BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Bakteri Escherchia coli
1. Sejarah
Escherichia coli pertama kali diidentifikasikan oleh dokter hewan
Jerman, Theodor Escherich dalam studinya mengenai sistem pencernaan pada bayi hewan. Pada 1885, organisme ini digambarkan sebagai komunitas bakteri
coli (Escherich 1885) dengan membangun segala perlengkapan
patogenitasnya di infeksi saluran pencernaan. Nama “Bacterium coli” sering digunakan sampai pada tahun 1991. Ketika Castellani dan Chalames menemukan genus Escherichia dan menyusun tipe spesies E. coli (6).
2. Klasifikasi
Berdasarkan taksonomi bakteri Ecsherchia coli termasuk dalam (7) : Superdomain : Phylogenetica
Filum : Proterobacteria
Kelas : Gamma Proteobacteria Ordo : Enterobacteriales
Family : Enterobacteriaceae Genus : Escherichia
Species: Escherichia coli 3. Morfologi
E. coli dari anggota family Enterobacteriaceae. Ukuran sel dengan
panjang 2,0 – 6,0 µm dan lebar 1,1 – 1,5 µm. Bentuk sel dari bentuk seperti
coccal hingga membentuk sepanjang ukuran filamentous. Tidak ditemukan
spora. E. coli batang gram negatif. Selnya bisa terdapat tunggal, berpasangan, dan dalam rantai pendek, biasanya tidak berkapsul, bakteri ini aerobik dan dapat juga aerobik fakultatif. E. coli merupakan penghuni normal usus, seringkali menyebabkan infeksi (7,8,9).
Gambar 2.1. Koloni bakteri Escherichia coli dilihat dengan pemindai elektron (6).
Kapsula atau mikrokapsula terbuat dari asam-asam polisakarida. Mukoid kadang-kadang memproduksi pembuangan ekstraselular yang tidak lain adalah sebuah polisakarida dari speksitifitas antigen K tententu atau terdapat pada asam polisakarida yang dibentuk oleh banyak E. coli seperti pada Enterobacteriaceae. Selanjutnya digambarkan sebagai antigen M dan dikomposisikan oleh asam kolanik (7,8,9).
Biasanya sel ini bergerak dengan flagella petrichous. E. coli memproduksi macam-macam fimbria atau pili yang berbeda, banyak macamnya pada struktur dan speksitifitas antigen, antara lain filamentus, proteinaceus, seperti rambut appendages di sekeliling sel dalam variasi jumlah. Fimbria merupakan rangkaian hidrofobik dan mempunyai pengaruh panas atau organ spesifik yang bersifat adhesi. Hal itu merupakan faktor virulensi yang penting (7,8,9).
E. coli merupakan bakteri fakultatif anaerob, kemoorganotropik,
mempunyai tipe metabolisme fermentasi dan respirasi tetapi pertumbuhannya paling sedikit banyak di bawah keadaan anaerob. Pertumbuhan yang baik pada suhu optimal 37oC pada media yang mengandung 1% pepton sebagai sumber karbon dan nitrogen. E. coli memfermentasikan laktosa dan memproduksi indol yang digunakan untuk mengidentifikasikan bakteri pada makanan dan air (7,8,9).
E. coli berbentuk besar (2-3 µm), circular, konveks dan koloni tidak
berpigmen pada nutrien dan media darah. E. coli dapat bertahan hingga suhu 60oC selama 15 menit atau pada 55oC selama 60 menit (7,8,9).
B. Salinitas Air
Salinitas adalah tingkat keasinan atau kadar garam terlarut dalam air. Salinitas juga dapat mengacu pada kandungan garam dalam tanah (10).
Tabel 2.1 Salinitas air berdasarkan presentase garam terlarut
No Jenis Air Salinitas
1 Air tawar < 0,05 %
2 Air payau 0,05 – 3 %
3 Saline 3 – 5 %
4 Brine > 5 %
Kandungan garam pada sebagian besar danau, sungai, dan saluran air alami sangat kecil sehingga air di tempat ini dikategorikan sebagai air tawar. Kandungan garam sebenarnya pada air ini, secara definisi kurang dari 0,05%. Jika lebih dari itu, air dikategorikan sebagai air payau atau menjadi saline bila konsentrasinya 3 sampai 5%. Lebih dari 5%, ia disebut brine (10).
Air laut secara alami merupakan air saline dengan kandungan garam sekitar 3,5%. Beberapa danau garam di daratan dan beberapa lautan memiliki kadar garam lebih tinggi dari air laut umumnya. Sebagai contoh, Laut Mati
memiliki kadar garam sekitar 30% (10).
