Bhataramedia.com – Para peneliti telah mengidentifikasi gen asli terkait resistensi mikroba terhadap larutan (cairan) ionik dan berhasil menginduksikan kemampuan resistensi tersebut ke strain bakteri E. coli dengan tujuan untuk memproduksi biofuel secara lebih baik. Resistensi terhadap larutan ionik ini didasarkan pada sepasang gen yang ditemukan di dalam bakteri yang memiliki habitat asli di hutan hujan tropis, Puerto Rico. Temuan ini merupakan hasil dari para peneliti dari US Department of Energy (DOE) yang bekerjasama dengan BioEnergy Institute (JBEI), yaitu suatu kemitraan multi institusi yang dipimpin oleh Berkeley Lab.
“Kami berhasil mengidentifikasi dua gen di Enterobacter lignolyticus, yaitu bakteri tanah yang toleran terhadap larutan ionik berbasis imidazolium, selanjutnya sepasang gen ini ditransfer sebagai bagian dari modul genetik ke dalam E. coli yang digunakan sebagai host biofuel, “kata Michael Thelen, seorang ahli biokimia dengan Divisi Dekonstruksi JBEI, seperti dilansir laman DOE/Lawrence Berkeley National Laboratory (26/3/2014). “Modul genetik memberikan kemampuan toleransi yang diperlukan oleh E. coli untuk tumbuh dengan baik pada media yang mengandung sejumlah konsentrasi racun larutan ion. Pada gilirannya, hal ini akan meningkatkan produksi biofuel berbasis terpene. “
Thelen, peneliti senior dari DOE Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), bersama dengan rekan penelitinya telah menggambarkan temuan ini di jurnal Nature Communications pada makalah yang berjudul “An auto-inducible mechanism for ionic liquid resistance in microbial biofuel production.”
Pembakaran bahan bakar fosil terus melepaskan hampir 9 miliar metrik ton karbon ke atmosfer setiap tahun sehingga memberikan dampak negatif bagi tren iklim global. Saat ini, teknologi terbaru untuk produksi biofuel berbasis sintesis menggunakan biomassa selulosik dari tanaman non-pangan telah merepresentasikan adanya energi terbarukan yang bersih dan ramah lingkungan untuk menjadi bahan bakar yang meliputi bensin, diesel dan bahan bakar jet.
Sebelumnya, para peneliti dari JBEI telah merekayasa strain bakteri E. coli untuk menghidrolisis biomassa selulosa dari Switchgrass atau rumput gajah (Panicum virgatum), yaitu rumput yang tumbuh sepanjang tahun di subur pada tanah yang tidak cocok untuk tanaman pangan, dan mengkonversi gula menjadi biofuel dan bahan kimia. Namun, larutan ionik digunakan untuk menghidrolisis switchgrass beracun bagi E. coli sehingga harus dihilangkan melalui beberapa tahap pencucian sebelum digunakan untuk proses fermentasi.
“Tahapan pencucian secara ekstensif yang diperlukan untuk menghilangkan larutan ionik ini ternyata tidak layak untuk diterapkan pada aplikasi industri skala besar ,” kata Blake Simmons, seorang insinyur kimia yang mengepalai Divisi Dekonstruksi JBEI itu. “Kita menghendaki adanya proses yang ideal dan lebih berkelanjutan untuk menyeimbangkan antara biaya untuk menghilangkan larutan ionik dengan kinerja fermentasi melalui penggunaan mikroba penghasil biofuel yang dapat mentolerir sejumlah residu larutan ionik.”
Dua tahun lalu, para peneliti JBEI berhasil menemukan strain SCF1 dari E. lignolyticus dari sebuah ekspedisi ke Hutan Nasional El Yunque di Puerto Rico. Strain ini telah menunjukkan toleransi terhadap tekanan osmotik yang tinggi akibat adanya paparan larutan ionik. Sebuah model telah dikembangkan di JBEI di mana bakteri SCF1 mampu menahan efek toksik dari larutan ionik dengan mengubah permeabilitas membran sel mereka dan memompa bahan kimia beracun tersebut keluar dari sel sebelum terjadi kerusakan pada selnya.
Pada studi terbaru ini, para peneliti JBEI menggunakan pendekatan kreatif yang diprakarsai oleh salah satu peneliti, yaitu Ruegg, untuk secara cepat menentukan gen di dalam DNA genom dari SCF1yang bertanggung jawab terhadap resistensi larutan ionik.
“Modul genetik ini mengkode transporter membran dan regulator transkripsi,” ujar Ruegg. “Pada saat larutan ionik dipompa keluar sel, regulator yang diinduksi substrat mampu mempertahankan kinerja pompa ini pada level yang sesuai sehingga mikroba dapat tumbuh normal, baik di media yang ada larutan ionik atau tidak.”
Hasil penelitian ini menunjukkan cara baru untuk menghilangkan hambatan dalam strategi produksi biofuel yang dikembangkan oleh JBEI, yang bergantung pada efektivitas pretreatment larutan ionik terhadap biomassa selulosa. Hal ini juga menunjukkan bagaimana efek samping dari larutan ionik dapat diubah menjadi sesuatu yang menguntungkan.
“Kehadiran larutan sisa ionik dapat mencegah pertumbuhan mikroba kontaminan, sehingga fermentasi dapat dilanjutkan dengan cara yang lebih ekonomis, yaitu memanfaatkan kondisi aseptik akibat adanya larutan tersebut,” kata Thelen. “Temuan kami ini seharusnya membuka jalan bagi penelitian lanjutan untuk memaksimalkan potensi mikroba, dimana hal ini akan memberikan kontribusi pada produksi biofuel dan bahan kimia yang berkelanjutan.”
Penelitian ini didanai oleh DOE Office of Science.
Referensi Jurnal :
Thomas L. Ruegg, Eun-Mi Kim, Blake A. Simmons, Jay D. Keasling, Steven W. Singer, Taek Soon Lee, Michael P. Thelen. An auto-inducible mechanism for ionic liquid resistance in microbial biofuel production. Nature Communications, 2014; 5 DOI: 10.1038/ncomms4490.
