PERTUMBUHAN SEL BAKTERI
DISUSUN OLEH :
Dr. SRI AMELIA, M.Kes
NIP. 197409132003122001
DEPARTEMEN MIKROBIOLOGI
FAKULTAS KEDOKTERAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
DAFTAR ISI
Pertumbuhan Sel Bakteri ... 1
Kurva Pertumbuhan ... 2
Kebutuhan Untuk Tumbuh ... 7
Pembiakan ... 15
Kesimpulan ... 18
PERTUMBUHAN SEL BAKTERI
Populasi mikroorganisme dalam biosfer kurang lebih selalu tetap dimana
pertumbuhan selalu diimbangi dengan kematian. Kelangsungan hidup kelompok mikroba
apapun ditentukan oleh keberhasilannya dalam persaingan untuk makanan dan oleh
adanya sekelompok sel yang dapat bertahan hidup selama masa kekurangan makanan.
Kini semakin jelas bahwa banyak mikroorganisme hidup bersama dalam kelompok yang
terdiri dari berbagai jenis genus. Mikroorganisme yang di laboratorium sering kita sebut
sebagai sel tunggal, membentuk koloni kohesif di lingkungan alamiahnya.
Pertumbuhan adalah peningkatan jumlah komponen dari suatu organisme secara
teratur. Dengan demikian, peningkatan pada ukuran sel yang terjadi bila sel mengambil
air atau menimbun lemak atau polisakarida bukanlah pertumbuhan sejati.
Perkembangbiakan sel adalah akibat pertumbuhan; pada organisme uniseluler,
pertumbuhan mengakibatkan peningkatan jumlah individu yang merupakan anggota
suatu populasi atau biakan.
Pembiakan adalah proses perbanyakan organisme dengan menyediakan keadaan
lingkungan yang tepat. Mikroorganisme yang sedang tumbuh membuat tiruan dirinya
sendiri, untuk itu bakteri membutuhkan aspek fisik dan aspek kimia untuk dapat
melakukan metabolisme tubuhnya untuk dapat tumbuh. Oleh karena itu dalam proses
pembiakan di laboratorium untuk mengidentifikasi bakteri penyebab infeksi, dibutuhkan
pemilihan perbenihan yang sesuai dengan bakteri penyebab dan isolasi bakteri dalam
biakan harus murni.
Konsentrasi mikroba dapat diukur dari segi konsentrasi sel (jumlah sel hidup
perunit volume biakan) atau dari konsentrasi biomassa (bobot kering sel per unit volume
biakan). Kedua parameter ini tidak selalu sama, karena rata-rata berat kering sel
berbeda-beda pada berbagai tahap biakan.
A. Konsentrasi sel, biasanya dikaitkan dengan jumlah sel yang hidup. Pada
umumnya kekeruhan suatu biakan yang diukur dengan cara fotolistrik dapat dikaitkan
dengan jumlah sel hidup dalam bentuk kurva standar. Pada suatu perkiraan visual kasar;
Dalam menggunakan pengukuran turbidimetri, harus diingat bahwa hubungan antara
kekeruhan dan jumlah sel hidup dapat berubah selama pertumbuhan dan kematian suatu
biakan, sel dapat kehilangan kemampuan hidup sementara biakan masih tampak keruh.
Tabel 1. Contoh Penghitungan Jumlah Sel Hidup
Pengenceran Hitung Lempeng
Tanpa pengenceran
10-1
10-2
10-3
10-4
10-5
Terlalu rapat untuk dihitung
Terlalu rapat untuk dihitung
Terlalu rapat untuk dihitung
72
6
1
B. Kepadatan biomassa, pada dasarnya biomassa dapat diukur secara langsung
dengan menentukan bobot kering biakan mikroba setelah biakan ini dicuci dengan air
suling. Dalam praktek, prosedur ini tidak praktis dan peneliti biasanya membuat kurva
standard yang menghubungkan berat kering dan kekeruhan. Atau, konsentrasi biomassa
dapat ditaksir secara tak langsung dengan mengukur komponen sel yang penting
misalnya protein, atau dengan menentukan volume yang ditempati oleh sel yang telah
mengendap dari suspensi.
KURVA PERTUMBUHAN
Bila suatu perbenihan cair ditanami sel-sel bakteri dari suatu biakan yang
sebelumnya sudah tumbuh sampai jenuh dan jumlah sel hidup permilimeter ditentukan
secara berkala dan digambarkan pada suatu kertas, biasanya akan diperoleh suatu kurva
yang disebut dengan kurva pertumbuhan. Kurva pertumbuhan ini terdiri atas enam fase
Gambar 1. Kurva pertumbuhan. A, B Lag fase (fase penyesuaian) ; C, D Fase eksponensial; E Fase stationer maksimum; F Fase kemunduran
Fase Penyesuaian
Fase penyesuaian merupakan suatu masa saat sel-sel, yang kekurangan metabolit
dan enzim akibat keadaan yang kurang menguntungkan dalam pembiakan yang
terdahulu, menyesuaikan diri dengan lingkungannya yang baru. Enzim-enzim dan zat-zat
antara terbentuk dan terkumpul sampai mencapai konsentrasi yang memungkinkan
pertumbuhan dimulai lagi.
