Bioremediasi Chromium (Cr) dengan Menggunakan Yeast Trichosporon cutaneum R57

Resume Jurnal

Bioremediasi Chromium (Cr) dengan Menggunakan Yeast Trichosporon cutaneum R57

Jurnal 1

 " Bioremediation of chromium ions with filamentous yeast Trichosporon cutaneum R57 "

 Oleh: Bajgai, R.C., N. Georgieva, and N. Lazarova. 2012.

Jurnal 2

 " Bioremediation and Bioconversion of Chromium and Pentachlorophenol in Tannery Effluent by Microorganisms. International Journal of Technology " 

Oleh: Thakur, I.S. and S. Srivastava. 2011.

Jurnal 3

 " Adverse effects and bioconce ntrati on of chromium in two freshwater rotifer species " 

Oleh: Ruiz, E.H., J.A. Florez, I.R.Franchini, J.V. Juarez, R.R. Martinez. 2016.

I PENDAHULUAN

Bioakumulasi terjadi melalui kontaminan yang masuk ke dalam air; akumulasi dalam organisme tergantung pada faktor fisika, kimia dan biologis di mana bioavailabilitas dan ekskresinya sangat penting. Di biota air, bioakumulasi diungkapkan melalui proporsi konsentrasi kimia dalam jaringan organisme.

Kromium adalah logam transisi yang paling umum ditemukan dan bahan kimia yang stabil di lingkungan adalah: trivalen Cr (III) a) kelarutan rendah dan kurang bergerak, dan membentuk kompleks dengan bahan organik dalam tanah dan lingkungan perairan, dan b) heksavalen Cr (VI), yang dianggap bentuk yang paling beracun dari Cr, dengan kelarutan dan mobilitas besar dalam tanah dan air (Palmer dan Wittbrodt, 1991). Efek biologis dari Cr tergantung pada keadaan oksidasinya. Cr (VI) dianggap bentuk yang paling beracun karena mudah masuk melalui membran biologis dan dapat secara aktif diangkut ke dalam sel melalui transporter sulfat (BorstPauwels, 1981). Cr (VI) mutagenik dan karsinogenik pada hewan, dan mutagenik juga pada bakteri (Losi et al., 1994). Toksisitas Cr (VI) adalah karena generasi oksigen reaktif spesies (ROS), dengan kerusakan oksidatif lanjut (Ercal et al., 2001; Liu dan Shi, 2001). Sumner et al. (2005) menetapkan bahwa di ragi Saccharomyces cerevisiae, oksidasi protein adalah mekanisme toksisitas utama Cr (VI), dan bahwa protein glikolitik dan shock panas protein yang paling teroksidasi. Senyawa Cr (III) yang relatif tidak berbahaya karena kelarutannya yang rendah dan ketidakmampuan untuk masuk melalui membran sel; Namun, dalam konsentrasi tinggi mereka dapat memiliki efek buruk yang sama dari senyawa Cr (VI) (Wong dan Trevor, 1988; Katz dan Salem, 1993). Namun demikian, Cr (III) merupakan logam penting bagi manusia dan membantu mempromosikan aksi insulin pada jaringan untuk metabolisme gula, lemak dan protein (Anderson, 1989).

Cr masuk di dalam air dari: a) limpasan permukaan, b) deposisi atmosfer atau c) air limbah; logam ini bisa diangkut sebagai bahan tersuspensi dan disimpan di muara dan teluk; di perairan alami yang biasa diendapkan sebagai krom hidroksida dengan kelarutan rendah; perairan pH rendah (pH> 5) membentuk Cr (VI) sebagai bentuk terlarut (Flores-Tena, 2000). Konsentrasi Cr di perairan tidak tercemar alami biasanya kurang dari 10 mg L^-1 (Irwin et al., 1998). Rata-rata konsentrasi kromium dalam limbah industri tekstil dan penyamakan kulit di Haridwar, India, tercatat adalah: masing-masing 2.38 dan 7.21 mg L^-1 (Deepali dan Gangwar, 2010).

