NaOH 3 M dan HCl 3

M dan disterilkan sebelum digunakan pada penelitian. Kultur murni yang

Page 45: Kolokeq Finish

29 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

dihasilkan diisolasi pada agar dengan media yang sama yang mengandung Nile

Blue (50 μm L-1 Sigma) (Spiekermann et al, 1999).

Medium yang digunakan untuk fermentasi terdiri dari sumber karbon,

sumber nitrogen dan larutan mineral logam. Komposisi dari larutan mineral

yaitu : Na2HPO4.7H2O 8,9 g L-1, KH2PO4 1.5 g L-1, MgSO4.7H2O L-1 0.2 g, besi

amonium sitrat 60 mg L-1, CaCl2.2H2O 10 mg L-1, dan 10 mL L-1 trace element.

trace element dibuat dari: H3BO3 0,3 g L-1, CoCl2.6H2O 0,2 g L-1, ZnSO4.7H2O

0,1 g L-1, MnCl2.4H2O 30 mg L-1, NaMoO4.2H2O 30 mg L-1, NiCl2.6H2O 20 mg L-1,

CuSO4.5H2O 10 mg L-1.

3.2.2 Isolasi dan Identifikasi

Kultur murni yang sudah diisolasi pada agar diuji menggunakan fluoresens

untuk memeriksa kandungan penyimpanan lemak termasuk PHA. Identifikasi

urutan parsial 16S rDNA dari bakteri diproses di Shanghai Sangon Biological

Engineering Technology and Service Co. Hasil pengurutan dibandingkan

dengan database National Center for Biotechnology

(http://www.ncbi.nlm.nih.gov).

Mikroskop elektron transmisi digunakan untuk memeriksa morfologi. Pada

proses ini, pelet sel yang disentrifugal mengandung glutaraldehide 4 % dan

osmium tetroksida 1 %. Bagian ultra tipis pada sampel yang menempel di resin

epoxy disusun dengan ultramicrotome, dikotori dengan uranil asetat dan

timah sitrat, dan diperiksa di bawah mikroskop transmisi elektron (TEM) JEM-

1200EXII (JEOL, Tokyo, Jepang).

Page 46: Kolokeq Finish

30 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

3.2.3 Kultur Flask

Pada kultur ini dilakukan percobaan rasio C/N, asam butirat digunakan

sebagai satu-satunya sumber karbon. Rasio C/N yang diteliti adalah 35, 40 dan

45. Percobaan sumber karbon dilakukan untuk membandingkan penggunaan

asam butirat, asetat dan propionat sebagai sumber karbon untuk produksi

PHA. Amonia sulfat digunakan sebagai sumber nitrogen dalam semua

percobaan.

Pada masing-masing percobaan, kultur biakan yang tumbuh diinokulasikan

dalam medium bibit. Bibit murni kemudian ditumbuhkan dalam labu 250 mL

berisi 60 mL medium yang telah dibuat, masing-masing diputar dan digoyang

pada 180 rpm selama 24 jam. Suhu dijaga pada suhu 30 °C. Sel dipanen

setelah disentrifugasi pada 8000g selama 2 menit dan dicuci dengan larutan

NaCl 0,9 %, kemudian diinokulasikan pada medium fermentasi dengan 5 %

(v/v) inokulum dan difermentasi selama 72 jam (untuk percobaan rasio C/N)

dan 48 jam (untuk percobaan sumber karbon).

3.2.4 Kultur Fed-batch

Bibit kultur ini dipersiapkan dalam labu 250 mL pada suhu 30 °C selama 24

jam. Sel-sel yang sudah dicuci kemudian ditransfer ke dalam medium yang

berisi nitrogen yang dibatasi, dengan kandungan 17,01 g L-1 natrium butirat

sebagai sumber karbon dan 1 g L-1 amonia sulfat sebagai sumber nitrogen,

masing-masing dengan volume inokulasi 0,5 % (v/v). Rasio C/N adalah 35 dan

suhu dalam proses kultur dikontrol pada suhu 30 °C. Sampel diambil secara

berkala pada interval 10-12 jam untuk analisis.

Page 47: Kolokeq Finish

31 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

3.2.5 Analisis

Pertumbuhan mikroba dipantau dengan mengukur kepadatan sel dari biakan

pada 600 nm setelah pengenceran dengan aquades. Konsentrasi amonium

sulfat diukur dengan menggunakan dengan metode Kemper (Kemper, 1974).

Berat sel kering diukur setelah pengeringan vakum pada 50 °C selama 24 jam.

Jumlah PHA diukur dengan menggunakan kromatografi gas (GC) dengan

proses: 2 mL kloroform dan 2 mL larutan metanol ditambahkan ke dalam

inkubator pada 105 ° C. Pemecahan larutan metanol dibuat dari 3 % (v/v)

asam sulfat pekat dan 1 g asam benzoat L-1. Campuran kemudian dikocok

berkala selama inkubasi. Setelah pendinginan sampai suhu kamar,

ditambahkan aquades 1 mL, dan campuran dikocok selama 20-30 detik.