Bila sel-sel diambil dari perbenihan yang sama sekali berlainan, sering terjadi
bahwa sel-sel tersebut secara genetika tidak mampu tumbuh dalam perbenihan baru.
Dalam hal ini, fase penyesuaian yang panjang diperlukan, sesuai dengan masa yang
diperlukan oleh beberapa mutan dalam inokulum untuk berkembang biak secukupnya
sehingga terlihat adanya pertambahan jumlah sel. 1
Fase Eksponensial
Selama fase eksponensial, sel-sel berada dalam keadaan yang stabil. Bahan sel
baru terbentuk dengan laju yang konstan, tetapi bahan yang baru itu sendiri bersifat
katalis sehingga massa bertambah secara eksponensial. Ini berlangsung sampai satu dari
dua hal ini terjadi yaitu satu atau lebih zat makanan dalam perbenihan habis atau
terkumpul produk metabolisme yang beracun sehingga pertumbuhan terhambat.1
Untuk organisme aerob, zat makanan yang biasanya membatasi adalah oksigen.
Bila konsentrasi sel melebihi 1 x 107/ml (untuk bakteri) laju pertumbuhan akan berkurang kecuali bila oksigen dimasukkan dengan paksa ke dalam perbenihan dengan cara
mencapai 4-5 x 109/ml, laju penyebaran oksigen tidak dapat memenuhi kebutuhan meskipun perbenihan diberi udara yang cukup dan pertumbuhan akan diperlambat secara
progresif.1
Fase Stasioner Maksimum
Akhirnya kehabisan zat makanan atau penumpukan hasil-hasil metabolisme yang
beracun akan menyebabkan pertumbuhan terhenti sama sekali. Namun dalam kebanyakan
kasus, pergantian sel terjadi dalam fase stasioner. Dimana terjadi kehilangan sel secara
lambat karena kematian, yang diimbangi oleh pembentukan sel-sel baru melalui
pertumbuhan dan pembelahan. Bila ini terjadi, jumlah seluruh sel akan bertambah secara
lambat meskipun jumlah sel hidup konstan.1
Fase Kemunduran
Sesudah beberapa saat dalam fase stasioner, yang bervariasi untuk tiap jenis
organisme dan keadaan perbenihan, angka kematian bertambah sehingga mencapai suatu
tingkat yang stabil. Seringkali, setelah sebagian besar sel mati, laju kematian berkurang
secara drastis, sehingga sejumlah kecil sel yang selamat dapat bertahan berbulan-bulan
bahkan sampai bertahun-tahun. Hal ini dalam beberapa kasus menandakan pergantian sel,
beberapa sel tumbuh dengan zat makanan yang dilepaskan oleh sel-sel yang mati atau
yang mengalami lisis.1
Tabel 1. Fase-fase pada kurva pertumbuhan 1
Bagian Kurva Fase Laju Pertumbuhan
Laju pertumbuhan sel adalah hasil kali dari tetapan laju pertumbuhan (k) dan
konsentrasi biomassa (B).
db = kB (1)
dt
Persamaan (1) yang disusun kembali menunjukkan bahwa tetapan laju
pertumbuhan adalah laju pada saat sel menghasilkan lebih banyak sel :
Tetapan laju pertumbuhan sebesar 4,3 h-1, salah satu angka tertinggi yang tercatat, berarti bahwa tiap gram sel menghasilkan 4,3 gr sel perjam selama periode pertumbuhan
ini. Organisme yang tumbuh pelan dapat mempunyai laju pertumbuhan sebesar 0,02 h-1. Dengan tetapan laju pertumbuhan ini, tiap gram sel dalam biakan menghasilkan 0,02
gram sel perjam.1
Bila persamaan (1) diintegrasikan, dihasilkan :
Logaritma naturalis dari rasio B1 (biomassa pada waktu l (t1)) terhadap Bo
(biomassa pada waktu 0 (to)) adalah sama dengan hasil kali tetapan laju pertumbuhan (k)
dan perbedaan waktu (t1-t0). Pertumbuhan yang mengikuti persamaan (3) disebut bersifat
eksponensial karena biomassanya meningkat secara eksponensial bersamaan dengan
waktu. Kurva linier dari pertumbuhan eksponensial dapat dihasilkan dengan
menggambarkan logaritma konsentrasi biomassa (B) sebagai fungsi waktu (t).1
Perhitungan Tetapan Laju Pertumbuhan dan Ramalan Jumlah Pertumbuhan
Banyaknya bakteri berbiak dengan pembelahan biner dan waktu rata-rata yang
diperlukan untuk membuat populasi atau biomassa, menjadi dua kali lipat disebut dengan
waktu generasi atau waktu penggandaan. Waktu penggandaan yang cepat sesuai dengan
tetapan laju pertumbuhan yang tinggi. Misalnya, waktu penggandaan sebesar 10 menit
Gambar 2. Pertumbuhan eksponensial. Biomasa (B) berlipat dua pada tiap waktu penggandaan (t)
Tetapan laju pertumbuhan yang dihitung dapat digunakan untuk menentukan
jumlah pertumbuhan yang akan terjadi dalam suatu selang waktu tertentu atau untuk
menghitung jumlah waktu yang dibutuhkan untuk jumlah pertumbuhan tertentu.
