Produksi Plastik yang bersifat Biodegradable dengan Menggunakan Mikroorganisme

Penggunaan kantong plastik-berbahan dasar minyak bumi dewasa ini cukup diperketat penggunaannya, bahkan dilarang di beberapa negara, karena plastik sulit didegradasi. Degradasi plastik ditentukan oleh struktur dan morfologi bahan kimianya. Polietilen-plastik berbahan dasar minyak, karena bersifat sangat hidrofobis dan memiliki rantai karbon yng sangat panjang, sangat resisten untuk didegradasi. Pada kondisi normal, mineralisasi polimer ini terjadi lebih dari 100 tahun. Degradasi diawali dengan pemecahan secara fisik (melalui fotolisis, pirolisis), baru kemudian diurai secara enzimatis.4,6,10

Struktur material plastik yang dapat didegradasi, courtesy: wikipedia

Struktur material plastik berbahan dasar minyak bumi, polietilen, courtesy: chemheritage.org

Plastik yang dapat didegradasi secara biologi dapat dibentuk dari pati, selulosa, PLA (poli asam laktat), PHA (Polihidroksialkanoat).4. PHA adalah salah satu polimer yang dapat didegradasi secara biologi, merupakan senyawa poliester yang mengandung monomer asam hidroksialkanoat yang juga dapat disisntesis lagi secara biologi dari bahan-bahan limbah pati. PHA merupakan salah satu bahan dalam pembuatan plastik konvensional, kontainer kosmetik, bidang pengobatan digunakan sebagai plat tulang, struktur operasi, pengganti pembuluh darah, bidang industri farmasi dan makanan digunakan sebagai material yang dapat didegradasi yang dapat digunakan sebagai karier dalam obat dan hormon.9 Poli-(3-hidroksibutirat), P(3HB), merupakan bagian PHA yang memiliki sifat kristanilitas yang tinggi dan resistensi terhadap sinar UV yang lebih tinggi dibandingkan polimer biasa sehingga cocok digunakan untuk membuat plastik.

Konsep desain siklus pati dalam pembuatan, courtesy: Michigan Biotechnology Institute dalam Srirroth

Produksi PHA sudah dilakukan sejak lama dengan menggunakan teknik fisika dan kimia yaitu dengan mencampurkan pati dengan plasticizer seperti gliserol tetapi masih menghadapi kendala biaya yang tinggi. Alternatif terbaru adalah memproduksi PHA dengan bantuan mikroorganisme. Selain menghemat biaya, produksi PHA dengan menggunakan mikroorganisme juga dapat memanfaatkan limbah industri pertanian dan makanan, seperti molase gula, molase beet, limbah sisa produksi malt, wheat bran, tepung kentang, bungkil minyak wijen, bungkil minyak kacang, bubuk singkong, bubuk biji nangka, dan tepung jagung.8

Pembuatan plastik secara sederhana dapat dilakukan dengan menambahkan pati dengan air dipanaskan ada suhu 90⁰C selama 35 menit sambil terus diaduk, ditambahkan gliserol diaduk lagi selama lima menit, tuang ke dalam cetakkan dan panaskan pada suhu 60⁰C selam 24 jam.1,2,4

Proses sintesis PHA oleh mikroorganisme dapat terjadi sebagai berikut: 1) ada sebuah kondensasi dari dua molekul acetyl-coenzyme A (acetyl-CoA) menjadi acetoacetylCoA (dengan menggunakan enzim β-ketothiolase), 2) pengurangan acetoacetyl-CoA menjadi hydroxybutyryl-CoA (enzim bergantung pada NADPH-acetoacetyl-CoA reductase), 3) monomer hydroxybutyryl-CoA dipolimerisasi menjadi PHA (oleh enzim polimerisasi-PHA).9