Istilah teknik untuk keasinan lautan adalah halinitas, dengan didasarkan bahwa halida-halida, terutama klorida adalah anion yang paling banyak dari elemen-elemen terlarut. Dalam oseanografi, halinitas biasa dinyatakan bukan dalam persen tetapi dalam “bagian perseribu” (parts per thousand , ppt) atau permil (‰), kira-kira sama dengan jumlah gram garam untuk setiap liter larutan. Sebelum tahun 1978, salinitas atau halinitas dinyatakan sebagai ‰ dengan didasarkan pada rasio konduktivitas elektrik sampel terhadap "Copenhagen
1978, oseanografer meredifinisikan salinitas dalam Practical Salinity Units (psu, Unit Salinitas Praktis): rasio konduktivitas sampel air laut terhadap larutan KCL standar (12,13). Rasio tidak memiliki unit, sehingga tidak bisa dinyatakan bahwa 35 psu sama dengan 35 gram garam per liter larutan (14).
C. Faktor Lingkungan Yang Mempengaruhi Pertumbuhan Bakteri
Populasi mikroorganisme dalam lingkungan perairan tergantung dari berbagai faktor antara lain (1,2,3) :
1. Suhu
Suhu permukaan berkisar sekitar 30 – 40 oC di daerah ekuator. Sebagian besar lingkungan air asin mempunyai suhu dibawah 5 oC sehingga banyak ditemukan bakteri psikrofilik. Pada sumber air panas ditemukan mikroorganisme dengan suhu optimum 70 – 72 oC, seperti Thermophilus
aquaticus. Penelitian mutakhir menunjukkan adanya mikroorganisme
didaerah geothermal di Lautan Pasifik. Mikroorganisme di lingkungan ini tahan terhadap suhu 250 oC dan tekanan 265 atm (2).
Spesies mikroba yang berbeda membutuhkan suhu optimal yang amat beragam untuk pertumbuhannya. Mikroba psikrofilik adalah mikroba yang mampu tumbuh dengan baik pada kisaran suhu (15 – 20 oC), mesofilik (30 – 37 oC) dan termofilik (50 – 60 oC). Sebagian besar organisme bersifat
mesofilik, suhu 30 oC adalah suhu optimal untuk pertumbuhannya(3).
Disamping pengaruhnya pada laju pertumbuhan, suhu yang ekstrim, baik terlalu panas maupun terlalu dingin akan membunuh mikroorganisme. Suhu yang panas akan menyebabkan terjadinya denaturasi protein, pendinginan cepat E. coli dari suhu 37 oC menjadi 5 oC dapat membunuh 90% sel bakteri(3).
Tekanan Hidrostatik
Tekanan hidrostatik antara air permukaan dengan air lautan yang sangat dalam amatlah beda. Tekanan ini dipengaruhi oleh keseimbangan kimiawi dan mengakibatkan penurunan pH air laut dan kelarutan nutrien bikarbonat HCO3, selain itu tekanan hidrostatik juga mempengaruhi titik didih air, sehingga tetap mempertahankan air dalam keadaan terlarut dalam suhu
panas dan tekanan tinggi. Tekanan ini meningkat dengan bertambahnya kedalaman. Untuk setiap 10 m, maka peningkatan tekanan akan sebesar 1 atm. Bakteri barofilik adalah bakteri yang tumbuh dalam tekanan hidrostatik tinggi. Mikroorganisme ini pada umumnya juga bersifat psikrofilik.
Sebagian besar bakteri mampu menahan tekanan osmosis dan kuat ion yang bervariasi, karena kemampuannya mengatur osmolalitas internal dan konsentrasi ion. Osmolalitas diatur melalui angkutan aktif ion K+ ke dalam sel, kuat ion internal dipertahankan agar konstan dengan mengekskresikan putresin, poliamina organik yang bermuatan positif (3).
Cahaya
Kehidupan mikroorganisme dalam lingkungan air tergantung pada mikroorganisme fotosintetik. Biasanya primary producers adalah kelompok algae yang biasanya terdapat pada bagian permukaan air, karena cahaya dapat menembus lapisan ini. Kedalam wilayah yang bercahaya tergantung pada keadaan setempat, musim dan kekeruhan air (2).
Adanya cahaya akan mendukung terjadinya proses oksidasi dan reduksi beberapa mikroorganisme, sebagai reduktan adalah air dan karbon dioksida sehingga akan dihasilkan oksigen dan bahan organik (2).
