LAPORAN PRAKTIKUM MIKROBIOLOGI UMUM ANALISIS SIMILARITAS
Tria Irma Muhibah 115090107111015
Kelompok 2A
LABORATORIUM MIKROBIOLOGI JURUSAN BIOLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS BRAWIJAYA
MALANG 2013
ABSTRAK
Klasifikasi mikroorganisme merupakan suatu istilah yang berkaitan dengan kekerabataan suatu mikroorganisme dan terkadang digunakan secara dapat dipertukarkan dengan taksonomi. Praktikum ini dilaksanakan bertujuan agar agar praktikan dapat mengetahui similaritas dari masing-masing mikroorganisme berdasarkan klasifikasi bakteri secara numerik berdasarkan fenotip, dengan cara pembuatan pohon filogenetik menggunakan program Clad97 dan NTSYS. Sehingga, didapatkan hasil pada semua isolat bakteri memiliki nilai similaritas sebesar 64% pada kelompok pertama dengan nilai similaritas 68% terdiri dari isolat TR.1.1.1, TR 1.1.2, TR 3.2.1, TR.3.2.2, TR 1.2.1, TR 1.2.2, TR 4.1.1, TR 4.1.2, TS 2.1.1, TS 2.1.2, TS 2.1.2, TR 2.2.1, TS 2.2.1, TR 2.2.2, dan TS 2.2.2. Sedangkan kelompok kedua dengan nilai similaritas 79% terdiri dari isolat bakteri TS 1.2.1 dan TS 1.2.2.
Kata Kunci: Klasifikasi, pohon filogenetik, program Clad97, Program NTSYS dan Nilai Similaritas.
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang
Klasifikasi mikroorganisme merupakan suatu istilah yang berkaitan dengan kekerabataan suatu mikroorganisme dan terkadang digunakan secara dapat dipertukarkan dengan taksonomi. Taksonomi merupakan ilmu mengenai klasifikasi atau penataan sistematik organisme kedalam kelompok atau kategori yang disebut taksa. Namun, penyusunan mikroorganisme mensyaratkan untuk diidentifikasi dan diberi nama terlebih dahulu. Klasifikasi dan identifikasi adalah dua hal yang memiliki perbedaan, namun pada dasarnya saling berhubungan dalam taksonomi. Klasifikasi dapat diidentifikasikan sebagai penyusunan suatu organisme kedalam suatu kelompok taksonomi (taksa) berdasarkan persamaan atau hubungan (Pelczar, et al. 2008).
Menurut Rahayu (2009), taksonomi numerik atau biasa disebut taksonomi komputer, mensyaratkan tersedianya sejumlah besar informasi informasi mengenai mikroorganisme yang bersangkutan sebanyak mungkin informasi mengenai ciri-ciri yang tidak berkaitan yang mungkin diperoleh. Setiap ciri diberi bobot yang sama dalam membentuk taksa. Berdasarkan teori yang telah dijelaskan maka dilakukan praktikum dengan judul “Analisis Similaritas” untuk mengetahui kekerabatan dari biakan yang telah diidentifikasi dengan menggunakan program Clad97 dan progran NTsys.
1.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dalam praktikum ini adalah : 1. bagaimana hubungan similaritas antar individu ?
2. Apakah dapat diketahui hubungan similaritas pada masing-masing organisme dengan klasifikasi bakteri secara numerik berdasarkan fenotip ?
3. Program apa yang digunakan dalam menentukan kekerabatan suatu mikroorganisme ?
1.3 Tujuan
Praktikum dengan judul “Analisis Similaritas” dilakukan bertujuan agar praktikan dapat mengetahui similaritas dari masing-masing mikroorganisme berdasarkan klasifikasi bakteri secara
numerik berdasarkan fenotip, serta dapat mengaplikasikan kedalam program yang telah ditentukan.