Mikroorganisme mengakumulasi PHA di dalam sel tubuhnya sebagai sumber karbon atau energi, terutama ketika nutrisi esensial di lingkungan berkurang seperti nitrogen, fosfor, oksigen dan belerang. Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus stearothermophilus, Bacillus subtilis, Bacillus megaterium, dan Bacillus licheniformis, Ralstonia eutropha (akhir-akhir ini diberi nama Cupriavidus necator), rekombinan E. coli, recombinan E. coli dan Klebsiella aerogenes merupakan organisme yang mampu memproduksi PHA dari limbah pati. Bacillus merupakan mikroorganisme yang dapat membentuk spora, mudah disimpan dan dikembangbiakan, lebih toleran terhadap stress, jumlahnya melimpah di tanah dan air, dan tidak bersifat patogenik. 5,6,7

Meningkatkan produksi

Meningkatkan kemurnian/ hidrolisat substrat bahan mentah diketahui dapat meningkatkan produksi P(3HB). Penambahan masa inkubasi Bacillus megaterium BA-019 selam 12 jam dapat meningkatkan produksi PHB sebesar 61.6% (w/w sel kering). Dan penambahan hidrolisat pati sebesar 40% (v/v), setara dengan 4 g/L gula, juga diketahui dapat meningkatkan hasil P(3HB).6

 PUSTAKA

1.      Anggraini, Fetty. 2013. Aplikasi plastiizer gliserol pada pembuatan plastik biodegradable dari biji nangka. Skripsi. Jurusan kimia fakultas matematika dan ilmu pengetahuan alam. Universitas negeri semarang

2.      Bertuzzi, Maria Alejandra; Juan Carlos Gottifredi; Margarita Armada. 2012. Mechanical properties of a high amylose content corn  starch based film, gelatinized at low temperature. Braz. J. Food Technol Campinas, v. 15, n. 3, p. 219-227

3.      Darni Y., Herti U. dan Siti N.A. 2009. Peningkatan Hidrofobisitas dan Sifat Fisik Plastik Biodegradabel Pati Tapioka Dengan Penambahan Selulosa Residu Rumput Lauft Euchema spinossum. Seminar Hasil Penelitian dan Pengabdian Kepada Masyarakat. Lampung: Universitas Lampung dan Larotonda, Fabio D. S., Katia N. Matsui, Valdir Soldi, and Joao B. Laurindo. 2004. Biodegradable Films Made from Raw and Acetylated Cassava Starch. Brazilian Archieves of Biology and Technology Journal, 47(3): 477-484 dalam Anggraini, Fetty. 2013. Aplikasi plastiizer gliserol pada pembuatan plastik biodegradable dari biji nangka. Skripsi. Jurusan kimia fakultas matematika dan ilmu pengetahuan alam. Universitas negeri semarang

4.      Ezeoha , S. L. dan J. N. Ezenwanne. Production of Biodegradable Plastic Packaging Film from Cassava Starch. IOSR Journal of Engineering (IOSRJEN) Vol. 3, Issue 10

5.      Fonseca, G.G.; De Arruda-Caulkins, J.C. and Vasconcellos Antonio, R. 2008. Production and characterization of poly-(3-hydroxybutyrate) from recombinant Escherichia coli grown on cheap renewable carbon substrates. Waste Management & Research, vol. 26, no. 6, p. 546-552. [CrossRef] dalam Krueger, Christina L., Claudamir M. Radetski, Amanda G. Bendia, Ida M. Oliveira. Marcus A. Castro-Silva, Carlos R. Rambo, Regina V. Antonio, André O.S. Lima. 2012. Bioconversion of cassava starch by-product into Bacillus and related bacteria polyhydroxyalkanoates. Electron. J. Biotechnol. /vol15-issue3-fulltext-6

6.      Krueger, Christina L., Claudamir M. Radetski, Amanda G. Bendia, Ida M. Oliveira. Marcus A. Castro-Silva, Carlos R. Rambo, Regina V. Antonio, André O.S. Lima. 2012. Bioconversion of cassava starch by-product into Bacillus and related bacteria polyhydroxyalkanoates. Electron. J. Biotechnol. /vol15-issue3-fulltext-6

