MAKALAH Pemanfaatan Bakteri Deinococcus radiodurans sebagai Bioremediasi Pencemaran Limbah Radioaktif Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)

BAB I

PENDAHULUAN

Kebutuhan terhadap energi listrik sebagai penggerak utama pembangunan terus meningkat. Kebutuhan energi listrik

Indonesia

meningkat sebesar 18% rata-rata setiap tahun. Namun, pasokan bahan bakar yang dapat menghasilkan energi listrik tidak sepadan dengan peningkatan kebutuhan terhadap energi listrik saat ini. Energi listik yang digunakan saat ini berasal dari bahan bakar fosil yang keberadaannya semakin menipis. Oleh karena itu, perlu adanya alternattif pengganti bahan bakar fosil. Energi yang dibutuhkan untuk menggantikan peranan energi fosil harus mempunyai sifat tidak mudah habis, berkelanjutan, efektif dalam menghasilkan bahan bakar yang melimpah dan tidak menimbulkan emisi gas rumah kaca yang mencemari udara seperti gas SOx, COx, dan NOx. Dari berbagai macam sumber energi yang dapat diperbaharui dan energi terbaru yang telah ada saat ini, sumber energi yang hampir memiliki semua kelebihan yang telah disebutkan diatas adalah energi nuklir.
Banyak negara yang telah memanfaatkan energi nuklir sebagai sumber pembangkit listrik. Berdasarkan penelitian, energi nuklir dipercaya mampu menghasilkan energi sebesar 200 MeV sehingga nuklir sangat efektif dalam menyelesaikan permasalahan krisis energi yang ada di Indonesia. Hal ini membuat pemerintah mengeluarkan Peraturan Presiden Nomor 5 Tahun 2006 tentang kebijakan energi nasional yakni tahun 2025 penggunaan energi nuklir sudah mencapai 2% tepatnya 1,993% dari kebutuhan energi nasional. Pemerintah bermaksud membangun Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) pertama pada tahun 2016 di wilayah sekitar Muria. Rencana pemerintah yang bermaksud untuk membangun PLTN di Indonesia menghadapi banyak hambatan. Hal ini disebabkan oleh kekhawatiran masyarakat akan dampak buruk dari limbah yang dihasilkan dari proses nuklir pada reaktor. Limbah tersebut menghasilkan radiasi yang akan merugikan manusia. Limbah yang dihasilkan PLTN mencakup limbah yang berbentuk gas, cair, dan padat. Limbah cair memiliki komposisi yang paling banyak diantara ketiganya. Kandungan yang terdapat dalam limbah cair antara lain Fe dan Sr. Limbah yang dihasilkan akan disimpan pada penyimpanan berlapis yang ditempatkan didalam tanah. Namun, penyimpanan tersebut masih memungkinkan terjadi kebocoran seperti yang terjadi pada reaktor TMI-2 dan Chernobyl-4 (Subki 1986). Bocornya limbah radioaktif ini sangat berpengaruh bagi kelestarian lingkungan, khususnya pada air dan tanah disekitar kawasan rektor nuklir. Untuk itu, diperlukan suatu inovasi yang yang tepat untuk mengatasi masalah ini. Inovasi yang dibutuhkan bersifat solusi dan tidak menimbulkan masalah baru. Hal ini lah yang mendasari saya untuk membuat materi ini menjadi makalah. Dengan harapan makalah ini dapat berguna bagi pembaca untuk dapat tahu salah satu cara mengatasi limbah radioaktif dari Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN).

BAB II

PEMBAHASAN

Pengertian Deinococcus radiodurans.

Deinococcus radiodurans adalah salah satu bakteri kelompok ekstremofil (dapat hidup di suasana ekstrem) dengan karakteristik utama berupa ketahanan terhadap efek mutagenik dan mematikan dari berbagai agen perusak DNA, seperti paparan radiasi ion (ionizing radiation).

