| dc.description.abstract | Kadmium merupakan salah satu unsur logam berat yang banyak mencemari
lingkungan dan membahayakan manusia. Berbagai penelitian telah melaporkan
bahwa bioremediasi merupakan metode yang efektif untuk mengurangi
pencemaran logam berat, termasuk kadmium, di lingkungan. Salah satu jenis
mikrob yang berpotensi menjadi agen bioremediasi cemaran kadmium adalah
khamir. Penelitian ini bertujuan untuk menyeleksi khamir yang memiliki
kemampuan toleran kadmium terbaik, mengkarakterisasi genomik khamir toleran
kadmium terbaik dan memprediksi mekanisme toleransi khamir toleran kadmium
terbaik berdasarkan data sekuen genom total.
Metode penelitian yang dilakukan meliputi kultivasi koleksi khamir
berpotensi toleran kadmium, uji toleransi khamir terhadap kadmium melalui spot
suspectibility assay, analisis kurva pertumbuhan khamir terpilih pada cekaman
kadmium, ekstraksi DNA genom khamir terpilih dan sekuensing DNA secara
Whole Genome Sequencing. Hasil dari tahap WGS diolah dengan analisis
bioinformatika meliputi pemeriksaan kualitas sekuen genom total, komparasi
genom menggunakan program OrthoVenn3 dan identifikasi klaster gen-gen
metabolisme sekunder dengan menggunakan program Anti—SMASH 7.0.
Penelitian juga dilanjutkan dengan studi literatur mengenai gen dan protein
fungsional yang terlibat dalam mekanisme toleransi khamir terhadap kadmium.
Berdasarkan hasil seleksi terhadap berbagai galur khamir diperoleh bahwa
Wickerhamomyces anomalus BT3, BT1, dan BT4 mampu mempertahankan
viabilitas sel paling baik pada waktu mendapatkan cekaman CdCl2 dibanding
dengan galur khamir lain yang diuji. Densitas koloni yang lebih konsisten pada W.
anomalus BT3 mengindikasikan bahwa tingkat toleransinya terhadap kadmium
lebih tinggi dibandingkan galur lainnya. Kurva pertumbuhan khamir W. anomalus
BT3 menunjukkan pola yang bergantung pada tingkat konsentrasi CdCl2 yang
diberikan dan terjadi penghambatan pertumbuhan pada jam ke 24 sampai jam ke
168 pada konsentrasi 400-1000 µM. Hasil analisis laju pertumbuhan juga
mengungkapkan bahwa W. anomalus BT3 mampu mempertahankan viabilitas sel
meskipun terpapar kadmium pada konsentrasi lebih besar dari 1000 µM, hasil ini
menunjukkan bahwa khamir ini sangat toleran terhadap kadmium.
Hasil pembacaan sekuen genom total W. anomalus BT3 menunjukkan bahwa
sekuensing yang dilakukan memiliki beberapa komponen kualitas yang baik. Hasil
pembacaan fragmen genom total W. anomalus BT3 menunjukkan bahwa ukuran
genomnya berkisar sebesar 14 Mbp dengan depth of coverage 50x, nilai N50
sebesar 6462, Q20 sebesar 98,14% dan Q30 sebesar 93,75%. Analisis komposisi
fungsional dari fitur genetik W. anomalus BT3 berdasarkan Clusters of Orthologous
Groups menunjukkan klaster yang relevan dalam mekanisme toleransi terhadap
logam berat yaitu mencakup klaster yang memiliki fungsi mekanisme pertahanan
(V), transportasi dan metabolisme ion anorganik (P), serta biosintesis, transportasi,
dan katabolisme metabolit sekunder (Q). Analisis komparatif genom menggunakan
OrthoVenn3 mengungkapkan bahwa terdapat 2.228 dari total 5.657 klaster gen
pada W. anomalus BT3 yang juga ditemukan pada 7 spesies lain yang memiliki
potensi toleran terhadap kadmium. W. anomalus BT3 juga tercatat mempunyai 825
klaster gen yang telah terekspansi dan 22 gen yang terkontraksi. Hasil analisis ini
menunjukkan bahwa W. anomalus BT3 memiliki gen terekspansi paling banyak
dari 7 spesies pembanding, sehingga diprediksi menempati posisi tertinggi dalam
hal laju diversifikasi genetik. Identifikasi klaster gen-gen metabolisme sekunder
dengan menggunakan program Anti—SMASH 7.0 terhadap genom W. anomalus
BT3, mengungkapkan bahwa terdapat satu lintasan biosintesis metabolit sekunder,
yaitu lintasan terpene. Berdasarkan hasil identifikasi gen fungsional yang terdektesi
dari litasan tersebut, dapat diperkirakan bahwa mekanisme toleransi kadmium pada
W. anomalus BT3 melibatkan beberapa strategi, yaitu biosintesis ergosterol untuk
kekuatan membran sel, dan agen antioksidan yang berguna dalam menghadapi
stress logam berat, membantu mempertahankan homeostasis zat besi dan
menyalurkan siderofor yang menjadi agen pengikat logam berat, mengeluarkan
senyawa xenobiotik, termasuk kadmium dari dalam sel, menjaga protein penyusun
sel dari cekaman kadmium. Kombinasi dari mekanisme-mekanisme ini diduga
berkontribusi secara sinergis terhadap kemampuan W. anomalus BT3 dalam
menghadapi stres akibat paparan logam berat kadmium.
Penelitian ini berhasil menyeleksi W. anomalus BT3 sebagai kandidat dengan
toleransi terbaik terhadap cekaman kadmium dari 10 galur khamir lainnya.
Karakterisasi genom terpilih melalui WGS berhasil memetakan genom berkualitas
tinggi sebesar 14 Mbp. Berdasarkan analisis genom yang dilakukan, mekanisme
toleransi kadmium pada W. anomalus BT3 diprediksi melibatkan beberapa strategi
kunci yaitu memperkuat membran sel, mengikat logam berat, pengeluaran aktif
kadmium dari dalam sel, serta perlindungan protein dari kerusakan akibat stres
logam berat. Jumlah gen terekspansi yang tinggi pada galur ini juga menunjukkan
laju diversifikasi genetik yang unggul. W. anomalus BT3 terbukti memiliki potensi
besar untuk dikembangkan lebih lanjut sebagai agen bioremediasi yang efektif
untuk mengatasi pencemaran kadmium di lingkungan. | |
