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

(1)

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 N O R T H 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 N O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y

Kuliah 11-12.

PROKARYOT, EUKARYOT,

DAN VIRUS

(3)

• Fosil sel bakteri dalam benruk stromatolit berusia 3.5-3.8 triliun milyar tahun ditemukan di lapisan batuan terbentuk oleh gabungan sedimen mineral menjadi lapisan mikrobial.

• Bakteri pertama mungkin bersifat anaerobik.

• Sianobakter aerob mungkin berkembang sekitar 2.5-3.0 miliar tahun lalu. Sel eukayot modern muncul dari prokaryot sekitar 1.4 miliar tahun lalu.

• Perkembangan kloroplast dan mitokondria melibatkan invaginasi membran plasma dan rangkaian pembentukan ruang atau simbiosisnya.

(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 N O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y Stromatolit

(5)

(6)

dan kerajaan.

• Ahli mikrobiologi sering menggunakan yang kurang formal seperti grup (seksi) berdasarkan deskrispsi (misal metanogen, bakteri ungu, bakteri asam laktat, dll.)

• Spesies bakteri tidak dibatasi berdasar kepada kompatibilitas reproduksi seksual.

• Spesies bakteri adalah koleksi strain (galur) yang memiliki banyak sifat stabil dan berbeda secara signifikan dari grup galur lain.

• Galur adalah populasi organisme yang berasal dari satu organisme atau kultur murni isolat.

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 O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y

(7)

• Genus adalah sekelompok atau lebih jenis yang jelas terpisah dari genus lain.

• Sistem binomial dalam tatnama yang diajukan oleh Carolus Linnaeus digunakan dengan nama genus ditulis dalam huruf besar sedang epitetum spesifikum tidak, keduanya ditulis miring (italik) contoh Escherichia coli.

(8)

• Klasifikasi alami: mengatur organisme dalam kelompok yang anggotanya memiliki kesamaan sifat dan merefleksikan sebanyak mungkin keadaan alami biologi organisme.

• Sistem Fenetik kelompok organisme bersama berdasar kesamaan umum.

Seringkali sistem alami didasarkan pada sifat bersama. Tidak tergantung pada analisis filogenetik.

Sistem terbaik membandingkan sebanyak mungkin atribut. 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 O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y

(9)

• Sistem Filogenetik (filetik) kelompok organisme bersama didasarkan pada hubungan evolusioner.

• Sulit untuk bakteri karena kekurangan catatan fosil.

• Pembandingan langsung bahan genetik dan produk gen seperti rRNA dan protein dapat menyelesaikan masalah ini (kronometer molekuler?)

(10)

Escherichia coli Methanococcus vannielle Saccharomyces cerevisiae 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 N O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y

(11)

(12)

(13)

• Pekerjaan Carl Woose dan kaloboratornya menyarankan bahwa organisme termasuk salah satu dari 3 domain (empire) yang kingdom tradisional terdistribusi di dalamnya.

Eukarya: semua organisme eukaryotik.

Bacteria (Eubacteria): termasuk semua organisme prokaryotik dengan rRNA eubacteria dan lipid membran terutama terdiri dari diasil gliserol eter.

Archaea: termasuk organisme prokaryotik dengan archaeobacterial rRNA dan lipid membran terdiri terutama oleh isoprenoid gliserol dieter atau derivat digliserol tetraeter. 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 N O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y

(14)

(15)

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 N O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y Filogeni Archaea

(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 N O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y Filogeni Eubacteria

(17)

Sifat Utama Yang Digunakan Dalam Taksonomi Sifat Klasik

• Sifat morfologi mudah dianalisis, stabil secara genetik, dan tidak bervariasi banyak jika terjadi perubahan lingkungan. • Sifat fisiologi dan metabolik berhubungan langsung

dengan enzim dan transport protein (produk gen) dan oleh karenanya menyediakan perbandingan tak langsung dari genom mikroba.

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

(18)

• Sifat ekologi termasuk pola siklus hidup, hubungan simbiosis, kemampuan menyebabkan penyakit, habitat, dan kebutuhan pertumbuhan.

• Analisis genetik mencakup telaah pertukaran gen kromosomal melalui transformasi dan konyugasi; proses ini jarang terjadi lintas genus; harus diperhatikan untuk menghindari kesalahan karena sifat yang dibawa plasmid.

(19)

Sifat Molekuler

• Urutan asam amino dalam protein.

• Membandingkan mobilitas elektroforetik. • Menentukan reaksi immunologis.

• Membandingkan sifat-sifat enzim; perbandingan basa asam nukelat (kandungan G+C).

• Suhu leleh DNA (T_m) • Hibridisasi asam nukleat.

Menentukan derajat homologi sekuen.

Suhu inkubasi mengontrol serajat homologi yang diperlukan untuk membentuk hibrid yang stabil.

(20)

• Sekuen asam nukleat.

• Sekuen gen rRNA merupakan sekuen paling cocok untuk dibandingkan karena memiliki stabilitas evolusioner dan sekuen variabel secara evolusi.