Organisme ini masih dapat hidup dalam paparan radiasi berkali-kali lipat dari jumlah yang umumnya sudah membunuh organisme lain. Kromosom D. radiodurans bahkan dapat terbentuk kembali setelah hancur akibat radiasi. Oleh karena itu, D. radiodurans adalah organisme paling toleran terhadap kerusakan DNA yang pernah diidentifikasi.

B. Deskripsi Deinococcus radiodurans.

Deinococcus radiodurans berasal dari bahas Yunani deino dan kokkos yang berarti “berry yang mengerikan” dan bahasa Latin radius dan durare yang artinya “tahan radiasi”. Dahulu spesies ini disebut Micrococcus radiodurans Cohn 1872. Karena ketahanannya terhadap radiasi bakteri ini dijuluki “Conan the Bacterium” seperti nama tokoh “Conan the Barbarian”. Bakteri ini juga tercatat dalam Guinness Book of World Records sebagai “bakteri terkuat sedunia”. Bakteri ini awalnya ditemukan beberapa dekade yang lalu dalam makanan kaleng yang telah disterilisasi dengan radiasi. (Huyghe, Patrick (July/August 1998)

Awalnya spesies ini termasuk genus Micrococcus. Setelah dilakukan pengujian RNA ribosomal bakteri ini termasuk genus Deinococcus yang mirip dengan genus Thermus, bakteri yang tahan panas. Karena Deinococcus memiliki ketahanan terhadap panas dan radiasi, maka dimasukkan ke dalam filum Deinococcus-Thermus. Deinococcus merupakan satu-satunya genus dalam ordo Deinococcales. Semua spesies dalam genus ini memilki ketahanan terhadap radiasi.

Deinococcus radiodurans merupakan bakteri Gram positif berbentuk bola dengan diameter 1,5 sampai 3,5 µm dan umunya membentuk tetrad. Bakteri ini mudah berkembang dan tidak menimbulkan penyakit. Koloninya halus, cembung, dan berwarna pink kemerahan. Walaupun bakteri ini Gram positif, struktur dinding selnya tidak biasa dan merupakan modifikasi dari dinding sel bakteri Gram negatif.

Deinococcus radiodurans tidak membentuk endospora dan nonmotil. Bakteri ini adalah bakteri obligat aerobik kemoorganoheterotrof yang menggunakan energi dari zat organik. Deinococcus radiodurans sangat resistan terhadap radiasi ion, sinar ultraviolet, desikasi (pengawetan melalui proses pengeringan), oksidasi, dan agen elektrofilik.

Genomnya terdiri dari dua kromosom sirkuler; 2,65 juta pasang basa dan 412.000 pasang basa yang disebut megaplasmid dari 177.000 pasang basa dan plasmid dari 46.000 pasang basa. Bakteri ini memiliki 3.195 gen. Pada fase stasioner, tiap sel bakteri mengandung 4 duplikat genom yang akan berlipat ganda dengan cepat sehingga tiap bakteri nantinya mengandung 8-10 duplikat genom.

C. Habitat Deinococcus radiodurans

Bakteri ini sering ditemukan pada habitat yang kaya zat organik seperti di tanah, feses, daging, tapi juga bisa ditemukan pada makan kering, debu, alat-alat medik dan tekstil. Habitat utama mikroorganisme ini adalah di tanah. Biasanya D. radiodurans diisolasi secara selektif dari tanah, daging mentah, debu, dan udara yang telah disaring. Teknik yang digunakan adalah dengan mengekspos sampel dengan radiasi UV atau gamma lalu menumbuhkannya pada media yang kaya tripton dan ekstrak khamir.

D. Mekanisme ketahanan radioaktif Deinococcus radiodurans

Deinococcus radiodurans dapat bertahan dalam 1,5 juta rads- ribuan kali lebih kuat daripada semua makhluk hidup yang ada di bumi dan 300 kali lebih kuat daripada ketahanan manusia. Bakteri ini memiliki ketahanan terhadap radiasi karena memiliki salinan ganda dari genomnya dan mekanisme perbaikan DNA yang cepat. Tidak seperti organisme lain yang kehilangan DNA karena radiasi, mikroba ini tidak kehilangan informasi genetik karena fragmen-fragmen DNA yang terputus disimpan di dalam cincin plasmid yang terkunci rapat. Fragmen-fragmen ini tersusun rapat, pada akhirnya tersusun bersama menjadi tataan yang original dan benar. Bakteri ini biasanya memperbaiki kerusakan kromosom dalam 12-24 jam melalui proses dua tahap.