Beberapa penelitian menguji toksisitas menggunakan organisme air telah dilakukan untuk menentukan toksisitas dari bentuk trivalen dan heksavalen (. Munn et al, 2005; Shanker et al., 2005). Analisis penelitian ini menentukan bahwa efek mematikan organisme akuatik yang ditemukan 0,01 dan 2 mg L^{- 1} (Flores-Tena, 2000).

Paparan chromium hexavalent pada ikan di lingkungan air menginduksi gejala perilaku seperti pengikisan sisik, perubahan warna, sekresi lendir, terganggunya pergerakan dan dapat menjadi kematian (Vutukuru, 2005). Di Korea Selatan, tingkat kromium dalam sedimen pantai berkisar dari 7,0 mg / L untuk 233,0 mg / L (Lim et al., 2007). Dalam lingkungan air, penyerapan logam pada ikan di bawah paparan logam terjadi melalui insang dan ditularkan melalui air dan melalui konsumsi pakan, dan akumulasi melalui rantai makanan adalah rute utama dari akumulasi logam (Dural et al., 2007). Kontaminasi logam berat dalam sedimen pantai dapat mempengaruhi ikan budidaya di laut.

Peran metode konvensional di proses remediasi logam berat telah menjadi tidak efektif dan mahal dengan semakin meningkatnya limbah industri. metode konvensional dapat menghapus hanya sampai tingkat minimum tertentu. Oleh karena itu, bioremediasi dapat menjadi solusi biaya yang efektif, efisien dan alternatif ramah lingkungan untuk menghilangkan logam berat dari limbah industri. Keuntungan dari bioremediasi adalah bahwa proses ini tidak memerlukan penggunaan yang agresif dan bahan kimia, dan biomassa ion logam bisa terikat kembali setelah elusi. Bioremediasi dapat menjadi alternatif untuk metode konvensional, tetapi toksisitas logam pada lingkungan terkontaminasi (tercemar logam organik dan berat) dapat aplikasi membatasinya. remediasi logam berat menggunakan bioakumulasi menjanjikan alternatif dan kepentingan di dalamnya yang telah berkembang tinggi dalam beberapa waktu terakhir. Mikroba seperti jamur, bakteri dan mikroalga telah berhasil digunakan sebagai agen penyerap untuk penghilangan logam berat. Studi tentang bakteri, ragi, jamur dan mikroalga telah menunjukkan ragi adalah biosorben yang baik untuk menghilangkan ion logam berat dari air limbah karena laju pertumbuhan yang tinggi. Ragi dapat dibudidayakan dengan mudah dalam media yang mura juga dan biomassa ragi juga menunjukkan jumlah yang baik dari industri fermentasi sebagai remediasi air limbah pada pH rendah.

II BAHAN DAN METODE

2. 1. Strain, Media dan Pertumbuhan

Trichosporon cutaneum (Tr. Cutaneum) R57 diperoleh dari Bank Nasional Industri Mikroorganisme dan Kultur Sel Bulgaria yang digunakan dalam eksperimen. Strain dipertahankan pada medium Yeast Ekstrak Peptone Dextrose (YEPD) padat di tabung reaksi. Komposisi media YEPD dan konsentrasi setiap konstituen seperti yang dijelaskan oleh Giorgieva, 10 gram ekstrak ragi, 20 gram pepton  bakteri, 20 gram dekstrosa (glukosa) dan 20 gram agar per liter disterilkan selama 20 menit pada 0,8 atmosfer di autoclave.