7.      Law, K.H.; Cheng, Y.C.; Leung, Y.C.; LO, W.H.; Chua, H. dan Yu, H.F. 2003. Construction of recombinant Bacillus subtilis strains for polyhydroxyalkanoates synthesis. Biochemical Engineering Journal, vol. 16, no. 2, p. 203-208. [CrossRef] dalam Krueger, Christina L., Claudamir M. Radetski, Amanda G. Bendia, Ida M. Oliveira. Marcus A. Castro-Silva, Carlos R. Rambo, Regina V. Antonio, André O.S. Lima. 2012. Bioconversion of cassava starch by-product into Bacillus and related bacteria polyhydroxyalkanoates. Electron. J. Biotechnol. /vol15-issue3-fulltext-6

8.      Mose, Bruno Robert dan Stephen Moffat Maranga. 2011. A Review on Starch Based Nanocomposites for Bioplastic Materials. Journal of Materials Science and Engineering B 1, 239-245 Formerly part of Journal of Materials Science and Engineering. 

9.      Reddy, C.S.K.; Ghai, R.; Rashmi, T. dan kalia, V.C. 2003. Polyhydroxyalkanoates: An overview. Bioresource Technology, vol. 87, no. 2, p. 137-146. [CrossRef] dalam Krueger, Christina L., Claudamir M. Radetski, Amanda G. Bendia, Ida M. Oliveira. Marcus A. Castro-Silva, Carlos R. Rambo, Regina V. Antonio, André O.S. Lima. 2012. Bioconversion of cassava starch by-product into Bacillus and related bacteria polyhydroxyalkanoates. Electron. J. Biotechnol. /vol15-issue3-fulltext-6

10.  Roddrigues da Luz, Jose Maria, Sirlaine Albino Paes, Denise Mara Soares Bazzolli, Marcos Rogerio Totola, Antonio Jacinto Demuner, Maria Catarina Megumi Kasuya. 2014. Abiotic and Biotic Degradation of Oxo-Biodegradable Plastic Bags by Plourotus ostreatus. Plos.org

11.  Michigan Biotechnology Institute. 1994. Dalam Sriroth, Klanarong; Rungsima Chollakup, Kuakoon Piyachomkwan, dan Christopher G. Oates. Diodegradable Plastics from Cassava Starch in Thailand. Department of Biotechnology, Kasetsart Unversity, Bangkok, Thailand

Wikipedia.com

Continue Reading

Komplikasi Diabetes dengan Infeksi Bakteri dan Cara Pencegahannya

Minuman fermentasi yogurt mengandung Lactobacillus yang sangat baik untuk penderita diabetes

. Courtesy: Gianni

Penderita diabetes melitus, bersamaan dengan pecandu alkohol, penyakit ginjal kronis, asplenia, dan beberapa penyakit ganas lain, rentan terhadap infeksi Streptococcus pneumoniae yang dapat mengarahkan ke pneumonia, meningitis purulen akut, bakteremia, dan infeksi invasif yang lain. Di seluruh dunia, lebih dari 5 juta anak meninggal setiap tahun akibat penyakit pneumococcal. Infeksi pneumococcal dapat terjadi sepanjang hidup, tetapi umumnya menyerang pada saat muda (<2 years) dan pada saat tua (>60 years).

Bakteri anaerob dapat menyerang penderita diabetes melitus, menyebabkan pelunakan jaringan dan komplikasi penyakit lain seperti sinusitis kronis, otitis media kronis, pneumonia, bronkiektasis, kolesistitis, atritis septik, osteomielitis, dekubitus ulcer.

Penderita diabetes, bersamaan dengan penderita limfoma dan leukemia, dan pasien yang sedang menjalani kemoterapi sitotoksik untuk kanker, juga mengalami pengurangan respon imunologi spesifik, kerusakan aktivitas fagosit, dan pelemahan penghalang epitel karenan kekurangan vitamin yang dapat mengakibatkan invasi lokal dan penyakit oleh organisme flora normal, yang dapat dijelaskan lebih spesifik sebagai berikut:

Infeksi lokal

Biasanya dikaitkan dengan selulitis di sekitar tukak, luka bernanah mungkin muncul pada tukak, organisme yang biasanya muncul bakteri kokus gram positif Staphylococcus aureus dan streptococci ß-hemolitik.

