Dr. Dwi Suryanto Prof. Dr. Erman Munir Nunuk Priyani, M.Sc.

(1)

E N T O F B IO L O G Y O F M A T H E M A T IC S A N D N A T U R A L S C IE N C E S U M A T R A U N IV E R S IT Y

BIO210 Mikrobiologi

Dr. Dwi Suryanto Prof. Dr. Erman Munir

Nunuk Priyani, M.Sc. Dr. Dwi Suryanto Prof. Dr. Erman Munir

(2)

D E P A R T M E N T O F B IO L O G Y F A C U L T Y O F M A T H E M A T IC S A N D N A T U R A L S C IE N C N O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y

Kuliah 8-9.

PENGENDALIAN

PERTUMBUHAN

(3)

E N T O F B IO L O G Y O F M A T H E M A T IC S A N D N A T U R A L S C IE N C E S U M A T R A U N IV E R S IT Y Pengendalian Pertumbuhan.

• Cara pengendalian: fisik dan kimia.

• Cara fisik mencakup: penggunaan panas, suhu rendah, desikasi, tekanan osmotik, filtrasi, dan radiasi.

• Cara kimia mencakup penggunaan bahan kimia yang menghancurkan atau membatasi pertumbuhan mikroba.

(4)

D E P A R T M E N T O F B IO L O G Y F A C U L T Y O F M A T H E M A T IC S A N D N A T U R A L S C IE N C E S N O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y 1. Suhu

• Seperti semua reaksi kimia, reaksi biokimia yang diperlukan dalam pertumbuhan menurun pada suhu rendah.

• Bahan kimia disinfektan juga dapat terhambat oleh suhu rendah, karena aktifitas bahan ini bergantung suhu sehingga seringkali harus hangat.

(5)

E N T O F B IO L O G Y O F M A T H E M A T IC S A N D N A T U R A L S C IE N C E S U M A T R A U N IV E R S IT Y 2. Jenis mikroba

• Banyak disinfektan dan antiseptik cenderung punya efek yang lebih besar pada gram-positif dibandingkan dengan gram-negatif, meskipun kerjanya tidak diketahui, seperti pada antibiotik.

• Gram-negatif, Pseudomonad (Pseudomonas) sangat resisten terhadap aktifitas kimia bahkan bisa hidup dalam beberapa disinfektan dan antiseptik.

• Bakteri ini juga dapat menjaga diri pada media garam sederhana, juga resisten pada banyak antibiotik.

(6)

• Mikroba yang aktif tumbuh cenderung lebih peka terhadap bahan kimia dibandingkan sel lainnya.

• Organisme yang membentuk endospora jauh lebih resisten.

• Endospora suatu strain Clostridium botulinum dapat tahan air mendidih selama 5.5 jam.

(7)

E N T O F B IO L O G Y O F M A T H E M A T IC S A N D N A T U R A L S C IE N C E S U M A T R A U N IV E R S IT Y 4. Lingkungan

• Materi organik sering mengganggu aksi bahan kimia.

• Di rumah sakit, kehadiran bahan kimia pada feses dan muntahan mempengaruhi pemilihan desinfektan.

• Bakteri dalam bahan makanan sangat terlindungi, misalnya dalam protein dan lemak  lebih tahan panas. • Panas lebih efektif pada kondisi asam dibandingkan

(8)

1. Perubahan permeabilitas membran

• Kerusakan pada lipid atau protein pada membran plasma oleh senyawa antimikroba seperti senyawa ammonium dapat menyebabkan kebocoran.

• Beberapa bentuk senyawa kimia dan antibiotik bekerja paling tidak sebagian seperti ini.

(9)

2. Kerusakan protein dan asam nukleat

• Panas dapat memutuskan ikatan hidrogen dari protein, demikian juga yang dilakukan bahan kimia.

• Ikatan lain seperti ikatan sulfida, ikatan kovalen juga dapat putus dengan bahan kimia tertentu dan panas.

• Molekul DNA dan RNA dapat rusak karena radiasi dan bahan kimia.

(10)

D E P A R T M E N T O F B IO L O G Y F A C U L T Y O F M A T H E M A T IC S A N D N A T U R A L S C IE N C N O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y 1. Panas

• Panas merupakan agen yang efektif untuk sterilisasi, juga paling ekonomis dan mudah.

• Panas membunuh dengan cara merusak enzim 

denaturasi.