1.4 Manfaat
Setelah praktikum dilakukan, praktikan dapat memiliki ketrampilan dalam mengklasifikasikan mikroorganisme secara numerik serta mengetahui similaritas dari masing-masing mikroorganisme tersebut.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Mikrobiologi merupakan ilmu yang mempelajari organisme hidup yang berukuran mikroskopis. Organisme yang mikroskopis ini disebut dengan mikrobia. Di dunia ini banyak sekali dijumpai berbagai jenis mikrobia. Oleh karena itu untuk mempermudah dalam mempelajarinya dipergunakan pendekatan secara taksonomi. Bakteri merupakan mikrobia prokariotik yang sangat heterogen dan menghuni lingkungan yang sangat beraneka ragam (Stanier, et al. 1992).
Menurut Benson (2002), dalam klasifikasi bakteri, kriteria yang biasanya dipakai antara lain adalah karakter morfologi yang terdiri dari ukuran, bentuk, sifat pengecatan, dan lain-lain. Karakter kultur dan karakter koloni meliputi bentuk koloni, elevasi, translucent dan warna. Karakteristik biokimia meliputi fermentasi, hidrolisis, produksi indol, reduksi, dan produksi enzim spesifik. Karakter fisiologis me;iputi kisaran suhu, pH, dan lain-lain.
Taksonomi dapat dilakukan secara numerik ataupun secara fenetik, dimana taksonomi secara numerik (numerical taxonomy), adalah taksonomi yang dikelompokkan berdasarkan pada informasi sifat suatu organisme yang dikonversikan ke dalam bentuk yang sesuai untuk analisis numerik dan dibandingkan menggunakan komputer, ada atau tidaknya sekurang kurangnya 50 (sebaiknya beberapa ratus) karakater yang dapat dibandingkan; karakter tersebut di antaranya adalah karakter morfologi, biokimiawi, dan fisiologi, dan koefisien asosiasi ditentukan di antara karakter-karakter yang dimiliki oleh dua atau lebih organisme (Atlas, 2004).
Untuk melakukan metode taksonomi numeric maka yang pertam dilakukan analisis karakter dengan berbagai uji, diantaranya adalah uji morfologi, fisiologi dan sifat biokimiawi yang dapat menghasilkan data fenotip yang beragam, data fenotip yang didapatkan, akan diolah lebih lanjut sehingga menghasilkan koefisien similaritas, yaitu sebuah fungsi yang mengukur tingkat kemiripan yang dimiliki oleh dua atau lebih stain mikroba yang dibandingkan, yang diperoleh dari karakter yang dibandingkan antar dua atau lebih strain mikroba (Priest & Austin, 1993).
Koefisien similaritas terdiri atas dua jenis yaitu, Simple Matching Coeficient (Ssm) dan Jaccard Coeficient (SJ). Ssm merupakan koefisien similaritas yang umum digunakan pada ilmu
bakteriologi untuk mengukur proporsi karakter yang sesuai, baik hubungannya bersifat ada (positif) maupun tidak ada (negatif). Sedangkan SJ dihitung, tanpa memperhitungkan karakter yang tidak dimiliki oleh kedua organisme tersebut (Edwards & Cavalli, 1994).
Terdapat lima prinsip utama pada sistem taksonomi diantaranya meliputi: taksonomi yang ideal merupakan taksonomi yang memuat informasi sebanyak-banyaknya tentang karakter yang dimiliki oleh suatu organisme. Dari masing-masing sifat ini memiliki kedudukan yang setara, dimana tingkat kedekatan antara dua strain merupakan proporsi kemiripan sifat yang dimiliki bersama dan similaritas ini bersifat fenetis. Sedangkan taksonomi fenetik adalah sistem klasifikasi mikrobia tanpa melalui evolusioner. Pengukuran kekerabatannya berdasarkan sifat fenotip dan genotip, misalnya sifat biokimiawi, morfologi, fisiologi, kimiawi, dan pembedaan DNA. Bakteri yang memiliki tingkat similaritas tinggi belum tentu memiliki hubungan filogenetis. Hal ini disebabkan karena hubungan antar bakteri tersebut hanya bersifat fenetik (Madigan, et al. 2003).
