Selulosa merupakan polimer karbohidrat yang paling melimpah di bumi.
Selulosa banyak terdapat pada tanaman dan material humis yang berikatan dengan polimer lain seperti hemoselulosa dan lignin (Ljungdahl and Erickson, 1985 dalam Zhou et al., 2007). Selulosa yang berikatan dengan lignin dan hemiselulosa membentuk lignoselulosa (Hector et al., 2009). Biomassa lignoselulosa dapat dimanfaatkan untuk memproduksi alkohol, suatu energi alternatif yang sangat potensial untuk mensubtitusi bahan bakar minyak (BBM). Proses pembuatan alkohol dari biomassa (bioetanol) terdiri dari dua tahap utama, yaitu hidrolisis selulosa dalam lignoselulosa untuk memproduksi gula sederhana, dan fermentasi gula sederhana menjadi bioetanol (Sun and Cheng, 2001).
Joseph Rich, kepala USDA Bioproducts and Biocatalysis Research Unit di Peoria, Amerika Serikat, menyatakan bahwa industri bioetanol membutuhkan mikroorganisme yang mampu memproduksi etanol kualitas tinggi dalam fermentasi skala besar dan dapat mempertahankan pentosa dan heksosa dari material lignoselulosa secara mekanik, enzimatik, dan melalui perlakuan kimia (Hector et al., 2009). Mikroorganisme yang digunakan untuk mendegradasi lignoselulosa menjadi monosakarida ialah mikroorganisme yang mampu mensintesis cellulase (Akhtar et al., 2001). Beberapa mikroorganisme pensintesis cellulase yang digunakan dalam skala industri antara lain Bacillus subtilis, Thermomonospora fusca, Streptomyces lividans (Ghangas and Wilson, 1987) dan Streptococcus bovis (Ekinci, 2001).
Cellulase ialah suatu kelompok enzim yang menghidrolisis ikatan β-1,4 selulosa (Zhou et al.,2007). Degradasi selulosa yang dimediasi secara biologis membutuhkan beberapa tipe fungsi cellulase, yang terdiri dari endoglucanase (EC 3.2.1.4), exoglucanase (EC 3.2.1.91), dan β-glucosidase (EC 3.2.1.21) (Breznak and Brune, 1994 dalam Zhou et al., 2007). Ditinjau dari segi biokimia, cellulase yang dihasilkan keempat bakteri tersebut di atas termasuk dalam tipe endoglucanase. Endoglucanase mampu mendegradasi material lignoselulosa dengan cara memutus interaksi nonkovalen yang terdapat pada struktur kristal cellulosa (Wikipedia, 2009).
Peningkatan produksi cellulase dapat dilakukan melalui kloning gen cellulase (cellulase) pada mikroorganisme tertentu. Cellulase yang dihasilkan kemudian dapat digunakan untuk mendegradasi sejumlah besar biomassa selulosa; teknik ini banyak digunakan dalam produksi etanol (Muthukrishnan, 2007). Secara khusus, kloning cellulase dari bakteri B.subtilis pada E.coli dapat digunakan untuk meningkatkan produksi etanol dari monosakarida hasil degaradasi lignoselulosa.
B.subtilis sebagai salah satu mikroorganisme sumber gen cellulase merupakan bakteri Gram positif yang telah digunakan secara luas sebagai organisme model untuk rekayasa genetika. Kedudukan B.subtilis sebagai organisme model hampir setara dengan E.coli yang berperan sebagai organisme model bakteri Gram negatif (Wikipedia, 2008). Oleh karena itu, informasi genetis B.subtilis mudah diperoleh dari berbagai sumber referensi.
Secara genetis, perangkat dan proses replikasi B.subtilis memiliki kemiripan dengan E.coli dalam hal promotor inisiasi, elongasi dan terminasi (Wikipedia, 2008). Beberapa keuntungan penggunaan B.subtilis ialah bakteri ini bersifat nonpatogen terhadap manusia, sehingga aman digunakan; dan mudah dibiakan dalam media NA dan NB (The Lab Rat, 2005). Kloning cellulase dalam E.coli diperlukan untuk mendapatkan stok produk cellulase dalam jumlah yang memadai.
DAFTAR PUSTAKA
Ekinci, Mehmet Sait. 2001. Expression of a Fungal Cellulase Gene by β-glucanase Promoter of Streptococcus bovis. Turkey Journal of Biology, Vol. 25. Hal: 37-44.
Ghangas, G. S. and D. B. Wilson. 1987. Expression of a Thermomonospora fusca Cellulase Streptomyces lividans and Bacillus subtilis Gene in Streptomyces lividans and Bacillus subtilis. Applied and Environmental Microbiology, Vol. 53, No. 7. Hal: 1470-1475.
Hector, Ronald, Stephen Hughes and Xin Liang-Li. 2009. Developing Yeast Strains for Biomass-to-Ethanol Production. Ethanol Producer Magazine [internet]http://www.ethanolproducer.com. [25 Februari 2009].
Muthukrishnan, Ramya. 2007. Characterisation Of Cellulase From Organisms Isolated From Rumen Fluid. Pharmaceutical Reviews Vol. 5 Issue 3. [internet] http://www.Pharmainfo.net [25 Februari 2009].
Matsumoto, Kouji, Masahiro Okada, Yuko Horikoshi, Hiroshi Matsuzaki, Tsutomu Kishi,Mitsuhiro Itaya, and Isao Shibuya. 1998. Cloning, Sequencing, and Disruption of the Bacillus subtilis psd Gene Coding for Phosphatidylserine Decarboxylase. Journal of Bacteriology, January; 180(1): 100–106. [internet] http://www.pubmedcenter.nih.gov/tocrender. [25 Februari 2009].
Sun, Ye and Jiayang Cheng. 2001. Hydrolysis of Lignocellulosic Materials For Ethanol Production: A Review. Bioresource Technology Vol.83, Issue 1, May 2002, Halaman: 1-11. [internet] http://www.sciencedirect.com [25 Februari 2009].
The Lab Rat.com. 2005. Bacillus subtilis. [internet] http://www.thelabrat.com/protocols. [25 Februari 2009].
Wikipedia. 2008. Bacillus subtilis. [internet] http://www.wikipedia.com [25 Februari 2009].
Wikipedia. 2009. Cellulase. [internet] http://www.wikipedia.com [25 Februari 2009].
Zhou, Xuguo, Joseph A. Smith, Faith M. Oi, Philip G. Koehler, Gary W. Bennett, Michael E. Scharf. 2007. Correlation of cellulase gene expression and cellulolytic activity throughout the gut of the termite Reticulitermes flavipes. Gene (395): 29–39. [internet] http://www.elsevier.com/locate/gene. [25 Februari 2009].