• Resistensi panas bervariasi antar mikroba. C. Pengendalian Mikroba Dengan Cara Fisik

(11)

• Thermal death point (TDP) merupakan suhu terendah yang dibutuhkan untuk membunuh seluruh mikroba dalam larutan selama 10 menit.

• Thermal death time (TDT) merupakan panjang waktu yang dibutuhkan untuk membunuh seluruh mikroba dalam media cair pada suhu tertentu.

• Decimal reduction time (DRT) merupakan waktu (dalam menit) yang menyebabkan kematian 90% populasi pada suhu tertentu.

(12)

D E P A R T M E N T O F B IO L O G Y F A C U L T Y O F M A T H E M A T IC S A N D N A T U R A L S C IE N C N O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y 2. Panas lembab

• Waktu matinya organisme dengan pemanasan basah (air mendidih)  autoclave

virus hepatisis  30 menit endospora  70 jam

• Pada tekanan 15 psi suhu 121°C  seluruh organisme dan endospora dapat terbunuh dalam waktu sekitar 15 menit-lebih sedikit

(13)

(14)

(15)

E N T O F B IO L O G Y O F M A T H E M A T IC S A N D N A T U R A L S C IE N C E S U M A T R A U N IV E R S IT Y 3. Panas kering

• Metode paling sederhana menggunakan api secara langsung.

• Sterilisasi dengan udara panas dengan oven, misal untuk memastikan mikroba telah mati digunakan suhu 170°C selama 2 jam.

(16)

D E P A R T M E N T O F B IO L O G Y F A C U L T Y O F M A T H E M A T IC S A N D N A T U R A L S C IE N C N O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y 4. Pasteurisasi

• Perlakuan klasik pasteurisasi susu  susu dipanaskan pada suhu 63°C selama 30 menit.

• Kebanyakan pasteurisasi sekarang menggunakan suhu 75°C selama 15 menit; perlakuan ini disebut high temperature short time (HTST) pasteurization.

• Tujuannya untuk menurunkan jumlah bakteri sehingga dapat disimpan di refrigerator.

• Susu dapat dipanaskan sehingga dapat disimpan tanpa refrigerator dengan menggunakan suhu 138°C beberapa menit.

(17)

E N T O F B IO L O G Y O F M A T H E M A T IC S A N D N A T U R A L S C IE N C E S U M A T R A U N IV E R S IT Y 5. Filtrasi

• Filtrasi digunakan untuk sterilisasi bahan tidak tahan panas, seperti beberapa media kultur, enzim, vaksin, dan larutan antibiotik.

• Saat ini filter membran terdiri dari bahan ester selulosa atau polimer plastik.

• Ukuran lubang filter dari 0.22-0.45 µm ditujukan untuk menyaring bakteri; dan 0.01 µm ditujukan untuk menyaring virus, bahkan untuk beberapa protein besar.

(18)

D E P A R T M E N T O F B IO L O G Y F A C U L T Y O F M A T H E M A T IC S A N D N A T U R A L S C IE N C N O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y Sterilisasi filter.

(19)

E N T O F B IO L O G Y O F M A T H E M A T IC S A N D N A T U R A L S C IE N C E S U M A T R A U N IV E R S IT Y 6. Suhu rendah

• Efek suhu rendah pada mikroba tergantung jenis mikroba dan intensitas perlakuan.

• Suhu 0-7C menyebabkan laju metabolisme kebanyakan mikroba turun sehingga tidak mampu bereproduksi dan menghasilkan produk  efek bakteriostatik

(20)

D E P A R T M E N T O F B IO L O G Y F A C U L T Y O F M A T H E M A T IC S A N D N A T U R A L S C IE N C N O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y 7. Desikasi

• Untuk tumbuh mikroba membutuhkan air, dalam keadaan tanpa air (desikasi) mikroba tidak bisa tumbuh. • Resistensi sel vegetatif terhadap desikasi bervariasi antar

jenis dan lingkungan. Contoh: gonorrhoe tahan hanya 1 jam.

tuberkulosis tahan sampai beberapa bulan.

virus biasanya resisten terhadap desikasi, meski tidak seresisten endospora.

• Digunakan untuk preservasi makanan, dendeng, sele, ikan asin, dsb.

(21)

E N T O F B IO L O G Y O F M A T H E M A T IC S A N D N A T U R A L S C IE N C E S U M A T R A U N IV E R S IT Y 8. Tekanan osmosis

• Penggunaan garam dan gula konsentrasi tinggi dalam preservasi makanan merupakan contoh yang didasarkan pada pengaruh tekanan osmosis.