• Saat ini, banyak genom bakteri lengkap yang telah disekuen. 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 N O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y

(21)

Archaea

• Archaea cukup beragam baik secara morfologi maupun fisiologi.

• Archaea terwarna secara gram-positif atau gram-negatif. • Bentuk sferis, batang, spiral, lobus, pipih, tak beraturan

atau pleiomorfik.

• Bisa terdiri dari sel tunggal, agregat, atau filamen.

• Membelah dengan biner, tunas, fragmentasi, atau cara lain.

• Dapat bersifat aerob, anaerob fakultatif, atau obligat anaerob. 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

(22)

• Beberapa bersifat mesofil, sedang lainnya hipertermofil yang dapat hidup pada suhu di atas 100oC.

• Menyukai habitat darat dan akuatik ekstrim terbatas.

• Saat ini, archeobacteria ditemukan di lingkungan dingin dan boleh jadi merupakan penyusun 34% dari biomassa prokaryot di permukaan air Antartika.

• Sedikit yang bersimbiosis dengan sistem penceraan hewan. 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 N O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y

(23)

Dinding sel Archaea

• Berbeda dengan eubacteria

• Archaea positif seperti halnya eubacteria gram-positif memiliki dinding sel dengan lapisan tunggal homogen.

• Archaea gram-negatif tidak memiliki membran luar dan jalinan peptidoglikan kompleks seperti pada gram-negatif.

• Lapisan permukaan archaeobacteria mengandung protein atau subunit glikoprotein.

(24)

hidrokarbon bercabang melekat pada gliserol melalui ikatan eter bukan rantai lurus asam lemak yang melekat pada gliserol melalui ikatan ester.

• Struktur tetraeter lebih kompleks juga ditemukan.

• Membran mengandung lipid polar seperti fosfolipid, sulfolipid, dan glikolipid.

• Membran juga mengandung lipid non-polar (7-30%) yang biasanya derivat squalena.

• Membran dari termofil ekstrem hampir selalu monolayer tetraeter lengkap. 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 O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y

(25)

(26)

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 N O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y Membran archaea

(27)

Taksonomi Archaea

• Memperlihatkan keragaman yang tinggi.

Termofil ekstrim dengan metabolisme bergantung sulfur.

Metanogen.

Halofil ekstrim.

Archaea tanpa dinding sel.

(28)

Sulfolobus

• Gram-negatif, aerob, lobus ireguler, sferis. • Termoasidofil

• Oksigen merupakan akseptor elektron normal, tetapi besi feri dapat juga digunakan.

• Gula dan asam amino dapat digunakan sebagai sumber C dan energi; bagaimanapun mereka sering tumbuh secara litotrof pada butiran sulfur di mata air panas mengoksidasi sulfur menjadi asam sulfit.

(29)

Sumber Air Panas

Aerob, sulfur metabolizer, menyukai suhu tinggi dan pH rendah Sulfolobus 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 N O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y

(30)

• Anaerob obligat memperoleh energi dari konversi CO₂, H₂, format, metanol, asetat, dan senyawa lain menjadi metana atau metana dan CO₂.

• Metanogen dapat berada dalam lingkungan anaerob yang kaya bahan organik seperti rumen, anaerobic sludge digesters, dan bahkan dalam anaerobic protozoa.

• Metanogen memilik potensi sangat besar karena metana merupakan bahan bakar bersih dan sumber energi yang baik.

• Hanya saja metana dapat menimbulkan efek rumah kaca, dan karena dapat mengoksidasi besi sehingga karat.

(31)

Methanobevibacter Methanobacterium 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 N O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y

(32)

• Membutuhkan sedikitnya 1.5 M NaCl dan tumbuh optimal antara 3-4 NaCl.

• Dapat membusukkan makanan asin.

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 N O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y Halobacteroum salinarium

(33)

Thermoplasma

• Kokus termoasidik tidak memiliki dinding sel.

• Thermoplasma memiliki suhu optimum antara 55-59oC dan pH optimal 1-2.

• Sering ditemukan di buangan tambang batubara, dimana kemolitotrof mengoksidasi besi pirit menjadi asam sulfit sehingga menghasilkan lingkungan asam yang panas.

• Membran sel diperkuat dengan sejumlah besar digliserol tetraeter, lipopolisakarida, dan glikoproytein.

• DNA distabilisasi melalui asosiasi dengan protein seperti histon yang membuat partikel seperti nukleosom eukaryot.

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 Thermoplasma

(34)

Proteobacteria

• Terdiri dari kebanyakan gram-negatif, kemoheterotrof, yang diduga memiliki nenek moyang bakteri fotosintetik.

• Kelompok taksonomi terbesar dari bakteri.

• Hubungan filogenetik kelompok ini didasarkan pada gen rRNA. 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 N O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y

(35)

a. -Proteobacteria

• Kelompok yang mampu tumbuh pada kondisi miskin nuttrisi; beberapa memiliki nilai penting bagi pertanian. • Beberapa memiliki bentuk yang tak biasa, seperti

tangkai atau tunas, prostecea.