Prinsip similaritas merupakan suatu metode yang digunakan untuk menghubungkan sistem fisika yang memiliki perbedaan ukuran, sehingga metode ini sangat bermanfaat untuk melakukan scale-up ataupun Scaledown dari proses fisika maupun kimia. Prinsip similaritas biasanya digunakan bersamaan dengan metoda analisis kelompok tak berdimensi (Priest & Austin, 1993).
Menurut Rahayu (2009), prinsip similaritas lebih menitik beratkan pada konsep umum tentang bentuk di dalam sistem yang sangat rumit dengan implikasi bahwa bentuk tidak bergantung ukuran dan komposisi. Didalam kalimat yang lebih tepat, prinsip ini menyatakan konfigurasi ruang dan waktu dari sistem fisika dinyatakan oleh perbandingan besaran didalam sistem itu sendiri dan tidak bergantung ukuran atau spesifik satuan dimana besaran ini ditentukan,
Nilai similaritas setiap strain bakteri (Operational Taxonomical Unit) dihitung dengan membandingkan dengan masing strain yang lain. Data yang didapat dari masing-masing strain yang ada, dibandingkan setiap karakter pembedanya berdasarkan taksonomi Adansonia. Kemudian semua data berupa unit karakter yang ada dimasukkan ke dalam matriks n x t untuk dianalisis selanjutnya. Tingkat kemiripan akan ditentukan dengan menggunakan program komputer NTSYS-pc 2.02 dan dibuat konstruksi dendogram berdasarkan nilai dalam matriks similaritas
(UPGMA): untuk mengklasifikasikan strain atau OTU (Operational Taxonomical Unit) berdasarkan nilai indeks similaritas maka dilakukan pengklusteran ke dalam tabel analisis klaster (Priest & Austin, 1993).
Menurut Odum (1996), keanekaragaman suatu spesies dapat berubah dengan cepat di ekosistem. Tingginya keanekaragaman spesies menunjukkan keseimbangan ekosistem tersebut, sebaliknya rendahnya keanekaragaman spesies menandakan ekosistem mengalami stres atau tekanan. Indeks keanekaragaman (H’) menggambarkan keadaan populasi organisme secara matematis untuk mempermudah dalam menganalisis informasi-informasi jumlah individu masing-masing jenis dalam suatu komunitas.
BAB III METODE 3.1. Waktu dan Tempat
Praktikum Mikrobiologi Umum dengan judul “Analisis Similaritas” Dilaksanakan pada hari Selasa, 23 April 2013 pukul 13:00 sampai selesai. Bertempat di Laboratorium Mikrobiologi Jurusan Biologi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Brawijaya Malang.
3.2 Cara Kerja
3.2.1 Pembuatan Pohon Filogenetik dengan program CLAD97 Pada pembuatan pohon filogenetik dengan program Clad97 terdapat beberapa langkah kerja yang harus dilakukan pertama data yang telah didapatkan dalam Uji karakter morfologis, fisiologis, dan biokimiawi dari isolat TS1 dan TS2, Karakter morfologi yang diamati meliputi warna, bentuk, tepi, elevasi dan diameter koloni bakteri. Pengamatan morfologi sel meliputi identifikasi ukuran, bentuk, Gram, endospora dan kristal, serta uji biokimia. Data karakteristik fenotip dengan tanda plus (+) yang menyatakan isolat memiliki karakter tersebut dan tanda minus (-) yang menyatakan hal sebaliknya, dikompilasi menggunakan Microsoft Excel. Data yang memiliki nilai (+) diubah menjadi 1 dan nilai (-) menjadi 0.
Data yang telah diubah kemudian diolah menggunakan CLAD97 yaitu dengan cara memasukkan data ke dalam notepad, dimana data tersebut diawali dengan jumlah spesies, jumlah karakter dan tanda bintang yang kemudian masing-masing strain beserta jenis karakternya. Sehingga muncul dialog sebagai berikut:
Data yang telah dimasukkan dalam notepad, kemudian disimpan dengan ekstensi *txt dan dimasukkan dalam program CLAD97 dengan langkah clik file kemudian pilih open. Selanjutnya diclik file *txt yang telah tersimpan dalam format. Kemudian muncul tulisan “which one to construct” dan dipilih construct fenetic, klik ok. Setelah itu, tabel dendogram muncul, kemudian klik view, tulisan output dihilangkan. Sehingga didapatkan pohon filogenetik dan diubah dengan nama isolat yang telah di tentukan.