Lapisan yang bawah diambil dan disuntikkan langsung kedalam GC (GC6890

N/FID, Agilent, AmerikaSerikat) dengan kolom HP-5 (panjang 30 m, diameter

320 μm, ketebalan film 0,25 μm) untuk menentukan komposisi PHA. VFAs juga

diukur dengan menggunakan GC.

Page 48: Kolokeq Finish

32 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

BAB IV

PEMBAHASAN

4.1 Identifikasi dan Isolasi Strain

Empat puluh dua koloni berbeda yang dipilih dari piring agar yang

mengandung Nile Blue, lalu diberi nama sebagai ST1-ST11 (dimana ST berarti

dari tanah), WD1-WD10 (dimana WD berarti dari pengolahan limbah kedelai),

WZ1-WZ17 (dimana WZ berarti dari pengolahan limbah pabrik bir) dan WS1-

WS4 (dimana WS berarti dari pengolahan air limbah perkotaan). Dari empat

puluh dua koloni yang dipilih diambil enam koloni secara acak untuk studi

fermentasi lebih lanjut setelah dilakukan analisis GC. Sel dari enam koloni

yang telah dipilih ditumbuhkan dalam medium fermentasi dan dipanen setelah

pembiakan selama 48 jam.Kemudian hasil fermentasi tersebut dianalisis

menggunakan GC.Kandungan PHA dan DCWs dari 6 strain ditunjukkan pada

Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Kandungan PHA dan berat sel kering dari 6 strain

Strain bakteri Berat sel kering (gL-1) Kandungan PHA (%)

WD-1 2,5 ± 0,17 18 ± 1

WD-3 6,25 ± 0,21 21 ± 1

ST-4 3,57± 0,13 11 ± 1

ST-8 1,8± 0,18 11± 1

WS-10 1,67± 0,16 6± 1

WS-11 2,87±0,12 9 ± 1

Kandungan PHA: PHA/BSK

Tabel 4.1 menunjukkan bahwa bakteri strain WD-3 tumbuh dengan baik

dan, dari 6 strain yang diuji, akumulasi PHA paling besar (hingga 21 % dari

Page 49: Kolokeq Finish

33 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

DCW) pada eksperimen.Oleh karena itu, bakteri strain WD-3 digunakan dalam

eksperimen lebih lanjut.

Urutan rDNA 16S parsial (sekitar 1500 bp) dari bakteri strain WD-3 itu

dibandingkan dengan yang tersedia di database online.Ditemukan bahwa WD-3

memiliki kemiripan dengan γ-proteo-bacterium spp. (98 % identik dengan

urutan 16S rDNA) sehingga bakteri strain WD-3 diidentifikasi sebagai γ-proteo-

bacterium spp. Filogenik didasarkan pada urutan parsial 16S rDNA dan γ-

proteo-bacterium spp. ditunjukkan pada Gambar 4.1 urutan nukleotida 16S

rDNA dari bakteri strain WD-3 yang ditentukan dalam penelitian ini telah

disimpan di GenBank database dengan nomor akses FJ440556.

Gambar 4.1 Filogenetik strain WD-3

4.2 Karakteristik Mikrobiologi

PHA terdeteksi sebagai inklusi diskrit yang biasanya berdiameter 0,2-0,5

μm dalam sitoplasma sel dan kemungkinan dapat digambarkan cukup jelas

dengan mikroskop karena memiliki indeks bias yang tinggi (Kourmentza et al,

2009). Dalam studi ini, sel-sel yang ditumbuhkan dalam medium fermentasi

dengan asam butirat sebagai sumber karbon dan dipanen setelah pembiakan

Page 50: Kolokeq Finish

34 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

48 jam. Ketika bagian dari bakteri strain WD-3 diamati oleh mikroskop

transmisi elektron, butiran abu-abu dari akumulasi polimer PHA diamati,

ditunjukkan pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2 Mikroskop electron dari bagian WD-3 strain (a) perbesaran

125000x dan (b) perbesaran 50000x

4.3 Pengaruh rasio C/N pada produksi PHA

Komposisi PHA dalam bakteri dianalisis setelah pembiakan 72 jam.Hasilnya

ditunjukkan pada Tabel 4.2.