• Contoh: Azospirillum, Rhizobium, Nitrobacter,

Rickettsia.

b. -Proteobacteria

• Nutrisi yang digunakan seperti gas H₂, amonia, dan metana.

• Contoh: Thiobacillus, Spirillum, Zoogloea.

(36)

c. -Proteobacteria

• Fisiologi sangat beragam.

• Contoh: Pseodomonas, Legionella, Vibrio, Escherichia.

b. Bakteri Fotosintetik Ungu dan Hijau

• Membingungkan secara taksonomi.

• Bersifat fotosintetik anoksigenik, tidak menghasilkan O₂.

• Contoh: Chromatium.

• Bakteri fotoautotrof lain: bakteri fotosintetik hijau dan ungu non sulfur.

(37)

e. -Proteobacteria

• Predator terhadap bakteri lain.

• Contoh: Bdellovibrio, Desulfovibrio, Myxococcus.

f. -Proteobacteria

• Vibrioid

• Contoh: Campylobacter, Helicobacter.

(38)

• Bakteri fotosintik dan spiroketa.

a. Sianobacter

• Fotosintesis menghasilkan oksigen.

• Banyak yang mampu memfiksasi nitrogen bebas; membentuk heterokist.

b. Bakteri lain dalam kelompok non-proteobacteria: Plantctomycetes, Bacteroides, Fusobacteria, Sphingobacteria. 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 N O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y

(39)

Bakteri Gram-positif

a. Kandungan G+C rendah

• Mycoplasmatales, Clostridiales, Bacillales, Lactobacillales.

• Contoh: Clostridium, Bacillus, Lactobacillus.

b. Kandungan G+C tinggi

• Mycobacterium, Propionibacterium, Actinomycetes.

(40)

• Identifikasi khamir seperti bakteri sering menggunakan uji biokimia, sedangkan fungi multiseluer diidentifikasi berdasarkan penampakan fisik, termasuk bentuk koloni dan spora reproduktif.

Struktur vegetatif

• Talus berupa filamen panjang yang disebut hifa. • Kebanyakan hifa bersekat (septum); hifa septata.

• Beberapa kelas fungi memiliki hifa tak bersekat (senositik)

• Bagian hifa yang berfungsi dalam mengambil makanan disebut hifa vegetatif.

• Dalam kondisi menguntungkan hifa tumbuh membentuk masa filamen disebut miselium.

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 N O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y

(41)

(42)

Khamir

• Nonfilamentus, fungi uniseluler, sferis atau oval.

• Beberapa khamir sering gagal membelah membentuk untaian sel disebut pseudohifa.

• Contoh: Candida, Saccharomyces.

Fungi dimorfis

• Beberapa fungi sering patogen dapat terlihat seperti khamir dan cendawan.

(43)

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 N O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y Dimorfisme fungi

(44)

dengan fragmentasi.

• Spora fungi dibentuk dari hifa aerial dalam beberapa cara.

• Spora dapat bersifat aseksual maupun seksual.

a. Spora aseksual

• Konidiospora, spora uniseluler atau multiseluler dibentuk seperti rantai di ujung konidiospora;

Aspergillus.

• Klamidospora, spora berdinding tebal; Candida albicans.

• Sporangiospora, dibentuk dalam sporangium, mengandung ratusan sporangiospora; Rhizopus.

(45)

(46)

• Berasal dari reproduksi seksual.

• Plasmogami, sel haploid (+) melakukan penetrasi pada sitoplasma sel resipien (-).

• Karyogami, inti (+) dan (-) melebur membentuk inti diploid zigot.

• Meiosis, inti diploid menjadi inti haploid (spora seksual). 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 N O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y

(47)

Zygomycota

• Fungi konyugasi, bersifat saprofit dengan hifa senositik. • Spora seksual disebut zigospora.

• Contoh: Rhizopus.

Ascomycota

• Fungi kantung

• Fungi dengan hifa bersekat dan beberapa khamir.

• Spora aseksual, konidiospora diproduksi dalam bentuk rantai panjang.

• Askospora berasal dari fusi inti dua sel yang secara morfologi sama atau berbeda.

• Contoh: Eupenicillium. 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 Pengelompokan Fungi

(48)

(49)

(50)

• Termasuk fungi yang menhasilkan cendawan (mushroom).

• Basidiospora dihasilkan dari suatu dasar basidium. • Biasanya ada 4 basidiospora/basidium.

• Beberapa fungi ini menghasilkan konidiospora.

• Fungi ini menghasilkan spora seksual dan aseksual (teleomorfis), tetapi ada yang tidak lagi mampu melakukan reproduksi secara seksual; fungi aseksual ini disebut anomorfis, sering dimasukkan dalam kelas tersendiri Deuteomycota.

• Analisis genetik rRNA terhadap Deuteromycota: Ascomycota. 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 N O R T H S U M A T R A U N IV E R S IT Y

(51)

(52)