• Komsentrasi tinggi senyawa ini menyebabkan lingkungan hipertonik  air meninggalkan sel mikroba (plasmolisis) • Secara umum, jamur (mold) dan yeast lebih tahan

(22)

D E P A R T M E N T O F B IO L O G Y F A C U L T Y O F M A T H E M A T IC S A N D N A T U R A L S C IE N C N O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y 9. Radiasi

• Pengaruh radiasi tergantung panjang gelombang, intensitas, dan lamanya.

• Ada dua jenis radiasi: ionisasi dan non ionisasi.

Radiasi ionisasi: sinar X, sinar gamma, atau pancaran e-energi tinggi memiliki panjang gelombang pendek

Radiasi ionisasi memiliki daya tembus tinggi

Efek prinsipnya mengionisasi air membentuk hidroksil reaktif

Radiasi non ionisasi, misal UV

UV merusak DNA, membenruk timin dimer

(23)

(24)

D E P A R T M E N T O F B IO L O G Y F A C U L T Y O F M A T H E M A T IC S A N D N A T U R A L S C IE N C E S N O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y

• Untuk memilih desinfektan untuk pekerjaan tertentu, pertama harus diketahui bagaimana aksi desinfektan, misal apa sifat-sifatnya, untuk apa dibuat.

• Dengan membaca label kita akan tahu tentang sifat-sifatnya, juga konsentrasi/dosis yang diperlukan untuk aplikasi.

• Dosis/konsentrasi penting sebab jika terlalu encer tidak dapat membunuh, mungkin hanya bakteriostatik, jika terlalu keras dapat membahayakan manusia.

• Pertimbangan lain: apakah akan diaplikasi ke bahan organik, berapa pH, dan apakah desinfektan dapat dengan mudah menyentuh mikroba, terakhir yang perlu diingat: semakin tinggi suhu tempat desinfektan diaplikasikan, secara umum semakin efektif desinfektan tersebut.

(25)

E N T O F B IO L O G Y O F M A T H E M A T IC S A N D N A T U R A L S C IE N C E S U M A T R A U N IV E R S IT Y Use-dilution test

• Jelas dibutuhkan suatu pembanding efektifitas suatu desinfektan atau antiseptik.

• Fenol merupakan salah satu desinfektan yang umum digunakan sebagai standard, namun tidak semua antimikroba dapat dibandingkan dengan fenol, khususnya jika bekerja sebagai bakteriostatik atau jika memiliki residu yang lama hilang pada kulit.

• Untuk pengujian ini, 3 organisme digunakan:

Staphyllococcus aureus (gram+), Salmonella typhii (gram-), dan Pseudomonas auriginosa (gram-).

(26)

• Ketiga organisme ini dipapar terhadap bahan kimia untuk waktu tertentu dalam kultur cair dalam kondisi standard

• Jika koefisien lebih besar daripada 1, mengindikasikan bahwa bahan kimia yang diuji lebih aktif daripada fenol

Contoh (koefisien fenol)

Jika merk X pada pengenceran 1:200 pada kondisi tertentu, dan fenol setara efektifnya pada konsentrasi 1:100, maka merk X lebih efisien 2 kali daripada fenol

• Use-dilution test di atas dapat dilakukan untuk banyak bahan kimia sekaligus, prinsipnya makin encer bahan kimia dapat mematikan, makin tinggi rangkingnya

(27)

Metode difusi cakram

• Sering digunakan di laboratorium pendidikan.

• Bulatan kertas filter yang sudah dicelup dengan bahan kimia ditempatkan di cawan agar yang sebelumnya sudah diinokulasi dengan organisme uji.

• Jika bahan kimia efektif, akan terbentuk zona bening di sekitar cakram kertas.

(28)

(29)

Fenol dan fenolat

• Senyawa ini digunakan pertama kali oleh Lister di ruang operasi.

• Tidak lagi digunakan sebagai antiseptik dan jarang digunakan sebagai desinfektan karena mengiritasi kulit dan mempunyai bau tidak sedap.

• Sering digunakan sebagai penyegar tenggorokan (throat lozenges) untuk efek anestesi lokal tetapi tidak untuk efek antimikroba pada konsentrasi rendah.

• Derivat fenol, fenolat, mengandung molekul fenol yang telah diubah secara kimia untuk mengurangi efek iritasi,

(30)

melukai membran plasma, menginaktifasi enzim, dan mendenaturasi protein.

