Dasar-Dasar Mikrobiologi
Book · April 2023
CITATIONS
4
READS
24,155 1 author:
Dessy Agustina Sari
Universitas Singaperbangsa Karawang, Karawang Jawa Barat Indonesia 145PUBLICATIONS 516CITATIONS
SEE PROFILE
Rosyunita | 1
DASAR-DASAR MIKROBIOLOGI
Dr. Drs. Sunarno Sastro Atmodjo, S.E., S.H., S.T., S.AP., S.IP., S.I.Kom., S.Sos., M.M.,. M.Si.
Dr.Yasin,S.Pd., M.Pd.
Erwin, S.Pd., M.Si.
Muh.Hidayat, S.Farm., M.Si.
Ir.Dessy Agustina Sari, ST., MT., IPP.
Apt. Syahrul Tuba, S.Farm.,M.Clin.Pharm.
Erwin, S.Pd., M.Si.
Rolef Rumondor, S.Si., M.Si.
Sa’adah Siregar, S.Si., M.Kes.
Effendi, S.Si., M.Si.
Irva Faoji Anwar, S.Pd., M.Pd.
Mafrikhul Muttaqin, S.Si., M.Si.
DASAR-DASAR MIKROBIOLOGI
Penulis:
Dr. Drs. Sunarno Sastro Atmodjo, S.E., S.H., S.T., S.AP., S.IP., S.I.Kom., S.Sos., M.M.,. M.Si., Dr.Yasin,S.Pd., M.Pd., Erwin, S.Pd., M.Si., Muh.Hidayat, S.Farm., M.Si., Ir.Dessy Agustina Sari, ST., MT., IPP., Apt. Syahrul Tuba, S.Farm.,M.Clin.Pharm., Erwin, S.Pd., M.Si., Rolef Rumondor, S.Si., M.Si., Sa’adah Siregar, S.Si., M.Kes., Effendi, S.Si., M.Si., Irva Faoji Anwar, S.Pd., M.Pd., Mafrikhul Muttaqin, S.Si., M.Si.
ISBN: 978-602-71107-5-5
Tebal: ix + 196 hlm., 21 x 15 cm
Editor: Erwin, S.Pd., M.Si.
Penata Letak: B. Achmad Elfatih Penata Sampul: Echa Elsyah
Penerbit:
PT. MASAGENA MANDIRI MEDICA Perumahan Griya Rumah Emas P 24 Jalan Poros Paccellekang, Gowa-Makassar Sulawesi Selatan, 90562 Indonesia
Telp. 0411-210685, HP/WA 08999991135 Email: [email protected] ANGGOTA IKAPI: No. 020/SSL/2014
Hak Cipta Dilindungi Undang-undang
Dilarang memperbanyak isi buku ini dalam bentuk dan dengan cara apapun tanpa izin tertulis dari penerbit.
KATA PENGANTAR
uji dan syukur senantiasa terhaturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat, taufik, dan hidayah-Nya sehingga penulisan buku ini dapat terealisasi sesuai kebutuhan dan harapan. Kehadiran buku ini sebagai wujud partisipasi aktif para penulis dalam menggiatkan gerakan literasi.
Buku yang berjudul “Dasar-Dasar Mikrobiologi” ini disusun berdasarkan bidang kepakaran para penulis. Buku ini terdiri atas beberapa bab dengan penyusunan secara tersistematis dan runtut. Oleh karena itu, buku ini tidak hanya sebagai bahan bacaan, tetapi dapat dijadikan sebagai buku rujukan-referensi dalam pengembangan ilmu pengetahuan, teknologi, dan seni (Ipteks).
Kami dari penulis menyadari bahwa penulisan buku ini masih memiliki banyak kekurangan sebagai bukti keterbatasan semua tim yang berpartisipasi. Oleh karena itu, kami berharap dari pihak manapun kiranya dapat berkontribusi memberikan masukan yang konstruktif untuk pengembangan dan perbaikan atas segala kekurangan dalam buku ini.
Pada akhirnya, kami pun berharap semoga kehadiran buku ini memberi banyak manfaat kepada masyarakat luas, menambah khazanah ilmu pengetahuan, khususnya menjadi jariah bagi semua tim. Amin.
Makassar, April 2023
P
vi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... iii
KATA PENGANTAR ... v
DAFTAR ISI ... vii
BAB 1 MIKROORGANISME DAN MIKROBIOLOGI 1 A. MIKROORGANISME ... 1
B. MIKROBIOLOGI ... 7
Daftar Pustaka ... 13
Biodata Penulis ... 15
BAB 2 STRUKTUR & FUNGSI MIKROORGANISME 17 A. PENDAHULUAN ... 17
B. PENAMAAN MIKROORGANISME ... 19
C. KESIMPULAN ... 27
Daftar Pustaka ... 29
Biodata Penulis ... 30
BAB 3 NUTRISI &KULTUR MIKROORGANISME ... 31
A. NUTRISI MIKROORGANISME ... 31
B. FAKTOR TUMBUH ... 37
C. MEDIA ... 39
D. KULTUR MIKROORGANISME………. . 41
Daftar Pustaka ... 44
Biodata Penulis ... 45
BAB 4 PERTUMBUHAN MIKROORGANISME ... 46
A. PERTUMBUHAN & REPLIKASI ... 46
B. POLA ALTERNATIF PEMBELAHAN SEL ... 48
C. KURVA PERTUMBUHAN ... 50
D. FAKTOR LINGKUNGAN ... 55
Daftar Pustaka ... 62
Biodata Penulis ... 63
BAB 5 KERAGAMAN METABOLISME ... 64
A. ENZIM SEBAGAI KATALIS METABOLISME .... 65
B. PENGGUNAAN BIOENERGI BAGI SEL ... 71
Daftar Pustaka ... 77
Biodata Penulis ... 78
BAB 6 GENETIKA BAKTERI ... 79
A. MUTASI & REKOMBINASI ... 79
B. TRANSFORMASI ... 81
C. TRANDUKSI ... 85
D. KONJUGASI... 89
Daftar Penulis ... 93
Biodata Penulis ... 94
BAB 7 KERAGAMAN PROKARIOT BAKTERIA ... 95
A. FILOGENETIK BAKTERIA ... 95
B. FILUM PROTEOBAKTERIA ... 96
C. FILUM SIANOBAKTERIA ... 100
D. FILUM FLAVOBAKTERIA ... 104
Daftar Pustaka ... 110
Biodata Penulis ... 111
BAB 8 KERAGAMAN PROKARIOTIK ARKHAEA .... 112
A. KARAKTERISITK & STRUKTUR ARKHAEA .... 112
B. KLASIFIKASI ARKHAEA ... 116
Daftar Pustaka ... 123
Biodata Penulis ... 124
BAB 9 STRUKTUR SEL EUKARIOTIK ... 125
A. EUKARIOTIK ... 125
B. MEMBRAN SEL ... 129 viii
C. SITOPLASMA ... 130
D. ORGANEL SEL ... 131
Daftar Pustaka ... 147
Biodata Penulis ... 148
BAB 10 EKOLOGI MIKROORGANISME ... 149
A. PERSPEKTIF EKOLOGI MIKROBA ... 149
B. INTERAKSI MIKROBA ... 150
C. KOMUNIKASI ANTARSEL BAKTERI ... 155
D. PENDEKATAN MOLEKULER ... 158
Daftar Pustaka ... 161
Biodata Penulis ... 163
BAB 11 MIKROBIOLOGI INDUSTRI ... 164
A. DEFINISI MIKROBIOLOGI INDUSTRI ... 164
B. SEJARAH MIKROBIOLOGI INDUSTRI ... 165
C. MIKROORGANISME INDUSTRI ... 166
D. PRODUK MIKROBIOLOGI INDUSTRI ... 168
Daftar Pustaka ... 177
Biodata Penulis ... 180
BAB 12 MASA DEPAN MIKROBIOLOGI ... 181
A. PERKEMBANGAN MIKROBIOLOGI ... 181
B. ISU MIKROBIOLOGI TERKINI ... 184
C. MIKROBIOLOGI DI MASA DEPAN ... 192
Daftar Pustaka ... 194
Biodata Penulis ... 196
A. MIKROORGANISME
1. Kriteria Makhluk Hidup
Didapat beberapa kriteria makhluk hidup, antara lain sebagai berikut:
a. Makhluk hidup mengadakan pertukaran zat atau metabolisme, yaitu mengambil zat makanan dan membuang sisa makanan.
b. Makhluk hidup mengalami pertumbuhan; semula kecil kemudian bertambah besar.
c. Makhluk hidup mengadakan pembiakan atau reproduksi;
semula jumlahnya sedikit, kemudian jumlah itu menjadi besar.
d. Makhluk hidup mempunyai tanggapan terhadap pengaruh dari luar, tanggapan mana berguna bagi keselamatan hidupnya.
e. Makhluk hidup mengadakan gerak, meskipun kadang- kadang sukar untuk diamati. Banyak mikroorganisme yang sama sekali tidak mempunyai gerak, namun mereka
2 Sunarno Satro Atmodjo tetap termasuk makhluk hidup, karena memenuhi keempat kriteria lainnya.
2. Pengertian dan Karakteristik Mikroorganisme
Mikrobia atau mikroorganisme ialah jasad hidup yang sangat kecil ukurannya, sukar diamati tanpa alat perbesaran (mikroskop, mikroskop elektron). Oleh karena itu adanya mikrobia baru dapat diketahui setelah ditemukannya mikroskop.