Pertama, D. radiodurans menyambungkan ulang fragmen-fragmen kromosom melalui proses yang disebut penempelan untai-tunggal. DNA memperbaiki diri di dalam ring yang telah disebut. Lalu sang bakteri melakukan aksi yang sangat tidak umum. Bakteri ini terdiri dari empat kompartmen, masing-masing mengandung satu salinan DNA. Ada dua jalan kecil diantara kompartmen. Setelah sekitar satu setengah jam perbaikan di dalam cincin, DNA membuka lipatan dan bermigrasi ke kompartmen yang berdekatan—dimana terjadi saling baur dengan DNA yang telah ada disana.

Pada tahap kedua, protein memperbaiki kerusakan untai-ganda melalui rekombinasi homolog. Proses ini tidak melibatkan mutasi apapun dari replikasi normal yang biasa. Mesin perbaikan reguler, umum di manusia dan juga bakteri, melaksanakan tugasnya—memperbaiki enzim diantara dua salinan DNA, memakai templete untuk memperbaiki yang lain.

Dari empat salinan DNA, selalu ada dua atau tiga yang terkemas rapat di dalam cincin sementara yang lain dapat bergerak bebas. Sehingga kapanpun, selalu ada salinan DNA yang mengatur produksi produksi protein dan lain-lain yang tidak aktif namun terlindungi terus menerus.

Pertanyaan mengenai Deinococcus radiodurans adalah bagaimana ketahanan radioaktif yang demikian tinggi dapat berkembang. Level radiasi lingkungan alam sangat rendah—di kebanyakan tempat, tingkatnya 0.4 mGy per tahun, dan radiasi lingkungan yang diketahui paling tinggi, dekat Guarapari, Brazil, hanya 175 mGy per tahun. Dengan level radiasi lingkungan alam yang terjadi sangat rendah, organisme yang mengembangkan mekanisme untuk menahan efek radiasi tinggi sangat unik.

Valerie Mattimore dan John R. Battista dari Lousiana State University mengusulkan bahwa ketahanan radioaktif D. Radiodurans hanyalah efek samping dari mekanisme untuk bertahan terhadap kekeringan sel berkepanjangan. Untuk mendukung hipotesis ini, mereka melakukan eksperimen dimana mereka mendemonstrasikan strain mutan D. radiodurans yang sangat rentan terhadap bahaya radiasi ion juga sangat rentan terhadap bahaya kekeringan berkepanjangan, sementara tipe galur liar resisten terhadap keduanya. Sebagai tambahan untuk perbaikan DNA, D. radiodurans menggunakan ekspresi protein LEA (Late Embryogenesis Abundant) untuk melindungi diri dari kekeringan.

Michael Daly mengusulkan bahwa bakteri ini menggunakan mangan sebagai antioksidan untuk melindungi diri terhadap bahaya radiasi. Pada tahun 2007 timnya menunjukkan bahwa level mangan(II) intrasel yang tinggi pada D. radiodurans melindungi protein dari oksidasi radiasi, dan mengemukakan ide bahwa protein, bukan DNA, adalah target pelaku dari aksi biologis ;pada bakteri sensitif, dan ketahanan ekstrim pada bakteri yang mengandung mangan didasar perlindungan protein. Deinococcus radiodurans melindungi protein, bukan DNA, sehingga memungkinkan untuk memperbaiki DNA yang rusak.

