Geotalea uraniireducens adalah bakteri yang sering ditemukan di lingkungan yang tercemar uranium. Bakteri ini memainkan peran penting dalam strategi bioremediasi, yaitu proses pengurangan atau perbaikan kualitas lingkungan yang tercemar dengan mengubah bentuk uranium yang larut (uranium heksavalen/U(VI)) menjadi bentuk yang kurang larut (misalnya, uranium tetravalen/U(IV)). Proses pengurangan uranium ini terjadi terutama di luar sel bakteri, namun ada laporan yang menunjukkan bahwa proses penting juga terjadi di periplasma, bagian antara membran luar dan membran dalam sel bakteri. Dalam proses ini, cytochrome periplasmik triheme, yaitu protein yang mengandung tiga gugus heme, berperan besar baik dalam memastikan adanya antarmuka yang efektif antara bagian dalam dan luar sel, maupun dalam reduksi langsung logam seperti uranium. Oleh karena itu, pemahaman terhadap mekanisme fungsional dari cytochrome triheme yang sangat melimpah pada G. uraniireducens sangat penting untuk mengungkap jalur pernapasan (respirasi) dalam bakteri ini.
Dalam artikel ini, kami akan mengkaji karakterisasi fungsional mendalam dari cytochrome triheme PpcA dan PpcB yang ditemukan dalam G. uraniireducens, menggunakan teknik spektroskopi NMR (Nuclear Magnetic Resonance) dan spektroskopi tampak (visible spectroscopy). Cytochrome ini berbagi kesamaan identitas urutan asam amino dan homologi struktur yang tinggi dengan cytochrome dari Geobacter sulfurreducens, bakteri lain yang juga berperan dalam proses bioremediasi. Namun, meskipun memiliki kesamaan tersebut, penelitian ini menemukan bahwa potensi reduksi heme pada G. uraniireducens lebih kecil negatifnya dibandingkan dengan heme yang ada pada G. sulfurreducens. Selain itu, urutan oksidasi dari gugus heme juga berbeda, dan jaringan interaksi redoks serta redoks-Bohr menunjukkan mekanisme fungsional yang belum pernah ditemukan sebelumnya pada cytochrome G. uraniireducens. Dalam cytochrome ini, nilai potensi reduksi dari tiga gugus heme sangat mirip satu sama lain, yang mengakibatkan rentang nilai yang lebih sempit, sehingga memfasilitasi aliran elektron yang terarah dari membran dalam, dan dengan demikian mengoptimalkan proses reduksi uranium.
Proses bioremediasi uranium oleh G. uraniireducens berfokus pada pengurangan U(VI), bentuk uranium yang sangat larut dan dapat mencemari lingkungan. U(VI) berpotensi meracuni ekosistem dan mencemari air tanah. Dengan mengubahnya menjadi bentuk yang lebih tidak larut, yaitu U(IV), bakteri ini mencegah penyebaran lebih lanjut dari elemen berbahaya tersebut ke lingkungan. Reaksi pengurangan ini sangat penting dalam konteks bioremediasi tanah dan air yang tercemar uranium, karena U(IV) tidak larut dalam air dan cenderung mengendap, sehingga mengurangi bioavailabilitas dan potensi toksisitasnya.
Dalam G. uraniireducens, proses ini dimulai dengan elektron yang mengalir dari membran dalam bakteri, melibatkan protein-protein pembawa elektron seperti cytochrome triheme. Proses transfer elektron ini difasilitasi oleh cytochrome periplasmik yang berperan dalam mentransfer elektron dari membran dalam ke lingkungan eksternal bakteri, di mana reduksi uranium terjadi. Cytochrome PpcA dan PpcB, yang sangat melimpah di dalam G. uraniireducens, berperan penting dalam proses ini. Melalui interaksi mereka dengan molekul-molekul elektron, kedua cytochrome ini membantu memastikan bahwa aliran elektron berjalan dengan efisien, sehingga memungkinkan reduksi uranium yang lebih baik.
Cytochrome PpcA dan PpcB adalah protein yang mengandung tiga gugus heme dalam satu molekul, yang memungkinkan mereka untuk mengikat dan mentransfer elektron dalam proses reduksi logam. Penelitian yang dilakukan untuk memahami mekanisme fungsional kedua cytochrome ini menggunakan teknik spektroskopi NMR dan tampak. Teknik-teknik ini memberikan wawasan tentang bagaimana struktur dan interaksi molekul-molekul di dalam cytochrome mempengaruhi fungsinya dalam proses pengurangan uranium.
Meskipun PpcA dan PpcB memiliki kesamaan struktural dan urutan asam amino yang tinggi dengan cytochrome dari G. sulfurreducens, perbedaan dalam potensi reduksi heme yang ditemukan di G. uraniireducens sangat menarik. Potensi reduksi heme yang lebih kecil negatifnya menunjukkan bahwa cytochrome G. uraniireducens lebih efisien dalam mentransfer elektron pada kondisi tertentu. Selain itu, urutan oksidasi heme yang berbeda menunjukkan bahwa aliran elektron di dalam cytochrome ini dapat terjadi dalam urutan yang lebih terarah, yang mungkin membantu proses pengurangan uranium yang lebih optimal.
Keunikan lainnya adalah bahwa ketiga heme dalam PpcA dan PpcB memiliki nilai potensi reduksi yang sangat mirip, yang menyebabkan rentang nilai potensi reduksi lebih sempit dibandingkan dengan cytochrome pada G. sulfurreducens. Hal ini memfasilitasi aliran elektron yang lebih terarah dan efisien, yang pada akhirnya meningkatkan kemampuan G. uraniireducens dalam mengurangi uranium. Dengan kata lain, G. uraniireducens dapat melakukan proses bioremediasi dengan lebih efektif, mengubah uranium yang larut menjadi bentuk yang lebih stabil dan tidak berbahaya.
Cytochrome triheme PpcA dan PpcB dalam G. uraniireducens memegang peranan kunci dalam proses bioremediasi uranium. Sebagai pembawa elektron, kedua cytochrome ini memastikan bahwa elektron dapat mengalir dengan efisien dari membran dalam ke periplasma, di mana reduksi uranium berlangsung. Keunikan cytochrome PpcA dan PpcB terletak pada struktur dan mekanisme redoks mereka yang memungkinkan proses ini berjalan lebih efisien. Dalam konteks ini, penting untuk mencatat bahwa kemampuan G. uraniireducens untuk mengurangi uranium dan mengurangi dampaknya terhadap lingkungan sangat bergantung pada kemampuan cytochrome triheme ini untuk mentransfer elektron dengan efektif.
Bakteri seperti G. uraniireducens sangat penting dalam pengelolaan lingkungan yang tercemar uranium, terutama di lokasi-lokasi yang terkontaminasi oleh limbah industri atau bahan nuklir. Dengan memanfaatkan bakteri ini, kita dapat mengurangi potensi kerusakan jangka panjang akibat kontaminasi uranium. Pengetahuan lebih lanjut tentang mekanisme fungsional cytochrome triheme dalam G. uraniireducens memberikan wawasan berharga yang dapat digunakan untuk mengembangkan metode bioremediasi yang lebih efektif di masa depan.
Sumber:
Leave a Reply