3.2.2 Pembuatan Tabel Filogenetik dengan Program NTSYS Pada pembuatan pohon filogenetik dengan program NTSYS terdapat beberapa langkah kerja yang harus dilakukan pertama program NTSYS dibuka, kemudian di pilih file data yang sebelumnya telah tersimpan di Microsoft excel. Selanjutnya file tersbut dimasukkan ke program NTSYS dengan cara pilih import excel, kemudian klik using DDE. Setelah itu data disimpan dengan menghilangkan tanda bintang (*) dan file diberi nama. Kemudian dipilih similarity kemudian simQual Lalu akan muncul kotak dialog, pada input file di klik 2 kali, dipilih file yang sebelumnya telah simpan. Kemudian pada output file diklik 2 kali dan file disimpan bedasaarkan nama yang sesuai dengan sebelumnya dan ditambah huruf “sim” Selanjutnya klik compute.
Selanjutnya klik clustering dan dipilih sahn. Sehingga akan muncul kotak dialog. pada input file di klik 2 kali, dipilih file yang sebelumnya telah tersimpan. Kemudian pada output file diklik 2 kali
dan file disimpan dengan nama yang sama hanya ditambah huruf “sahn”. Selanjutnya klik compute, dipilih append dan klik ok. Setelah itu klik gambar pohon filogenetik warna merah yang berada dipojok (plot tree) sehingga muncul dendogram.
Kemudian di pilih coph. Sehingga akan muncul kotak dialog coph. Pada input tree file dimasukan file yang telah disimpan sebelumnya dan pada output file yg disimpan dengan nama file coph. Setelah itu klik compute. Selanjutnya dibuka ntedit, dipilih file, lalu open file kemudian dibuka file coph. Setelah itu klik open, sehingga akan didapatkan nilai similaritas dalam bentuk tabel.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisa Hasil
Gambar 4.1. Pohon Filogenetik dengan Program Clad97 Berdasarkan dari data yang didapatkan maka dapat diketahui bahwa Semua isolat bakteri memiliki nilai similaritas sebesar 64%. isolat-isolat tersebut dapat dikelompokkan menjadi dua, yang dibedakan berdasarkan karakteristik fisik dan kimia. Kelompok pertama dengan nilai similaritas 68% terdiri dari isolat TR.1.1.1, TR 1.1.2, TR 3.2.1, TR.3.2.2, TR 1.2.1, TR 1.2.2, TR 4.1.1, TR 4.1.2, TS 2.1.1, TS 2.1.2, TS 2.1.2, TR 2.2.1, TS 2.2.1, TR 2.2.2, dan TS 2.2.2. Sedangkan kelompok kedua dengan nilai similaritas 79% terdiri dari isolat bakteri TS 1.2.1 dan TS 1.2.2.
Berdasarkan data pada tabel diatas diketahui bahwa pada program Clad96 terdapat bakteri yang memiliki kekerabatan yang sama dan di program NTSYS ditunjukan bahwa tidak ada kekerabatan (kekerabatan jauh) ini menunjukan bahwa pada program NTSYS ini didasarkan hanya pada kemiripan akan tetapi pada program Clad96 tidak hanya ditunjukan pada faktor kemiripan akan tetapi mikroorganisme yang mendominansi. Menurut Rahayu (2009), tingkat kemiripan akan ditentukan dengan menggunakan program komputer NTSYS-pc 2.02 dan dibuat konstruksi dendogram berdasarkan nilai dalam matriks similaritas (UPGMA): untuk mengklasifikasikan strain atau OTU (Operational Taxonomical Unit) berdasarkan nilai indeks similaritas maka dilakukan pengklusteran ke dalam tabel analisis klaster.