Dengan laju pertumbuhan, dalam 5 jam perbenihan pertumbuhan akan menghasilkan 200
kg bobot kering biomassa atau sekitar 1 ton sel. Untuk bakteri yang tumbuh sangat
lambat membutuhkan waktu sekitar 800 jam (lebih dari sebulan) akan diperlukan untuk
jumlah pertumbuhan tadi, misalnya pada pertumbuhan kuman tuberculosis yang
memerlukan waktu 4-8 minggu untuk membentuk koloni.1
Kemampuan hidup organisme yang tumbuh pelan menunjukkan bahwa
persaingan untuk hidup tidak selalu menguntungkan organisme yang tumbuh cepat.
Spesies yang akan berkembang adalah spesies yang berhasil bersaing untuk mendapatkan
makanan dan menghindari pemusnahan oleh pemangsa serta bahaya lingkungan.1
Pertumbuhan eksponensial dengan waktu penggandaan yang singkat pada
beberapa spesies bakteri akan memberikan sangat banyak sel bakteri. Satu sel bakteri
akan menghasilkan dua sel anakan, jadi sel bakteri membelah berdasarkan deret hitung
logaritmik, dimana satu sel bakteri menghasilkan 2 sel anak, 8 sel anak pada 3 generasi,
16 sel bakteri setelah 4 generasi, 1024 sel setelah 10 generasi, dan sekitar satu juta sel
bakteri baru dalam waktu kurang dari 3 jam dan lebih dari satu juta sel baru dalam waktu
kurang dari 7 jam. Waktu penggandaan bakteri ini bervariasi tidak hanya bergantung
pada spesies bakteri, tetapi juga jumlah bahan makanan yang cukup, pH, temperatur dan
faktor lingkungan yang lain.2,3
KEBUTUHAN UNTUK TUMBUH
Untuk pertumbuhan sel bakteri dibutuhkan dua aspek yang sangat penting yaitu
aspek fisik dan aspek kimia. Yang termasuk aspek fisik ialah suhu, pH dan tekanan
osmotik. Sedang aspek kimianya antara lain sumber karbon, nitrogen, sulfur, fosfor,
mineral, oksigen dan faktor pertumbuhan organik.4
Faktor Fisik 1. Suhu
Kebanyakan mikroorganisme tumbuh dengan baik pada suhu tubuh manusia.
Mikroorganisme diklasifikasikan ke dalam tiga kelompok besar didasarkan pada suhu
yang disukai mikroba yaitu; psikrofilik (mikroba yang menyukai suhu dingin) biasanya
tumbuh baik pada suhu 15-20°C, mesofilik (mikroba yang menyukai suhu sedang)
dimana tumbuh dengan baik pada suhu 30-37°C dan termofilik (mikroba yang menyukai
suhu panas) bentuk ini dapat tumbuh pada suhu 50-60°C. Kebanyakan bakteri hanya bisa
tumbuh pada interval suhu yang terbatas, dan suhu maksimum dan minimum untuk
tumbuh hanya sekitar 30°C, diluar suhu tersebut pertumbuhan bakteri akan terganggu.4 Pada pertumbuhan bakteri kita mengenal istilah minimum, optimum dan
maksimum temperatur. Minimum growth temperatur adalah suhu terendah dimana
bakteri dapat tumbuh. Optimum growth temperatur adalah suhu dimana bakteri paling
baik untuk tumbuh. Sedang maksimum growth temperatur adalah suhu tertinggi dimana
bakteri masih mungkin tumbuh. Pada suhu yang sangat tinggi biasanya akan menghambat
proses metabolisme sel bakteri.4
Bagian atas rentang suhu yang dapat ditahan oleh satu spesies sesuai dengan
stabilitas panas protein spesies tersebut, yang diukur pada ekstrak sel. Mkroorganisme
seperti halnya tanaman atau binatang, memberikan respon syok-panas; bila bakteri
sesaat akan dibentuk ”protein syok-panas”, protein ini tampak sangat tahan terhadap
panas dan menstabilkan protein sel yang peka panas.1
Hubungan antara suhu dan laju pertumbuhan sel bakteri dapat terlihat pada kurva
Arrhenius yang khas. Arrheniuss memperlihatkan bahwa logaritma kecepatan suatu
reaksi kimia (log k) adalah fungsi linear yang berbanding terbalik dengan suhu (1/T);
karena pertumbuhan sel merupakan akibat suatu reaksi kimia, hubungan tersebut juga
akan terlihat. Namun di atas dan di bawah batas normal, log k turun dengan cepat,
sehingga nilai suhu maksimum dan minimum dapat ditetapkan.1
Gambar 3. Bentuk umum kurva Arrhenius pada pertumbuhan bakteri.
