Menemukan, membudidayakan, dan bioteknologi organisme yang dapat mencerna plastik tidak hanya membantu menghilangkan polusi, tetapi kini juga menjadi bisnis besar. Beberapa mikroorganisme yang dapat melakukan ini telah ditemukan, tetapi ketika enzim mereka yang memungkinkan ini diterapkan pada skala industri, mereka biasanya hanya bekerja pada suhu di atas 30 °C. Pemanasan yang diperlukan berarti aplikasi industri tetap mahal sampai saat ini, dan tidak netral karbon. Tetapi ada solusi yang mungkin untuk masalah ini: menemukan mikroba khusus yang beradaptasi dengan dingin yang enzimnya bekerja pada suhu yang lebih rendah.

Ilmuwan dari Swiss Federal Institute WSL tahu di mana harus mencari mikro-organisme semacam itu: di dataran tinggi di Pegunungan Alpen negara mereka, atau di daerah kutub. Temuan mereka dipublikasikan di Frontiers in Microbiology.

“Di sini kami menunjukkan bahwa taksa mikroba baru yang diperoleh dari ‘plastisphere’ tanah alpine dan Arktik mampu memecah plastik biodegradable pada suhu 15 °C,” kata penulis pertama Dr Joel Rüthi, yang saat ini menjadi ilmuwan tamu di WSL. “Organisme ini dapat membantu mengurangi biaya dan beban lingkungan dari proses daur ulang enzimatik untuk plastik.”

Rüthi dan rekan mengambil sampel 19 galur bakteri dan 15 jamur yang tumbuh di atas plastik yang diletakkan bebas atau sengaja dikubur (disimpan di tanah selama satu tahun) di Greenland, Svalbard, dan Swiss. Sebagian besar sampah plastik dari Svalbard telah dikumpulkan selama Proyek Arktik Swiss 2018, di mana para siswa melakukan kerja lapangan untuk menyaksikan dampak perubahan iklim secara langsung. Tanah dari Swiss dikumpulkan di puncak Muot da Barba Peider (2.979 m) dan di lembah Val Lavirun, keduanya di kanton Graubünden.

Para ilmuwan membiarkan mikroba yang diisolasi tumbuh sebagai biakan galur tunggal di laboratorium dalam kegelapan dan pada suhu 15 °C dan menggunakan teknik molekuler untuk mengidentifikasinya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa strain bakteri termasuk dalam 13 genera dalam filum Actinobacteria dan Proteobacteria, dan jamur dalam 10 genera dalam filum Ascomycota dan Mucoromycota.

Hasil yang mengejutkan

Mereka kemudian menggunakan rangkaian tes untuk menyaring setiap galur untuk kemampuannya mencerna sampel steril non-biodegradable polyethylene (PE) dan biodegradable polyester-polyurethane (PUR) serta dua campuran biodegradable polybutylene adipat terephthalate (PBAT) yang tersedia secara komersial. dan asam polilaktat (PLA).

Tidak ada strain yang mampu mencerna PE, bahkan setelah 126 hari inkubasi pada plastik tersebut. Tetapi 19 (56%) strain, termasuk 11 jamur dan delapan bakteri, mampu mencerna PUR pada suhu 15 °C, sementara 14 jamur dan tiga bakteri mampu mencerna campuran plastik PBAT dan PLA. Resonansi Magnetik Nuklir (NMR) dan uji berbasis fluoresensi menegaskan bahwa strain ini mampu memotong polimer PBAT dan PLA menjadi molekul yang lebih kecil.

“Sangat mengejutkan bagi kami bahwa kami menemukan sebagian besar galur yang diuji mampu mendegradasi setidaknya satu dari plastik yang diuji,” kata Rüthi.

Performa terbaik adalah dua spesies jamur yang tidak dikarakterisasi dalam genera Neodevriesia dan Lachnellula: keduanya mampu mencerna semua plastik yang diuji kecuali PE. Hasil juga menunjukkan bahwa kemampuan untuk mencerna plastik bergantung pada media kultur untuk sebagian besar galur, dengan masing-masing galur bereaksi berbeda terhadap masing-masing dari empat media yang diuji.

Efek samping kemampuan mencerna polimer tanaman

Bagaimana kemampuan mencerna plastik berkembang? Karena plastik baru ada sejak tahun 1950-an, kemampuan untuk mendegradasi plastik hampir pasti bukanlah sifat yang awalnya ditargetkan oleh seleksi alam.

Mikroba telah terbukti menghasilkan berbagai macam enzim pendegradasi polimer yang terlibat dalam penghancuran dinding sel tumbuhan. Secara khusus, jamur patogen tanaman sering dilaporkan dapat mengurai poliester, karena kemampuannya untuk menghasilkan kutinase yang menargetkan polimer plastik karena kemiripannya dengan kutin polimer tanaman.”

Dr Beat Frey, Penulis Terakhir, Ilmuwan Senior dan Pemimpin Grup, WSL

Tantangan tetap ada

Sejak Rüthi et al. hanya diuji untuk pencernaan pada suhu 15 °C, mereka belum mengetahui suhu optimal di mana enzim dari galur yang berhasil bekerja.

“Tetapi kita tahu bahwa sebagian besar galur yang diuji dapat tumbuh dengan baik antara suhu 4 °C dan 20 °C dengan suhu optimum sekitar 15 °C,” kata Frey.

“Tantangan besar berikutnya adalah mengidentifikasi enzim pengurai plastik yang diproduksi oleh strain mikroba dan mengoptimalkan proses untuk mendapatkan protein dalam jumlah besar. Selain itu, modifikasi enzim lebih lanjut mungkin diperlukan untuk mengoptimalkan sifat seperti stabilitas protein”.

Sumber:

Referensi jurnal:

de Freitas, AS dkk. (2023). Tanah gelap Amazon meningkatkan pembentukan spesies pohon dalam restorasi ekologi hutan. Perbatasan dalam Ilmu Tanah. doi.org/10.3389/fsoil.2023.1161627.