Tabel 4.2 Kandungan PHA dan pertumbuhan sel WD-3 pada subtrat dengan

rasio C/N berbeda

Rasio C/N (mol mol-1)

Natrium butirat (g L-1)

Amonia sulfat (g L-1)

Berat sel kering (g L-1)

Kandungan PHA (%)

35 17,01 1 6,68 ± 0,18 22 ± 1

40 17,84 1 4,00 ± 0,17 14 ± 1

45 18,74 1 9,00 ± 0,19 17 ± 1

Pada tabel, hasil difokuskan pada dua konsentrasi, yaitu dari DCW dan

PHA.akumulasi PHA maksimum, yaitu sebesar 22 % dari berat sel kering,

diperoleh pada rasio C/N 35. Namun, pada rasio C/N 45 berat sel kering yang

diperoleh mencapai 9 g L-1.Fenomena ini tidak konsisten dengan studi

sebelumnya yang menunjukkan bahwa tinggi rasio C/N dapat meningkatkan

Page 51: Kolokeq Finish

35 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

akumulasi PHA (Sharma dan Mallick, 2005). Ketika rasio C/N meningkat ke 45,

sel dapat tumbuh dengan baik, namun dianggap bahwa mikroorganisme

mungkin perlu lebih banyak waktu untuk menghasilkan PHA. Oleh karena itu

dimungkinkan bahwa jika proses pembiakan itu semakin lama, komposisi PHA

dapat ditingkatkan. Berdasarkan hal ini, percobaan diulang dengan

menggunakan periode pembiakan 150 jam. Bakteri strain WD-3 menghasilkan

akumulasi PHA 41 % dari DCW di bawah rasio C/N 45.

4.4 Pengaruh sumber karbon pada produksi PHA

Karena identifikasi komponen lain selain 3HB di PHA lebih dari dua dekade

lalu, diketahui bahwa enzim bertanggung jawab untuk sintesis PHA dalam

bakteri menunjukkan substrat yang spesifik dan karenanya berbagai macam

monomer dapat dipolimerisasi (Steinbuèchel et al, 1992.). Salah satu faktor

yang menentukan sifat dari unsur PHA dihasilkan oleh bakteri adalah sumber

karbon (Sudesh et al, 2000).Berdasarkan kinetika akumulasi PHA, bakteri

dapat dibagi dalam dua kelompok.Kelompok pertama, dibentuk oleh bakteri

yang memerlukan beberapa pembatasan nutrisi seperti Ralstonia eutropha

dan Pseudomonas oleovorans. Bakteri dari kelompok kedua tidak tergantung

pada pembatasan nutrisi karena mereka menimbun PHA selama pertumbuhan

sel seperti Latus Alcaligenes, Azotobacter vinelandii, Pseudomonas putida,

47T2 Pseudomonas aeruginosa dan r-Escherichia coli (Fernandez et al, 2005).

Page 52: Kolokeq Finish

36 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

Tabel 4.3 Efek sumber karbon pada akumulasi PHA dari bakteri WD-3 setelah

inkubasi 48 jam

Sumber karbon (g L-1)

Berat sel kering (g L-1)

PHB:PHV Kandungan PHA (%)

Asetat 12,2 ± 0,79 53 : 47 25 ± 1

Propionat 8,76 ± 0,21 35 : 65 21 ± 1

Butirat 9,66 ± 0,12 77 : 23 34 ± 1

Dalam studi ini, PHB dan PHV adalah konstituen yang paling umum dalam

produk PHA, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.3. Hasil penelitian

menunjukkan bahwa biosintesis bakteri strain WD-3 milik bakteri kelompok

pertama yang dijelaskan di atas. Namun, ada beberapa perbedaan antara

biosintesis WD-3 dan Ralstonia eutropha. Akiyama et al. (1992) melaporkan

bahwa Ralstonia eutropha mampu menghasilkan homopolimer PHB dari karbon

bernomer genap dari n-alkanoat, daripada menggunakan karbon bernomer

ganjil dari n-alkanoat (Seperti asam propionat atau asam valerik) sebagai

sumber karbon yang dihasilkan dalam akumulasi kopolimer 3HV. Tabel 4.3

menunjukkan perbedaan dengan Ralstonia eutropha, bakteri strain WD-3

dapat mensintesis kopolimer PHA dari 3HB dan 3HV baik dari substrat C-genap

atau substrat C-ganjil. Hal ini berarti bahwa bakteri strain WD-3 dapat

menimbun PHA yang mengandung monomer 3HB dan 3HV setiap satu sumber

karbon. Ketika propionat bekerja sebagai sumber karbon tunggal, komposisi

monomer 3HB:3HV dari polimer menjadi 35:65 Namun, ketika asetat dan

butirat digunakan sebagai sumber karbon, komposisi monomer 3HB: 3HV dari

polimer masing-masing adalah 53:47 dan 77:23.

Page 53: Kolokeq Finish

37 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

4.5 Kultur Fed-batch

Hubungan antara pertumbuhan sel, produksi PHA dan pengurangan substrat

dipelajari melalui biakan fed-batch. Pada percobaan ini digunakan asam

butirat sebagai sumber karbon.Gambar. 3 menunjukkan profil pH, DCW,

amonia dan VFA dalam media dan produksi PHA selama proses fermentasi Fed-

batch dari bakteri strain WD-3.

Gambar 4.3 Akumulasi PHA dalam percobaan fermentasi Fed-Batch bakteri

strain WD-3 dengan referensi PH,VFA,ammonia sulfat, dan pertumbuhan sel.