Di samping pengaruhnya pada laju pertumbuhan, suhu panas yang ekstrim
digunakan untuk mensterilkan preparat. Suhu dingin yang ekstrim juga membunuh sel-sel
bakteri, meskipun suhu yang dingin tidak digunakan untuk sterilisasi. Bakteri juga
memperlihatkan suatu fenomen yang dinamakannya syok-dingin; pendinginan yang
cepat akan membunuh sel bakteri. Contohnya, pada pendinginan Escherichia coli dari
suhu 37°C menjadi 5°C dapat membunuh 90% sel. Sejumlah senyawa melindungi sel
dari pembekuan maupun syok dingin; gliserol dan dimetilsulfoksida yang paling sering
digunakan.1
Interval dan suhu tumbuh maksimum pada bakteri psikrofilik, mesofilik dan
thermofilik tidak mempunyai batas yang jelas. Pada Psikrofilik, pada dasarnya dapat
dibedakan pada dua kelompok yaitu kelompok psikrofilik dimana mikroba dapat tumbuh
pada suhu 0°C, tetapi suhu optimumnya untuk tumbuh adalah 15°C. Kebanyakan
mikroba yang masuk kelompok ini sensitif pada suhu yang lebih tinggi dan mereka tidak
psikrotrops, mikroba jenis ini lebih sering dijumpai dibanding psikrofilik. Mikroba ini
menyukai suhu yang rendah pada refrigerator dan mereka dapat tumbuh pada suhu
tersebut dan dapat menyebabkan pengrusakan makanan.4
Refrigerator merupakan alat yang sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari
untuk menyimpan makanan. Pada dasarnya reproduksi mikroba menurun pada temperatur
rendah. Meskipun mikroba biasanya dapat bertahan hidup pada suhu subfreezer, tetapi
mereka mengalami penurunan dalam segi jumlah. Mikroba Psikrotrops sebenarnya tidak
dapat tumbuh dengan baik pada suhu rendah, tetapi mereka dapat merusak makanan
dengan lambat. Perusakan makanan bisa dalam bentuk adanya ragi, atau adanya lapisan
tipis diatas permukaan makanan, hilangnya rasa makanan atau hilangnya warna makanan.
Temperatur refrigerator dapat mejadi lingkungan untuk pertumbuhan yang lambat dari
organisme perusak makanan atau beberapa bakteri patogen.4
Sebagian besar mikroba masuk ke dalam golongan mesofilik, terutama mikroba
yang hidup pada tubuh binatang atau manusia. Biasanya suhu optimum untuk tumbuh
mikroba ini sama dengan suhu tubuh inangnya. Suhu optimum untuk bakteri patogen
biasanya 37°C dan pada kultur mikroba, inkubator dibuat sesuai dengan suhu tersebut.4 Beberapa mikroba golongan Archae, mempunyai suhu optimum untuk tumbuh
80°C atau lebih, disebut dengan hiperthermofilik atau extreem thermofilik. Oganisme
jenis ini dapat hidup pada musim panas yang berhubungan dengan aktifitas vulkanik,
sulfur merupakan salah satu bahan yang sangat penting untuk metabolisme organisme ini.
Pernah dilaporkan bahwa organisme ini dapat hidup pada suhu 110°C.4
2. pH (konsentrasi ion hidrogen)
Sebagian besar organisme memiliki rentang pH optimal yang cukup sempit.
Penentuan pH optimal untuk tiap jenis spesies harus ditentukan secara empirik. Sebagian
besar organisme (neutrofil) tumbuh baik pada pH 6,0-8,0 meskipun adapula (asidofil)
yang memiliki pH optimal 3,0 dan yang lain (alkalofil) memiliki pH optimal 10,5.
Mikroorganisme mengatur pH internalnya terhadap rentang nilai pH eksternal yang
cukup luas. Organisme asidofil mempertahankan pH internal kira-kira 6,5 dengan pH
eksternalnya berkisar 1,0-5,0. Organisme neutrofil mempertahankan pH internalnya
pH internal kira-kira 9,5 dengan pH eksternal sekitar 9,0-11,0. pH internal diatur oleh
rangkaian sistem pengangkutan proton dalam selaput sitoplasma, termasuk pompa proton
berpenggerak ATP primer dan penukar Na+/H+. Sistem pertukaran K+/H+ diduga juga ikut mengatur pH internal pada organisme neutrofil.1
3. Tekanan Osmotik
Terkadang, faktor-faktor seperti tekanan osmotik dan konsentrasi garam harus
dikendalikan. Untuk sebagian besar organisme, sifat-sifat perbenihan yang biasa sudah
memuaskan, tetapi untuk bakteri-bakteri dari laut dan organisme yang sudah beradaptasi
dan hidup dalam larutan gula yang pekat, faktor ini harus diperhatikan. Organisme yang
membutuhkan konsentrasi garam tinggi dinamakan halofilik. Organisme yang
membutuhkan tekanan osmotik yang tinggi dinamakan osmofilik.1
Sebagian besar bakteri sanggup menahan tekanan osmosis luar dan kuat ion yang
sangat bervariasi karena mereka mampu mengatur osmolalitas internal dan konsentrasi
ion. Osmolalitas diatur melalui angkutan aktif ion K+ ke dalam sel; kuat ion internal dipertahankan konstan dengan mengekspresikan putresin, poliamina organik yang
bermuatan positif. Karena putresin mengandung beberapa muatan positif pada tiap
molekul, kuat ion dapat menurun banyak sekali dengan hanya mengorbankan sedikit
kekuatan osmotik.1
Bakteri memperoleh sebagian besar makanannya dalam bentuk larutan. Jadi
