Estuari, sebagai zona transisi di mana sungai air tawar bertemu dengan laut yang asin, adalah salah satu ekosistem yang paling dinamis dan produktif secara biologis di planet kita. Mereka berfungsi sebagai tempat pembiakan penting bagi berbagai spesies akuatik, bertindak sebagai penyangga alami terhadap polusi berbasis darat, dan menjadi titik panas untuk pertukaran karbon dan nutrien terestrial-akuatik (Gao et al., 2022). Namun, mereka juga sangat rentan terhadap aktivitas manusia, yang dapat mengubah keseimbangan ekologis dan kualitas air mereka secara drastis. Gangguan antropogenik, mulai dari limbah industri hingga limbah perkotaan, telah mengubah banyak estuari menjadi lingkungan dengan tingkat kontaminan yang tinggi, seperti logam berat, polutan organik, dan kelebihan nutrien. Sistem bioelektrokimia (BES) muncul sebagai teknologi yang menjanjikan dalam penanganan limbah. BES adalah pengaturan rekayasa yang memanfaatkan aktivitas metabolik mikroorganisme untuk menggerakkan reaksi elektrokimia.
Sistem bioelektrokimia menawarkan keunggulan unik, termasuk potensi untuk mendapatkan energi listrik atau sumber daya selama proses remediasi. Salah satu aplikasi terkenal dari sistem BES adalah Sel Bahan Bakar Mikroba (MFC), yang menunjukkan potensi untuk mengolah berbagai aliran air limbah dan meremediasi lingkungan tercemar. Namun, keberhasilan penerapan BES secara inheren terkait dengan pemahaman kita tentang mikrobioma indigenous, terutama untuk aplikasi lapangan (Wang et al., 2022). Studi terbaru telah menunjukkan bahwa BES yang dibangun menggunakan komunitas mikroba campuran kompleks mengungguli yang dibangun dengan kultur mikroba tunggal dalam hal kapasitas pembangkitan listrik dan adaptabilitas terhadap kondisi lingkungan yang kompleks dalam aplikasi lapangan (Cao et al., 2019). Komunitas mikroba yang tinggal di habitat alami memiliki kapasitas untuk membentuk biofilm dan berpartisipasi dalam interaksi listrik antara mereka sendiri dan dengan lingkungan ekstraseluler mereka (Garbini et al., 2023). Teknik molekuler dan terkini memainkan peran penting dalam mengungkap arsitektur elektroaktif. Untuk memanfaatkan potensi penuh mereka, kita harus terlebih dahulu mencirikan mikrobioma ini dan mengungkap seluk-beluk jalur metaboliknya. Pengetahuan ini akan memungkinkan kita untuk merekayasa BES yang disesuaikan dengan pengaturan estuari tertentu, mengoptimalkan kinerja mereka untuk bioremediasi.
Studi kami memulai eksplorasi mikrobioma dalam estuari yang terdampak antropogenik, dengan tujuan menguraikan komposisi, keragaman, dan potensi metaboliknya, yang merupakan langkah penting menuju pemanfaatan kekuatan mikrobioma dalam estuari yang terdampak antropogenik.
Dalam penelitian ini, tiga sampel lingkungan yang diambil, yaitu bozem Morokrembangan (MK), inlet lumpur Lapindo di Sungai Porong (LUSI), dan mulut sungainya (RMP). Terdapat 288 Amplicon Sequence Variants (ASVs), dimana Actinobacteriota mendominasi di MK dengan 58.61% dari relative read abundance (RRA), sementara Proteobacteria mendominasi di LUSI dan RMP dengan 69.17% dan 65.62%. Cyanobacteria berperan signifikan di MK dan RMP tetapi tidak ada di LUSI. Firmicutes, SAR324, Gemmatimonadota, Planctomycetota, Acidobacteriota, Bdellovibrionota, dan Verrucomicrobiota juga ditemukan dengan distribusi yang bervariasi di setiap lokasi.
Pada tingkat genus, MK memiliki Aeromicrobium, C39, dan hgcl clade dengan kelimpahan tertinggi. LUSI menunjukkan Novosphingobium dan Flavobacterium, sedangkan RMP memiliki HIMB11 dengan kelimpahan tertinggi. ASV yang overlapping hanya diamati antara MK dan LUSI. Diversitas beta menunjukkan perbedaan signifikan dalam komposisi komunitas mikroba antar lokasi, dengan LUSI dan RMP memiliki perbedaan paling besar.
Analisis GLLVM mengidentifikasi Chemical Oxygen Demand (COD) dan nitrate (NO3) sebagai prediktor utama struktur komunitas mikroba. Prediksi fungsional metagenomik menggunakan FAPROTAX mengungkapkan potensi metabolik tertinggi di LUSI. LUSI memiliki kemampuan signifikan untuk chemoheterotrophy dan oxygenic photoautotrophy, sementara MK menunjukkan potensi tinggi untuk fotosintesis dan aktivitas predatori atau eksoparasitik. RMP menonjol dalam potensi phototrophy.
Studi ini mengungkapkan struktur taksonomi dan potensi fungsional komunitas mikroba di estuari yang dipengaruhi oleh aktivitas manusia. Prediksi profil fungsional berdasarkan gen 16S rRNA menawarkan pendekatan yang hemat biaya dibandingkan metagenomik lengkap. Temuan ini memiliki implikasi penting untuk pemahaman ekologi mikroba dan aplikasi potensial dalam sistem bioelektrokimia (BES) untuk bioremediasi dan produksi biofuel. Parameter lingkungan seperti COD dan nitrat memainkan peran penting dalam dinamika komunitas mikroba di estuari ini.
Penulis: Muhammad Hilman Fu’adil Amin dan Nur Indradewi Oktavitri
Tulisan detail terkait artikel ini dapat dilihat dalam publikasi kami di https://doi.org/10.1016/j.envadv.2024.100537
baca juga: https://unair.ac.id/gagas-ide-restorasi-terumbu-karang-tim-reefstoration-lolos-pimnas/
