Bagaimana Microbiome Berkontribusi Terhadap Kesehatan Lingkungan?

 

Tahukah kamu, bumi kita dikenal sebagai “sistem tertutup”? Maksudnya, material seperti litosfer, atmosfer, hidrosfer, dan biosfer membentuk semua komponen planet bersama-sama, baik komponen hidup dan tidak.

Dengan kata lain, supaya semua makhluk hidup tetap bertahan, bumi menghasilkan sendiri semua yang dibutuhkan. Keren, kan?

Nah, inilah yang disebut dengan lingkungan, yakni sekelompok organisme yang memiliki kondisi sosial atau budaya yang kompleks, saling memengaruhi satu sama lain.

Kalau kamu ingat pelajaran IPA saat di sekolah dulu, lingkungan sendiri dibagi menjadi dua, yakni abiotik dan biotik. Abiotik meliputi iklim, air, mineral, dan sinar matahari. Sedangkan biotik meliputi organisme, produknya, dan pengaruh di suatu daerah.
 

Pengaruh Microbiome terhadap Komunitas Lingkungan

Dilansir dari jurnal PLOS ONE, secara teori, kelompok spesies yang sama menciptakan populasi, yang kemudian menghasilkan komunitas. 

Nah, sama seperti manusia, microbiome pun punya komunitas, lho. Komunitas microbiome adalah semua populasi microbiome dalam suatu habitat. 

Komunitas microbiome memiliki dampak besar positif untuk kemajuan kehidupan di bumi. Salah satu yang paling terdampak adalah lingkungan. 

Kesehatan lingkungan sangat terpengaruh oleh adanya komunitas microbiome kompleks. Dilansir dari artikel ilmiah Microbes and Environment, microbiome dapat berpengaruh pada beberapa komunitas, yaitu:
 

1. Komunitas Terestrial

Komunitas microbiome dan lingkungannya yang terdapat di daratan benua dan pulau-pulau membentuk lingkungan mikro terestrial. Lingkungan mikro terestrial dibedakan dari ekosistem mikro akuatik dengan ketersediaan air yang lebih rendah dan konsekuensi pentingnya air sebagai faktor pembatas. 

Hutan hujan adalah lingkungan mikro terestrial yang paling beragam dan produktif, tetapi tanahnya kekurangan unsur hara karena pencucian yang ekstensif oleh air hujan. Komunitas terestrial dibagi lagi menjadi beberapa bagian, yaitu:
 

a. Tanah

Microbiome tanah berpartisipasi dalam proses kesuburan tanah melalui banyak cara, misalnya microbiome berserabut mengumpulkan partikel tanah liat menggunakan jaringan hifa (rangkaian rantai sel berupa benang penyusun tubuh jamur) yang luas sehingga menghasilkan agregat (kesatuan partikel tanah yang melekat satu sama lain). 

Selain itu, beberapa microbiome mengeluarkan eksopolisakarida atau partikel yang menyebabkan pemadatan partikel tanah liat yang mendorong agregasi tanah. 

Aktivitas manusia secara langsung menambahkan bakteri sebagai agen pengurai atau mengaplikasikan lumpur limbah ke lahan pertanian.
 

b. Udara

Atmosfer merupakan iklim yang tidak bersahabat bagi microbiome karena tekanan. Tekanan ini menghasilkan kerangka waktu yang terbatas bagi microbiome untuk aktif. 

Namun, beberapa microbiome resisten terhadap tekanan ini melalui mekanisme spesifik yang memicu hilangnya aktivitas biologisnya. Misalnya saja seperti bakteri pembentuk spora, cendawan, fungi, dan protozoa pembentuk kista yang punya mekanisme khusus sehingga bisa melindungi diri dari tekanan ini.
 

c. Suhu

Suhu merupakan faktor penting yang memengaruhi aktivitas microbiome. Dikutip dari jurnal Current Opinion in Biotechnology, suhu tinggi menyebabkan microbiome mati karena pengeringan dan denaturasi (kehancuran) protein, sedangkan suhu yang lebih rendah mendorong tingkat kelangsungan hidup yang lebih lama. That’s why, vaksin harus disimpan di kulkas yang punya suhu rendah, ya.

Namun, pada suhu yang sangat rendah, beberapa microbiome kehilangan viabilitas (kemampuan hidup) karena pembentukan kristal es di permukaannya akibat pembekuan.

Baca Juga: Udara yang Kita Hirup Ternyata Mengandung Microbiome, Lho!
 

2. Komunitas Perairan

Microbiome yang hidup di lingkungan perairan adalah produsen utama yang bertanggung jawab atas sekitar setengah dari semua produksi primer di bumi sekaligus menjadi konsumen utama. 

Berbagai macam komunitas microbiome hidup di lingkungan akuatik, seperti plankton, lapisan mikroba, komunitas biofilm, dll. 