mereka membutuhkan air untuk tumbuh dan sel terdiri dari 80-90% air. Tekanan osmotik
yang tinggi menimbulkan perpindahan air dari sel. Ketika sel bakteri berada dalam
larutan dengan konsentrasi tinggi (hipertonik), air dalam sel akan keluar melalui
membran plasma menuju ke daerah yang hipertonik. Sehingga tekanan osmotik di dalam
sel hilang menimbulkan plasmolisis atau sel akan mengkerut karena hilangnya cairan
dalam sitoplasma. 4
Peningkatan tekanan osmotik dapat digunakan dalam proses penyimpanan
makanan. Misalnya ikan yang diasinkan, madu dan susu yang dimaniskan, dimana
konsentrasi garam dan gula yang tinggi akan menyebabkan cairan di dalam sel bakteri
akan keluar menuju konsentrasi yang tinggi tersebut, sehingga akan menghambat
dengan extreem halofilik, mikroba ini dapat beradaptasi dengan konsentrasi garam yang
tinggi dan menggunakannya untuk tumbuh, pada kasus ini mikroba tersebut dapat
dinamakan dengan obligat halofilik. Contohnya mikroba yang berasal dari air garam di
laut hitam yang memerlukan 30% garam untuk tumbuh dan ose yang digunakan untuk
mengambil mikroba ini harus dicelupkan ke dalam larutan garam dulu sebelum
digunakan. Jenis lain fakultatif halofilik, jenis ini tidak membutuhkan konsentrasi garam
yang tinggi tetapi dapat tumbuh pada konsentrasi garam di atas 2%, konsentrasi garam
sebesar ini sebenarnya sudah dapat menghambat pertumbuhan mikroba lain. Beberapa
spesies bakteri fakultatif halofilik dapat beradaptasi dengan konsentrasi garam sampai
15%.4
Jika tekanan osmotik di sekitar mikroba rendah (hipotonik), maka cairan di
sekitar mikroba akan masuk ke dalam sel mikroba dan akan menyebabkan dinding sel
menjadi lemah dan hal ini dapat digunakan untuk pengobatan.4
2. Aspek Kimia 1. Sumber Karbon
Selain air, salah satu kebutuhan sel mikroba untuk dapat tumbuh adalah karbon.
Karbon adalah struktur yang sangat penting dalam kehidupan sel bakteri. Setengah dari
berat kering sel bakteri terdiri dari karbon. 4
Berdasarkan darimana sumber karbon didapat, maka mikroba dapat dibagi atas
beberapa kelompok antara lain, mikroba autotrof, mikroba ini menggunakan energi
fotosintesis untuk mereduksi karbon dioksida dan air, mikroba ini tidak membutuhkan zat
makanan organik untuk pertumbuhan. Kemolitotrof, mikroba yang menggunakan
substrat anorganik misalnya hydrogen dan tiosulfat sebagai reduktan, dan karbon
dioksida sebagai sumber karbon. Heterotrof membutuhkan karbon organik untuk
pertumbuhan dan karbon organik itu harus dalam bentuk yang dapat diasimilasi.
Kemoheterotrof memperoleh karbon dari sumber energinya – material organik seperti
protein, karbohidrat dan lemak.1,4
Glukosa dapat menyokong pertumbuhan peragian atau pertumbuhan pernafasan
pada banyak organisme. Substrat pertumbuhan perlu dipasok pada tingkat yang sesuai
satu organisme dapat menghambat pertumbuhan organisme lain. Karbon dioksida
dibutuhkan untuk beberapa reaksi biosintesis. Banyak organisme pernafasan
menghasilkan karbon dioksida yang lebih dari cukup untuk memenuhi kebutuhannya.
Tetapi organisme lain membutuhkan sumber karbon dioksida dalam perbenihan tempat
tumbuhnya.1
2. Sumber nitrogen
Nitrogen adalah komponen utama protein dan asam nukleat, umumnya sekitar
10% dari bobot kering sel bakteri. Nitrogen dipasok dalam beberapa bentuk berbeda dan
kemampuan mikroorganisme dalam mengasimilasi nitrogen berbeda-beda pula. Hasil
akhir dari semua jalur untuk asimilasi nitrogen adalah ion amonium (NH4+ ). Banyak
mikroorganisme memiliki kemampuan mengasimilasi nitrat (NO3-) dan nitrit (NO2-)
lewat reduksi dengan mengubah ion ini menjadi amonia (NH3). Jalur asimilasi berbeda
dengan jalur yang digunakan untuk disimilasi nitrat dan nitrit. Jalur disimilasi digunakan
oleh organisme yang menggunakan ion-ion itu sebagai penerima elektron akhir dalam
pernafasan, proses ini dikenal sebagai denitrifikasi, dan hasilnya adalah gas nitrogen
(N2) yang dilepas ke atmosfer.1
Kemampuan mengasimilasi N2 dengan reduksi lewat NH3 yang disebut dengan penambatan ( fiksasi) nitrogen, merupakan sifat unik dari prokariota. Proses ini
membutuhkan sejumlah besar energi metabolisme dan mudah dibuat menjadi tidak aktif
oleh oksigen. Kemampuan menambat nitrogen ditemukan pada berbagai macam bakteri
yang telah mengembangkan strategi biokimia yang berbeda-beda untuk melindungi
enzim penambat-nitrogennya dari oksigen. 1
Sebagian besar mikroorganisme dapat menggunakan NH4+ sebagai sumber
nitrogen satu-satunya, dan banyak organisme memiliki kemampuan menghasilkan NH4+
dari amina (R-NH2).1
3. Sumber sulfur (belerang)
Seperti nitrogen, belerang juga komponen dari banyak bahan organik dalam sel.