Perluasan Infeksi

Termasuk gejala infeksi dari infeksi secara lokal yang meluas, termasuk selulitis secara meluas, plantar abses, infeksi spasi-yang lebih dalam. Terapi antimikroba memerangi staphylococci, streptococci, anaerobes, dan spesies Enterobacteriaceae umum. Pasien yang tidak mengalami keracunan dapat diobati dengan terapi antimikroba. Pasien yang sakit dan mengalami keracunan sedang dapat diobati sebagaimana memiliki gejala infeksi yang berat dengan ciri-ciri pasien mungkin sakit atau keracunan kritis dan biasanya diobati dengan terapi parenteral sampai stabil, kemudian terapi oral. Seringnya yang menyerang terdiri atas banyak mikroorganisme (polimikrobial). Dirawat di rumah sakit dengan tingkat keparahan sedang, operasi awal, dan terapi antimikroba parenteral. Jika MRSA muncul atau menjadi dugaan, penambahan vancomycin atau linelized, mungkin dapat dipertimbangkan. Pilihan oral TMP-SMX plus metronidazole atau clindamycin, ciprofloxacin, linezolid. Pilihan parenteral cefoxitin, pertaman (cefazolin), kedua (cefuroxime), ketiga (ceftriaxone atau cefotaxime) generasi cephalosporin ditambah metronidazole. Kombinasi antibiotik beta-lactam dan penghambat beta-lactamase (piperacillu/tazobactam). Clyndamycin ditambah generasi ketiga cephalosporin (cefotaxime, cefriaxone atau ceftazidime). Carbapenem (imipenem/cilastatin, meropenem atau ertapenem).

Listeriosis

Orang yang menderita diabetes melitus tipe 1 juga lebih rentan terhadap listeriosis, yaitu suatu infeksi yang disebabkan oleh bakteri Listeria monocytogenes.4

Virus

Panereatitis dapat disebabkan oleh sejumlah virus. Cacar merupakan bentuk yang paling umum. Diabetes mellitus dikaitkan dengan infeksi enterovirus. Bakteria dapat menyebabkan radang pankreas, dengan flora campuran, jika ada kerusakan pada ampula vater, biasanya sudah pada tingkat yang ganas.5

Lesi yang Dalam

Staphylococcus aureus dapat menyebabkan berabagai efek infeksi pada jaringan yang dalam oleh penyebaran bakteri dari kulit yang mengalami lesi. Ini termasuk infeksi tulang, persendian, organ dalam, dan jaringan lunak, termasuk luka bedah. Lebih dari 90% kasus merupakan osteomielitis akut pada anak disebabkan oleh Staphylococcus aureus. Staphylococcal pneumonia umumnya kasus kedua dari beberapa sebab oleh paru-paru, seperti influenza, pernafasan, atau edema pulmonary. Pada titik yang lebih dalam tendensi yang sama diproduksi secara lokal, kerusakan kulit. Bakteri pada kulit tersebut sering mengkontaminasi secara kurang efektif, dan menyebar dengan berbagai lesi metastatik. Akbatnya bakteremia dan endokarditis dapat berkembang. Semua infeksi serius yang baru dapat terjadi. Semua situasi ini, diabetes, kerusakan leukosit,  atau pengurangan sistem kekebalan tubuh secara keseluruhan, oleh alkohol, keganasan, usia tua, atau steroid atau terapi sitotoksik dapat menjadi faktor tambahan.