Seperti telah diketahui mata manusia tidak dapat mengamati benda-benda yang garis tengahnya kurang dari 0,1 milimeter.
Sel-sel hidup, yaitu satuan struktur biologi hampir semuanya terletak dalam batas-batas ukuran ini, sedang jasad sebagai kesatuan hidup ukurannya besar.
Mikrobia banyak yang hanya terdiri atas satu sel saja, jadi semua tugas hidup dibebankan pada sel itu. Lain halnya dengan jasad-jasad hidup yang terdiri atas banyak sel; disini umumnya ada pembagian tugas diantara sel atau kelompok sel- sel, atau dengan perkataan lain ada organisasi dan koordinasi diantara sel atau kelompok sel-selnya. Jadi mikrobia sebagai jasad hidup mempunyai tugas metabolisme yang sangat kompleks, karena semua tugas kehidupannya dibebankan pada satu sel. Pada mikrobia yang terdiri atas banyak sel organisasi selnya pun belum sempurna (Jutono dkk.,; 1972).
3. Cakupan Mikroorganisme
Mikroorganisme merupakan makhluk hidup yang berukuran beberapa mikron atau lebih kecil lagi dari itu, yaitu 1 mikron = 0,001 mm. Jadi makhluk hidup yang termasuk atau tercakup golongan mikroorganisme ialah:
a. Virus b. Bakteri.
c. Fungi (Jamur benang) d. Khamir (Ragi)
e. Algae (Ganggang tingkat rendah).
f. Protozoa (Hewan uniseluler)
4. Berbagai Bentuk Asosiasi Kehidupan Mikrorganisme a. Tidak Saling Mengganggu (Netralisme)
Sangat boleh jadi di dalam tanah atau di dalam kotoran hewan terdapat banyak spesies yang dapat hidup bersama dengan tidak saling merugikan, tetapi juga tidak saling menguntungkan.
b. Persaingan atau Kompetisi
Kebutuhan akan zat makanan yang sama dapat menyebabkan terjadinya persaingan antar spesies. Spesies yang dapat menyesuaikan diri paling baik, itulah spesies yang akan tumbuh subur.
c. Hidup Berlawanan (Antagonisme)
Antagonisme menyatakan suatu hubungan yang asosial.
Spesies yang satu menghasilkan sesuatu yang meracuni spesies yang lain, sehingga pertumbuhan spesies yang terakhir itu sangat terganggu karenanya. Zat yang dihasilkan oleh spesies yang pertama mungkin berupa suatu ekskret, mungkin juga zat itu berupa suatu sisa makanan; yang jelas ialah, zat itu
"menentang" kehidupan mikroorganisme yang lain. Oleh karena itulah, maka zat penentang tersebut dinamakan antibiotik.
4 Sunarno Satro Atmodjo d. Komensalisme atau Metabiosis
Jika dua spesies hidup bersama, kemudian spesies yang satu mendapatkan keuntungan, sedangkan spesies yang lain tidak dirugikan olehnya, maka hubungan hidup antara kedua spesies itu disebut komensalisme. Spesies yang beruntung disebut komensal, sedang spesies yang memberikan keuntungan disebut inang (hospes). Komensal tidak dapat hidup tanpa hospes.
e. Mutualisme
Mutualisme adalah suatu bentuk simbiosis antara dua spesies, di mana masing-masing yang bersekutu mendapatkan keuntungan. Jika terpisah, masing-masing tidak atau kurang dapat bertahan diri. Lichenes itu suatu contoh simbiosis antara jamur dan ganggang; hidup bersama ini membawa keuntungan bagi kedua pihak.
Di dalam alat pencernaan rayap kedapatan Protozoa (Flagellata) yang dapat mencerna selulosa, sedang Protozoa itu sendiri dijamin hidupnya oleh Rayap. Demikian pula di dalam perut binatang pemamah biak terdapat berbagai mikroorganisme yang dapat mengubah selulosa menjadi glukosa.
f. Sinergisme
Jika dua spesies hidup bersama dan mengadakan kegiatan yang tidak saling mengganggu, akan tetapi kegiatan masing-masing itu justru berupa suatu urut-urutan yang saling menguntungkan, maka hubungan hidup antara kedua spesies itu disebut sinergisme. Ragi (adonan) untuk membuat tape terdiri atas kumpulan spesies-spesies Aspergillus, Saccharomyces, Candida, Hansenula, dan mungkin juga Acetobacter.
g. Parasitisme
Hubungan yang ada antara virus atau bakteriofage dengan bakteri itu suatu hubungan yang hanya menguntungkan satu pihak saja. Virus tidak dapat hidup di luar bakteri atau sel hidup lainnya. Sebaliknya, bakteri atau sel lainnya yang menjadi hospes akan mati karenanya.
h. Predatorisme
Hubungan yang ada antara ameba dan bakteri disebut predatorisme. Ameba merupakan pemangsa (predator), sedang bakteri merupakan mangsa. Kematian mangsa berarti kehidupan pemangsa. Bedanya dengan parasitisme ialah dalam ukuran besar kecil saja; parasit lebih kecil daripada hospes, sedang predator lebih besar daripada organisme yang dimangsa.
5. Beberapa Media Kehidupan Mikroorganisme a. Mikroorganisme Yang Kedapatan di Dalam Air Susu
Sekalipun pemerahan susu dilakukan dengan alat-alat mesin yang kebersihannya dapat dijamin, namun air susu yang 100% bebas mikroorganisme itu jarang atau sama sekali tidak ada. Bakteri yang hampir selalu ada di dalam air susu ialah bakteri penghasil asam susu; bakteri ini kebanyakan dari famili Lactobacteriaceae.
b. Mikroorganisme Pada Medium Tanah
Komponen-komponen anorganik maupun organik merupakan substrat atau medium yang baik bagi kehidupan mikroorganisme. Mikroorganisme-mikroorganisme penghuni tanah merupakan campuran populasi dari (a) protozoa seperti ameba, flagellata, ciliata, (b) bakteri (Clostridium, Rhizobium)
6 Sunarno Satro Atmodjo dan sebagainya, (c) alga (ganggang) seperti alga biru, alga hijau, diatom, dan (d) jamur, terutama jamur bertingkat rendah seperti jamur lendir, berbagai ragi dan berbagai Phycomycetes dan Ascomysetes.
Pada umumnya mikroorganisme-mikroorganisme tersebut lebih banyak terdapat di atau dekat permukaan tanah.
c. Kehidupan Mikroorganisme Dalam Air
Air tanah mengandung zat-zat anorganik maupun zat-zat organik dan oleh karena itu merupakan tempat baik bagi kehidupan mikroorganisme. Mikroorganisme-mikroorganisme yang autotrof merupakan penghuni pertama di dalam air yang mengandung zat-zat anorganik.
d. Mikroorganisme Sebagai Perusak Makanan
Bakteri yang tumbuh di dalam makanan kita mengubah makanan tersebut menjadi zat-zat organik yang berkurang energinya. Di dalam pengubahan itu bakteri beroleh energi yang dibutuhkannya. Hasil metabolisme spesies-spesies tertentu digemari oleh manusia, misalnya, alkohol sebagai hasil metabolisme Saccharomyces cerevisiae, cuka sebagai hasil fermentasi Acetobacter sp. Akan tetapi ada beberapa spesies yang hasil metabolismenya merupakan eksotoksin yang berbahaya bagi kesehatan manusia. Jika toksin itu masuk dalam alat pencernaan manusia, dapatlah timbul gejala-gejala keracunan seperti perut sakit, muntah-muntah, diarhe (D.
Dwidjoseputro, (2010).
6. Keuntungan dan Kerugian yang ditimbulkan Mikroorganisme
Seperti ilmu pengetahuan lainnya, mikrobiologi pun diawali oleh rasa ingin tahu manusia mengenal sifat serta aktivitas mikroorganisme. Pada mulanya mikroorganisme tidak dianggap perlu untuk dipelajari, karena ukurannya yang sangat kecil dan tidak dapat dilihat dengan mata telanjang. Namun pada akhir abad ke-19 penemuan Pasteur, Koch dan Lister mengubah pendapat tersebut. Pada masa itulah manusia menyadari keuntungan dan kerugian yang dapat ditimbulkan oleh mikroorganisme.
B. MIKROBIOLOGI
1. Pengertian Mikrobiologi
Mikrobiologi adalah merupakan suatu studi tentang organisme hidup yang sangat kecil, yang disebut sebagai mikroorganisme atau jasad renik atau mikroba. Mikrobiologi merupakan cabang ketiga dari Ilmu Hayat atau Biologi, yaitu setelah Ilmu Tumbuhan (Botani) dan Ilmu Hewan (Zoologi).
Ilmu ini masih tergolong masih muda, namun beberapa puluh terakhir mengalami perkembangan yang sangat pesat. Situasi perkembangan ini diakibatkan adanya upaya pemanfaatan dari ilmu untuk turut serta memenuhi kebutuhan manusia, menyekahterkan masyarakat, serta memajukan peradaban manusia.
