Para ilmuwan dari EPFL bekerja pada pendekatan berkelanjutan terhadap remediasi tanah, seperti penggunaan mikroorganisme alami yang dapat “memakan” polutan yang ditemukan di tanah dan permukaan air.
Pada tahun 2020, Kota Lausanne menemukan bahwa sebagian besar tanahnya telah terkontaminasi dioksin, yang merupakan senyawa organik terklorinasi. Polusi ini terutama disebabkan oleh proses manufaktur yang bergantung pada pembakaran. Sebagian besar kontaminan tanah di Swiss adalah dioksin atau logam berat. Meskipun ada metode yang tersedia untuk membersihkan kontaminasi semacam ini, umumnya metode tersebut mahal dan memerlukan proses yang panjang. Akibatnya, pejabat publik harus membuat pilihan sulit antara membersihkan tanah atau mempertahankannya, meskipun tanahnya sedikit tercemar.
Selama beberapa tahun terakhir, para ilmuwan telah bekerja sama dengan dunia usaha untuk mengembangkan pendekatan yang lebih berkelanjutan dalam remediasi tanah. Salah satu pilihan yang mungkin dilakukan adalah bioremediasi, atau penggunaan mikroorganisme alami (seperti jamur dan bakteri) yang dapat “memakan” polutan, termasuk yang ditemukan di tanah dan permukaan air. Mikroorganisme memetabolisme senyawa yang mencemari, melepaskan energi yang mereka butuhkan untuk hidup dan berkembang biak serta memecah bahan kimia berbahaya. “Ini seperti saat kita makan pasta atau jenis karbohidrat lainnya,” kata Christof Holliger, kepala Laboratorium Bioteknologi Lingkungan EPFL. “Tubuh kita memecahnya menjadi glukosa yang dibutuhkan sel-sel kita untuk berfungsi.”
Protein yang mampu mengatasi klorin
Kelompok penelitian Holliger telah mempelajari bio-remediasi selama bertahun-tahun, dan khususnya penggunaan bakteri untuk menghilangkan kontaminan akibat penggunaan pelarut yang mengandung klor, seperti untuk dry cleaning. “Pelarut ini adalah sumber utama pencemaran tanah dan permukaan air di Swiss,” kata Holliger. “Tetapi kami telah mampu mengisolasi bakteri yang sangat terspesialisasi yang menggunakan senyawa terklorinasi ini untuk respirasi dan mengubahnya menjadi zat organik tidak beracun. Saat ini kami sedang menganalisis prosesnya untuk memahami mekanisme yang mendasarinya.” Satu hal yang jelas – langkah kunci dalam proses bakteri adalah produksi protein.
Setelah bertahun-tahun hidup di lingkungan yang mengandung senyawa terklorinasi, bakteri ini akhirnya belajar memanfaatkannya dengan baik. Mereka mampu “menghirup” kontaminan, sama seperti kita menghirup oksigen. Melalui proses multilangkah yang disebut halorespirasi, bakteri menggunakan senyawa yang dihasilkan oleh bakteri lain. Energinya berasal dari hidrogen yang dihasilkan oleh bakteri lain melalui fermentasi bahan organik. Semua ini dilakukan dengan bantuan protein spesifik dalam bentuk enzim – secara teknis dehalogenase reduktif – yang memutus ikatan antara atom karbon dan klorin, sehingga menghancurkan kontaminan.
Aplikasi terbatas, untuk saat ini
Proses yang terjadi secara alami ini tidak dapat digunakan untuk meremediasi sembarang jenis tanah. Pertama, kontaminan harus ada dalam konsentrasi yang cukup tinggi. “Jika tidak, bakteri tersebut akan bersaing dengan senyawa organik lain yang juga dapat digunakan bakteri untuk respirasi,” kata Holliger. Dalam hal ini, bakteri mungkin memutuskan untuk tidak menggunakan kontaminan tersebut dan malah memecah bahan kimia lain di dalam tanah.
Selain itu, beberapa jenis bakteri berbeda diperlukan untuk halorespirasi, dan semuanya harus ada dalam jumlah yang tepat. Para ilmuwan tidak cukup hanya memilih satu bakteri, membudidayakannya (atau bahkan memperbaikinya) di laboratorium, dan kemudian menambahkannya ke dalam tanah. Sebaliknya, mereka perlu mereproduksi seluruh komunitas dan “lini produksi”. Holliger juga menunjukkan bahwa tanah yang terkontaminasi seringkali mengandung beberapa polutan, sehingga memperumit masalah ini.
Terbukti efektif
Namun dalam kondisi yang tepat, bioremediasi semacam ini bisa efektif. Ketika proses tersebut digunakan, para ilmuwan umumnya tidak mengganggu bakteri yang terkandung di dalam tanah atau permukaan air. Sebaliknya, tujuan mereka adalah menciptakan kondisi optimal bagi mikroorganisme dan memastikan mereka memiliki semua zat yang dibutuhkan untuk berkembang. “Di lokasi yang terkontaminasi hidrokarbon, misalnya, tanahnya jelas mengandung banyak karbon,” kata Holliger. Oleh karena itu kita perlu memperkayanya dengan bahan kimia lain seperti nitrogen dan fosfor sehingga bakteri dapat berkembang.
Bioremediasi mungkin mempunyai keterbatasan, namun bioremediasi sudah digunakan dalam skala besar untuk membersihkan tumpahan hidrokarbon dan permukaan air yang terkontaminasi (walaupun belum dilakukan di Swiss). Beberapa insidennya terkenal – seperti Exxon Valdez tumpahan minyak di Alaska – dan lainnya yang lebih jarang terjadi, dan dikelola oleh perusahaan khusus.