2. 2. Pemeliharaan Prakultur

Setelah diinkubasi pada 28°C selama 48 jam di termostat, koloni diambil pada loop steril dan dibudidayakan di labu Erlenmeyer seperti yang dijelaskan oleh Giorgieva yang berisi 90 ml media Andreev, 10 ml (10%) larutan glukosa, 10 mg tiamin dan 10 ml biotin. larutan glukosa bertindak sebagai sumber karbon dan sumber energi untuk sel-sel yang tumbuh. Media Andreev mengandung H ₃PO₄ (1: 10) 3,75 ml, CH ₃COOH (1: 10) 1 8.5 ml, KCl 3 gram, MgSO₄ • 7H ₂O 0,15 gram, Ca (H ₂PO₄) 2 0,042 gram NaOH (0,1 N) 4 ml per liter. Kultur yang mengandung labu Erlenmeyer diinkubasi pada rotary shaker (180 rpm) pada 30° C untuk 24 jam.

2.3  Pemeliharaan Kultur

Setelah 24 jam inkubasi, 10 ml prakultur diambil pada 80 ml media Andreev, 10 ml (10%) larutan glukosa, 10 mg tiamin dan 10 ml biotin. Kultur diinkubasi selama 24 jam pada rotary shaker (1 80 rpm) pada 30 ° C.

Setelah 24 jam, ion Cr yang disediakan dalam bentuk kalium dikromat (K₂Cr₂O₇ • 7H ₂O) solusi. Serangkaian konsentrasi ditambahkan ke dalam berbagai termos. 0 mM dalam kontrol, 1 mM, 10,5 mM, 2 mM, 2.5 mM, 5 mM dan 10 mM per liter K₂Cr₂O₇ • 7H ₂O.

2.4 Kelangsungan hidup

Pertumbuhan dan kelangsungan hidup Tr. cutaneum R57 dipelajari dengan membuat koloni unit (CFU) - Metode sebar plate, dan pengamatan mikroskopis dari sel-sel. CFU dilakukan dengan pengenceran serial, dihomogenisasi pada pusaran rotary, dikultur di media YEPD dan diinkubasi pada 30°C selama 24 jam. Untuk pengamatan mikroskop, sel-sel dicuci dua kali dengan air suling, diwarnai dengan larutan 2% dari methylene blue selama 20 menit pada suhu kamar, dicuci lagi dengan air suling dan diamati menggunakan mikroskop Olympus BX53, Kamera SC30 (Jepang).

2.5 Konsumsi Glukosa

Konsumsi glukosa oleh Tr. cutaneum R57 di ion Cr dianalisis dengan Metode dinitrosalisilat . Ini adalah metode standar penentuan konsentrasi zat terlarut yang tidak diketahui dalam larutan dengan spektrofotometri dari larutan mengandung konsentrasi zat terlarut dikenal. kurva standar digambar menggunakan nilai absorbansi di 540Nm dan serangkaian larutan glukosa mengandung µg gula / ml untuk menentukan jumlah glukosa.

2.6 Penentuan Logam

Setelah memasukkan ion Cr dengan strain yang dibudidayakan, sampel dilakukan  analisis inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) pada 30, 60, 90 dan 120 menit untuk memisahkan padatan biomassa dari kultur dengan penyaringan. ICP-MS adalah jenis spektrometri massa mampu mendeteksi ion logam pada konsentrasi yang sangat rendah. Filtrat dianalisis untuk ion Cr oleh Prodigy Tinggi Dispersi ICP Leeman Labs.

III HASIL DAN PEMBAHASAN

3. 1 Kelangsungan hidup Tr. cutaneum R57 di konsentrasi yang berbeda dari ion kromium