2. Sejarah Mikrobiologi
Robert Koch dan rekannya mengembangkan beberapa prosedur laboratorium yang mempunyai dampak luar biasa terhadap perkembangan mikrobiologi. Selanjutnya dalam mikrobiologi lebih ditekankan pada teknik-teknik yang digunakan daripada subjek yang ditelaahnya. Mikroskop adalah
8 Sunarno Satro Atmodjo instrumen yang paling sering digunakannya dan paling bermanfaat di laboratorium mikrobiologi.
Perkembangan mikrobiologi berdampak pada lahirnya disiplin-disiplin ilmu baru yang di dalamnya mempunyai warna dan kekhususan sendiri. Sejalan dengan kemajuan dan perkembangan ilmu dan teknologi maka tumbuh dan berkembang disiplin ilmu baru. Ilmu pengetahuan tentang mikroorganisme dapat diamalkan guna menambah kesejahteraan hidup manusia. Sesuai dengan itu, maka adalah cabang-cabang mikrobiologi seperti mikrobiologi pertanian, mikrobiologi/bakteriologi kedokteran, mikrobiologi perusahaan.
Sekarang kita mengenal adanya Mikrobiologi umum, Mikrobiologi Industri, Mikrobiologi Pertanian, Mikrobiologi tanah, Mikrobiologi Kedokteran, Mikrobiologi Veteriner, Fitopatologi (Ilmu Penyakit Tanaman), Bakteriologi (Ilmu Bakteri), Mikrobiologi Bahan Makanan, Ilmu Antibiotika, Ilmu Industri fermentasi ("Industrial Fermentation"). Immunologi dan Serologi, "Biochemical Engineering", Genetika Mikrobia ("Microbial Genetics"), Fisiologi Bakteri, Geomikrobiologi dan lain-lainnya. (Lestanto Unggul Widodo dkk.; 2008).
3. Perkembangan Mikrobiologi
Mikrobiologi merupakan suatu istilah luas yang berarti studi tentang organisme hidup yang sangat kecil untuk dapat dilihat dengan mata tanpa alat. Organisme yang demikian disebut sebagai mikroorganisme atau jasad renik atau mikroba.
Mikroorganisme terdapat di mana-mana dan ada yang bermanfaat bagi kehidupan manusia, tetapi banyak pula yang merugikan, misalnya yang dapat menimbulkan berbagai penyakit. Mikroba ini meliputi berbagai disiplin ilmu seperti
Bakteriologi, Virologi, Mikologi, dan Parasitologi. Masing- masing ilmu tersebut berkembang sehingga merupakan disiplin ilmu yang terpisah dan berdiri sendiri.
Kehadiran mikroorganisme sebenarnya telah lama namun baru dibuktikan pada tahun 1632-1723 oleh saudagar Belanda bernama Antonie Van Leeuwenhoek. Leeuwenhoek adalah seorang ilmuwan amatir yang mencurahkan sebagian besar waktunya untuk kegemarannya mengasah lensa.
Pengamatan yang pernah dilakukan Leeuwenhoek mengenai bentuk dari mikroorganisme berasal dari berbagai sumber (air hujan, air tong, air danau, dan kotoran gigi), sampai saat ini masih dikagumi. Pengamatan yang dilakukan pertama kali adalah bentuk bakteri, ragi dan ganggang yang dipublikasikannya pada tahun 1684. Oleh karena jasanya ini Leeuwenhoek dikenal sebagai sesepuh dalam Bakteriologi.
Setelah Leeuwenhoek meninggal penelitian mengenai mikroorganisme agak terhenti, karena kesulitan dalam pengembangan mikroskop dan adanya anggapan bahwa mikroorganisme yang berukuran kecil tidak berbahaya.
Walaupun hasil pengamatan Leeuwenhoek belum diakui sepenuhnya hingga 200 tahun kemudian, namun kehadirannya bertepatan dengan saat ketika teori Generatio spontanea sedang diuji kebenarannya. Teori generatio spontanea dikembangkan untuk menjelaskan adanya lalat pada daging yang membusuk, tikus pada makanan yang terurai dan ular dalam air yang tergenang. Untuk dapat menolak teori ini maka dipandang perlu untuk melakukan beberapa percobaan, antara lain:
a. Francisco Redi;
Dia melakukan suatu percobaan yang sangat sederhana. Dengan memasukkan daging ke
10 Sunarno Satro Atmodjo dalam wadah yang ditutup dengan kain tipis yang berlubang halus (untuk mencegah masuknya lalat). Redi membuktikan bahwa belatung tidak terjadi secara mendadak pada daging yang membusuk, tetapi lalatlah yang tertarik oleh daging yang membusuk, kemudian bertelur di atas kain penutup wadah tadi. Ketiadaan belatung yang tumbuh pada daging yang membusuk memberikan bukti dan sekaligus menentang perkembangan secara mendadak (generatio spontanea). Pada abad ke 18 teori generatio spontanea bagi sebagian besar bentuk kehidupan tidak diperhatikan lagi, namun masih ada yang percaya bahwa mikroorganisme terjadi secara tiba-tiba.
b. John Needham (1713 - 1781);
Dalam bukunya yang diterbitkan pada tahun 1749 menyatakan bahwa mikroorganisme tumbuh dalam ramuannya sewaktu ia merebus dan menutupinya serta melakukan pencegahan lain yang dapat dilakukannya. Selama periode ini terjadi kontroversi.
c. Lazzaro Spalanzani (1729-1799);
Lazzaro Spalanzani adalah seorang pendeta yang mengatakan bahwa Needham belum mengambil tindakan pencegahan yang memadai untuk menghalangi masuknya mikroorganisme dari udara ke dalam ramuannya. Seperti kebanyakan orang pada masa kini, orang-orang yang hidup pada masa Spalanzani merasa sukar untuk menerima konsep yang sama sekali baru sehingga argumennya tidak diperhatikan dan kontroversi tentang mikroorganisme yang timbul
secara mendadak terus berlanjut sampai seratus tahun atau pertengahan abad 19.
d. Louis Pasteur dan John Tyndall;
Percobaan Louis Pasteur dan John Tyndall menolak teori Generatio spontanea. Pasteur membuat ramuan dengan memasukkan daging ke dalam botol-botol, lalu menarik ujung setiap botol menjadi leher yang melengkung yang memungkinkan udara dapat masuk tetapi menahan debu. Karya Tyndall menghasilkan percobaan kedua yang menarik. Ia memperhatikan bahwa pada beberapa peristiwa, hanya dengan mendidihkannya selama beberapa menit akan mensterilkan ramuan jerami tersebut, sedangkan pada peristiwa lain dengan memasak selama 5,5 jam pun tidaklah cukup. Lama- kelamaan ia mengenal bahwa terdapat bakteri yang tahan panas yang sekarang ini kita kenal sebagai endospora. Ia mendapatkan jika ramuan dipanaskan hingga mendidih selama 10 menit, bentuk yang tak tahan panas atau sel vegetatif, akan rusak. Jika ramuan ini dibiarkan semalam pada suhu kamar, sebagian endospora akan tumbuh menjadi sel vegetatif yang mudah dimatikan.
e. Louis Pasteur;
Louis Pasteur merupakan salah seorang ahli dari Perancis yang mempelajari fungsi biologik dari mikroorganisme. Penelitian yang dilakukan terutama dalam hal pencegahan penyakit, perbaikan kesehatan, dan pengertian dasar kehidupan mikroorganisme. Penemuan Pasteur yang sangat terkenal adalah:
12 Sunarno Satro Atmodjo 1) Pasteurisasi
2) Proses fermentasi
3) Pengembangan vaksin rabies dan anthrax Mikroorganisme mempunyai peranan dalam proses fermentasi. Dalam fermentasi yang merupakan proses alami ini akan menghasilkan alkohol dan asam organik (asam cuka, asam laktat) dari gula. Terjadinya proses fermentasi ini merupakan pendekatan yang hangat dalam abad ke -19, sehingga terdapat dua aliran yang bertentangan yaitu teori non vital dan teori vital.
Menurut teori non vital (non biologikal), ragi dalam proses fermentasi merupakan hasil sampingan dan bukan merupakan penyebab proses fermentasi. Penyebabnya diperkirakan berasal dari bahan kimia yang tidak mantap dan disebut ferment. Pengikut aliran non vital tidak menduga bahwa proses fermentasi dapat disebabkan oleh mikroorganisme lainnya. Pada waktu berikutnya diketahui bahwa organisme penghasil asam asetat dan asam laktat adalah bakteri (Lestanto Unggul Widodo dkk., 2008).
DAFTAR PUSTAKA
Dwidjoseputro, D. (2010); Dasar-dasar Mikrobiologi.
Penerbit Djambatan, Jakarta.
Freeland, P., 1991; “Microorganisms in Action”. Copyright Licensing Agency Limited, London.
Gaudy, A. & E. Gaudy, 1981; “Microbiology for Environmental Scientist and Engineers”. McGrow-Hill Book Company, Auckland.
Gross, T., 1995; “Introductory Mycrobiology”. Champman
& Hall, London.
Irianto, A., 2004; “Mikrobiologi Lingkungan”. Pusat Penerbitan Universitas Terbuka, Jakarta.
Lehninger, A.L., 1982; “Princoples of Biochemistry”, Worth Publisher, Inc.; diterjemahkan oleh: Dr.Ir.
Maggy Thenawidjaja, dengan judul “Dasar-dasar Biokimia”, Penerbit Erlangga, Jakarta.
Pelczar, M.J., Jr. (1988); Dasar-dasar Mikrobiologi.
Terjemahan Ratna Sari Hadioetomo. UI-Press. Jakarta.
