Perpustakaan Digital ITB

Polystyrene merupakan salah satu limbah plastik yang berkontribusi terhadap gangguan ekosistem. Larva Tenebrio molitor mampu mengkonsumsi polystyrene sebagai sumber makanan dengan waktu penguraian kurang dari 24 jam. Proses biodegradasi ini sangat bergantung pada aktivitas mikrobioma usus larva yang berperan penting dalam menguraikan polystyrene dalam usus larva. Namun, proses biodegradasi ini belum sepenuhnya dipahami karena kompleksnya mikrobioma usus dan sulitnya menumbuhkan mikroba terkait dengan metode konvensional. Untuk mengatasi tantangan ini, analisis shotgun metagenomic digunakan untuk mengidentifikasi keragaman spesies dan jalur metabolik yang terlibat, sementara studi metabolomik diperlukan untuk mengevaluasi hasil penguraian polystyrene. Penelitian ini merupakan yang pertama mengintegrasikan pendekatan shotgun metagenomic dan metabolomik untuk mengungkap mekanisme biodegradasi polystyrene oleh mikrobioma usus T. molitor. Penelitian ini bertujuan untuk (1) Mengidentifikasi spesies bakteri yang memiliki potensi degradasi polystyrene dari mikrobioma usus larva T. molitor menggunakan pendekatan shotgun metagenomic. (2) Mengidentifikasi gen fungsional yang terlibat dalam proses degradasi polystyrene melalui analisis shotgun metagenomic. (3) Mengidentifikasi dan menganalisis profil metabolit yang dihasilkan dari penguraian polystyrene oleh konsorsium mikrobioma usus T. molitor menggunakan pendekatan metabolomik. Penelitian ini terdiri atas dua tahap. Tahap pertama menggunakan pendekatan shotgun metagenomic untuk mengevaluasi keragaman spesies dan enzim mikrobioma usus T. molitor yang diberi tiga jenis diet yaitu polystyrene foam, kombinasi polystyrene foam dan dedak padi, serta dedak padi selama 28 hari. Berat larva, feses, dan perubahan berat polystyrene dicatat setiap 4 hari. DNA metagenom usus larva dianalisis dengan sistem Illumina NovaSeq dan dengan analisis bioinformatika meliputi evaluasi, perakitan, pencocokan, dan pemetaan taksonomi serta gen fungsional. Proses degradasi polystyrene dikonfirmasi melalui Fourier Transform Infrared Spectroscopy dan Gas Chromatography–Mass Spectrometry pada feses hari ke-28. Tahap kedua bertujuan mengidentifikasi profil metabolit penguraian polystyrene. Larva diadaptasi dengan polystyrene selama tujuh hari. Suspensi usus ditambahkan ke media cair Bushnell Haas dan Nutrient Broth yang mengandung serbuk, film, atau emulsi polystyrene. Berat polystyrene dan metabolit dianalisis setiap 4 hari, dan perubahan morfologi film dikonfirmasi menggunakan Scanning Electron Microscope. Hasil penelitian tahap satu menunjukkan larva T. molitor mampu mereduksi polystyrene yang meningkat seiring waktu. Diet dedak padi memberikan kelangsungan hidup 100%, sementara diet polystyrene menurunkannya menjadi 89,33%; penambahan dedak padi secara signifikan meningkatkan kelangsungan hidup hingga 96,66% dan berat badan. Analisis mikrobioma usus menunjukkan dominasi Proteobacteria 53%, dengan peningkatan Tenericutes pada diet polystyrene. Diet polystyrene menunjukkan genus spesifik yang lebih tinggi seperti Oceanobacter dan Marinomonas. Profil gen fungsional mikrobioma pada diet polystyrene juga menunjukkan enzim potensial degradasi polystyrene yaitu monooxygenase yang ditemukan paling banyak di mikrobioma usus larva T. molitor diet polystyrene dan dedak padi. Hasil Fourier Transform Infrared Spectroscopy dan gas chromatography-mass spectrophmetry memperkuat bukti terjadinya degradasi polystyrene melalui perubahan gugus fungsi dan deteksi senyawa metabolit lactate dan benzoic acid yang merupakan produk akhir jalur metabolisme styrene. Hasil penelitian tahap dua analisis biodegradasi polystyrene oleh mikrobioma usus T. molitor dalam media cair Bushnell Haas dan Nutrient Broth berhasil mengidentifikasi metabolit, dan mengevaluasi pengaruh media kultur. Tingkat degradasi polystyrene bervariasi antar media, dengan Nutrient Broth menunjukkan efektivitas lebih tinggi. Reduksi berat di media Nutrient Broth 9,323% dibandingkan Bushnell Haas 2,690%. Analisis Scanning Electron Microscopy mengkonfirmasi perubahan morfologi berupa lubang dan kawah pada permukaan film polystyrene yang diinkubasi dengan kultur mix mikrobioma usus larva T. molitor. Selama 28 hari inkubasi, etylene glycol buthyl eter dan propylen glycol menjadi metabolit dominan. Hasil penelitian ini memberikan luaran yang sangat penting bagi pengembangan biodegradasi polystyrene oleh mikrobioma usus T. molitor, dengan memperluas pemahaman tentang mikrobioma usus larva dalam proses biodegradasi polystyrene serta mengungkap potensi spesies bakteri dan enzim yang berperan dalam mekanisme biodegradasi, serta memberikan wawasan baru tentang metabolisme polystyrene, termasuk senyawa metabolit yang terbentuk selama proses degradasi.