Diamati pada gambar bahwa produksi PHA, DCW dan pH meningkat dengan

waktu selama proses fermentasi, sedangkan konsentrasi VFA dan amonia

sulfat menurun, terutama pada saat fase pertumbuhan sel. Selama fermentasi

tersebut, DCW meningkat secara signifikan dari 0,1 sampai 6,45 g L-1 antara 6

dan 100 jam, dan setelah 100 jam, sel tumbuh melambat. Berbeda dengan

pertumbuhan sel, kandungan PHA diamati meningkat secara perlahan pada 90

jam pertama pada proses fermentasi, kemudian meningkat signifikan dari 19 %

menjadi 45 % setelah 100 jam. Hasil menunjukkan bahwa akumulasi PHA

terjadi terutama pada fase pertumbuhan stasioner daripada selama fase

Page 54: Kolokeq Finish

38 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

pertumbuhan logaritmik dari sel. Penemuan ini sesuai dengan hasil yang

dilaporkan oleh Campbell et al. (1982) dan Stal (1992), yang mengamati

bahwa akumulasi maksimum PHB terjadi selama tahap stasioner pada bakteri

Spirulina platensis dan Oscillatoria limosa. Alasan yang paling mungkin untuk

penemuan ini adalah bahwa selama fermentasi, pertumbuhan dan reproduksi

bakteri mikroba terbatas ketika konsentrasi sumber karbon dan sumber

nitrogen mengalami penurunan sedangkan rasio C/N masih relatif tinggi pada

periode akhir fermentasi.Bakteri memproduksi dan menyimpan PHA ketika

mereka kekurangan nutrisi lengkap yang dibutuhkan untuk pembelahan sel

tetapi memiliki persediaan karbon yang banyak. PH pada sistem yang tidak

dikontrol, meningkat dari 7,0 ke 8,6 selama proses fermentasi. Akumulasi

maksimum dari PHA diukur pada akhir fermentasi ketika pH meningkat

menjadi sekitar 8,5.

Akumulasi kandungan PHA maksimum oleh bakteri strain WD-3 dalam

penelitian ini adalah 45 % dari berat sel kering, setara dengan hasil 0,45 g g -1

sel kering. Proporsi PHV menempati sepertiga dari produk akhir PHA.

Observasi ini memberikan spektrum polimer yang luas dengan variasi sifat

fisik, karena kopolimer PHA terdiri dari terutama 3HB dengan fraksi monomer

rantai yang panjang, seperti 3HV, dimana lebih kuat dan fleksibel. Beberapa

plastik tersebut biasanya memiliki aplikasi yang lebih luas.

Page 55: Kolokeq Finish

39 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang diperoleh dari penelitian ini adalah sebuah bakteri, yang

diisolasi dari pabrik pengolahan limbah dari fasilitas pengolahan kedelai di

Harbin diidentifikasi sebagai γ-proteobacterium spp., yaitu bakteri strain WD-

3. Bakteri ini mampu menghasilkan PHA menggunakan sedikit molekul asam

organik sebagai sumber karbon, termasuk butirat, asetat dan propionat.rasio

C/N menimbulkan hasil yang beragam pada proses fermentasi. Ketika natrium

butirat digunakan sebagai sumber karbon, akumulasi PHA terbaik 22 % dari

DCW didapat apabila rasio C/N 35 setelah pembiakan 72 jam, namun produksi

PHA lebih tinggi sebesar 41 % dari DCW dibawah rasio C/N 45 dicapai setelah

pembiakan 150 jam. Penggunaan sumber karbon yang berbeda menghasilkan

kombinasi monomer dalam PHA yang berbeda. Ketika propionat diambil

sebagai sumber karbon tunggal, komposisi monomer 3HB: 3HV dari polimer

sebesar 35:65, bagaimanapun, ketika asetat dan butirat digunakan sebagai

sumber karbon, komposisi monomer 3HB: 3HV dari polimer masing-masing

sebesar 53:47 dan 77:23, bakteri strain WD-3 dapat menimbun PHA yang

mengandung monomer 3HB dan 3HV jika terdapat satu sumber karbon

tunggal. Hasil dari percobaan kultur yang Fed-batch menunjukkan bahwa

akumulasi PHA maksimum terjadi pada fase stasioner pertumbuhan sel.

Page 56: Kolokeq Finish

40 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

akumulasi PHA maksimum oleh bakteri strain WD-3 dalam penelitian ini adalah

45 % dari DCW, setara dengan hasil 0,45 g g-1 sel kering.

Percobaan ini menunjukkan bahwa residu yang dihasilkan dari hidrolisis

asam dari limbah organik atau limbah lumpur, seperti molekul kecil asam

organik, dapat digunakan untuk biosintesis PHA oleh bakteri turunan γ-

proteobacterium WD-3. Proses ini memiliki potensi untuk mengurangi biaya

produksi PHA sementara juga menawarkan keuntungan bagi lingkungan

melalui penggunaan kembali limbah dari proses pengolahan air limbah.