• Fenolat digunakan sebagai desinfektan karena tetap aktif meski diaplikasikan pada senyawa organik, stabil, dan tetap ada lebih lama setelah masa aplikasi.

• Penambahan halogen seperti klorin meningkatkan aktifitas antimikroba.

• Fenolat lain yang digunakan cukup banyak di masa lalu berupa heksaklorofen yang memiliki 2 molekul fenol (bisfenol) yang bergandengan.

• Efektif terhadap gram+ staphyllococcal dan streptococcal. • Sering digunakan untuk memandikan bayi, namun dapat

(31)

(32)

• Iodin dan klorin efektif sebagai agen antimikroba, baik sebagai senyawa tunggal (I₂ dan Cl₂ dalam larutan) atau sebagai konstitusi dalam senyawa anorganik dan organik. • Iodin merupakan antiseptik tertua dan salah satu yang

paling efektif.

• Efektif terhadap berbagai macam bakteri, endospora, berbagai fungi, dan beberapa virus.

• Efeknya diduga berkaitan dengan pengikatan iodin pada asam amino tirosin pada berbagai enzim dan proses seluler lainnya.

• Iodin biasanya dalam bentuk tincture (campuran dalam air dan alkohol) dan iodofor (kombinasi antara iodin dan molekul organik, biasanya detergen yang menyebabkan iodin dilepas pelan-pelan).

(33)

• Klorin sebagai gas atau dalam kombinasi dengan senyawa lain berfungsi sebagai germisida karena terbentuknya asam hipoklorus jika Cl dicampur dalam air.

• Kalsium hipoklorit, Ca(OCl)₂, digunakan untuk membersihkan peralatan makan di restoran, dan dairy.

• Sodium hipoklorida, NaOCl, digunakan sebagai desinfektan rumah tangga.

• Kloroks digunakan untuk dairy, food processing establisment, dan sistim haemodialisis.

• Kloramin terdiri dari klorin dan ammonia, digunakan sebagai desinfektan, antiseptik, dan agen sanitasi; sangat

(34)

• Efektif membunuh jamur dan bakteri.

• Mekanisme kerja  denaturasi protein, melarutkan lipid. • Keuntungan menggunakan alkohol  bereaksi cepat dan

menguap segera.

• Dua jenis alkohol yang sering digunakan: etanol dan isopropanol.

• Alkohol murni lebih tidak efektif daripada jika dicampur air.

• Etanol direkomendasikan digunakan pada konsentrasi 70% tapi dapat tetap membunuh dengan cepat pada 60-95%.

• Isopropanol sering digunakan sebagai alkohol tangan, sedikit lebih unggul daripada etanol.

(35)

E N T O F B IO L O G Y O F M A T H E M A T IC S A N D N A T U R A L S C IE N C E S U M A T R A U N IV E R S IT Y Logam berat

• Beberapa logam berat: perak, air raksa, dan tembaga bersifat germisida atau antiseptik. Contoh:

perak nitrat 1%  bakterisida.

merkuri klorida  desinfektan, spektrum luas, bakteriostatik.

Cu-sulfat  membunuh alga hijau yang tumbuh pada reservoir, kolam renang, dll.

Zn-klorida  antimikroba, digunakan untuk pencuci mulut.

• Kemampuan sejumlah kecil logam berat khususnya perak dan tembaga untuk fungsi amtimikroba sesebut aksi

(36)

(37)

(38)

• Menurunkan tegangan muka molekul cairan. • Termasuk di dalamnya: sabun dan detergen.

• Sabun  efek antiseptik kecil; menghilangkan mikroba saat mencuci.

(39)

Senyawa quarternary ammonium (quat)

• Kemampuan membersihkan berhubungan dengan bagian bermuatan + (kation).

• Berasal dari ammonium valensi empat.

• Bersifat bakterisida pada gram+, sedikit lemah untuk gram-, juga fungisida, amoebisida, virusida pada enveloped virus.

Senyawa asam organik

• Benzoat  antifungi, efektif pada pH rendah, digunakan dalam soft drink dan makanan asam.

(40)

• Kelahiran kemoterapi modern melalui usaha-usaha Dr. Paul Ehrlich dari Jerman awal abad ke-20  menemukan

salvarsan, suatu derivat arsenik yang efektif terhadap sipilis. • Sebelum penemuan Ehrlich hanya ada satu agen

kemoterapi yaitu kinina, digunakan oleh laskar tentara. • Pada akhir 1930 ditemukan obat sintetik sulfa.