Sculer, M.L. & F. Kargi, 2002; “Bioprocess Engineering- Basic Consepts”, 2 ed. Prentice Hall International Series, New Jersey.
14 Sunarno Satro Atmodjo SastroAtmodjo, Sunarno, 2021; Teknologi Bioproses. Insan
Cendekia Mandiri, Solok.
Susanto, A., 2005; “Bioteknologi”. Pusat Penerbitan Universitas Terbuka, Jakarta.
Sutton, J., 1998; “Foundations Biologi”. Macmillan Press Ltd, London.
Toole, G. & S. Toole, 1999; “ New Understanding Biology For Advenced Level”. Stanley Thornes (Publishers) Ltd, London.
Widodo, L.U., dkk. (2008); Mikrobiologi. Penerbit Universitas Terbuka, Jakarta.
Yusuf, M., 2005; “Genetika”. Pusat Penerbitan Universitas Terbuka, Jakarta.
Yutono, (1072); “Mikrobiologi”. Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.
Tentang Penulis
Pendidikan Sarjana Muda (Bacaloreat II) Geologi UP Yogyakarta (1974), Diploma BPA UGM Yogyakarta (1978), Fakultas Geografi UGM Yogyakarta, Sarjana Muda (Bacaloreat) Biologi UGM (1978), Sarjana Biologi UGM Yogyakarta (1981), Deploma Ahli Pratama Pengelolaan Lingkungan FMIPA UT Jakarta (1998), Magister Biologi FMIPA UI Depok (2002), Program Doktor PKLH UNJ Jakarta (2005), Sarjana Adminstrasi Negara/Publik FISIP UT Jakarta (2007), Sarjana Ilmu Pemerintahan FISIP UT Jakarta (2009), Sarjana Sosiologi FISIP UT Jakarta (2011), Sarjana Ekonomi Manajemen FEKON UT Jakarta (2014), Doktor bidang Ekologi UIPM Malaysia (2016), Magister Manajemen UIPM Malaysia (2017), Sarjana Teknik Perencanaan Wilayah dan Kota FMIPA UT Jakarta (2017), Profesor Kimia Terapan Remediasi dan Preservasi BCB UIPM Malaysia (2018), Sarjana Ilmu Komunikasi FISIP UT Jakarta (2019), Doktor Kehormatan/Penyetaraan Bidang Konservasi BCB dan Sumberdaya Pariwisata dari UIPM Malaysia (2020). Pernah bekerja di Ditjen Geologi Pertambangan Dep ESDM, Litbang Kehutanan Deptan, Ditjen Perikanan Deptan, Litbang Deptrans, Ditjen Kebudayaan Depdikbud, Deputi Destinasi Pariwisata Depbudpar,.
Belakangan terlibat sebagai Direktur CV Aneka Karya, Ketua Yayasan Aneka Satya, Pemimpin Umum Media Online Pelangi Indonesia, Ketua Dewan Pakar Yayasan KKI, Ketua Dewan Pelindung PDHI, Ketua Umum Forum Komunikasi Konservasi, Ketua Umum IKKI. Pengurus IKA-UT Pusat, Korwil Bekasi IKA-UT Jakarta, Pengurus Pusat Persatuan Wartawan Pewarna Indonesia, Ketua Umum IPJERI, serta Ketua Umum IDGRI.
16 Sunarno Satro Atmodjo Alamat:
1. Kompleks Pejuang Pratama C8 & C-9, Pejuang, Medan Satria, Kota Bekasi, 17131.
2. Kompleks Puri Harapan Blok E-14 No: 20, Setia Asih, Tarumajaya, Kab Bekasi.
3. Bumijo Tengah Jt. I No:1314, Jetis, Kota Yogyakarta.
4. Sambi 173, Sambi, Sambirejo, Sragen.
Struktur dan Fungsi Mikroorganisme
A. PENDAHULUAN
Mikroorganisme adalah makhluk hidup berukuran sangat kecil yang hanya bisa diamati dengan mikroskop. Menurut klasifikasi makhluk hidup, mikroorganisme dapat digolongkan ke dalam 5 kerajaan, yaitu Protista, Fungi, Monera, Virus dan Prion. Dua kerajaan lainnya adalah Plantae (tanaman) dan Animalia (hewan). Ilmu yang mempelajari penggolongan makhluk hidup disebut taksonomi. Sampai dengan akhir abad ke- 19, makhluk hidup hanya dibagi menjadi 2, yaitu Plantae dan Animalia. Setelah ditemukan mikroskop, kerajaan ketiga, Protista, ditambahkan. Penelitian tentang struktur sel dan sebagainya menyebabkan munculnya sistem 5 kerajaan (Plantae, Animalia, Protista, Fungi dan Monera) oleh R.H. Whittaker pada tahun 1969.
Antonie van Leeuwenhoek, seorang pedagang dari Belanda adalah satu di antara orang-orang pertama yang
18 | Yasin
mengamati mikroorganisme dengan lensa pembesar. Sejak tahun 1673, Leeuwenhoek menulis surat-surat yang menggambarkan makhluk-makhluk kecil yang disebutnya sebagai animalcule ke Royal Society of London. Melalui mikroskop sederhananya yang terdiri dari 1 lensa, Leeuwenhoek mengirimkan gambar-gambar animalcule dalam air hujan, larutan peppercorn dan korekan dari gigi.
Pada saat yang hampir bersamaaan Robert Hooke, seorang Inggris, menggunakan mikroskop untuk mengamati tutup botol yang terbuat dari dinding sel tumbuhan yang sudah mati. Hooke menyebut pori-pori di antara dinding sel tersebut sebagai kotak kecil atau sel. Penemuannya tentang struktur tutup botol pada tahun 1665 tersebut adalah awal dari teori sel.
Antara tahun 1838-1839, dua orang ilmuwan berkebangsaan Jerman, yaitu ahli botani Matthias Schleiden dan ahli zoologi Theodor Schwann telah mengumpulkan banyak informasi tentang sel-sel pada makhluk hidup. Hasil penelitian mereka menyimpulkan bahwa semua benda hidup terdiri dari sel- sel. Penelitian-penelitian tentang struktur dan fungsi sel selanjutnya selalu berdasar pada teori ini yang merupakan titik
tolak penting bagi biologi modern.
B. PENAMAAN MIKROORGANISME
Dengan adanya jutaan makhluk hidup di alam ini, penamaan umum akan membingungkan karena satu nama di satu daerah mungkin menunjukkan makhluk yang berbeda di daerah lain.
Oleh karena itu, dikenal nama ilmiah bagi makhluk hidup yang dikembangkan oleh Carolus Linnaeus pada abad ke-18.
Berdasarkan tata cara penamaan ilmiah tersebut, setiap makhluk hidup memiliki nama yang terdiri dari dua kata berasal dari huruf Latin atau Yunani. Kata pertama merupakan nama Genus, sedangkan kata kedua adalah nama spesies dan keduanya dituliskan dengan garis bawah atau huruf miring. Nama genus diawali dengan huruf besar, sedangkan nama spesies dituliskan dengan huruf kecil. Contohnya, nama bakteri Escherichia coli yang termasuk genus Escherichia dan spesiesnya coli.
1. BAKTERI
Bakteri dapat ditemukan di mana-mana karena mereka dapat menyesuaikan diri dengan berbagai lingkungan dan bisa
20 | Yasin
menggunakan berbagai sumber karbon untuk menghasilkan energi. Selain itu, bakteri mudah memperbanyak diri dengan cara membelah diri.
Menurut taksonomi, bakteri adalah makhluk bersel tunggal yang dikategorikan ke dalam kerajaan Monera, filum Eubacteria dan kelas Schizomutaceae. Kelas di atas, kemudian dibagi menjadi beberapa ordo. Bakteri yang penting dalam bidang pangan umumnya termasuk ke dalam ordo Eubacteriales dan Pseudomonadales. Penggolongan selanjutnya umumnya didasarkan pada bentuk, ukuran, susunan (arrangement), pewarnaan Gram, motil (dapat bergerak) tidaknya, ada tidaknya endospora, dan penampakannya sebagai koloni pada medium buatan atau bahan pangan.
a. Ukuran, Bentuk, dan Susunan
Bakteri adalah sel prokariotik yang sangat kecil, berdiameter antara 0.2 - 3.0 mm, sedangkan yang berbentuk batang berukuran 0.5-15 mm. Tiga bentuk dasar bakteri, yaitu bulat atau kokus (jamak = koki), batang atau basilus (jamak = basili) dan spiral.
Pada umumnya bakteri berbentuk kokus bisa tersusun membentuk pasangan (diplokoki), kelompok yang terdiri dari
empat sel (tetrad), kelompok yang terdiri dari delapan sel (sarcina), rantai (streptokoki), dan bergerombol, seperti anggur (stafilokoki). Bakteri berbentuk batang juga bisa menyusun diri membentuk pasangan (diplobasili), atau rantai (streptobasili).
Bakteri berbentuk spiral bisa berupa batang pendek, seperti koma dan disebut vibrio, ada yang membentuk heliks dan disebut spirila dan ada yang bergerak dengan cara merentang (flexing) dan bergoyang (wiggling)yang disebut spirokhet. Gambar 2.1 menunjukkan bentuk dan susunan bakteri. Bentuk bakteri ditentukan oleh dinding selnya.
b. Pewarnaan Gram
Berdasarkan susunan dinding selnya, bakteri diklasifikasikan menjadi dua golongan, yaitu bakteri Gram positif dan negatif. Pengelompokan ini didasarkan pada prosedur pewarnaan Gram yang menghasilkan dua jenis bakteri yang berbeda (lihat juga modul 1-4). Oleh karena berbeda susunan dinding selnya, kedua jenis bakteri ini memiliki sifat ketahanan yang berbeda terhadap panas dan senyawa-senyawa antibiotika.
