Bioakumulasi logam berat kadmium (cd) menggunakan sianobakteria

Pencemaran logam berat merupakan permasalahan yang sangat penting untuk ditangani. Hal ini karena pencemaran tersebut telah merugikan lingkungan dan ekosistem secara umum (Novotny 1995). Sejak kasus kecelakaan merkuri di Minamata Jepang tahun 1953, kasus pencemaran logam berat semakin banyak terjadi dan semakin banyak dilaporkan (Elgersma et al. 1995). U.S. Environmental Agency (USEPA) melaporkan bahwa terdapat 13 elemen logam berat yang diketahui berbahaya bagi lingkungan, diantaranya arsenik (As), merkuri (Hg), timbal (Pb), dan kadmium (Cd) (Suhendrayatna 2001).

Untuk menangani pencemaran logam berat dapat dilakukan secara kimiawi, misalnya dengan penambahan senyawa kimia tertentu untuk proses pemisahan ion logam berat atau dengan resin penukar ion (exchange resins), serta beberapa metode lainnya seperti penyerapan dengan menggunakan karbon aktif, electrodialysis dan reverse osmosis. Namun proses ini relatif mahal dan cenderung menimbulkan permasalahan baru, yaitu akumulasi senyawa tersebut dalam sedimen dan organisme akuatik (Suhendrayatna 2001).

Penanganan logam berat dengan menggunakan mikroorganisme merupakan metode alternatif yang dapat dilakukan untuk mengurangi tingkat keracunan elemen logam berat di lingkungan perairan. Metode ini sangat menarik untuk dikembangkan dan diterapkan karena memiliki kelebihan dibandingkan dengan proses kimiawi. Beberapa hasil studi melaporkan bahwa penggunaan mikroorganisme untuk menangani pencemaran logam berat lebih efektif dibandingkan dengan ion exchange dan reverse osmosis, serta lebih baik dari proses pengendapan (presipitation) (Widle dan Benemann 1993). Dengan kata lain, penanganan logam berat dengan mikroorganisme relatif mudah dilakukan, murah dan cenderung tidak berbahaya bagi lingkungan

Sianobakteria merupakan salah satu organisme selular yang diketahui mempunyai kemampuan sebagai bioakumulator logam berat tertentu, seperti Hg, Pb dan Cd (Cattaneo et al. 2003, Bashan et al. 2004, Inthorn et al. 2002). Beberapa jenis sianobakteria yang diketahui mampu mengakumulasi logam berat tersebut adalah Spirulina platensis, Tolypotrix tenuis, Lyngbya spiralis, Phonidium mole, Gleocapsa spp, Oscillatoria spp, Stigonema spp dan Nostoc spp, serta beberapa jenis yang lain (Inthorn et al. 1996, Matsunaga et al. 1999). sianobakteria merupakan organisme selular yang mempunyai spektrum habitat yang sangat luas, dapat tumbuh dengan cepat dan tidak membutuhkan persyaratan tertentu untuk hidup, disamping mudah dibudidayakan dalam sistem akuakultur

Kultur sianobakteria mempunyai kemampuan efisiensi bioakumulasi Cd yang relatif tinggi, yaitu antara 95% sampai 98%. Kemampuan bioakumulasi sianobakteria ini mendekati dengan apa yang dilaporkan Inthorn et al. (2002), bahwa sianobakteria mempunyai efisiensi bioakumulasi Cd sebesar 94-97%. Bioakumulasi Cd ini ditunjukkan oleh sianobakteria jenis Lyngbya heironymusii, Gloeocapsa sp., Phormidium molle, Nostoc sp. dan Oscillatoria jasorvensis. Berdasarkan hal ini pula, diketahui bahwa secara umum kemampuan bioakumulasi sianobakteria relatif sama dengan mikroalgae dari golongan algae hijau (chlorophyta), misalnya Chlorococcum sp., Fischerella sp., Chlorella vulgaris var. vulgaris dan Scenedesmus acutus, yaitu berkisar antara 88-94%.

Tingginya efisiensi bioakumulasi Cd oleh sianobakteria, diduga karena sianobakteria yang digunakan masih merupakan polikultur sianobakteria yang tergabung kedalam kultur mikroalgae, seperti ditunjukkan gambar 1. Berdasarkan gambar tersebut, bahwa Polycyctis merupakan genus sianobakteria terbesar dengan jumlah 374.790 (sel/liter). Oleh karena itu, sianobakteria ini diduga merupakan bioakumulator terbesar logam Cd dalam larutan. Meskipun demikian, dua genus sianobakteria yang lain yaitu Oscillatoria dan Chlorococcus diduga pula merupakan bioakumulator yang potensial. Hal ini seperti ditunjukkan Inthorn et al. (2002), bahwa sianobakteria jenis Oscillatoria jasorvensis mempunyai efisiensi bioakumulasi yang relatif tinggi, yaitu sebesar 94%. Adapun menurut Matsunaga et al. (1999), bahwa sianobakteria dari genus Oscillatoria mempunyai efisiensi bioakumulasi Cd sebesar 1,9-3,0%. Namun nilai bioakumulasi ini didapatkan dari persamaan yang berbeda.

Menurut Suhendrayatna (2001), bahwa proses bioakumulasi logam berat pada mikroorganisme termasuk sianobakteria merupakan proses active uptake. Mekanisme ini secara simultan terjadi sejalan dengan konsumsi ion logam untuk pertumbuhan sianobakteria dan/atau akumulasi intraselular ion logam tersebut. Logam berat dapat juga diendapkan pada proses metabolisme dan ekresi sel pada tingkat kedua. Proses ini tergantung dari energi yang terkandung dan sensitifitasnya terhadap parameter-parameter yang berbeda seperti pH, suhu, kekuatan ikatan ionik, cahaya dan lain-lain. Namun demikian proses ini dapat pula dihambat oleh suhu yang rendah, tidak tersedianya sumber energi dan penghambat-penghambat metabolisme sel. Peristiwa ini seperti ditunjukkan oleh akumulasi Cd pada dinding sel Ankistrodesmus dan Chlorella vulgaris yang mencapai kira-kira 80% dari total akumulasinya di dalam sel.

Suhendrayatna (2001) menambahkan bahwa protein dan polisakarida memegang peranan yang sangat penting dalam proses bioakumulasi ion logam berat pada mikroorganisme, di mana terjadinya ikatan kovalent termasuk juga dengan gugus amino dan group karbonil. Sebagai contoh, pengambilan ion logam berat oleh Chlorella regularis secara selektif dikarenakan oleh adanya ikatan yang kuat antara pasangan ion logam berat dan komponen sel, khususnya protein tersebut

Untuk mengeliminasi ion logam berat di lingkungan tercemar dengan melibatkan sianobakteria relatif mudah dilakukan. Proses pertama, sianobakteria pilihan dimasukkan, ditumbuhkan dan selanjutnya dikontakkan dengan air yang tercemar ion-ion logam berat tersebut. Proses pengontakkan dilakukan dalam jangka waktu tertentu yang ditujukan agar sianobakteria berinteraksi dengan ion-ion logam berat dan selanjutnya biomassa sianobakteria ini dipisahkan dari cairan. Proses terakhir, biomassa sianobakteria yang terikat dengan ion logam berat diregenerasi untuk digunakan kembali atau kemudian dibuang ke lingkungan