5.2 Saran

Saran-saran untuk penelitian ini adalah perlu dilakukan penelitian sintesis

PHA dari bakteri-bakteri lain. Penelitian selanjutnya dapat mengembangkan

metode alternatif untuk menggantikan metode sintesis awal.

Page 57: Kolokeq Finish

41 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

DAFTAR PUSTAKA

Adam, S. dan Clark, D., 2009. Landfill Biodegradation An in-depth Look at Biodegradation in Landfill Environments. Bio-tec Environmental, Albuquerque & ENSO Bottles, LLC, Phoenix. p. 9-11.

Ahmann, D & Dorgan J. R., 2009.

Bioengineering for Pollution Prevention through Development of Biobased Energy and Materials State of the Science Report, EPA/600/R-07/028. p.76-78.

Akiyama, M., Taima, Y., Doi, Y., 1992. “Production of poly(3-

hydroxyalkanoates) by a bacterium of the genus Alcali genes utilizing long-chain fatty acids”, Appl. Microbiol. Biotechnol. 37, 698–701.

Awaliyyah, R. F., 2008.

Modifikasi Polistiren Melalui Kopolimerisasi dengan Poli (ε-kaprolakton) serta Karakterisasinya. S1-Final Project ITB. Bandung.

Brown, Terence A.,2002,”Genomes”, Bios Scientific Publishers,UK. Campbell, J., Stevens, J.S.E., Balkwill, D.L., 1982.

Accumulation of poly-b- hydroxybutyrate in Spirulina platensis, J. Bacteriol. 149, 361–363.

Cavalli-Sforza LL, Balfourier. 1997. Phylogenetic analysis: models and estimation procedures, Am J Human Genet 19:122-257

Chien, C.C., Chen, C.C., Choi, M.H., Kung, S.S., Wei, Y.H., 2007. Production of poly- hydroxybutyrate(PHB) by Vibrio spp. isolated from marine environment, J. Biotechnol. 34, 259–263.

Choi, J., Lee, S.Y., 1999. Factors affecting the economics of polyhydroxyalkanoate production by bacterial fermentation, Appl. Microbiol. Biotechnol. 51, 13–21.

Choi, J., Lee, S.Y., 2000. Economic considerations in the production of poly(3- hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) by bacterial fermentation, Appl. Microbiol. Biotechnol. 53, 646–649.

Coats, E. R., Loge, F.J., Wolcott, M. P., Englund, K., Mcdonald, A.G., 2007. Synthesis ofPolyhydroxyalkanoates in Municipal Waste Water Treatment. Water Environment Research; Nov; 79, 12; Proquest Agriculture Journals.

Page 58: Kolokeq Finish

42 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

Daniel, M., Choi, J.H., Kim, J.H., Lebeault, J.M., 1992.

Effect of nutrient deficiency on accumulation and relative molecular weight of poly-hydroxybutyric acid by methylotrophic bacterium Pseudomonas 135, Appl. Microbiol. Biotechnol. 37, 702–706.

Fernández, D., Rodríguez, E., Bassas, M., Viñas, M., Solanas, A.M., Llorens, J.,Marqués, A.M., Manresa, A., 2005. Agro-industrial oily wastes as substrate for PHA production by the new strain Pesudomonas aeruginosa NCIB 40045: effect of culture conditions”, Biochem. Eng. J. 26, 159–167.

Fuller, R.C., O’Donnell, J.P., Saulnier, J., Redlinger, T.E., Foster, I., Lenz, R.W., 1992. The supramolecular architecture of the polyhydroxyalkanoate inclusions in Pseudomonas oleovorans, FEMS Microbiol. Rev. 103, 279–288.

Jung, Y.M., Park, J.S., Lee, Y.H., 2002. Metabolic engineering of Alcaligenes eutrophus through the transformation of cloned phbCAB genes for the investigation of the regulatory mechanism of polyhydroxyalkanoate biosynthesis, Enzyme Microbiol. Technol. 26, 201–208.

Kadouri, D., Jurkevitch, E., Okon, Y., Sowinski, S. C., 2005. Ecological and Agricultural Significance of Bacterial Polyhydroxyalkanoates. Critical Reviews in Microbiology, 31:55-67. Copyright@Taylor&Prancis.

Kemper, A.J., 1974. Determination of sub-micro quantities of ammonium and nitrate in soils with phenol, sodium nitropusside and hypochlorite, Geoderma 12, 201–206.

Khopkar,S.M, (1990). Dasar-dasar Kimia Analitik”, Universitas Indonesia Press, Jakarta.

Kim, J.S., Lee, B.H., Kim, B.S., 2005. Production of poly(3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate) by Ralstonia eutropha, Biochem. Eng. J. 23, 169–174.