• Prontosil digunakan sebagai pewarna  antimikroba efektif.

• Selanjutnya dibuat obat-obat sekerabat, yaitu sulfanilamide

 hanya aktif pada hewan hidup tidak dalam tabung reaksi, atau obat-obat sulfa yang tetap digunakan sampai sekarang.

(41)

• Obat-obat sulfa sangat mirip dengan metabolit bakteri yang disebut para amino benzoic acid (PABA) yang diperlukan beberapa bakteri untuk sintesis vitamin 

(42)

Penicillium notatum (penisilin) untuk menghambat pertumbuhan Staphyllococcus aureus.

• Muncul istilah antibiosis  antibiotik: senyawa yang dihasilkan oleh mikroba yang dalam jumlah sedikit menghambat organisme lain, oleh karenanya obat sulfa sintetik tidak secara teknik masuk ke dalam antibiotik.

• Penisilin sampai saat ini tetap merupakan salah satu antibiotik yang tetap efektif.

(43)

T M E N T O F B IO L O G Y Y O F M A T H E M A T IC S A N D N A T U R A L S C IE N C E S S U M A T R A U N IV E R S IT Y

(44)

D E P A R T M E N T O F B IO L O G Y F A C U L T Y O F M A T H E M A T IC S A N D N A T U R A L S C IE N C N O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y pada:

Obat menunjukkan toksisitas selektif.

Obat tidak memunculkan hipersensitif (alergi).

Obat harus larut dalam cairan tubuh sehingga mudah melakukan penetrasi.

Mikroba tidak segera menjadi resisten oleh sebab obat-obat tersebut.

• Secara komparatif, lebih mudah mencari obat-obat untuk sel prokaryota dibandingkan dengan sel eukaryota karena dinding sel, ribosom, dan detail dari metabolisme 

toksisitas selektif.

• Menjadi sangat sulit jika patogen tersebut: jaur, protozoa, dan cacing.

(45)

• Penisilin memiliki spektrum aktifitas sempit, obat-obat lain memiliki spektrum aktifitas luas.

• Obat spektrum luas mamiliki keuntungan sebab organisme penyebab penyakit tidak perlu segera diketahui

 menghemat waktu.

• Kerugian: kebanyakan flora normal inang menjadi mati. Flora normal biasanya berkompetisi dan mengendalikan pertumbuhan patogen atau mikroba lain. Jika mikroba tertentu tidak dihancurkan, mereka diuntungkan karena dapat menjadi patogen oportunis, contoh pertumbuhan

(46)

• Sifat obat dapat bakterisida, dapat bakteriostatik

1. Penghambatan sintesis dinding sel

• Penisilin dan beberapa antibiotik lain mencegah sinstesis peptidoglikan; dinding sel menjadi lemah dan sel lisis.

• Penisilin dan sefalosporin: menghambat ikatan silang peptidoglikan.

• Sikloserin: toksik, merupakan antibiotik yang jarang digunakan, mengganggu pembentukan prekursor yang diperlukan dalam sintesis peptidoglikan.

• Basitrasin dan vankomisin: mengganggu sintesis rantai linier peptidoglikan

(47)

2. Antimikroba pengganggu sintesis protein

• Aminoglycosides (streptomycin, kanamycin, neomycin, tobramycin, gentamicin) menghambat sintesis protein.

• Biasanya bersifat spektrum luas, kecuali eritromisin  tak mampu menembus dinding sel gram-negtif.

• Tetrasiklin: mengganggu pengikatan tRNA pembawa asam amino ke ribosom dan mencegah penambahan asam amino ke dalam peptida yang sedang tumbuhGentamisin dan streptomisin: mengubah bagian 30S dan 70S ribosom  mengganggu proses awal sintesis protein.

(48)

(49)

3. Antibiotik polipeptida menggangu membran sel

• Polimiksin B: mengganggu permeabilitas membran sel dengan menyerang fosfolipid.

• Nistatin, amfoterisin B, dan ketonizol: berreaksi dengan sterol pada membran fungi, menyebabkan gangguan membran sel.

(50)

(51)

4. Antibiotik mengganggu sintesis asam nukleat

• idoksuridin, rifamisin, dan asam nalidiksat: mengganggu sintesis asam nukleat

5. Mengganggu kerja enzim

(52)