22 | Yasin
Gambar 2.1 Bentuk dan Susunan Bakteri c. Pembentukan Endospora
Bakteri dari genus Bacillus, Clostridium, Desulfotomaculum, Sporolactobacillus dan Sporosarcina dapat membentuk endospora. Endospora adalah spora yang terbentuk di dalam sel bakteri, sangat refraktil, dan sangat tahan terhadap panas, sinar ultraviolet, dan kekeringan. Dalam bidang mikrobiologi pangan dua genus terpenting yang menghasilkan endospora adalah Bacillus dan Clostridium. Bakteri yang memiliki endospora jika mengalami lisis akan melepaskan sporanya yang akan tetap dorman, yaitu bertahan hidup tanpa aktivitas metabolisme yang bisa terdeteksi. Jika kondisi lingkungan menguntungkan maka spora tersebut bisa melakukan
germinasi, yaitu kembali tumbuh sebagai sel vegetatif yang melakukan metabolisme normal.
2. KAPANG
Kapang adalah mikroorganisme yang memiliki banyak sel (multiseluler) yang pertumbuhannya pada bahan makanan umumnya berbentuk sepeti kapas (istilah sehari-hari = jamuran) sehingga mudah diamati dengan mata. Struktur menyerupai kapas ini disebut miselium yang tersusun oleh benang-benang atau filamen yang disebut hifa. Jika diamati di bawah mikroskop hifa ada yang memiliki dinding pembatas (septat) dan yang tanpa dinding pembatas (nonseptat) (Gambar 2.1)
24 | Yasin
Gambar 2.2 Spora Kapang Aseksual (A) dan Seksual (B) 3. KHAMIR
Khamir adalah fungi bersel satu berbentuk bulat atau oval yang tidak membentuk filamen. Khamir yang menguntungkan telah dimanfaatkan dalam pembuatan roti, tape, bir, anggur dan cuka. Akan tetapi, kadang-kadang pertumbuhannya tidak diinginkan karena menyebabkan kerusakan pada sauerkraut (asinan kubis), jus buah, sirup, madu, daging, anggur, bir dan sebagainya. Pada umumnya khamir diklasifikasikan atas dasar ciri-ciri morfologisnya, ada tidaknya askospora, penyampaian askospora, penampakan sel vegetatifnya, cara reproduksi aseksualnya, ada tidaknya miselium, pertumbuhan pada medium cair, warna pertumbuhan makroskopisnya, serta ciri-ciri fisiologisnya (kebutuhan nutrien dan sebagainya).
a. Bentuk dan Struktur
Khamir bisa berbentuk bulat, oval, seperti lemon, seperti
buah pear, menyerupai silinder, segitiga ataupun memanjang sehingga menyerupai miselium disebut pseudomycellium atau miselium palsu (Gambar 2.3).
Gambar 2.3 Bentuk-bentuk khamir
b.
Cara ReproduksiMikroorganisme ini berkembang biak secara aseksual dengan pertunasan, pembelahan atau kombinasi pembelahan dan pertunasan. Selain itu, beberapa khamir juga dapat membentuk spora seksual askospora karena itu digolongkan ke dalam kelas Ascomycetes. Beberapa jenis khamir yang tidak bisa membentuk askospora tergolong Fungi Imperfekti.
26 | Yasin
4. VIRUS
Virus adalah mikroorganisme sangat kecil yang mengandung asam deoksiribonukleat (ADN) atau asam ribonukleat (ARN) sebagai materi genetikanya, tetapi tidak mampu melakukan metabolisme sendiri. Oleh karena itu virus disebut sebagai parasit obligat karena tergantung dari makhluk hidup lain untuk reproduksinya. Semua virus yang bisa ditularkan melalui makanan bersifat merugikan dan dapat menyebabkan penyakit. Virus ditularkan dalam bentuk partikel yang inert.
a. Ukuran
Partikel virus berukuran 25-250 nm, virus yang diisolasi dari bahan pangan umumnya berukuran antara 25-30 nm.
b. Replikasi
Virus hanya dapat berkembang biak jika ia berada pada jaringan sel inang yang hidup. Proses yang terjadi di dalam sel inang ini meliputi penempelan dan penetrasi, sintesis protein dari ARN atau ADN yang dikandungnya, perakitan (assembly) dan
pembentukan virus dewasa di dalam sel inang, dan pelepasan (release) dari tubuh inang.
5. PRION
Prion adalah protein yang ditemukan sebagai serabut dalam otak hewan yang mati oleh penyakit scrapie pada kambing. Prion (PrP) juga mengakibatkan penyakit sapi gila (mad cow) sehingga bisa terdapat pada daging sapi. Oleh karena sifatnya yang sangat tahan panas dan tahan enzim pemecah protein maka prion bisa bertahan pada daging olahan. Pada saat ini belum diketahui dengan jelas bagaimana protein PrP ini dapat menular seperti makhluk hidup dan memperbanyak dirinya. Para ahli menduga bahwa PrP dapat memodifikasi protein serupa yang secara alami ada pada hewan atau manusia.
C. KESIMPULAN
Makhluk hidup digolongkan ke dalam tujuh kerajaan.
Mikroorganisme termasuk ke dalam kerajaan Protista, Fungi, Monera, Virus dan Prion Mikroorganisme yang penting dalam bidang pangan adalah kapang dan khamir yang termasuk Fungi dan bakteri yang tergolong Monera. Penamaan mikroorganisme terdiri dari dua kata yang berasal dari bahasa Latin. Kata pertama, ditulis dengan huruf besar pada awalnya adalah nama
28 | Yasin
Genus. Nama kedua, yang ditulis dengan huruf kecil adalah nama spesies. Nama mikroorganisme dituliskan dengan huruf miring atau digarisbawahi.
Bakteri adalah mikroorganisme bersel satu yang berbentuk bulat, batang atau spiral dan berkembang biak dengan cara membelah diri.Kapang adalah fungi bersel banyak yang membentuk hifa yang menyusun miselium. Kapang dapat berkembang biak dengan spora aseksual (konidiospora, arthrospora, sporangiospora) maupun secara seksual (zigospora, askospora).Khamir adalah fungi bersel tunggal yang berkembang biak dengan pertunasan, pembelahan diri atau kombinasi.Virus adalah mikroorganisme yang terdiri dari asam deoksiribonukleat atau ribonukleat.Mikroorganisme ini memerlukan sel inang untuk memperbanyak diri. Prion adalah protein tahan panas dan enzim proteolitik dan dapat memperbanyak diri.
DAFTAR PUSTAKA
Cano, R.J. dan Colom, J.S. (1986). Microbiology. St. Paul, MN: West Publishing Company.
Fardiaz, S. (1989). Mikrobiologi Pangan. Institut Pertanian Bogor, Bogor, Indonesia: Pusat Antar-Universitas Pangan dan Gizi.
Frazier, W.C. dan Westhoff, D.C. (1979). Food Microbiology. New Delhi, India: Tata McGraw Hill Company, Ltd.
Tortura, G.J., Funke, B.R. dan Case, C.L. Microbiology. An Introduction. Menlo Park, CA.: The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc
30 | Yasin
Tentang Penulis
Lahir Pada tanggal 21 Oktober 1990 di Desa Jangga Blok Kaliwaru Rt/Rw 02/0 kecamatan Losarang Kabupaten Indramayu, Jawa Barat.
Memulai pendidikan pada tahun 1997 di SD N Kaliwaru selama 6 tahun kemudian melanjutkan sekolah di SMPN 2 Losarang pada tahun 2003 serta melanjutkan sekolah di SMK N I Kandanghaur pada tahun 2006.Setelah lulus bekerja di PT. Sumber Alfaria Trijaya selama 1 tahun, setelah itu bekerja di PT. Asietex Indonesia selama 1 tahun untuk mencari biaya untuk melanjutkan kuliyah. Kemudian pada tahun 2011 melanjutkan kuliah di Universitas Wiralodra Indramayu dengan mengambil FKIP (Fakultas Keguruaan dan Ilmu Pendidikan) Prodi Pendidikan Biologi Lulus 2015, Setelah lulus S1 Saya Melanjutka S2 Pendidikan Biologi Di Universitas Kuningan Lulus Tahun 2017 Setelah Lulus Melanjutkan S3 Ilmu Pendidikan Di Universitas Islam Nusantara Bandung Dan Lulus Tahun 2021 Tepat 3 Tahun, Dan Sekarang menjadi Dosen Di Universitas Muhadi Setiabudhi Brebes Jawa Tengah.
Nutrisi dan Kultur Mikroorganisme
Sebelum sel bereplikasi maka sel harus membuat koordinasi dari berbagai reaksi kimia yang banyak dan berbeda serta mengatur molekul untuk membentuk struktur yang spesifik.
Secara kolektif semua reaksi disebut metabolisme, reaksi yang melepaskan energi adalah reaksi katabolisme sedangkan reaksi yang membutuhkan energi adalah anabolisme. Sebelum reaksi dibahas lebih lanjut, maka perlu mengetahui mikroorganisme tumbuh di laboratorium dan melakukan aktivitas metabolisme dan dapat diketahui dari telaah kultur di laboratorium.