Kelangsungan hidup Tr. cutaneum R57 pada konsentrasi yang berbeda dari ion Cr diwakili dalam gambar 1. Viabilitas diperiksa selama 1 jam dan 2 jam setelah menambahkan Cr pada kultur. Kelangsungan hidup Tr. cutaneum R57 menurun dengan waktu inkubasi ion Cr. Dosis Letal ion Cr lebih tinggi dari 2 mM dalam satu jam dan lebih tinggi dari 1 0,5 mM dalam dua jam. Kelangsungan hidup strain pada 1 mM adalah 44% dan pada 1 0,5 mM dan 2 mM adalah 1 0% setelah satu jam inkubasi. Dalam dua jam inkubasi, kelangsungan hidup strain hanya 8% di 1 mM dan nol dalam konsentrasi yang lebih tinggi dari 1 mM. Georgieva et al. melaporkan 0,2 mM sebagai penghambatan nilai ambang, 0,6 mM sebagai penghambatan Nilai moderat dan 1 0,5 sebagai dosis yang mematikan. konsentrasi K₂Cr₂O₇ • 7H₂O yang ditambahkan menyebabkan gangguan pada fase pertumbuhan, morfologi sel tidak normal dengan dinding sel terganggu dan ukuran sel menjadi lebih kecil.

Gambar 1. Viabilitas Tr. cutaneum R57 dalam konsentrasi yang berbeda dari ion Cr. sisi kiri: kontrol dan konsentrasi ion Cr dalam satu jam; Sisi kanan: kontrol dan konsentrasi ion Cr dalam dua jam.

3.2 Konsumsi glukosa oleh Tr. Cutaneum R57 di ion kromium

Tingkat konsumsi glukosa oleh Tr. cutaneum R57 di ion Cr dianalisis pertama pada jam 24 inkubasi sebelum ditambahkan K₂Cr₂O₇ • 7H₂O dan setelah 2 jam pada jam 26. meningkat konsumsi glukosa dengan kehadiran ion Cr. Jumlah maksimum glukosa yang dikonsumsi pada konsentrasi 5mm dari K₂Cr₂O₇ • 7H₂O. Dari studi mikroskop dan studi kelayakan di Kehadiran ion Cr, dapat disimpulkan bahwa glukosa dikonsumsi untuk ketahanan terhadap toksisitas ion Cr meskipun mereka mati akhirnya.  

3.3 Penghapusan ion Kromium dengan Tr. cutaneum R57 dari media kultur

Efisiensi removal Cr dari Tr. cutaneum R57 ditentukan dengan mengurangi jumlah ion Cr hadir dalam larutan kultur dengan awal konsentrasi. Tabel 1 menunjukkan efisiensi removal di setiap 30 menit setelah menambahkan logam ke kultur.

Ini akan menghapus 20,89% dari 1 mM (1 04 mg / l) ion dalam medium kultur sementara hanya 1 4,01% dari 1 0 mM (1 040 mg / l) dalam 30 menit. Sebagai konsentrasi ion Cr dalam media meningkat kultur, efisiensi penyisihan menurun. Dihapus setidaknya dari 1 3,85% pada 5 mM (520 mg / l) ion Cr dalam media kultur setelah 30 menit

Dosis mematikan ion Cr lebih tinggi dari 2 mM di satu jam dan lebih tinggi dari 1 0,5 mM dalam dua jam. Itu kelangsungan hidup ketegangan pada 1 mM, 1 0,5 mM dan 2 mM adalah 44%, 1 0% dan 1 0% masing-masing setelah satu jam inkubasi. Dalam dua jam inkubasi, kelangsungan hidup strain hanya 8% dalam 1 mM dan nol di konsentrasi yang lebih tinggi dari 1 mM. Georgieva et al. melaporkan 0,2 mM sebagai nilai ambang penghambatan, 0,6 mM sebagai nilai penghambatan moderat dan 1 0,5 sebagai dosis mematikan. konsentrasi tambah K₂Cr₂O₇ • 7H₂O 2O penyebab gangguan dalam pertumbuhan fase, morfologi sel abnormal dengan terganggunya dinding sel dan sel berukuran lebih kecil. Awalnya sel mencoba untuk melawan toksisitas Cr6 + menggunakan energi optimum sumber di media tapi akhirnya semua sel mati di konsentrasi di atas 1 0,5 mM karena toksisitas tinggi Cr6 + spesies. Sangat beracun hexavalent chromium Cr6 + dikurangi dengan organisme yang tumbuh dalam medium kurang beracun Cr3 +. biotransformasi dan bioakumulasi dalam Paecilomyces lilacinus dilaporkan tergantung pada fase pertumbuhan / keadaan jamur di media pertumbuhan mempekerjakan sel-sel hidup untuk dihapus dan detoksifikasi Cr. Dalam kondisi aerobik, mikroba pengurangan Cr6 + dikatalisis oleh enzim terlarut. pertumbuhan optimum jamur tergantung pada pH, suhu dan ion sisa hadir dalam medium. Mucor tumbuh maksimum pada pH 5,5.