D. radiodurans memiliki mekanisme yang sangat efisien dalam memperbaiki DNA yang rusak. Ada beberapa jenis enzim untuk perbaikan DNA di dalam sel organisme ini. Selain enzim RecA, yang umum ada di organisme untuk perbaikan kerusakan DNA dalam tingkat rendah, D. radiodurans juga memiliki beberapa RecA-independen sistem DNA yang memungkinkan bakteri ini memperbaiki DNA, utas tunggal maupun utas ganda, dengan sistem penghancuran DNA yang rusak disertai penggantian dengan DNA baru. Sel D. radiodurans yang umumnya eksis dalam bentuk tetrad juga dianggap memberikan kontribusi terhadap ketahannya terhadap radiasi dan senyawa mutagenik, karena DNA yang rusak terkumpul rapi membentuk struktur cincin toroidal. Mekanisme perbaikan kemudian difasilitasi oleh nukleoid dari bagian sel yang berdekatan, sehingga tetap memungkinkan rekombinasi homolog. Rekombinasi homolog tersebut menyebabkan sel yang kromosomnya sudah diperbaiki dapat kembali tumbuh dan membelah.

Deinococcus memiliki keunikan yang tidak umum, dia tahan terhadap radiasi sinar gamma, yang membuatnya tetap dapat hidup setelah diekspo sinar gamma dengan dosis beberapa kali dari dosis yang dapat mematikan manusia. Dosis yang dapat memutus-mutus genom menjadi beberapa fragmen DNA, akan tetapi enzim bakteri ini dapat memperbaiki kerusakan genom yang parah ini. Sehingga dengan rekayasa genetik, bakteri ini diyakini dapat membantu membersihkan tanah dan air yang terkontaminasi oleh 10 juta kubik yards limbah radioaktif yang sudah terkumpul di

USA

. Mekanisme yang digunakan bakteri ini adalah dengan menyerap radioisotop yakni Fe-55 dan Sr-90 yang mencemari tanah dan air di sekitar PLTN apabila terjadi kebocoran pada sistem penyimpanan. Oleh karena itu, bakteri D. radiodurans akan dijadikan sebagai salah satu elemen dalam pembangunan instalasi penanganan limbah Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir berupa Sistem bioreaktor basah In Situ dan Sistem Poros Kontak Biologis.

Tapi semua ini masih harus diteliti lebih lanjut.

BAB III

PENUTUP

Kesimpulan

1. Deinococcus radiodurans adalah salah satu bakteri kelompok ekstremofil (dapat hidup di suasana ekstrem) dengan karakteristik utama berupa ketahanan terhadap efek mutagenik dan mematikan dari berbagai agen perusak DNA, seperti paparan radiasi ion (ionizing radiation).

2. Deinococcus radiodurans memiliki ketahanan terhadap radiasi karena memiliki salinan ganda dari genomnya dan mekanisme perbaikan DNA yang cepat.

3. Mekanisme yang digunakan Deinococcus radiodurans adalah dengan menyerap radioisotop yakni Fe-55 dan Sr-90 yang mencemari tanah dan air di sekitar PLTN apabila terjadi kebocoran pada sistem penyimpanan.

Saran

1. Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) boleh saja dilakukan asal memperhatikan kelestarian lingkungan.

2. Pemerintah perlu menyiapkan inovasi-inovasi sebelum pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) seperti menggunakan Deinococcus radiodurans ini. Agar saat benar-benar terjadi kebocoran pemerintah telah siap.

DAFTAR PUSTAKA

Hua, Xiaoting, Lifen Huang, dkk. DNA Repair Volume 6, Issue 2, 4 Februari 2007, halaman 167-176

Funayama, Tomoo, Issay Narumi, dkk. Mutation Research / DNA Repair, Volume 435, Issue 2, 22 Oktober 1999, halaman 151-161

Rajan, Rakhi dan Charles E. Bell. Journal of Molecular Biology, Volume 344, Issue 4, 3 Desember 2004, halaman 951-963

http://en.wikipedia.org/wiki/Deinococcus_radiodurans

http://www.usuhs.mil/pat/deinococcus/index_20.htm

www.genomenewsnetwork.org/articles/…/deinococcus.shtml

http://www.daviddarling.info/encyclopedia/D/D_radiodurans.html

http://www.absoluteastronomy.com/topics/Deinococcus_radiodurans