Lingkungan perairan selanjutnya diklasifikasikan menjadi tiga, yaitu microbiome yang hidup di air tawar, air payau, dan air laut.
 

a. Air Tawar

Ada dua jenis lingkungan air tawar: genangan air atau habitat lentik (misalnya, danau, kolam, rawa), dan air yang mengalir atau habitat lotik, termasuk mata air, sungai kecil, dan sungai besar. 

Habitat air tawar didominasi oleh fitoplankton, membentuk gradien komunitas yang dibedakan berdasarkan panjang gelombang dan jumlah cahaya yang menembus ke suatu kedalaman, misalnya Chlorobium. Chlorobium merupakan jenis fitoplankton yang mengoksidasi sulfur yang dapat berfungsi sebagai penetral logam berat di alam.
 

b. Air Payau 

Lingkungan air payau lebih asin daripada air tawar tetapi kurang asin dibandingkan dengan lingkungan air laut. Muara, bagian sungai yang bertemu dengan laut, adalah contoh terbaik lingkungan air payau. Muara merupakan lingkungan yang sangat beragam karena salinitas (tingkat keasinan yang mengacu pada banyak sedikitnya garam yang terkandung) berubah drastis dalam jarak yang relatif pendek.
 

c. Air Laut 

Lingkungan perairan laut sangat beragam dan mengandung 33-37% salinitas. Lautan dibagi menjadi dua zona berdasarkan ketersediaan cahaya: zona fotik, tempat cahaya dapat menembus, dan zona afotik dengan cahaya rendah. Lingkungan mikro laut dibagi lagi menjadi empat habitat, yakni neuston, pelagis, epibiotik, dan endobiotik.

Baca Juga: Dampak Sampah Plastik Terhadap Microbiome di Air
 

Peran Microbiome Dalam Kesehatan Lingkungan

Terdapat beberapa contoh peranan microbiome untuk kesehatan lingkungan yang terus dan selalu berjalan. Beberapa di antaranya adalah:
 

1. Siklus Karbon Untuk Kelangsungan Makhluk Hidup

Microbiome memainkan peran penting dalam siklus karbon pada skala global yang merupakan penyusun utama dari semua organisme hidup. 

Microbiome memanfaatkan karbon untuk organisme hidup dan untuk dirinya sendiri serta melalui ekstraksi dari sumber tak hidup. Di habitat akuatik, microbiome mengubah karbon tanpa bantuan oksigen, seperti lumpur dalam danau dan kolam. 

Siklus karbon berperan mengembalikan karbon yang ada di atmosfer ke organisme hidup untuk fotosintesis dan pernapasan tanaman. Karbondioksida hasil pernapasan makhluk hidup dan aktivitas manusia akan menuju ke atmosfer. Jika tidak diserap oleh tumbuhan serta alga maka akan menyebabkan efek rumah kaca yang menimbulkan masalah kesehatan lingkungan.
 

2. Produksi Metana untuk Pembangkit Listrik

Metana adalah salah satu bahan bakar yang penting dalam pembangkitan listrik. Gas ini dibakar dalam gas turbin atau pemanas uap. 

Jika dibandingkan dengan bahan bakar fosil lainnya, pembakaran metana menghasilkan gas karbon dioksida yang lebih sedikit untuk setiap satuan panas yang dihasilkan. 

Beberapa microbiome melakukan beberapa proses yang menghasilkan asam organik dan gas yang bermanfaat berupa hidrogen dan karbondioksida. 

Untuk menghasilkan gas karbondioksida dan energi yang berfungsi untuk pembangkit listrik, perlu adanya peran microbiome yang akan mengubah metana menjadi gas karbondioksida, air, dan energi.
 

3. Siklus Nitrogen untuk Nutrisi Makhluk Hidup

Nitrogen merupakan nutrisi penting yang sangat diperlukan oleh semua makhluk hidup. Nitrogen merupakan bagian utama dari asam amino yang merupakan bahan penyusun protein dan asam nukleat seperti DNA.

Agar nitrogen tersebut selalu ada di muka bumi, maka siklus karbon perlu selalu berjalan. Salah satu komponen yang diperlukan dalam siklus karbon adalah microbiome. 

Microbiome memainkan peran penting dalam siklus nitrogen melalui berbagai proses seperti pengambilan nitrogen, reduksi nitrat, nitrifikasi, denitrifikasi, dll. 
 

4. Siklus Sulfur untuk Tanaman

Sulfur adalah komponen penting dari beberapa vitamin dan metabolit esensial, dan ditemukan dalam dua asam amino, sistein dan metionin. 

Siklus sulfur memiliki peran dalam membantu pembentukan butir hijau pada daun tanaman sehingga daun menjadi lebih hijau. Selain itu, siklus sulfur dapat meningkatkan kandungan protein dan vitamin tanaman serta menambah jumlah anakan pada tanaman padi. Siklus sulfur juga berperan dalam proses pembentukan zat gula yang diperlukan tanaman.