Salinitas
Keanekaragaman salinitas dalam air mempengaruhi kehidupan biota air melalui pengendalian berat jenis dan keragaman tekanan osmotik. Salinitas menimbulkan tekanan osmotik, pada umumnya kandungan garam dalam sel biota air cenderung mendekati kandungan garam dalam air tempat hidupnya. Apabila suatu sel berada dalam lingkungan dengan salinitas yang berbeda maka diperlukan mekanisme osmoregulasi untuk menjaga keseimbangan kepekatan antara sel dan lingkungannya. Cara-cara osmoregulasi meliputi perlindungan membran sel maupun mekanisme ekskresi untuk membuang kelebihan air tawar keluar sel. Kemampuan untuk menghadapi fluktuasi salinitas sangat bergantung dari jenis biota air, maupun kemampuan adaptasi terhadap lingkungannya. Bakteri Coliform yang merupakan jenis bakteri yang tidak dapat membentuk spora mempunyai kemampuan adaptasi yang rendah
dalam lingkungan, terutama perlindungan membran selnya apabila berada dalam suatu cairan dengan tingkat osmose tinggi, yaitu terjadinya plasmolisa yang dapat menyebabkan kematian sel bakteri (3).
Ruyitno & Soeminarti (1994) menyatakan bahwa derajat kematian kelompok bakteri coli yang berada di lingkungan laut makin berkurang dengan naiknya salinitas, suhu maupun intensitas cahaya matahari. World Health Organization (1982) menyatakan bahwa bakteri kelompok coli mempunyai resistensi yang makin menurun pada salinitas yang tinggi (15).
Air laut memiliki konsentrasi garam tinggi. Garam utama dalam air adalah khlorida, sulfat, karbonat, kalium, kalsium, dan magnesium. Konsentrasi ini biasanya lebih rendah dekat permukaan sungai dan laut (muara). Biasanya mikroorganisme di laut bersifat halofilik dan mampu tumbuh pada konsentrasi garam 2,5 – 4,0 % (2).
Kekeruhan
Bahan terlarut yang menyebabkan kekeruhan diantaranya adalah : partikel mineral yang berasal dari darat, detritus, seperti selulosa, hemiselulosa, dan khitin serta mikroorganisme terlarut.
Turbiditas atau kekeruhan mempengaruhi penetrasi cahaya, kemampuan penetrasi ini nantinya akan mempengaruhi wilayah fotosintetik. Bahan atau partikel yang berfungsi sebagai substrat untuk pencantelan (pelekatan) atau sebagai substrat yang dimetabolismekan. Bakteri yang tumbuh sambil melekatkan diri ke permukaan disebut sebagai epibakteri atau perifit (1).
pH
Mikroorganisme akuatik dapat ditumbuhkan pada pH 6,5 – 8,5. Untuk mikroorganisme di laut, pH optimum sekitar 7,2 – 7,6. Mikroorganisme yang hidup di danau atau sungai mempunyai kisaran pH optimum yang luas (2).
Sebagian besar organisme memiliki rentang pH optimal yang cukup sempit, sebagian besar organisme tumbuh baik pada pH 6,0 – 8,0. Mikroorganisme mengatur pH internalnya terhadap rentang pH eksternalnya, pH internal diatur oleh rangkaian sistem pengangkutan proton dalam selaput
sitoplasma, termasuk pompa proton berpenggerak ATP primer dan penukar Na+ dan H+(3).
Bahan organik dan anorganik
Bahan kimia yang terdapat dalam air mempengaruhi jenis mikroorganisme. Nitrat dan pospat merupakan bahan anorganik yang berperan dalam pertumbuhan mikroorganisme. Senyawa organik diperlukan untuk pertumbuhan bakteri saprofit dan fungi. Hg dan logam berat lainnya dalam jumlah kecil juga dibutuhkan mikroorganisme, bahkan dapat ditemukan pula mikroorganisme yang resisten terhadap bahan ini (2).
Berdasarkan cara memperoleh energi, mikroorganisme dibedakan menjadi 2 (dua) kelompok. Organisme autotrof adalah organisme yang mampu menggunakan energi matahari untuk mereduksi karbon dioksida dan air sebagai sumber energi untuk kehidupannya. Sedangkan organisme yang membutuhkan karbon organik untuk sumber energi termasuk dalam kelompok
heterotrof (3).
D. Kualitas air dan Coliform
Air adalah materi esensial di dalam kehidupan. Tidak ada satupun makhluk hidup di dunia ini yang tidak membutuhkan air. Sel hidup misalnya, baik tumbuh-tumbuhan ataupun hewan sebagian besar tersusun dari air, yaitu lebih dari 75% sel tumbuh-tumbuhan atau lebih dari 67% isi sel hewan tersusun oleh air (16)
. Air sangat erat hubungannya dengan kehidupan manusia, air juga merupakan suatu sarana utama untuk meningkatkan derajat kesehatan manusia, karena air merupakan salah satu media dari berbagai macam penularan, terutama penyakit perut. Sehingga melalui penyediaan air bersih baik dari segi kualitas maupun kuantitasnya maka penyebaran penyakit menular diharapkan dapat ditekan seminimal mungkin (17).