Kimura, H., Yoshida, Y., Doi, Y., 1992. Production of poly (3-hydroxybutyrateco-4-hydroxybutyrate) by Pseudomonas acidovorans, Biotechnol. Lett. 14, 445–450.

Koolma, J. dan Rohm, K., (2000). Atlas Berwarna dan Teks Biokimia, Terjemahan Septelia, Penerbit Hipokrates, Jakarta.

Kourmentza, C., Ntaikou, I., Kornaros, M., Lyberatos, G., 2009.

Page 59: Kolokeq Finish

43 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

Production of PHAsfrom mixed and pure cultures of Pseudomonas sp. using short-chain fatty acids as carbon source under nitrogen limitation, Desalination 248, 723–732.

Luengo, J.M., García, B., Sandoval, A., Naharro, G., Olivera, E.R., 2003. Bioplastics from microorganisms, Curr. Opin. Microbiol. 6, 251–260.

Marchesi, J.R., T. Sato, A.J. Weightman, T.A. Martin, J.C. Fry, S.J. Hiom & W.G. Wade. 1998.

Design and evaluation of useful bacterium-specific PCR primers that amplify genes coding for bacterial 16S rRNA. Appl. Environm. Microbiol. 64: 795-799.

Nath, A., Dixit, M., Bandiya, A., Chavda, S., Desai, A.J., 2008. Enhanced PHB production and scale up studies using cheese whey in fed batch culture of Methylobacterium sp. ZP24, Bioresour. Technol. 99, 5749–5755.

Nei M. 1996. Phylogenetic analysis in molecular genetic, Ann Rev Genet 30:371-403

Ojumu, T. V. I., Yu, J. and Solomon, B. O., 2004. Production of Polyhydroxyalkanoates, a Bacterial Biodegradable Polymer. African Journal of Biotechnology Vol. 3 (1), pp. 18-24.

Page, W.J., 1992. Production of poly-hydroxybutyrate by Azotobacfer vinelandii UWD in media containing sugars and complex nitrogen sources, Appl. Microbiol.Biotechnol. 103, 149–157.

Ping, K. C., 2006. Polyhydroxybutyrates (PHB) Production from Grey Water Using Aerobic-Intermittent Feeding. A report submitted in partial fulfillment of the requirements for the award of the degree of Bachelor of Engineering (Civil- Environmental). Faculty of Civil Engineering Universiti Teknologi Malaysia.

Pozo, C., Martinez-Toledo, M.V., 2002. Effects of culture conditions on the production of polyhydroxyalkanoates by Azotobacter chroococcum H23 in media containing a high concentration of alpechin (wastewater from olive oil mills) as primary carbon source, J. Biotechnol. 97, 125–131.

Pranamuda, Hardaning. 2009. Pengembangan Bahan Plastik Biodegradabel Berbahan Baku Pati Tropis. Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi Jakarta. Weblog Biology Resources on Shantybio.

Page 60: Kolokeq Finish

44 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

Purwadi, R., 2006. Manuscript Fermentation Production of Poly(3-hydroxyalkanoats). School of Engineering – Hogskolan i Boras Allegatan 1– 501 90 Boras, Sweden.

Rahayu, D., 2007.

Produksi Polihidroksialkanoat dari Limbah Industri Tapioka dengan Sequencing Batch Reactor. Karya Ilmiah Penelitian yang Tidak Dipublikasikan. Universitas Padjajaran Fakultas Farmasi. Jatinangor.

Reddy, C.S.K., Ghai, R., Rashmi, Kalia, V.C., 2003. Polyhydroxyalkanoates: an overview, Bioresour. Technol. 87, 137–146.

Reis, M.A.M., Serafim, L.S., Lemos, P.C., Ramos, A.M., Aguiar, F.R., Van Loosdrecht, M.C.M., 2003. Production of polyhydroxyalkanoates by mixed microbial cultures, Bioprocess Biosyst. Eng. 25, 377–385.

Rhu, D.H., Lee, W.H., Kim, J.Y., Choi, E., 2003. Polyhydroxyalkanoate (PHA) production from waste, Water Sci. Technol. 48, 221–228.

Rybicky, E.P. 1996. PCR primer design and reaction optimisation. In Molecular Biology Techniques Manual. Ed. V.E. Coyne, M.D. James, S.J. Reid & E.P. Rybicki. Dept.of Microbiology. Univ. Cape Town.

Ruan, W., Chen, J., Lun, S., 2003. Production of biodegradable polymer by A. eutrophus using volatile fatty acids from acidified wastewater, Process Biochem. 39, 295–299.

Salehizadeh, H., Van Loosdrecht, M.C.M., 2004. Production of polyhydroxy-alkanoates by mixed culture: recent trends and biotechnological importance, Biotechnol. Adv. 22, 261–279.

Sharma, L., Mallick, N., 2005. Accumulation of poly-b-hydroxybutyrate in Nostoc muscorum: regulation by pH, light–dark cycles, N and P status and carbon sources, Bioresour. Technol. 96, 1304–1310.