Nitrogen merupakan bagian struktur beberapa koenzim dan ditemukan pada rantai
menggunakan sulfat (SO42-) sebagai sumber belerang, dan mereduksi sulfat sampai
tingkat hidrogen sulfida (H2S). Beberapa mikroorganisme dapat mengasimilasi H2S
langsung dari perbenihan, tetapi senyawa ini bersifat toksik bagi banyak organisme.1
4. Sumber fosfor
Fosfat (PO43-)dibutuhkan untuk komponen ATP, asam nukleat dan berbagai
koenzim seperti NAD, NADP dan flavin. Selain itu, banyak metabolit dan beberapa
protein mengandung fosfor. Fosfat selalu diasimilasi sebagai fosfat anorganik bebas (Pi).1
5. Sumber mineral
Banyak mineral dibutuhkan untuk fungsi enzim. Ion magnesium (Mg2+) dan ion fero (Fe2+) ditemukan pada turunan porfirin ; magnesium dalam molekul klorofil dan besi sebagai bagian dari koenzim sitokrom dan peroksidase. Mg2+ dan K+ merupakan mineral esensial untuk fungsi dan integritas ribosom. Ca2+ dibutuhkan sebagai unsur dalam dinding sel gram-positif, tetapi mineral ini kadang-kadang tidak dibutuhkan oleh bakteri
gram-negatif. 1
Bila membuat formula perbenihan untuk membiakkan sebagian besar mikroba,
perlu disediakan sumber kalium, magnesium, kalsium dan besi, biasanya dalam bentuk
ion (K+, Mg2+, Ca2+ dan Fe2+). Mineral lain yang juga dibutuhkan (Mn2+, Mo2+, Co2+, Cu2+ dan Zn2+).1
6. Faktor pertumbuhan organik
Faktor pertumbuhana adalah suatu senyawa organik yang harus ada dalam sel
agar sel dapat tumbuh, tetapi sel sendiri tidak dapat mensintesanya. Banyak
mikroorganisme, dapat mensintesis semua blok pembangun makromolekul : asam amino,
purin, pirimidin, dan pentosa (prekursor metabolik asam nukleat); karbohidrat tambahan
(prekursor polisakarida) dan asam lemak serta senyawa isoprenoid. Selain itu, organisme
yang hidup bebas harus dapat mensintesis vitamin kompleks untuk bertindak sebagai
prekursor koenzim.1
Tiap senyawa essensial ini disintesis melalui rangkaian reaksi enzim yang
mengalami mutasi gen yang mengakibatkan kegagalan fungsi salah satu enzim ini, rantai
itu akan terputus dan hasil akhir tidak terbentuk lagi. Organisme itu kemudian mendapat
senyawa tersebut dari lingkungannya; senyawa itu telah menjadi faktor pertumbuhan
untuk organisme tadi. Jenis mutasi ini dapat dengan mudah diinduksi dalam
laboratorium.1
Spesies mikroba yang berbeda membutuhkan faktor pertumbuhan yang
berbeda-beda pula. Beberapa spesies tidak membutuhkan faktor pertumbuhan, sementara
laktobacilus yang selama berevolusi telah kehilangan 30-40 senyawa penting karena itu
mikroba tersebut membutuhkan senyawa-senyawa tersebut dalam perbenihan.1
7. Oksigen
Oksigen sangat dibutuhkan dalam kehidupan sel. Banyak mikroorganisme bersifat
obligat aerob, dimana memerlukan oksigen sebagai penerima hidrogen, beberapa bersifat
fakultatif yang sanggup hidup dalam keadaan aerob dan anaerob dan ada yang bersifat
anaerob obligat, memerlukan zat yang bukan oksigen sebagai penerima hidrogen dan
sangat peka terhadap hambatan oleh oksigen.1
Toksisitas O2 merupakan hasil reduksi oleh enzim dalam sel (misalnya
flavoprotein) menjadi hidrogen peroksida (H2O2) atau reduksi oleh ion fero menjadi
radikal bebas yang lebih beracun lagi, superoksida (O2). Bakteri-bakteri aerob dan
anaerob yang tahan terhadap udara terlindung dari zat-zat ini karena adanya superoksida
dismutase.1
Bakteri asam laktat, merupakan bakteri anaerob yang aerotoleran dan tidak
mengandung katalase. Kelompok ini malah mengandalkan peroksidase yang mereduksi
H2O2 menjadi 2H2O dengan mengorbankan zat-zat organik yang dapat dioksidasi. Semua
bakteri anaerob obligat tidak memiliki superoksida dismutase dan katalase; enzim
superoksida dismutase diperlukan untuk bertahan dalam suasana ada O2.1
Sebagian besar toksisitas hidrogen peroksida dilakukan lewat perusakan DNA.
Mutan-mutan DNA yang tidak punya sistem perbaikan sangat sensitif terhadap hidrogen
peroksida; hasil gen recA, yang berfungsi dalam rekombinasi dan perbaikan gen, terbukti
lebih penting daripada katalase atau superoksida dismutase dalam melindungi E.coli
Penyediaan udara untuk biakan aerob merupakan masalah tekhnik yang utama.