Kualitas air dapat ditentukan berdasarkan sifat fisik, kimia maupun biologis (16). Karakteristik fisik yang umum dianalisis dalam penentuan kualitas air meliputi parameter: kekeruhan, temperatur, warna, bau dan rasa. Dari aspek kimiawi dapat dianalisis dari senyawa yang terkandung dalam air, baik senyawa
organik maupun senyawa anorganik termasuk golongan logam berat. Sedangkan secara biologi adalah adanya jasad-jasad hidup yang mungkin ditemukan dalam air, antara lain dari golongan bakteri, ganggang, cacing serta plankton. Kehadiran bentuk-bentuk kehidupan ini tidak diharapkan dalam air, terutama karena dapat merupakan sumber penyebaran suatu penyakit tertentu, antara lain tipus, disentri dan kolera (16).
1. Air Minum.
Sebagai air minum maka fungsi air bagi tubuh manusia antara lain adalah membantu proses pencernaan, metabolisme, mengangkut zat-zat makanan dalam tubuh, mengatur keseimbangan suhu tubuh, dan menjaga jangan sampai tubuh kekeringan. Apabila tubuh kehilangan banyak air maka dapat menyebabkan kematian, sebagai contoh penderita penyakit kolera (17). Melihat arti pentingnya air minum bagi kehidupan manusia, maka air minum ditinjau dari aspek kualitasnya harus memenuhi syarat, antara lain (17):
a. Syarat fisik meliputi tidak berwarna, tidak berasa, tidak berbau, suhu dibawah suhu udara dan jernih.
b. Syarat kimia, air minum tidak boleh mengandung racun, zat-zat mineral atau zat-zat kimia tertentu dalam jumlah melampaui batas yang telah ditentukan.
c. Syarat bakteriologi, air minum tidak boleh mengandung bakteri patogen dan tidak boleh mengandung bakteri coli. Air yang mengandung bakteri golongan coli dianggap telah terkontaminasi dengan kotoran manusia.
Tabel 2.2 Kadar bakteriologis pada persyaratan air minum Parameter Satuan Kadar Maksimum yang
diperbolehkan a. Air Minum
E.Coli atau fecal coli
Jumlah per 100 ml sampel
0
b. Air yang masuk sistem distribusi
E.Coli atau fecal coli Jumlah per 100 ml sampel
0
Total Bakteri Coliform Jumlah per 100 ml sampel
0
c. Air pada sistem distribusi E.Coli atau fecal coli Jumlah per
100 ml sampel
0
Total Bakteri Coliform Jumlah per 100 ml sampel
0
Sumber : Kepmenkes RI No. 907 tahun 2002.
2. Air bersih.
Selain sebagai air minum, air juga digunakan sebagai air bersih, yaitu sebagai media untuk membersihkan tubuh manusia (mandi) maupun untuk mencuci. Sebagai air bersih maka air harus memenuhi beberapa persyaratan, antara lain (17):
a. Kesadahan.
Tingkat kesadahan air bersih harus rendah, karena apabila tingkat kesadahannya tinggi (mengandung Ca dan Mg) menyebabkan borosnya pemakaian sabun karena terjadinya reaksi antara Ca maupun Mg dengan sabun, sehingga sabun menjadi tidak berbusa. Kandungan Ca maksimal dalam air bersih adalah 200 mg/l, sedangkan Mg adalah 150 mg/l.
b. Total solid.
Total solid merupakan bahan yang berupa padatan yang terkandung dalam air, baik dalam bentuk terlarut maupun tersuspensi. Tingginya total solid dalam air bersih akan mengganggu dalam proses pembersihan apabila digunakan sebagai air bersih. Kandungan yang diharapkan dalam air untuk keperluan air bersih adalah kurang dari 500 mg/l.
E. HIPOTESA
Peningkatan konsentrasi salinitas (Garam) akan menyebabkan berkurangnya kemampuan pertumbuhan bakteri Coliform.
F. Kerangka Teori
Tekanan hidrostatik
Cahaya Salinitas PH Suhu Kekeruhan
Kesadahan Kualitas air
Kandungan zat kimia dalam air
Keadaan fisik air Pertumbuhan
bakteri Coliform
Total solid
Sumber : Modifikasi dari 1,2,3,4,5,16,17. G. Kerangka Konsep Variabel Terikat : Pertumbuhan bakteri Coliform Variabel Terkendali - pH - Suhu - Media pertumbuhan Variabel Bebas : Salinitas