Menurut Benson (2002), nilai similaritas berkisar antara 0 sampai 1,0 dan hubungan kekerabatan makin dekat bila nilai similaritas makin dekat dengan 1. Nilai indeks similaritas atau indeks kesamaan digunakan untuk membandingkan kesamaan yang ditemukan antara satu komunitas dengan komunitas lainnya. Pada mikroorganisme antar stasiun nilai indeks similaritas antara 0 – 100%. Jika nilai mendekati 0% maka tingkat kemiripan rendah dan jika nilai mendekati 100% maka kesamaan komunitas antar stasiun tergolong tinggi.
Menurut Priest dan Austin (1993), bahwasanya matriks kesamaan (similarity matrix), adalah suatu hal dimana organisme dengan kesamaan tinggi dikelompokkan bersama dalam fenon (phenons), perbedaan (significance) fenon tidak selalu jelas terlihat, namun fenon dengan kesamaan 80% seringkali dianggap satu spesies (bakteri).
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan
berdasaarkan dari praktikum dengan judul “analisis Similaritas” dapat diambil kesimpulan bahwa Semua isolat bakteri memiliki nilai similaritas sebesar 64% pada kelompok pertama dengan nilai similaritas 68% terdiri dari isolat TR.1.1.1, TR 1.1.2, TR 3.2.1, TR.3.2.2, TR 1.2.1, TR 1.2.2, TR 4.1.1, TR 4.1.2, TS 2.1.1, TS 2.1.2, TS 2.1.2, TR 2.2.1, TS 2.2.1, TR 2.2.2, dan TS 2.2.2. Sedangkan kelompok kedua dengan nilai similaritas 79% terdiri dari isolat bakteri TS 1.2.1 dan TS 1.2.2. Prinsip similaritas merupakan suatu metode yang digunakan untuk menghubungkan sistem fisika yang memiliki perbedaan ukuran. Nilai similaritas setiap strain bakteri (Operational Taxonomical Unit) dihitung dengan membandingkan dengan masing-masing strain yang lain.
5.2 Saran
Dalam praktikum ini sebaiknya praktikan berhati-hati dan teliti dalam memasukan data pada program yang tersedia, agar nantinya bisa didapatkan hasil yang baik dan sesuai.
DAFTAR PUSTAKA
Atlas, R. M. 2004, Microbiology: Fundamentals and Applications. 2nd Edition, McMillan Publ.Co., New York.
Benson, H. J. (2002), Microbiology Applications Laboratory Manual in General Microbiological. Mc Graw Hill Companies, New York.
Edwards, A. W. F. and Cavalli-Sforza, L. L. 1994. Reconstruction of phylogenetic trees. in Phenetic and Phylogenetic Classification. ed. Heywood, V. H. and McNeill.London: Systematics Assoc. Pub No. 6.
Madigan, M. T., J. M. Martinko & J. Parker . 2003, Brock Biology of Microorganisms, Pearson. Education, Inc, London.
Odum, E.P. 1993. Dasar-dasar ekologi. Terjemahan dari Fundamental of Ecology oleh T. Samigan. Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.
Pelczar, Michael, J., and E.C.S. Chan, 2008. Element of Microbiology. McGraw-Hill Book Company : New York. Priest, F & B. Austin. 1993. Modern Bacterial Taxonomy Second
Edition. Champman dan Hall. London.
Rahayu, L. O. 2009. Isolasi, Identifikasi Filogenetik dan Uji Patogenisitas Konidia Kapang Entomopatogen terhadap Kutu Sisik Coklat (Lepidoshapes beckii Newman) Hama Tanaman Jeruk. Tesis. Program Studi Teknologi Hasil Pertanian. Minat Bioteknologi Agroindustri Program Pasca Sarjana. Universitas Brawijaya. Malang
Stanier, R. Y., Edward, A. A., and Jon, L. I. 1992. Mikrobiologi. UGM. Penerbit PT. Bhintara Karya Aksara.Yogyakarta.