A. Nutrisi Mikroorganisme
Sel terutama terdiri atas makromolekul dan air.
Makromolekul adalah polimer dari unit terkecil yang disebut monomer. Nutrisi mikroorganisme merupakan salah satu aspek fisiologi mikroorganisme yang antara lain mempelajari pemanfaatan monomer yang diperlukan untuk pertumbuhan sel. Substansi yang dibutuhkan disebut nutrient. Mikroorganisme yang berbeda membutuhkan serangkaian nutrient yang berbeda dan tidak semua nutrient yang diperlukan ada dalam jumlah yang sama. Nutrient yang tergolong makronutrien dibutuhkan dalam jumlah yang banyak sedangkan yang sedikit disebut mikronutrien.
32 | Erwin
Tabel 3.1 Makronutrien di alam dan kultur media
Unsur Bentuk di Alam Bentuk dalam Kultur Media Karbon (C) C02, senyawa
organik
Glukosa, malat, asetat, piruvat, asam amino
Hidrogen (H) H2O, senyawa organik
H2O, senyawa organik
Oksigen (O) H2O, O2, senyawa organik
H2O, O2, senyawa organik
Nitrogen (N) NH3, NO3,N2,
N-organik
Anorganik : NH4Cl, organik : asam amino, nukleotida
Fosfor (P) PO43- KH2PO4, Na2HPO4
Belerang (S) H2S, SO4,
S-organik
Na2SO4, Na2S
Kalium (K) K+ KCl, KH2PO4
Magnesium (Mg) Mg2+ MgCl2,MgSO4
Natrium (Na) Na+ NaCl
Kalsium (Ca) Ca2+ CaCl2
Besi (Fe) Fe2+, Fe3+ FeCl3, FeSO4
Semua sel membutuhkan karbon dan sebagian besar prokariot membutuhkan senyawa organik sebagai sumber karbon. Karbon meliputi 50 % dari berat kering sel dan karbon merupakan unsur utama dalam makromolekul.
Bakteria dapat mengasimilasi berbagai sumber C organik dan menggunakannya untuk membentuk bahan selular.
Asam amino, asam lemak, asam organik, gula, basa nitrogen senyawa aromatik, dan banyak senyawa organik lain dapat digunakan. Sebagian prokariot bersifat autotrof, mampu membentuk struktur selular dari karbondioksida dengan energi dari cahaya atau senyawa anorganik lain. Selain karbon, unsur yang banyak diperlukan adalah nitrogen. Sel bakteri mengandung 12
% nitrogen dalam bobot kering sel. Nitrogen penting untuk protein, asam nukleat dan penyusun sel. Di alam, nitrogen tersedia dalam bentuk anorganik dan organik namun paling banyak dalam bentuk anorganik seperti NH3, NO3, N2. Sebagian besar bakteri dapat menggunakan ammonia sebagai sumber nitrogen atau nitrat sedangkan gas nitrogen dibutuhkan oleh bakteri tertentu yang tergolong penambat N2.
Fosfor di alam berada dalam bentuk organik dan anorganik dan sangat diperlukan untuk sintesis asam nukleat dan fosfolipid. Sulfur diperlukan untuk struktur asam amino sistein dan metionin, juga dijumpai pada beberapa vitamin seperti tiamin, biotin, asam lipoat dan koenzim. Sulfur tersedia untuk mikroorganisme dalam berbagai bentuk dan mengalami transformasi kimia yang
34 | Erwin
diperantarai mikroorganisme. Sulfur dalam sel berasal dari sumber anorganik seperti sulfat (SO42-), dan sulfida (HS-).
Kalium dibutuhkan semua organisme. Berbagai enzim yang terlibat sintesis protein membutuhkan kalium untuk aktivitasnya. Magnesium berfungsi untuk menstabilkan ribosom, membran dan asam nukleat, juga diperlukan enzim untuk aktivitasnya. Kalsium bukan unsur esensial untuk pertumbuhan mikroorganisme tetapi dapat menstabilkan dinding sel dan berperan dalam stabilitas endospora. Natrium dibutuhkan organisme organisme tertentu dan dipakai sebagai indikator habitatnya, misalnya air laut mengandung natrium yang tinggi dan mikroorganisme marin membutuhkan natrium untuk pertumbuhannya sementara mikroorganisme air tawar tidak memerlukannya.
Besi memegang peran penting dalam respirasi selular merupakan komponen kunci sitokrom dan protein Fe-S yang terlibat dalam transport elektron. Pada lingkungan anoksik Fe berada dalam bentuk Fe2+ yang mudah larut sedangkan pada lingkungan oksik dalam bentuk Fe3+ yang tak larut. Untuk memperoleh besi dari mineral, sel menghasilka siderofor yang mengikat besi dan mentranspornya ke dalam sel. Salah satu kelompok siderofor terdiri atas derivat asam hidroksamat yang mengkelat besi dengan kuat. Setelah kompleks Fe- hidroksamat masuk sel, besi dilepaskan dan hidroksamat diekskresikan untuk kembali mentranspor Fe.
Escherichia coli dan Salmonella typhimurium
menghasilkan siderofor fenolat enterobaktin. Siderofor ini merupakan derivat senyawa aromatik katekol yang mempunyai afinitas yang tinggi terhadap Fe. Tanpa agen pengikat Fe, patogen tidak dapat memulai infeksi. Besi sedikit dijumpai pada jaringan hewan karena Fe cepat diikat dan tidak tersedia bagi mikroorganisme. Besi sedikit terdeteksi pada lingkungan marin hanya beberapa pikogram ( 1 pikogram : 10-12 g) per ml. Untuk mengatasi hal ini bakteri marin menghasilkan siderofor yang dapat mengambil besi meskipun dalam jumlah sedikit. Siderofor ini mempunyai bentuk kepala peptida yang membuat kompleks dengan Fe3+ dan ekor lipid yang berhubungan dengan membran sitoplasma. Senyawa ini, aquakelin mengikat besi dan membentuk agregat ke dalam misel serupa lipid serta mentranspor ke dalam sel.
Namun beberapa prokariot dapat hidup tanpa besi, misalnya Lactobacillus plantarum dan Borelia burgdorferii (penyebab penyakit Lyme). Sebagai pengganti besi ialah Mn2+ sebagai komponen enzim yang mengandung logam (metaloenzim).
Mikronutrien berperan penting dalam menjalankan fungsi sel. Mikronutrien seperti logam besi, dibutuhkan dalam jumlah kecil dan sering disebut unsur kelumit yang berperan sebagai komponen berbagai enzim. Tabel 3.2 menyajikan mikronutrien utama dan enzim yang terkait. Untuk kebutuhan rutin di laboratorium seringkali unsur kelumit tidak ditambahkan mengingat jumlahnya yang terlalu kecil. Apabila komponen media sangat murni dan akuades yang dipakai
36 | Erwin
juga murni maka defisiensi mikronutrien sering terjadi.
Pada kasus ini unsur kelumit yang encer dapat ditambahkan untuk memenuhi kebutuhan akan unsur tersebut.
Tabel 3.2 Mikronutrien dibutuhkan organisme hidup
Unsur Fungsi Selular
Boron (B) Autoinduser quorum sensing, antibiotik poliketida
Kromium (Cr) Metabolisme glukosa pada mamalia Kobalt (Co) Vitamin B12, transkarboksilase
(bakteri asam propionat)
Tembaga (Cu) Respirasi, sitokrom c oksidasi, fotosintesis, plastosianin, beberapa superoksida dismutase
Besi (Fe) Sitokrom, katalase,peroksidase, protein besi-sulfur, oksigenase, nitrogenase
Mangan (Mn) Aktivator enzim superoksida dismutase, enzim pemisah air pada fototrof oksigenik
Molibdenum (Mo) Flavin enzim, nitrogenase, nitrat reduktase, sulfur oksidase, DMSO- TMAO reduktase, beberapa format dehidrogenase
Nikel (Ni) Hidrogenase, koenzim F430, metanogen, karbon monooksidas dehydrogenase, urease
Selenium (Se) Format dehydrogenase, hidrogenase, asam amino, selenosistein
Wolfram (W) Format dehydrogenase,
oksotransferase hipertermofil Vanadium (V) V-nitrogenase, bromoperoksidase Zink (Zn) Karbonat anhydrase, alcohol
dehydrogenase, RNA, dan DNA polymerase, protein pengikat DNA.
B. Faktor Tumbuh
Faktor tumbuh merupakan senyawa organic yang Dibutuhkan dalam jumlah kecil dan tidak diperlukan untuk semua sel. Faktor tumbuh meliputi vitamin, asam amino, purin dan pirimidin. Meskipun sebagian besar sel dapat mensintesis senyawa tersebut namun sebagian sel membutuhkannyya dari lingkungan atau harus ditambahkan ke dalam media. Vitamin sebagian besar dibutuhkan sebagai zat tumbuh dan berfungsi sebagai komponen koenzim. Bakteri asam laktat seperti Streptococcus, Lactobacillus, dan Leuconostoc merupakan bakteri yang membutuhkan multivitamin
38 | Erwin
dalam jumlah yang lebih banyak dibandingkan manusia.
Vitamin yang banyak dibutuhkan antara lain tiamin, biotin, piridoksin, dan kobalamin.
