Tim Peneliti Jerman Temukan Enzim Bakteri Baru yang Dapat Mengurai Plastik Polyester dan Penisilin

Tim peneliti dari Universitas Konstanz menemukan enzim bakteri baru yang mampu mengurai beberapa jenis plastik polyester dan bioplastik, serta dapat memecah penisilin. Temuan ini menunjukkan bahwa mikroorganisme mungkin beradaptasi terhadap plastik lebih cepat dari yang diperkirakan oleh para ilmuwan. Penelitian ini dipublikasikan dalam jurnal ISME Journal. Enzim ini terletak di luar sel bakteri, dengan situs aktif yang sangat besar. Ahli mikrobiologi Harry Lerner dan David Schleheck menyebutnya "enzim Pac-Man". Lerner adalah penulis utama penelitian ini, yang saat itu merupakan peneliti pascadoktoral di universitas tersebut.

Signifikansi temuan ini terletak pada fakta bahwa kebanyakan plastik sintetis terurai oleh mikroorganisme dengan sangat lambat, sehingga limbah sebagian besar terfragmentasi menjadi mikroplastik dan nanoplastik. Biodegradasi polyethylene densitas tinggi (HDPE) mungkin memerlukan ratusan hingga ribuan tahun. Mikroorganisme memang menjajah limbah plastik, membentuk habitat yang disebut oleh para peneliti sebagai "plastisphere", tetapi mereka biasanya tidak dapat mengonsumsi sebagian besar plastik sebagai makanan.

Bagaimana Bakteri Mengurai Bioplastik

Selama satu tahun di tanah hutan, Lerner dan Schleheck, seorang profesor ekologi mikroba, meneliti bagaimana mikroorganisme dapat sepenuhnya mengurai bioplastik, menggunakan film polyester alifatik rantai panjang (LCAP) yang dikembangkan oleh tim ahli kimia Stefan Mecking. Mereka mengubur film tersebut sekitar 10 cm di bawah lapisan humus hutan, dan di laboratorium mencampurkan bubuk bioplastik ke dalam tanah yang sama, melacak karbon dioksida yang dihasilkan oleh respirasi mikroorganisme selama satu tahun. Semua bioplastik yang diuji, termasuk LCAP, PHBV, dan PCL, sepenuhnya terurai dalam waktu sekitar 250 hingga 330 hari.

Selulosa terurai dalam waktu sekitar 80 hari, sementara HDPE hampir tidak terurai.

Film LCAP yang terkubur yang diambil dengan mikroskop elektron menunjukkan lubang berukuran mikrometer, dengan ukuran dan bentuk setiap lubang cocok dengan sel bakteri tunggal. Tim peneliti berhipotesis bahwa bakteri yang dilengkapi dengan enzim pengurai plastik memasuki film melalui cara pencernaan, yang menantang asumsi bahwa bakteri hanya melepaskan enzim ini ke lingkungan sekitar.

Fungsi Ganda Gen dan Enzim

Para peneliti menemukan gen yang sangat terakumulasi di tanah yang hanya mengandung LCAP saat mencari DNA di tanah. Gen ini mengkodekan enzim esterase yang memiliki sinyal sekresi dan jangkar lipid, yang menjaga agar tetap terikat pada permukaan sel. Strukturnya juga mirip dengan β-laktamase, enzim yang dapat memecah cincin β-laktam dalam antibiotik seperti penisilin. Di laboratorium, tim menunjukkan bahwa enzim ini dapat mengurai polyester menjadi monomer melalui hidrolisis, dan pada saat yang sama memecah penisilin. Schleheck menjelaskan bahwa keterikatan di permukaan membantu menyelesaikan kedua tugas ini. Matriks plastik terbentuk di dekat sel, sehingga bakteri dapat menyerapnya sebelum mengapung pergi atau diambil alih oleh tetangga.

Sebelum antibiotik masuk ke dalam sel, mereka sudah dinonaktifkan.

Lerner menyatakan bahwa para ilmuwan merasa bingung dengan keberadaan gen resistensi antibiotik yang umum di dalam plastisphere. Temuan ini menunjukkan bahwa organisme di sini mungkin berevolusi dengan fungsi ganda, memberikan mereka keuntungan ganda. Selain itu, mungkin ada enzim tertentu yang sekarang secara khusus digunakan untuk mengurai plastik, sementara aktivitas β-laktamase adalah sisa dari proses evolusi mereka.

Schleheck menyatakan bahwa menggembirakan bahwa bakteri tampaknya dapat beradaptasi terhadap plastik polyester lebih cepat dari yang diperkirakan, dan orang perlu bekerja sama dengan kemampuan mikroorganisme. Idealnya, ini berarti menggunakan polimer dengan titik pemecahan biokimia, seperti ikatan ester dalam LCAP, untuk menangani plastik yang menghindari daur ulang dan akhirnya masuk ke lingkungan.

Peluang dan Tantangan Adaptasi Bakteri terhadap Plastik

Penelitian ini mengungkapkan kemampuan adaptasi bakteri terhadap plastik polyester, menunjukkan potensi mikroorganisme dalam penguraian plastik. Dengan masalah pencemaran plastik yang semakin parah, pencarian metode penguraian yang efektif menjadi sangat penting. Temuan tim peneliti menantang pandangan tradisional, menunjukkan bahwa bakteri tidak hanya dapat melepaskan enzim, tetapi juga dapat langsung memasuki plastik, yang mungkin memberikan ide baru untuk teknologi ramah lingkungan di masa depan. Selain itu, fungsi ganda bakteri mungkin membantu menjelaskan keberadaan gen resistensi antibiotik, lebih lanjut menekankan peran penting mikroorganisme dalam ekosistem.