Pencemaran merkuri merupakan salah satu krisis alam sekitar yang paling serius di dunia, terutamanya di kawasan bekas tapak pelupusan nuklear dan lombong emas. Logam berat ini bersifat neurotoksik dan boleh terkumpul dalam rantai makanan, menyebabkan kerosakan sistem saraf, buah pinggang, dan perkembangan janin. Selama beberapa dekad, saintis menganggap bahawa kepekatan merkuri yang tinggi di dalam tanah dan air adalah mustahil untuk ditoleransi oleh sebarang bentuk kehidupan. Namun, penemuan terbaharu oleh pasukan penyelidik dari Universiti Tennessee telah mematahkan anggapan tersebut.
Penemuan Bakteria Pemakan Merkuri di Tapak Pelupusan Nuklear
Kajian yang diterbitkan dalam Journal of Hazardous Materials pada awal tahun 2024 ini melibatkan pensampelan tanah dan air bawah tanah di kawasan bekas loji pemprosesan nuklear di Oak Ridge, Tennessee, Amerika Syarikat. Kawasan ini telah tercemar dengan merkuri pada kepekatan mencecah 500 ppm (bahagian per juta), iaitu lebih 10,000 kali ganda had selamat untuk manusia. Pasukan penyelidik yang diketuai oleh Dr. Sarah Mitchell menggunakan teknik metagenomik dan kultur bergantung untuk mengasingkan mikroorganisma yang hidup subur dalam persekitaran toksik ini.
Hasilnya mengejutkan: mereka menemui dua strain bakteria utama, iaitu Pseudomonas aeruginosa strain OR-1 dan Bacillus subtilis strain OR-2, yang bukan sahaja mampu bertahan dalam kepekatan merkuri yang mematikan, malah secara aktif memetabolismekan logam tersebut. Melalui analisis genetik, didapati bahawa bakteria ini memiliki gen merA dan merB yang mengekod enzim reduktase merkuri dan liase organomerkuri. Enzim-enzim ini membolehkan bakteria menukarkan ion merkuri (Hg2+) yang sangat toksik kepada bentuk unsur (Hg0) yang kurang toksik dan mudah meruap, lalu melepaskannya ke atmosfera.
Mekanisme Biokimia yang Mencabar Teori Klasik
Teori klasik dalam toksikologi menyatakan bahawa logam berat seperti merkuri akan merosakkan protein dan DNA sel melalui pengikatan dengan kumpulan tiol. Namun, bakteria yang ditemui ini mempunyai mekanisme pertahanan yang luar biasa. Pertama, dinding sel mereka diubah suai dengan kehadiran protein pengikat logam yang dipanggil metallothionein, yang bertindak sebagai span untuk menyerap ion merkuri sebelum ia sempat merosakkan komponen sel. Kedua, sistem efflux aktif mengepam keluar merkuri yang telah dinyahaktifkan. Ketiga, enzim reduktase merkuri menggunakan NADPH sebagai kofaktor untuk menurunkan Hg2+ kepada Hg0 dalam satu langkah redoks yang cekap.
Kajian lanjut menggunakan mikroskop elektron transmisi (TEM) menunjukkan bahawa bakteria ini membentuk agregat nanopartikel merkuri di permukaan sel mereka. Ini adalah strategi unik untuk mengasingkan logam toksik daripada sitoplasma. Menariknya, proses ini berlaku dalam keadaan anaerobik, iaitu tanpa kehadiran oksigen, yang membayangkan bahawa bakteria ini menggunakan merkuri sebagai penerima elektron alternatif dalam rantai respirasi mereka. Fenomena ini dikenali sebagai 'dissimilatory metal reduction' dan sebelum ini hanya diketahui untuk logam seperti besi dan mangan.
Implikasi untuk Bioremediasi dan Kesihatan Manusia
Penemuan ini membuka peluang besar dalam bidang bioremediasi, iaitu penggunaan organisma hidup untuk membersihkan pencemaran. Kaedah konvensional untuk merawat tanah dan air yang tercemar merkuri seperti penggalian dan pembakaran adalah mahal dan berisiko tinggi. Sebaliknya, inokulasi bakteria pemakan merkuri ini ke tapak tercemar boleh menawarkan alternatif yang lebih murah, selamat, dan mesra alam. Pasukan penyelidik kini sedang menguji keupayaan strain ini dalam bioreaktor skala makmal dan mendapati bahawa mereka mampu mengurangkan kepekatan merkuri sebanyak 95% dalam tempoh 72 jam.
Selain itu, penemuan ini juga memberi perspektif baru dalam memahami evolusi kehidupan di Bumi. Keupayaan bakteria untuk menyesuaikan diri dengan persekitaran ekstrem yang dicipta oleh aktiviti manusia menunjukkan bahawa kehidupan mempunyai daya tahan yang luar biasa. Ini juga relevan untuk astrobiologi, kerana planet-planet seperti Marikh mungkin mempunyai persekitaran yang kaya dengan logam berat, dan mikroorganisma sebegini boleh menjadi model untuk mencari kehidupan di luar Bumi.