Tabel 3.3 Faktor tumbuh, vitamin dan fungsinya
Vitamin Fungsi
Asam p-aminobenzoat Precursor asam folat
Asam folat Metabolisme C1 : transfer metil Biotin Biosintesis asam lemak, β-
dekarboksilasi, fiksasi CO2
Kobalamin B12 Reduksi dan transfer fragmen C1, sintesis deoksiribosa
Asam lipoat Transfer asil dalam
dekarboksilasi piruvat dan α- ketoglutarat
Asam nikotinat Prekursor NAD+, transfer elektron dalam reaksi redoks Asam pantotenat Precursor koenzim A, aktivasi
asetil dan derivate asil
Riboflavin Precursor FMN, FAD dalam flavoprotein pada transport elektron
Tiamin vitamin B1 α- dekarboksilasi, transketolase
Vitamin B6 Transformasi asam amino, asam keto
Vitamin K Transport elektron, sintesis sfingolipid
Hidroskamat Senyawa pengikat besi, pelarutan besi dan transport ke dalam sel
C. Media
Media merupakan larutan nutrient yang digunakan untuk menumbuhkan mikroorganisme di laboratorium. Media dibutuhkan untuk mempelajari mikroorganisme dengan baik karena itu diperlukan perhatian khusus pada seleksi dan penyiapan media.
Media dapat berupa terstruktur dan kompleks. Media terstruktur disiapkan dengan menambahkan substansi kimia murni baik organik maupun anorganik dengan jumlah yang tepat ke dalam air destilata. Komposisi kimia media diketahui dengan tepat karena itu disebut media terstruktur. Tiap media mengandung sumber karbon karena mikroorganisme membutuhkan banyak karbon untuk membuat bahan selular baru. Pada media terstruktur yang sederhana terdapat sumber karbon tunggal. Sifat dan konsentrasi sumber karbon bergantung pada mikroorganisme yang akan dikulturkan.
Untuk menumbuhkan berbagai mikroorganisme komposisi media yang tepat tidak selalu diperlukan.
40 | Erwin
Dalam hal ini media kompleks dapat dipakai dan lebih menguntungkan. Media kompleks dapat mengandung bahan tanaman atau hewan seperti susu kasein (protein susu), daging, kedelai, sel khamir atau substansi lain bernilai gizi tinggi. Seringkali bahan media telah tersedia dalam bentuk bubuk sehingga mudah ditimbang dan dilarutkan dalam akuades. Dalam keadaan tertentu, misalnya pada mikrobiologi klinik, maka media seringkali harus bersifat selektif atau diferensial. Media selektif mengandung senyawa yang secara selektif dapat menghambat sebagian mikroorganisme dan sebagian tidak. Media diferensial mengandung indikator, misalnya pewarna, yang memungkinkan diferensiasi dari reaksi kimia yang berlangsung selama pertumbuhan mikroorganisme. Media diferensial dapat digunakan untuk membedakan spesies mikroorganisme yang dapat melangsungkan suatu reaksi dan yang tidak.
Media kompleks lebih mudah disiapkan dan dapat menunjang pertumbuhan organisme seperti bakteri enteron Escherichia coli, bakteri asam laktat Leuconostoc mesenteroides yang termasuk bakteri rewel. Media terstruktur yang sederhana juga dapat digunakan untuk menumbuhkan Escherichia coli dengan baik tetapi tidak bagi L. mesenteroides, karena membutuhkan beberapa senyawa organic dan faktor tumbuh yang tidak dipelrukan E.coli. di antara kedua bakteri, manakah yang mempunyai kapasistas biosintesis yang lebih besar ? jawabnya tentulah E.coli karena mampu tumbuh pada media terstruktur yang sederhana dan mensintesis
komponen organic dari senyawa karbon yang sederhana seperti glukosa, sebaliknya L. mesenteroides membutuhkan banyak faktor tumbuh dan nutrient organic seperti asam amino sehingga menunjukkan kapasistat biosintesis yang terbatas.
Beberapa mikroorganisme pathogen seperti Streptococcus pyogenes, Neisseria gonorrhoeae seringkali membutuhkan media yag diperkaya (enriched) yaitu media kompleks ditambah serum atau darah, mirip dengan kondisi yang ditemui pada inang agar dapat ditumbuhkan denan baik di laboratorium. Dari uraian tersebut dapat dikatakan bahwa mikroorganisme yang berbeda membutuhkan nutrient yang berebda pula karena itu untuk menumbuhkan mikroorganisme tertentu perlu diketahui kebutuhan nutrisi untuk memberikan nutrient yang sesuai baik bentuk maupun jumlahnya.
D. Kultur Mikroorganisme
Setelah media disiapkan dan disterilkan maka media dapat diinokulasikan dengan organisme dan diinkubasi pada keadaan yang dapat menunjang pertumbuhan. Pada keadaan terkendali atau keadaan laboratorium, dengan teknik inokulasi dapat dihasilkan kultur murni, kultur yang hanya terdiri atas satu tipe mikroorganisme. Organisme yang tidak diinginkan disebut kontaminan dan teknik mikrobiologi digunakan untuk mencegah kontaminasi tersebut. Untuk mendapakan kultur murni seringkali digunakan media padat dalam cawan Petri.
42 | Erwin
Media juga daapt digunakan dalam bentuk setengah padat dengan menambahkan bahan untuk memadatkan (gel) ke dalam media cair. Pada kultur media padat, sel terimobilisasi memungkinkan pertumbuhan membentuk massa terisolasi yang disebut koloni. Koloni bakteri dapat memperlihatkan berbagai bentuk dan ukuran tergantung pada organisme, kondisi kultur, nutrient, termasuk ketersediaan oksigen dan beberapa parameter fisiologi lainnya. Bakteri juga dapat menghasilkan pigmen sehingga koloni tampak berwarna.
Media padat disiapkan seperti halnya menyiapkan media cair tetapi dengan menambahkan agar-agar 1,5 % sebelum sterilisasi. Media agar-agar akan mencair selama sterilisasi dan kemudian dapat dituangkan ke dalam cawan kaca atau plastic steril dan menjadi padat untuk selanjutnya dapat digunakan.
Kultur media perlu disterilkan sebelum digunakan antara lain melalui pemanasan, contohnya panas lembab dengan menggunakan autoklaf. Kultur media yang siap menerima inoculum harus didahului dengan teknik aseptik, serangkaian langkah untuk mencegah kontaminasi. Penguasaan teknik aseptic merupakan langkah awal dan hal yang sangat penting untuk bekerja di laboratorium mikrobiologi. Kontaminasi asal udara seringkali mendatangkan masalah sebab udara yang penuh partikel debu merupakan pembawa kontaminan. Transfer kultur dari satu kultur tabung reaksi ke media lain harus dilakukan dengan menggunakan lup atau jarum inokulasi yang telah
dipijarkan. Sel dari kultur cair daoat ditransfer ke atas permukaan media agar-agar yang akan membentuk koloni, setelah tumbuh dan membelah. Pengambilan dan melakukan teknik cawan gores berulang dari koloni yang terisolasi merupakan metode penting untuk memperoleh kultur murni dari komunitas yang mengandung berbagai mikroorganisme.
44 | Erwin
DAFTAR PUSTAKA
Atlas, RM. 2007. Principles of Microbiology. Wm C Brwon Publ Toronto.
Hogg,S.2013. Essential Microbiology. John Wiley &
Sons Ltd, West Sussex.
Madigan, MT.,Martinko,JM. 2021. Brock Biology of Microorganisms. 16th ed.Pearson Prentice Hall.
Pearson Education, inc Upper Saddle River,NJ.
Singleton P, Salisbury D. 2008. Dictionary of Microbiology. John Wiley &Sons, Toronto.
Strohl,WA., Rouse H,Fisher BD. 2001. Microbiolgy.
Lippincott’s Illustrated Reviews,Lippincot William
&Wilkins, Tokyo.
Tortora,GJ.,Funke BR., Case CI.207. Microbiology an Introduction. 9thed. Pearson Benjamic Cummings, Toronto.
White D.2008. The Physiology and Biochemistry of Prokaryotes. Oxford University Press. Oxford.
Tentang Penulis
Erwin,S.Pd,M.Si, lahir di Palembang, 21 Januari 1983. Jenjang Pendidikan S1 Pendidikan Biologi ditempuh di Universitas Sriwijaya (UNSRI) lulus tahun 2006. Pendidikan S2 Mikrobiologi, lulus tahun 2014 di Institut Pertanian Bogor (IPB). Saat ini menjadi dosen tetap di Universitas Muhamadiyah Palembang pada Program Studi Pendidikan Biologi, selain itu menjadi tutor online (Tuton) di Universitas Terbuka (UT) untuk prodi PGSD, dan sebagai Asesor BANPAUD PNF Provinsi Sumatera Selatan.
Organisasi profesi aktif di Perhimpunan Mikrobiologi Indonesia (PERMI), Asosiasi Bakeri Asam Laktat Indonesia (ISLAB), Himpunan Mikologi Indonesia (MIKOINA) dan Asosiasi Mikoriza Indonesia (AMI). Nomor kontak dapat dihubungi ke 081315692990 dan email : [email protected]
46 | Muh.Hidayat
PERTUMBUHAN MIKROORGANISME
A. Pertumbuhan dan Replikasi Mikroorganisme
Mikroorganisme atau sering disebut Mikroba hidup bebas di lingkungan, menyebar di udara, tanah, air, makanan, bahkan ada mikroba yang hidup di tubuh manusia. Mikroba dapat melangsungkan hidupnya pada lingkungan dengan melakukan proses pertumbuhan mikroba.