Tabel 1. Efisiensi removal Cr dari Tr. cutaneum R57 dari media kultur di berbagai konsentrasi Cr.

            Penghapusan ion Cr terjadi oleh dua proses bioakumulasi (aktif) dan biosorpsi (pasif). Bioakumulasi adalah proses dimana biomassa hidup melumpuhkan logam ion ke dalam sel sedangkan biosorpsi proses baik menyerap ion logam pada dinding sel hidup biomassa atau total penyerapan oleh biomassa mati. Efisiensi penghapusan Tr. cutaneum R57 lebih tinggi pada konsentrasi ion awal rendah. Saya t menghilangkan 20,89% dari 1 mM (1 04 mg / l) dan 1 4.01%

dari 1 0 mM (1 040 mg / l) di media selama sama hubungi waktu. efisiensi penyisihan dari ketegangan meningkat dengan waktu inkubasi di bawah konsentrasi dan tidak ada perubahan yang signifikan dalam persentase removal pada konsentrasi yang lebih tinggi. efisiensi penyisihan dari 1 mM (1 04 mg / l) adalah 24,08% dan 1 4,49% dari 1 0 mM (1 040 mg / l) di 1 20 menit. Penelitian yang dilaporkan Menghapus Mucor meihi maksimum ion Cr dari larutan. Itu persentase peningkatan efisiensi removal dengan Waktu akan menurun dengan konsentrasi ion dalam medium kultur. Dalam macrophyte, Cr6 + akumulasi meningkat dengan waktu kontak. Biomassa Sargassum wightii pretreated dihapus maksimum (83%) pada pH 3,5-3,8 dalam waktu kontak 6 jam. Efek toksik dari Cr6 + dari paramecium adalah rasio tubuh tergantung dan peningkatan cahaya, dengan Rata-rata akumulasi 1 0,72-1 5,5 pg Cr / cell. pH adalah salah satu parameter yang paling penting yang menentukan biosorpsi ion logam dari larutan air. Penghapusan Cr6 + dari solusi sangat tergantung pada pH larutan, yang juga mempengaruhi kemampuan penyerapan. Itu biosorpsi maksimum terjadi pada pH antara 2,5 sampai 3. Penurunan pH meningkatkan penyerapan logam dengan membuat luas permukaan biomassa positif dibebankan.

Jurnal 2.

Menurut Thakur dan Srivastava (2011) Kromium sulfat Cr (III) dan pentachlorophenol (PCP) sangat beracun dan bandel. Biosorpsi kromium oleh Aspergillus niger FIST1 dievaluasi, dan parameter proses yang dioptimalkan di karbon, nitrogen, karbon: nitrogen, pH, suhu, konsentrasi yang berbeda dari kromium. Potensi Acinetobacter sp.IST3 untuk degradasi pentachlorophenol ditentukan oleh HPLC setelah pembentukan tetrachlrohydroquinone dan chlrorohydroquinone. Bioremediasi kromium dan PCP diuji dalam bioreaktor dengan cara berurutan di mana bakteri diperlakukan sebagai limbah kemudian ditreatmen dengan jamur  yang menunjukkan pengurangan kromium (82%) dan PCP (85%) setelah 120 jam. Biosorpsi kromium ditentukan dengan mikroskop elektron transmisi (TEM), pemindaian mikroskop elektron (SEM) dan energi-sebar X-ray spektroskopi (EDX). Pemulihan kromium dalam penyamakan kulit limbah awalnya diperoleh dengan CaO: MgO (2: 1) dan pH disesuaikan dengan 7,0-7,6, dan kromium diserap oleh jamur dan bakteri. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa kualitas kulit yang disiapkan oleh kromium diserap jamur dan bakteri dan lebih baik daripada kromium yang diserap oleh CaO: MgO yang ditentukan oleh SEM.