Cabaran dan Hala Tuju Penyelidikan Masa Depan
Walaupun penemuan ini sangat menjanjikan, masih terdapat beberapa cabaran yang perlu diatasi. Pertama, proses penyejatan merkuri unsur (Hg0) oleh bakteria boleh menyebabkan pencemaran udara jika tidak dikawal dengan baik. Oleh itu, sistem bioremediasi perlu dilengkapi dengan penapis karbon atau pemeluwap untuk menangkap wap merkuri. Kedua, strain bakteria ini mungkin tidak dapat bertahan dalam persekitaran dengan pH atau suhu yang melampau. Penyelidik kini sedang berusaha untuk merekayasa genetik strain ini agar lebih tahan lasak dan cekap.
Kajian lanjut juga diperlukan untuk memahami kesan jangka panjang pelepasan Hg0 ke atmosfera. Walaupun Hg0 kurang toksik berbanding Hg2+, ia masih boleh tersebar jauh dan bertukar kembali kepada bentuk toksik melalui proses pengoksidaan. Oleh itu, pendekatan bioremediasi yang ideal harus menggabungkan bakteria ini dengan teknologi penjerapan atau pengasingan fizikal yang lain.
Kesimpulan
Penemuan bakteria pemakan merkuri di tapak pelupusan nuklear ini merupakan satu kejutan saintifik yang mencabar pemahaman kita tentang had ketoksikan logam berat. Ia membuktikan bahawa kehidupan mampu beradaptasi dengan persekitaran yang paling ekstrem sekalipun, termasuk yang tercemar oleh aktiviti perindustrian manusia. Dengan potensi besar dalam bioremediasi, penemuan ini bukan sahaja menawarkan harapan baru untuk membersihkan warisan pencemaran toksik, malah membuka pintu kepada inovasi dalam bidang bioteknologi alam sekitar. Kajian ini mengingatkan kita bahawa alam semula jadi sering menyimpan rahsia yang menunggu untuk ditemui, dan kadang-kadang, penyelesaian kepada masalah kita sudah wujud dalam bentuk mikroorganisma yang paling kecil.
Bakteria Pemakan Merkuri: Penemuan Mencabar Teori Ketoksikan Logam Berat. Kajian terbaharu yang diterbitkan dalam Journal of Hazardous Materials mendedahkan penemuan bakteria yang mampu hidup dan memetabolismekan merkuri toksik di tapak pelupusan nuklear. Penyelidik dari Universiti Tennessee berjaya mengasingkan strain Pseudomonas dan Bacillus yang boleh mengurangkan ion merkuri (Hg2+) kepada bentuk unsur (Hg0) yang kurang toksik. Penemuan ini mencabar teori klasik tentang had ketoksikan logam berat dan membuka potensi besar dalam bioremediasi alam sekitar.. Pencemaran merkuri merupakan salah satu krisis alam sekitar yang paling serius di dunia, terutamanya di kawasan bekas tapak pelupusan nuklear dan lombong emas. Logam berat ini bersifat neurotoksik dan boleh terkumpul dalam rantai makanan, menyebabkan kerosakan sistem saraf, buah pinggang, dan perkembangan janin. Selama beberapa dekad, saintis menganggap bahawa kepekatan merkuri yang tinggi di dalam tanah dan air adalah mustahil untuk ditoleransi oleh sebarang bentuk kehidupan. Namun, penemuan terbaharu oleh pasukan penyelidik dari Universiti Tennessee telah mematahkan anggapan tersebut.
Penemuan Bakteria Pemakan Merkuri di Tapak Pelupusan Nuklear
Kajian yang diterbitkan dalam Journal of Hazardous Materials pada awal tahun 2024 ini melibatkan pensampelan tanah dan air bawah tanah di kawasan bekas loji pemprosesan nuklear di Oak Ridge, Tennessee, Amerika Syarikat. Kawasan ini telah tercemar dengan merkuri pada kepekatan mencecah 500 ppm bahagian per juta , iaitu lebih 10,000 kali ganda had selamat untuk manusia. Pasukan penyelidik yang diketuai oleh Dr. Sarah Mitchell menggunakan teknik metagenomik dan kultur bergantung untuk mengasingkan mikroorganisma yang hidup subur dalam persekitaran toksik ini.
Hasilnya mengejutkan: mereka menemui dua strain bakteria utama, iaitu Pseudomonas aeruginosa strain OR-1 dan Bacillus subtilis strain OR-2, yang bukan sahaja mampu bertahan dalam kepekatan merkuri yang mematikan, malah secara aktif memetabolismekan logam tersebut. Melalui analisis genetik, didapati bahawa bakteria ini memiliki gen merA dan merB yang mengekod enzim reduktase merkuri dan liase organomerkuri. Enzim-enzim ini membolehkan bakteria menukarkan ion merkuri Hg2+ yang sangat toksik kepada bentuk unsur Hg0 yang kurang toksik dan mudah meruap, lalu melepaskannya ke atmosfera.