Slater, S., Houmiel, K. L., Tran, M., Mitsky T. A., Taylor N. B., Padgette, S. R., Gruys, K. J., 1998.

Multiple b-Ketothiolases Mediate Poly(b-Hydroxyalkanoate) Copolymer Synthesis in Ralstonia eutropha. Journal of Bacteriology, p. 1979–1987.

Spiekermann, P., Rehm, B.H., Kalscheuer, R., Baumeister, D., Steinbuchel, A., 1999. A sensitive, viable-colony staining method using Nile red for direct screening of bacteria that accumulate polyhydroxyalkanoic acids and other lipid storage compounds, Arch. Microbiol. 171, 73–80.

Page 61: Kolokeq Finish

45 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

Stal, L.J., 1992.

Poly(hydroxyalkanoate) in cyanobacteria: an overview, FEMS Microbiol. Rev. 103, 169–180.

Steinbuèchel, A., Hustede, E., Liebergesell, M., Pieper, U., Timm, A., Valentin, H.,1992. Molecular basis for biosynthesis and accumulation of polyhydroxyalkanoic acids in bacteria, FEMS Microbiol. Rev. 10, 217–230.Suchada, C., Songsri, K., 2006.

Suryanto, D. 2001. Selection and characterization of bacterial isolates for monocyclic aromatic degradation. Disertasi. IPB Bogor.

Chanprateep, S., Kulpreecha, S., 2006,

Production and characterization of biodegradable terpolymerpoly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate-co-4- hydroxybutyrate) by Alcaligenes sp. A-04, J. Biosci. Bioeng. 101, 51–56.

Sudesh, K., Abe, H., Doi, Y., 2000. Synthesis, structure and properties of polyhydroxyalkanoates: biological polyesters, Prog. Polym. Sci. 25, 1503–1555.

Tobella, L.M., Bunster, M., Pooley, A., Becerra, J., Godoy, F., Martínez, M., 2005. Biosynthesis of poly-beta-hydroxyalkanoates by Sphingopyxis chilensis S37 and Wautersia sp. PZK cultured in cellulose pulp mill effluents containing 2,4,6- trichlorophenol, J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 32, 397–401.

Yan, S., Subramanian, B., Tyagi, R. D., Surampalli,, R. Y., 2009. Polymer Production by Bacterial Strain Isolated from Activated Sludge Treating Municipal Water. Institue National de la Recherche Scientifique, Centre Eau, Terre & Environment, Universite du Quebec, Canada and US Environment Protection Agency, USA.

Yilgor, P., Yucel, D., Kenar, H., Hasirci, V., 2007.

Polyhydroxyalkanoates: a Versatile Class of Biopolymers and Their Biomedical Potensial. Brazzilian Network on Green Chemistry Awareness, Responsibility and Action.

Yu, J., Song, X., Gong, L., Li, P., 2008.

High poly(-hydroxybutyrate) production by Pseudomonas fluorescens A2a5 from inexpensive substrates, Enzyme Microbiol.Technol. 42, 167–172.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21128/ diakses 1 maret 2011

Page 62: Kolokeq Finish

46 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

LAMPIRAN

A. Produksi PHA oleh mikroorganisme sesuai kondisi tumbuhnya.

Substrate Polyhydroxyalkanoate (PHA)

Homopolymers Copolymers

Gram-Positive Gram-Negative Gram-Positive

Gram-Negative

Glucose Bacillus Azotobacter Bacillus Pseudomonas

Streptococcus Comamonas Ralstonia

Streptomyces Escherichia a

Pseudomonas Ralstonia

Vibrio

Fructose Bacillus Comamonas Ralstonia Bacillus

Microlunatus

Comamonas

Sucrose Bacillus Alcaligenes Bacillus Rhizobium

Streptococcus Comamonas Vibrio Sphingomonas

Lactose Lactobacillus

Lactococcus

Streptococcus

Comamonas

Hydrogenophaga

Methylobacterium

Paracoccus

Pseudomonas

Sinorhizobium

Fatty acids Bacillus Brachymonas Bacillus Aeromonas a

Comamonas Microlunatus

Comamonas

Pseudomonas Escherichia a

Spirulina Pseudomonas

Vibrio

Maltose Comamonas

Protomonas

Methanol Pseudomonas

Starch Azotobacter Haloferax

Glycerol Escherichia a

Methylobacterium

Ralstonia Vibrio

Page 63: Kolokeq Finish

47 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

Xylose Burkholderia

Methylobacterium

Agricultura

l

Bacillus Alcaligenes Bacillus Haloferax Klebsiella

Waste Staphylococcus Azotobacter

Burkholderia

Escherichia a Haloferax

Klebsiella a Ralstonia

Pseudomonas

Rhizobium

Sphingomonas

Dairy

Products

Escherichia a

Hydrogenophaga

Methylobacterium

Pseudomonas

Sinorhizobium

Pseudomonas

Ralstonia

Oily Waste Ralstonia Comamonas

Pseudomonas

Ralstonia a

Industrial

Waste

Actinobacillus

Bacillus

Rhodococcus

Azotobacter

Burkholderia

Pseudomonas

Azotobacter

Page 64: Kolokeq Finish

48 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

B. Anggota Kelas Proteobakteri

References

Subclass Taxon* 16S rRNA

16S rRNA-23S rRNA

5S rRNA

sequences hybridization sequences

"Alpha"