Kronis Furunkulosis                        

Furunkulosis merupakan salah satu penyakit kulit yang sering menyerang anak-anak akibat infeksi. Furunkulosis dapat menimbulkan komlikasi yang fatal. Salah satunya adalah furunkel maligna yaitu furunkel yang timbul pada daerah segitiga yang dibatasi oleh bibir atas dan dan pinggir lateral kedua mata, olejh karena dapat meluas ke dalam intra kranial. Masalah lain yaitu bisa terjadi penyebaran bakteri yang lebih dalam atau luas sehingga bisa juga terjadi bakteremia.  Dan apabila higinitas penderita jelek, atau penderita diabetes melitus, furunkel menjadi sering kambuh.6

Osteomielitis

Penderita diabetes memiliki resiko yag kebih tinggi terjadinya luka dan infeksi pada kaki akibat infeksi Pseudomonas aeruginosa. Infeksi ini dapat masuk ke tulang menghasilkan osteomielitis. Penggunaan obat intravenus dapat meningkatkan resiko osteomielitis pada klivaka vertebrata. Perkembangan osteomielitis pada anak diawali dengan luka tusukan pada kaki.2

Otitis eksternal yang ganas

Sebuah infeksi Pseudomonas di kanal telinga eksternal ke tulang mastoid, terutama pada penderita diabetes usia lanjut.2

Pencegahan

Antibiotik merupakan alternatif tepat yang dapat digunakan sesuai petunjuk praktisi kesehatan seperti beberapa yang dianjurkan di atas.

sistem Imun kita memiliki beberapa cara untuk memerangi penyebaran mikroorganisme. Kebanyakan sel B dan sel T dan antibodi yang berperan yang bertujuan untuk menjaga agar badan tetap sehat. Beberapa sel mengorbankan dirinya untuk mencegah penyakit dan memelihara badan tetap sehat. Beberapa mikroba normal yang ada di tubuh kita juga membantu menghancurkan mikroba penyerang. Sebagai contoh, normal, bakteri baik, seperti lactobacillus di saluran pencernaan kita, membantu menghancurkan bakteri penyakit. Mekanisme perlindungan alami tubuh kita yang lain adalah bereaksi dengan infeksi termasuk demam dan batuk atau bersin.

Menjaga  kebersihan kaki merupakan cara lain yang dapat digunakan untuk mencegah infeksi pada kaki, melakukan aktifitas fisik, menjaga asupan nutrisi, dan berkonsultasi dengan ahli kesehatan merupakan cara lain untuk mengurangi dan mencegah infeksi. 5,7

Penelian yang dilakukan Dhabhar 2008 menyatakan bahwa stress dapat mengingkatkan hormon, glukokortikosoid, hormon pertumbuhan,  katekolamin,  glukagon yang dapat menaikan resistensi insulin di dalam darah. Oleh karena itu salah satu pencegahan dilakukan adalah dengan memenejemen stress.

Pustaka:

1. Dhabhar, Firdaus S. 2008. Enhancing versus Suppresive Effecs of Stress on Immune Function: Immplication for Immunoprotection versus Immunophatology. Allergy, Asthma, Clinical Immunology, Vol. 4, No. 1 (Spring), pp 2-11
2. Gladwin, Mark dan Bill Trattler. Clinical Microbial Make Ridiculously Simple. 3rd Edition 
3. Jay, James. 2000. Modern Food Microbiology Sixth Edition. AN ASPEN PUBLICATION® Aspen Publishers, Inc. Gaithersburg, Maryland 
4. M y i n t, Steven H., Simon Kilvington, Anthony Maggs, R. Andrew Swa n n. Medical Microbiology made memorable. University of Leicester Medical School, Leicester, UK 
5. Ozougwu, J. C., Obimba, K. C., Belonwu, C. D., dan Unakalamba, C. B. 2013. The pathogenesis and pathophysiology of type 1 and type 2 diabetes mellitus. Review.Journal of Physiology and Pathophysiology. academicsJournal
6.  Riwayataskep.blogspot.com/furunkulosis-penyakit-kulit-akibat-infeksi-kuman 
7.  Steyn, NP, J Mann, PH Bennett, N Temple, P Zimmet, J Tuomilehto, J Lindstro ¨m, dan A Louheranta. Diet, nutrition and the prevention of type 2 diabetes. Public Health Nutrition: 7(1A), 147–165. 
8.  Gianni, Kevin. 2011. Cultured Make Healthy Fermented Foods at Home. Renegade Health 2490 5th Street Berkeley, CA 94710 

Continue Reading