Mekanisme Biokimia yang Mencabar Teori Klasik
Teori klasik dalam toksikologi menyatakan bahawa logam berat seperti merkuri akan merosakkan protein dan DNA sel melalui pengikatan dengan kumpulan tiol. Namun, bakteria yang ditemui ini mempunyai mekanisme pertahanan yang luar biasa. Pertama, dinding sel mereka diubah suai dengan kehadiran protein pengikat logam yang dipanggil metallothionein, yang bertindak sebagai span untuk menyerap ion merkuri sebelum ia sempat merosakkan komponen sel. Kedua, sistem efflux aktif mengepam keluar merkuri yang telah dinyahaktifkan. Ketiga, enzim reduktase merkuri menggunakan NADPH sebagai kofaktor untuk menurunkan Hg2+ kepada Hg0 dalam satu langkah redoks yang cekap.
Kajian lanjut menggunakan mikroskop elektron transmisi TEM menunjukkan bahawa bakteria ini membentuk agregat nanopartikel merkuri di permukaan sel mereka. Ini adalah strategi unik untuk mengasingkan logam toksik daripada sitoplasma. Menariknya, proses ini berlaku dalam keadaan anaerobik, iaitu tanpa kehadiran oksigen, yang membayangkan bahawa bakteria ini menggunakan merkuri sebagai penerima elektron alternatif dalam rantai respirasi mereka. Fenomena ini dikenali sebagai 'dissimilatory metal reduction' dan sebelum ini hanya diketahui untuk logam seperti besi dan mangan.
Implikasi untuk Bioremediasi dan Kesihatan Manusia
Penemuan ini membuka peluang besar dalam bidang bioremediasi, iaitu penggunaan organisma hidup untuk membersihkan pencemaran. Kaedah konvensional untuk merawat tanah dan air yang tercemar merkuri seperti penggalian dan pembakaran adalah mahal dan berisiko tinggi. Sebaliknya, inokulasi bakteria pemakan merkuri ini ke tapak tercemar boleh menawarkan alternatif yang lebih murah, selamat, dan mesra alam. Pasukan penyelidik kini sedang menguji keupayaan strain ini dalam bioreaktor skala makmal dan mendapati bahawa mereka mampu mengurangkan kepekatan merkuri sebanyak 95% dalam tempoh 72 jam.
Selain itu, penemuan ini juga memberi perspektif baru dalam memahami evolusi kehidupan di Bumi. Keupayaan bakteria untuk menyesuaikan diri dengan persekitaran ekstrem yang dicipta oleh aktiviti manusia menunjukkan bahawa kehidupan mempunyai daya tahan yang luar biasa. Ini juga relevan untuk astrobiologi, kerana planet-planet seperti Marikh mungkin mempunyai persekitaran yang kaya dengan logam berat, dan mikroorganisma sebegini boleh menjadi model untuk mencari kehidupan di luar Bumi.
Cabaran dan Hala Tuju Penyelidikan Masa Depan
Walaupun penemuan ini sangat menjanjikan, masih terdapat beberapa cabaran yang perlu diatasi. Pertama, proses penyejatan merkuri unsur Hg0 oleh bakteria boleh menyebabkan pencemaran udara jika tidak dikawal dengan baik. Oleh itu, sistem bioremediasi perlu dilengkapi dengan penapis karbon atau pemeluwap untuk menangkap wap merkuri. Kedua, strain bakteria ini mungkin tidak dapat bertahan dalam persekitaran dengan pH atau suhu yang melampau. Penyelidik kini sedang berusaha untuk merekayasa genetik strain ini agar lebih tahan lasak dan cekap.
Kajian lanjut juga diperlukan untuk memahami kesan jangka panjang pelepasan Hg0 ke atmosfera. Walaupun Hg0 kurang toksik berbanding Hg2+, ia masih boleh tersebar jauh dan bertukar kembali kepada bentuk toksik melalui proses pengoksidaan. Oleh itu, pendekatan bioremediasi yang ideal harus menggabungkan bakteria ini dengan teknologi penjerapan atau pengasingan fizikal yang lain.
Kesimpulan
Penemuan bakteria pemakan merkuri di tapak pelupusan nuklear ini merupakan satu kejutan saintifik yang mencabar pemahaman kita tentang had ketoksikan logam berat. Ia membuktikan bahawa kehidupan mampu beradaptasi dengan persekitaran yang paling ekstrem sekalipun, termasuk yang tercemar oleh aktiviti perindustrian manusia. Dengan potensi besar dalam bioremediasi, penemuan ini bukan sahaja menawarkan harapan baru untuk membersihkan warisan pencemaran toksik, malah membuka pintu kepada inovasi dalam bidang bioteknologi alam sekitar. Kajian ini mengingatkan kita bahawa alam semula jadi sering menyimpan rahsia yang menunggu untuk ditemui, dan kadang-kadang, penyelesaian kepada masalah kita sudah wujud dalam bentuk mikroorganisma yang paling kecil.