Microbiome berperan dalam siklus sulfur ini, dimana microbiome dapat mengubah sulfur atau belerang dari bentuknya yang paling teroksidasi atau paling awal (sulfat atau SO4) ke keadaan paling tereduksi atau paling akhir (sulfida atau H2S) yang dapat digunakan tanaman. 

Baca Juga: Peran Mikroorganisme pada Tanah yang Sehat
 

Peran Microbiome dalam Daur Ulang Limbah dan Detoksifikasi

Microbiome mampu mendegradasi atau menghancurkan zat yang tidak berguna melalui berbagai cara. Dengan demikian, proses microbiome banyak digunakan untuk bioremediasi.

Dikutip dari jurnal Scientific Reports, bioremediasi/biotransformasi adalah alat pengelolaan limbah yang melibatkan organisme alami untuk membuang atau menetralkan limbah berbahaya menjadi zat yang tidak terlalu beracun atau tidak beracun. Microbiome yang paling umum digunakan adalah Flavobacterium, Arthrobacterium, dan Azotobacter.

Penggunaan bioteknologi untuk pengolahan limbah melibatkan mikroorganisme untuk mendetoksifikasi polutan udara, air, dan tanah dan dilakukan pada suhu dan tekanan yang lebih rendah. Oleh karena itu, metode ini membutuhkan lebih sedikit energi daripada metode perawatan fisikokimia konvensional.

Beberapa golongan microbiome, seperti Pseudomonas, Sphingomonas, dan Mycobacterium, diketahui dapat berperan dalam degradasi minyak. Pseudomonas adalah salah satu bakteri yang mampu mendegradasi berbagai bentuk minyak (termasuk alkana, monoaromatik, naftalena, dan fenantrena) dalam kondisi tanpa bantuan oksigen.

Dilansir dari Journal of Agricultural and Food Chemistry, microbiome juga berfungsi dalam kesehatan lingkungan tanah untuk pertanian atau perkebunan, di mana microbiome dapat berfungsi sebagai pestisida yang dapat terurai secara biologis. Sebagaimana diketahui, pestisida kimia sangat tidak aman bagi tumbuhan dan tidak aman untuk dikonsumsi manusia. Oleh karena itu, biopestisida berbahan dasar microbiome yang dimodifikasi dapat menjadi solusinya.

Pestisida yang tidak dapat terurai secara biologis, misalnya DDT (dichlorodiphenyltrichloroethane), tidak mudah hilang dan masih terdapat di dalam tanah selama bertahun-tahun yang menyebabkan tanah tercemar. Beberapa microbiome yang memiliki kemampuan untuk menghilangkan pestisida dalam tanah, seperti Phanerochaete chrysosporium, mampu menghilangkan pestisida dalam tanah yang tercemar pestisida.

--

Nah, gimana? Banyak sekali, bukan, fungsi dan peran dari microbiome untuk kesehatan dan kelestarian lingkungan? Singkatnya, dapat dikatakan bahwa microbiome memainkan peran penting dalam menjaga kelestarian dan kesehatan lingkungan kita dengan menjaga siklus biogeokimia dan nutrisi. 

Microbiome melindungi lingkungan kita dari senyawa berbahaya dengan menggunakan teknik yang dikenal sebagai bioremediasi dan menjaga kesehatan lingkungan kita.

Sebagai makhluk bumi, kita harus selalu menjaga kelestarian dan kesehatan lingkungan dengan hal-hal sederhana yang dapat dimulai dari diri sendiri, seperti membuang sampah pada tempatnya. Kita juga perlu bekerja sama dengan microbiome untuk menjaga bumi.

Bagi kamu yang masih tertarik membaca informasi tentang microbiome atau kesehatan lingkungan, yuk mampir ke Nusantics Blog!

Referensi:

• Gupta A., Gupta R., Singh R.L. (2017) Microbes and Environment. In: Singh R. (eds) Principles and Applications of Environmental Biotechnology for a Sustainable Future. Applied Environmental Science and Engineering for a Sustainable Future. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-10-1866-4_3
• Lewin, A., Wentzel, A. and Valla, S., 2013. Metagenomics of microbial life in extreme temperature environments. Current opinion in biotechnology, 24(3), pp.516-525. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2012.10.012
• Ruggiero MA, Gordon DP, Orrell TM, Bailly N, Bourgoin T, et al. (2015) A Higher Level Classification of All Living Organisms. PLOS ONE 10(4): e0119248. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0119248
• Chaudhary, D.K., Kim, DU., Kim, D. et al. Flavobacterium petrolei sp. nov., a novel psychrophilic, diesel-degrading bacterium isolated from oil-contaminated Arctic soil. Sci Rep 9, 4134 (2019). https://doi.org/10.1038/s41598-019-40667-7 
• Meng, Z., Liu, L., Yan, S., Sun, W., Jia, M., Tian, S., Huang, S., Zhou, Z. and Zhu, W., 2020. Gut microbiota: a key factor in the host health effects induced by pesticide exposure?. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 68(39), pp.10517-10531. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.0c04678