Pertumbuhan mikroba dapat didefinisikan sebagai peningkatan teratur dari semua unsur kimia dalam sel mikroba. Pertumbuhan mikroba melibatkan peningkatan ukuran dan peningkatan jumlah.
Keseimbangan antara kedua proses ini, hasil akhirnya adalah peningkatan massa total (biomassa).
Pertumbuhan bakteri dapat didefinisikan sebagai peningkatan teratur dari semua komponen kimia sel. Perbanyakan sel adalah konsekuensi dari pertumbuhan yang mengarah pada peningkatan jumlah bakteri yang membentuk populasi atau kultur. Sebagian besar bakteri membelah dengan pembelahan biner di mana bakteri mengalami pembelahan sel untuk menghasilkan dua sel anak yang identik dengan sel induk. Pertumbuhan bakteri dapat disamakan dengan jumlah sel: satu bakteri terbagi menjadi dua, keduanya menghasilkan empat, lalu delapan, dan seterusnya.
Pada kondisi yang tepat (nutrisi, suhu yang benar, dll) mikroba dapat tumbuh sangat cepat. Tergantung pada situasinya, hal ini bisa menjadi hal yang baik bagi manusia (misalnya ragi yang tumbuh layak untuk membuat bir) atau hal yang buruk (bakteri yang tumbuh di tenggorokan yang menyebabkan radang tenggorokan).
Sangat penting untuk memiliki pengetahuan tentang pertumbuhan mikroba, sehingga dapat memprediksi atau mengendalikan pertumbuhan mikroba dalam kondisi tertentu. Sementara pertumbuhan organisme multiseluler biasanya diukur dalam hal peningkatan ukuran organisme tunggal, pertumbuhan mikroba diukur dengan peningkatan populasi, baik dengan mengukur peningkatan jumlah sel atau peningkatan massa keseluruhan.
Dimungkinkan untuk memprediksi jumlah sel dalam suatu populasi ketika mereka membelah dengan pembelahan biner pada tingkat yang konstan. Sebagai contoh, Pertimbangkan apa yang terjadi jika satu sel membelah setiap 30 menit selama 24 jam.
Bakteri melakukan pembelahan yaitu pembelahan biner di mana sel-sel individu membesar dan membelah untuk menghasilkan dua keturunan dengan ukuran yang hampir sama (Gambar. 4.1) Pembelahan inti mendahului pembelahan sel. Oleh karena itu, populasi yang terus bertambah, banyak sel yang membawa dua badan inti dapat dilihat. Pembelahan sel terjadi dengan proses konstriktif atau dengan pertumbuhan septum transversal melintasi sel. Sel anak dapat tetap melekat sebagian setelah pembelahan pada beberapa spesies.
48 | Muh.Hidayat
Gambar 4.1 Pembelahan Biner Pada Bakteri
B. Pola Alternatif Pembelahan Sel
Pembelahan biner adalah pola pembelahan sel yang paling umum pada prokariota, tetapi itu bukan satu-satunya. Mekanisme lain biasanya melibatkan pembelahan asimetris (seperti pada tunas) atau produksi spora dalam filamen udara.
Pada beberapa cyanobacteria, banyak nukleoid dapat terakumulasi dalam sel bundar yang membesar atau di sepanjang filamen, yang
mengarah ke generasi banyak sel baru sekaligus. Sel-sel baru sering terbelah dari filamen induk dan melayang pergi dalam proses yang disebut fragmentasi (Gambar 4.2). Fragmentasi umumnya diamati pada Actinomycetes, sekelompok bakteri anaerob gram positif yang biasa ditemukan di tanah. Contoh aneh lain dari pembelahan sel pada prokariota, mengingatkan pada kelahiran hidup pada hewan, dipamerkan oleh bakteri raksasa Epulopiscium. Beberapa sel anak tumbuh sepenuhnya di sel induk, yang akhirnya hancur, melepaskan sel-sel baru ke lingkungan. Spesies lain dapat membentuk ekstensi sempit yang panjang di satu kutub dalam proses yang disebut tunas.
Ujung ekstensi membengkak dan membentuk sel yang lebih kecil, tunas yang akhirnya terlepas dari sel induk. Tunas paling umum dalam ragi (Gambar 4.2), tetapi juga diamati pada bakteri prosthecate dan beberapa cyanobacteria.
Bakteri tanah Actinomyces tumbuh dalam filamen panjang yang dibagi oleh septa, mirip dengan miselium yang terlihat pada jamur, menghasilkan sel panjang dengan banyak nukleoid. Sinyal lingkungan, mungkin terkait dengan ketersediaan nutrisi yang rendah, mengarah pada pembentukan filamen udara. Di dalam filamen udara ini, sel-sel memanjang membelah secara bersamaan.
Sel-sel baru, yang mengandung nukleoid tunggal, berkembang menjadi spora yang menimbulkan koloni baru.
50 | Muh.Hidayat
(a) (b)
Gambar 4,2 : (a) cyanobacteria berfilamen, seperti yang digambarkan di sini, bereplikasi dengan fragmentasi. (b) dalam mikrograf elektron ini, sel-sel bakteri Gemmata obscuriglobus sedang bertunas. Sel yang lebih besar adalah sel induk. Label menunjukkan nukleoid (N) dan selubung inti yang masih terbentuk (NE) dari sel anak.
C. Kurva Pertumbuhan
Pertumbuhan populasi sering dipelajari dengan menganalisis pertumbuhan mikroba dalam media cair. Ketika mikroorganisme dibiakkan dalam media cair, kemudian diinkubasi dalam wadah kultur tertutup seperti tabung reaksi atau labu dengan satu batch media. Media segar tidak disediakan selama inkubasi, sehingga nutrisi yang ada dalam media akan dikonsumsi lalu konsentrasinya menurun, dan limbah menumpuk. Pertumbuhan populasi mikroba yang bereproduksi dengan pembelahan biner dalam batch kultur dapat diplot sebagai logaritma dari jumlah sel yang sehat terhadap waktu inkubasi. Kurva yang dihasilkan memiliki lima fase berbeda (gambar 4.3). Meskipun hal ini adalah berdasarkan yang ada di laboratorium, karena mikroba memang menghadapi kondisi di lingkungan alami akan ditiru apa yang terjadi dalam batch kultur.
Selanjutnya, secara rutin menciptakan media buatan untuk mikroba (misalnya, bejana fermentasi di pabrik farmasi) yang merupakan kultur batch. Oleh karena itu memahami kurva pertumbuhan adalah sangat penting.
Gambar 4.3 Kurva Pertumbuhan Mikroba dalam Sistem Tertutup 1. Fase Lag
Ketika mikroorganisme dimasukkan ke dalam media kultur segar, biasanya tidak ada peningkatan segera dalam jumlah sel terjadi periode ini disebut fase lag. Hal Ini bukanlah waktu inaktivasi; melainkan sel mensintesis komponen baru yang diperlukan karena berbagai alasan. Sel-sel mungkin sudah tua dan kehabisan ATP, kofaktor esensial, dan ribosom; kemudian harus disintesis sebelum pertumbuhan dapat dimulai. Media mungkin berbeda dari yang mikroorganisme tumbuh di sebelumnya. Dalam hal ini, enzim baru diperlukan untuk menggunakan nutrisi yang berbeda. Mungkin mikroorganisme telah rusak dan membutuhkan waktu untuk pulih. sel-sel mulai mereplikasi DNA mereka, meningkatkan massa, dan membelah. Akibatnya, jumlah sel dalam populasi mulai meningkat.
2. Fase Eksponensial
Selama fase eksponensial, mikroba tumbuh dan membelah pada tingkat maksimal yang mungkin diberikan potensi genetik, sifat medium, dan kondisi lingkungan. Laju pertumbuhannya konstan selama fase eksponensial yaitu menyelesaikan siklus sel dan menggandakan jumlahnya secara berkala (gambar 4.3). Populasi paling seragam dalam hal sifat kimia dan fisiologis selama fase ini;
oleh karena itu kultur fase eksponensial biasanya digunakan dalam
52 | Muh.Hidayat
studi biokimia dan fisiologis. Tingkat pertumbuhan selama fase eksponensial tergantung pada beberapa faktor, termasuk ketersediaan hara. Ketika pertumbuhan mikroba dibatasi oleh konsentrasi nutrisi yang rendah dari kebutuhan, pertumbuhan akhir atau hasil sel meningkat dengan jumlah awal sehingga nutrisi dapat menjadi pembatas yang ada (gambar 4.4 a). Laju pertumbuhan juga meningkat dengan konsentrasi nutrisi (gambar 4.4 b) tetapi nanti akan jenuh, seperti apa yang terlihat dengan banyak enzim. Bentuk kurva dianggap mencerminkan laju serapan nutrisi oleh protein transpor pada mikroba. Pada tingkat nutrisi yang cukup tinggi, sistem transportasi jenuh, dan laju pertumbuhan tidak meningkat lebih jauh dengan meningkatnya konsentrasi nutrisi.
(a) (b)
Gambar 4.4 Konsentrasi Nutrisi Terhadap Pertumbuhan Mikroba. (a) Efek dari perubahan pembatasan konsentrasi nutrisi pada total yield mikroba, (b) Efek dari Rasio Pertumbuhan.
