Polusi plastik telah menjadi permasalahan global yang serius dengan sekitar 360–400 juta metrik ton plastik sintetis diproduksi setiap tahun, dan sekitar 60% dari jumlah ini dibuang ke lingkungan. Plastik, yang pada awalnya dikembangkan untuk berbagai aplikasi karena sifatnya yang tahan lama dan murah, kini menjadi ancaman ekologis yang besar. Dalam beberapa dekade terakhir, ilmuwan mikrobiologi telah mencari solusi berbasis bioteknologi, salah satunya adalah pemanfaatan enzim mikrobiota untuk mendegradasi plastik yang sulit terurai secara alami.
Potensi Enzim Mikrobiota dalam Degradasi Plastik
Beberapa jenis plastik seperti polyethylene terephthalate (PET) dan poliuretan berbasis ester (PUR) telah menunjukkan respons positif terhadap degradasi enzimatik. Beberapa enzim yang telah diidentifikasi dan diuji secara biokimia termasuk PETase dari Ideonella sakaiensis, serta berbagai lipase dan cutinase yang mampu memecah ikatan ester pada plastik tersebut. Enzim-enzim ini bekerja dengan menghidrolisis ikatan kimia yang menyusun polimer plastik, sehingga memungkinkan degradasi yang lebih cepat daripada degradasi tanpa bantuan katalis.
Mekanisme Kerja Enzim Plastik-aktif
Proses degradasi plastik oleh enzim mikrobiota umumnya terjadi dalam beberapa tahap, yaitu:
- Weathering (Pelapukan): Proses fisik dan kimia seperti paparan sinar UV dan abrasi mekanis mempercepat perubahan struktur plastik dan meningkatkan aksesibilitas enzim.
- Kolonisasi Mikroba: Mikroorganisme mulai menempel pada permukaan plastik, membentuk biofilm, dan mulai melepaskan enzim degradasi.
- Hidrolisis Enzimatik: Enzim seperti cutinase dan lipase bekerja dengan memecah polimer menjadi monomer yang lebih kecil seperti asam tereftalat dan etilen glikol.
Tantangan dalam Aplikasi Enzim Mikrobiota
Meskipun memiliki potensi yang besar, aplikasi enzim mikrobiota dalam skala industri masih menghadapi beberapa tantangan, antara lain:
- Stabilitas dan Efisiensi: Sebagian besar enzim hanya efektif pada kondisi suhu dan pH tertentu, yang membatasi aplikasinya sehingga tidak selalu dapat bekerja optimal di lingkungan yang beragam.
- Keterbatasan Jenis Plastik: Saat ini, enzim yang mampu mendegradasi plastik masih terbatas pada jenis plastik tertentu seperti PET, PUR, dan LDPE, sementara plastik lain seperti polietilena (PE) dan polipropilena (PP) masih sulit diuraikan secara biologis.
- Produksi dan Biaya: Produksi enzim dalam jumlah besar masih mahal, sehingga belum dapat diterapkan secara luas di industri pengelolaan limbah.
Pengembangan dan Inovasi
Meskipun demikian, dalam upaya untuk mengatasi tantangan keterbatasan pemanfaatannya, berbagai strategi masih mungkin untuk dikembangkan, seperti:
- Rekayasa Protein: Modifikasi struktur enzim melalui bioteknologi untuk meningkatkan stabilitas dan efisiensi degradasi.
- Kombinasi Metode: Menggabungkan degradasi enzimatik dengan metode lain seperti pemanasan atau perlakuan mekanis untuk mempercepat proses.
- Eksplorasi Mikrobiota Lingkungan: Penelitian lebih lanjut terhadap mikroorganisme dari lingkungan ekstrem yang mungkin memiliki enzim dengan kemampuan degradasi plastik yang lebih baik.
Enzim mikrobiota menawarkan potensi dalam upaya mengatasi polusi plastik dengan kemampuannya untuk mendekomposisi plastik tertentu secara lebih ramah lingkungan dibandingkan metode konvensional. Namun, tantangan dalam hal efektivitas, masih perlu penelitian dan pengembangan lebih lanjut pada skala produksi, dan jangkauan jenis plastik yang dapat diurai untuk menciptakan inovasi berkelanjutan. Dengan perkembangan bioteknologi dan rekayasa genetika, diharapkan penggunaan enzim mikrobiota dapat menjadi bagian penting dari strategi global dalam mengurangi dampak negatif polusi plastik terhadap lingkungan.