Tabung-tabung biasanya dikocok secara mekanik agar udara dapat masuk ke dalam
perbenihan, atau udara dipaksa melewati perbenihan dengan tekanan. Kurangnya difusi
oksigen serng menjadi penghambat pada pertumbuhan bakteri aerob, bila telah tercapai
konsentrasi sel sebesar 4-5 x 109 / ml, laju difusi oksigen ke dalam sel sangat mambatasi laju pertumbuhan selanjutnya.1
Sebaliknya, masalah anaerob obligat adalah peniadaan oksigen. Banyak cara
untuk mencapai ini, zat pereduksi seperti natrium tioglikolat dapat ditambah pada
perbenihan cair, tabung agar-agar dapat ditutup dengan selapis petrolatum dan parafin;
atau tempat perbenihan dapat ditaruh dalam suatu tempat penyimpanan yang bebas
oksigen karena oksigen telah diisap keluar atau karena oksigen diikat secara kimia, atau
organisme dibiak di dalam suatu kotak anaerob.1
PEMBIAKAN
Dalam pembiakan mikroba, ada dua hal yang penting yaitu pemilihan perbenihan
yang sesuai, dan isolasi bakteri dalam biakan murni.
Perbenihan
A. Membiakkan sel dari Spesies Tertentu
Mikroorganisme yang dengan mikroskop terlihat tumbuh dalam lingkungan
alamiahnya mungkin sulit untuk dibiak secara murni pada perbenihan buatan. Tetapi
dapat dibuat suatu perbenihan yang sesuai yang meniru secara seksama keadaan yang
terdapat di lingkungan alamiah organisme tersebut. Suhu, pH dan oksigen dapat ditiru,
zat-zat makanan merupakan masalah yang besar. Lingkungan hidup berperan penting,
tetapi sukar dianalisis; suatu parasit mungkin memerlukan suatu ekstrak jaringan inang
dan bakteri yang hidup bebas mungkin membutuhkan suatu zat yang diekskresikan oleh
mikroorganisme yang ada hubungannya dengan bakteri tersebut dalam alam.
Keberhasilan dari perbenihan tergantung dari tersedianya sumber zat-zat makanan yang
diperlukan oleh organisme.1,3
Suatu bahan dari alam mungkin mengandung berbagai jenis lingkungan-mikro
yang masing-masing dapat memberikan tempat hidup bagi spesies yang berlainan.
Membiak suatu contoh bahan memungkinkan sekelompok bakteri tertentu saja yang
dapat tumbuh, bakteri jenis lain terabaikan. Olehkarena itu sering dilakukan enam sampai
delapan kali pembiakan yang berbeda untuk menemukan sebagian besar bakteri yang
terdapat pada bahan tersebut. Tiap jenis bakteri harus mendapat kesempatan untuk
tumbuh, digunakan perbenihan padat dan dicegah pertumbuhan koloni yang terlalu padat.
Kalau tidak, persaingan antara bakteri-bakteri akan menghalangi tumbuhnya beberapa
bakteri.1
C. Isolasi suatu Mikroorganisme Tertentu
Pada isolasi tanah subur (basah, cukup terkena udara, kaya mineral dan zat
organik) dapat diisolasi ratusan bahkan ribuan jenis mikroorganisme. Untuk membiakkan
satu jenis mikroorganisme misalnya Azotobacter (bakteri penambat nitrogen aerob) pada
tanah, maka diambil satu gram tanah kemudian ditanamkan ke dalam tabung reaksi yang
berisi media perbenihan yang cocok, digunakan perbenihan yang tidak mengandung
senyawa nitrogen dan dieramkan secara aerob. Bila sel Azotobacter terdapat dalam tanah
itu bakteri ini akan tumbuh baik dalam perbenihan tersebut, bakteri-bakteri yang tidak
dapat menambat nitrogen hanya tumbuh sampai semua nitrogen yang terikat habis
terpakai. Jadi apabila biakan tumbuh baik, populasi Azotobacter akan sangat meningkat,
metode ini disebut pembiakan diperkaya. Bila sebagian biakan dipindahkan pada
perbenihan baru, akan dihasilkan biakan Azotobacter yang lebih subur lagi, setelah
beberapa kali pemindahan, biakan dapat ditanam pada media perbenihan padat yang
diperkaya dan koloni-koloni Azotobacter dapat diisolasi.1
Pembiakan yang diperkaya ialah suatu prosedur untuk membuat perbenihan
sedemikian rupa sehingga meniru lingkungan alamiah dari bakteri yang diinginkan, dan
dengan demikian bakteri itu dapat diseleksi. Satu pokok penting yang terlibat dalam
seleksi ialah mikroorganisme yang dicari merupakan mikroorganisme yang kebutuhan
makanannya hampir tidak terpenuhi. Misalnya Azotobacter tumbuh paling baik dalam
perbenihan yang mengandung nitrogen organik, tetapi kebutuhan minimumnya
keberadaan N2, karena itu digunakan perbenihan yang mengandung N2 sebagai
Bila mencari suatu tipe bakteri tertentu dalam bahan pemeriksaan yang berasal
dari alam, lebih menguntungkan bila mikroorganisme yang diperoleh dibiak pada
perbenihan diferensial . Perbenihan diferensial adalah perbenihan yang menyebabkan
koloni bakteri tertentu memberi tampilan khas. Misalnya koloni E.coli memiliki kilauan
warna khas pada perbenihan EMB (eosin methylen blue). Agar EMB mengandung satu
jenis gula dalam kadar tinggi, dan bakteri yang meragikan gula tersebut akan membentuk
koloni yang kemerah-merahan. Perbenihan diferensial digunakan untuk tujuan
menentukan ada tidaknya bakteri usus dalam air atau susu, dan adanya bakteri patogen
tertentu dalam bahan pemeriksaan klinik.1
Isolasi Mikroorganisme dalam Biakan Murni
Untuk meneliti sifat-sifat suatu mikroorganisme, mikroorganisme itu perlu dibiak
terlebih dahulu dalam biakan murni yang bebas dari jenis bakteri lain.