Rhodobacter 25 9

Rhodomicrobium 25

Rhodopseudomonas 25 9

Rhodopila 25

Rhodospirillum 25 9 13

Acetobacter 9

Acidiphilium 13

Agrobacterium 25 9

Ancalomicrobium NP(

Aquaspirillum 25 9

Azospirillum 25 9

Beijerinckia NP 9

“Alpha”

Blastobacter 17

Bradyrhizobium 8 9

Caulobacter NP

Erythrobacter 25

Filomicrobium 17a

Gemmobacter 17

Gluconobacter 9

Hyphomicrobium 17a 17a

Hyphomonas 17a

Methylobacterium NP

Mycoplana 9

Nitrobacter 25 17a

Paracoccus 25 13

Pedomicrobium 17a

Phyllobacterium 9

Phenylobacterium 25

Prosthecomicrobium NP

Rhizobium 25

Rochalimaea 25

Stella 17a NP

Xanthobacter NP

Zymomonas 9

"Beta"

Rhodocyclus 25 13

Achromobacter 11

Alcaligenaceae 4

Alcaligenes 25 15

Bordetella 15

Aquaspirillum 25

Chromobacterium 25 5

Page 65: Kolokeq Finish

49 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

Comamonas 25 6

Derxia NP 5

Janthinobacterium 25 5

Kingella 16

Leptothrix 19

Methylomonas clara 28

Methanolomonas 28

Methanomonas 28

Neisseria 25 16

Nitrosococcus 25

Nitrosolobus 25

Nitrosospira 25

Nitrosovibrio 25

Oligella 15

Pseudomonas acidovorans complex

25 5

Pseudomonas solanacearum complex

25 5 13

“Beta”

Simonsiella NP

Sphaerotilus 25

Spirillum 25

Taylorella 15

Thiobacillusd 25 19

Vitreoscilla 25 19

Xylophilus 24

"Gamma"

Chromatiaceae Amoebobacter

25 7

Chromatium 25 13

Lamprocystis 25

Thiocapsa 25

Thiocystis 25

Thiodictyon 25

Thiospirillum 25

Ectothiorhodospiraceae 25

Ectothiorhodospira 25

Acinetobacter 25 16

Aeromonadaceae 3

Aeromonas 27 3

Alteromonas 27 3 13

Alysiella NP

Azomonas 5

Azotobacter 5

Beggiatoa 25 19

Branhamella 16

Deleya NP 5

Enterobacteriaceae 27 3

Page 66: Kolokeq Finish

50 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

Budvicia (1)

BuUiauxeilaf

Cedecea1'

Citrobacter1'

Edwardsiellae

Enterobacter 27

Erwiniae

Escherichia 27 3

Hafniae

Klebsiellae

Kluyverae

Leclercia (21)

Leminorellae

Moellerellae

Morganellae

Obesumbacteriunf

Proteus 27

Providencia"

Rahnellae

Salmonella''

Serratia 27 3

Shigella"

Tatumellae

Yersinia 27 3

Yokenella (= Koserella) (12)

Xenorhabdus 6a

Frateuria 5

Halomonas 27

Legionella 27

Leucothrix 27

Lysobacter 27

Marinomonas 5

Moraxella 16

Oceanospirillum 25

Pasteurellaceae 3

Pasteurella 25 3

Plesiomonas 3

Pseudomonas fluorescens complex

25 5 13

Psychrobacter (10)

Ruminobacter 18, 25

Serpens 25 19

Thiomicrospira

Thiothrix 19

Vibrionaceae 3 3

Page 67: Kolokeq Finish

51 Ditulis kembali dari jurnal “Biosynthesis of polyhydroxyalkanoate by gamma proteobacterium WD-3 from volatile fatty acids” oleh Zhiqiang Chen, Yunbei Li, Qinxue Wen, Huichao Zhang

Enhydrobacter (20)

Listonella 3

Vibrio 27 3

Photobacterium 27 3 3

Shewanella 3

Xanthomonas 25 5

Xylella 23

"Delta"

Bdellovibrio 25

Desulfobacter 25

Desulfobulbus 25

Desulfococcus 25

Desulfonema 25

Desulfovibrio 25

Desulfuromonas 25

Myxococcaceae 25

Chondromyces NP

Cystobacter 25

Myxococcus 25

Nannocystis 25

Sorangium 25

Stigmatella 25

Pelobacter NP