Jurnal 3. .

Menurut Ruiz et al. (2016) Bioakumulasi trivalen (CrIII) dan kromium heksavalen (CrVI), dan efek sampingnya dalam dua spesies rotifer: Brachionus calyciflorus (dua strain yang berbeda), dan Lecane quadridentata. rata-rata Lethal Concentration (LC50) pada 24 jam dari kedua spesies menunjukkan bahwa CrVI sangat beracun: Menggunakan LC50 sebagai konsentrasi eksposur, dan menggunakan serapan atom, faktor biokonsentrasi (BCF) rotifera yang terkena CrIII empat kali lipat lebih rendah dari BCFs rotifera yang terkena CrVI. Pengaruh Cr pada komposisi unsur dari dua spesies rotifera pada struktur  mereka dengan mengunakan Mikroanalisis dispersi energi X-ray menunjukkan bahwa Cr ditemukan dalam rotifera non toxic, tapi tidak di rotifera kontrol. immunoreactivity basal untuk metallothioneins lebih besar di B. Calyciflorus dari L. Quadridentata. Mekanisme ini dikarenakan dimana L. quadridentata bertindak sebagai penghalang dan akumulator dari CrVI, dan memungkinkan untuk menghaluskan tanggapan seperti metallothionein dalam produksi L. quadridentata.

  

IV KESIMPULAN

1.      Efisiensi penghapusan meningkat dengan waktu kontak antara ion logam dan hanya menggunakan biomassa jamur dengan konsentrasi yang rendah. Kemampuan metode konvensional untuk menghapus lebih tinggi hanya terjadi pada konsentrasi awal sedangkan menggunakan Tr. cutaneum R57 bisa terintegrasi dengan metode ekstraksi logam dari limbah.

2.      Bioremediasi Kromium sulfat Cr (III) dan pentachlorophenol (PCP) dapat dilakukan oleh jamur (Aspergillus niger FIST1 ) dan bakteri (Acinetobacter sp.IST3). penyerapannya lebih baik daripada oleh CaO: MgO yang ditentukan oleh SEM.

3.      Rata-rata Lethal Concentration (LC50) 24 jam pada kedua spesies Rotifera menunjukkan bahwa CrVI sangat beracun: Menggunakan LC50 sebagai konsentrasi eksposur, dan menggunakan serapan atom, faktor biokonsentrasi (BCF) rotifera yang terkena CrIII empat kali lipat lebih rendah dari BCFs rotifera yang terkena CrVI.

  

DAFTAR PUSTAKA

Bajgai, R.C., N. Georgieva, and N. Lazarova. 2012. Bioremediation of chromium ions with filamentous yeast Trichosporon cutaneum R57. J Biol Earth Sci ; 2(2): B70-B75.

Kim, J.H., J.C Kang. 2016. Oxidative stress, neurotoxicity, and metallothionein (MT) gene expression in juvenile rock fi sh Sebastes schlegelii under the different levels of dietary chromium (Cr6 þ) exposure. Ecotoxicology and Environmental Safety 125: pp 78–84.

Ruiz, E.H., J.A. Florez, I.R.Franchini, J.V. Juarez, R.R. Martinez. 2016. Adverse effects and bioconce ntrati on of chromium in two freshwater rotifer species. Chemosphere 158: pp 107-115.

Thakur, I.S. and S. Srivastava. 2011. Bioremediation and Bioconversion of Chromium and Pentachlorophenol in Tannery Effluent by Microorganisms. International Journal of Technology 3: pp 224-233.

Categories: Resume Jurnal