A. Penanaman pada Lempeng Agar
Berlainan dengan sel-sel dalam perbenihan cair, sel-sel yang terletak di atas atau
dalam perbenihan padat tidak dapat bergerak. Karena itu, bila beberapa sel diletakkan
pada perbenihan padat, tiap sel akan tumbuh dan membentuk koloni terpisah. Zat ideal
untuk perbenihan padat adalah agar-agar, suatu polisakarida asam yang diekstraksi dari
ganggang merah tertentu. Suspensi agar-agar 1,5-2% dalam air akan mencair pada suhu
100°C, membentuk larutan yang bening dan akan mengeras pada suhu 45°C. Jadi suatu
agar-agar yang steril dapat didinginkan dengan cepat di bawah suhu 45°C sehingga
berbentuk padat. Sekali menjadi padat, agar-agar tidak dapat mencair lagi kecuali
dipanaskan pada suhu diatas 80°C, sehingga setiap suhu yang cocok untuk pengeraman
biakan mikroorganisme dapat digunakan.1
Pada metode lempengan tuang, suatu suspensi sel dicampur dengan agar-agar cair
pada suhu 50°C dan dituang pada lempeng petri. Bila agar telah mengeras, sel tidak dapat
bergerak lagi dan akan tumbuh membentuk koloni. Bila suspensi sel cukup encer, koloni
akan terpisah dengan baik, sehingga tiap koloni mempunyai kemungkinan besar berasal
dari satu sel.
Cara lain dengan menggoreskan suspensi pertama pada lempeng agar-agar dengan
pertolongan sengkelit. Bila penggoresan ini dilanjutkan pada seluruh permukaan lempeng
akhirnya sengkelit hanya memindahkan sel-sel tunggal pada perbenihan. Lempeng
perbenihan kemudian dieramkan dan setiap koloni yang tumbuh terpisah diambil,
disuspensikan ke dalam air dan digoreskan lagi pada lempeng agar.
B. Pengenceran
Suatu metode yang kurang dapat diandalkan. Suspensi diencerkan secara berantai
dan bahan dari tiap tabung pengenceran di tanam pada lempeng perbenihan. Bila hanya
beberapa contoh dari suatu pengenceran memperlihatkan pertumbuhan, dapat dianggap
bahwa beberapa biakan itu berasal dari sel tunggal. Metode ini tidak dipakai kecuali bila
penanaman pada lempeng perbenihan tidak mungkin. Kelemahan metode ini ialah hanya
dapat dipakai untuk mengisolasi bakteri yang paling domnan dalam suatu populasi
suspensi yang beragam.1,4
BAB III KESIMPULAN
Dua aspek yang sangat penting dalam pertumbuhan bakteri ialah aspek fisik dan
kimia. Aspek fisik antara lain : suhu, pH dan tekanan osmotik. Sedangkan aspek
kimia : sumber karbon, nitrogen, sulfur, fosfor, trace element, oksigen dan faktor
pertumbuhan organik.
Konsentrasi mikroba dapat diukur dari segi konsentrasi sel (jumlah sel hidup perunit
volume biakan) atau dari konsentrasi biomassa (bobot kering sel per unit volume
biakan).
Fase dalam pertumbuhan bakteri terdiri dari fase penyesuaian, fase eksponensial, fase
stationer maksimum dan fase kemunduran.
Banyaknya bakteri berbiak dengan pembelahan biner dan waktu rata-rata yang
diperlukan untuk membuat populasi atau biomassa, menjadi dua kali lipat disebut
waktu generasi atau waktu penggandaan. Waktu penggandaan yang cepat sesuai
1 sel bakteri menghasilkan 2 sel anakan, jadi sel bakteri membelah berdasarkan deret
hitung logaritmik, dimana satu sel bakteri menghasilkan 2 sel anak, 8 sel anak pada 3
generasi, 16 sel bakteri setelah 4 generasi, 1024 sel setelah 10 generasi, dan sekitar
satu juta sel setelah 20 generasi. Sebagai contoh satu sel E.coli akan menghasilkan
lebih dari 1000 sel bakteri baru dalam waktu kurang dari 3 jam dan lebih dari satu
juta sel baru dalam waktu kurang dari 7 jam.
Dalam pembiakan mikroba, ada dua hal yang penting yaitu pemilihan perbenihan
yang sesuai, dan isolasi bakteri dalam biakan murni.
DAFTAR PUSTAKA
1. Brooks, Butel, Morse. Medical Microbiology. Twenty second edition. Appleton & Lange. 2002.
2. Levinson, Jawetz. Medical Microbiology & Immunology. Seventh edition. McGraw-Hill Companies,Inc. 2002.
3. Ryan, Ray. Sherris Medical Microbiology. 4th edition. The McGraw Hill companies. 2004.