Baca juga: Mengenal Internationally Legally Binding Instrument (ILBI) untuk Mengatasi Polusi Plastik
Penemuan Bakteri Penghancur Plastik, Solusi Ramah Lingkungan dalam Menanggulangi Polusi Plastik?
Penelitian oleh Shovitri, et al. (2023) di Wonorejo, Surabaya, berhasil mengisolasi bakteri penghancur plastik dari sedimen mangrove yang terkontaminasi plastik. Dalam penelitian ini, kantong plastik komersial dikubur dalam sedimen selama 16 minggu. Hasilnya menunjukkan adanya pembentukan biofilm oleh bakteri yang menyebabkan penurunan berat plastik hingga 12%.
Beberapa bakteri yang berhasil diidentifikasi melalui analisis 16S rRNA adalah:
- Brevibacillus (BIO-B)
- Stenotrophomonas (BIO-G)
- Lysinibacillus (SOI-C)
Dari ketiga jenis bakteri tersebut, Stenotrophomonas (BIO-G) menunjukkan aktivitas degradasi plastik tertinggi terhadap low-density polyethylene (LDPE), dengan pengurangan berat hingga 8,9% dalam 4 minggu.
Mekanisme Degradasi Plastik oleh Bakteri
Pada penelitian ini, bakteri pengurai memroses degradasi plastik dengan melalui beberapa tahap berikut:
- Kolonisasi Permukaan: Bakteri menempel pada plastik dan membentuk biofilm.
- Sekresi Enzim: Bakteri mengeluarkan enzim seperti lipase, ligninase, dan alkane hydroxylase yang membantu memecah struktur plastik.
- Penguraian Polimer: Plastik dipecah menjadi molekul yang lebih kecil dan dapat diserap oleh bakteri sebagai sumber energi.
Analisis Fourier Transform Infrared (FTIR) menunjukkan adanya perubahan pada struktur kimia plastik setelah diinkubasi dengan bakteri ini, yang mengindikasikan terjadinya proses degradasi.
Gambaran perubahan morfologi permukaan plastik yang mengalami proses biodegradasi
Sumber: Shovitri, et al. 2023. Plastic-degrading bacteria isolated from contaminated mangrove sediment in Wonorejo, Surabaya.
Meskipun hasil penelitian menunjukkan potensi yang besar, terdapat beberapa tantangan dalam aplikasi bakteri penghancur plastik pada skala industri, seperti:
- Laju degradasi yang masih relatif lambat.
- Stabilitas dan efisiensi enzim yang perlu ditingkatkan.
- Pengaruh faktor lingkungan seperti suhu, pH, dan keberadaan zat penghambat lainnya.
Bakteri penghancur plastik yang diisolasi dari lingkungan yang terkontaminasi menunjukkan potensi besar dalam mengatasi polusi plastik. Studi ini menunjukkan bahwa bakteri seperti Stenotrophomonas (BIO-G) dapat digunakan sebagai solusi ramah lingkungan untuk biodegradasi plastik di ekosistem pesisir. Penelitian lanjutan dan pengembangan teknologi diperlukan untuk mempercepat proses degradasi dan meningkatkan efektivitasnya dalam skala yang lebih luas.
Referensi
Chow, J., Perez-Garcia, P., Dierkes, R. & Streit, W.R. (2023) Microbial enzymes will offer limited solutions to the global plastic pollution crisis. Microbial Biotechnology, 16, 195–217. Diakses pada 26 Januari 2025 dari https://doi.org/10.1111/1751-7915.14135
Shovitri, et al. 2023. Plastic-degrading bacteria isolated from contaminated mangrove sediment in Wonorejo, Surabaya. Diakses pada 26 Januari 2025 dari https://www.udspub.com/ajj/public/index.php/aeb/article/view/1782/pdf
