Materi Kuliah Mikrobiologi BAB 1

Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
1
I. ARTI PENTING, PENGERTIAN, DAN PERKEMBANGAN STUDI
MIKROBIOLOGI
1.1. Mikroorganisme
Jasad hidup yang ukurannya kecil disebut sebagai mikroorganisme atau mikroba
atau jasad renik. Mikroorganisme penyebab penyakit biasanya disebut pathogen atau
oleh orang Indonesia menyebutnya sebagai kuman. Mikroorganisme bukan hanya
karena ukurannya yang kecil, sehingga sukar dilihat dengan mata biasa. Mata biasa
tidak dapat melihat jasad yang ukurannya kurang dari 0,1 mm. Ukuran
mikroorganisme biasanya dinyatakan dalam mikron meter (μm), 1 mikron meter
adalah 0,001 mili meter (mm). Sel mikroorganisme umumnya hanya dapat dilihat
dengan alat pembesar atau mikroskop, walaupun demikian ada mikroba yang
berukuran besar sehingga dapat dilihat tanpa alat pembesar tetapi juga pengaturan
kehidupannya yang lebih sederhana dibandingkan dengan jasad tingkat tinggi.
Seringkali mikroorganisme bersel tunggal (uniselular) masih terlihat oleh mata
telanjang dan ada beberapa spesies yang bersel banyak (multisel) tidak terlihat mata
telanjang. Ilmu yang mempelajari mikroorganisme disebut mikrobiologi. Orang yang
bekerja di bidang ini disebut mikrobiolog.
Mikrobiologi sering disebut ilmu praktek dari biokimia. Dalam mikrobiologi
dasar diberikan pengertian dasar tentang sejarah penemuan mikroorganisme, macammacam
mikroorganisme di alam, struktur sel mikroorganisme dan fungsinya,
metabolisme mikroorganisme secara umum, pertumbuhan mikroorganisme dan
pengaruh faktor lingkungan, mikrobiologi terapan di bidang pertanian dan lingkungan.
Mikrobiologi lanjut telah berkembang menjadi bermacam-macam ilmu yaitu virologi,
bakteriologi, mikologi, mikrobiologi pangan, mikrobiologi tanah, mikrobiologi
industri, dan sebagainya yang mempelajari mikroorganisme spesifik secara lebih rinci
atau menurut pemanfaatannya.
Mikroorganisme dapat ditemukan dimanapun di dunia ini, karena banyak
mikroorganisme dibawa oleh angin, dibawa oleh aliran udara dari permukaan bumi
ke atmosfir atau terbawa oleh agen pembawa lainnya, seperti hewan, manusia, dan
tumbuhan. Mikroorganisme banyak ditemukan di tempat-tempat yang tersedia
makanan, kelembaban dan suhu yang sesuai untuk pertumbuhan dan reproduksi
mikroorganisme. Pada diri manusia, mikroorganisme terdapat mulai dari permukaan
kulit kita sampai ke dalam usus. Pada dunia pertanian, mikroorganisme terdapat
mulai dari tanah sebagai medium tanam sampai komoditi yang dihasilkan dan dalam
proses-proses pengolahannya (industri pertanian).
Informasi yang diperoleh dari mikrobiologi memungkinkan kemajuan besar
dalam kemampuan kita untuk mempelajari banyak hal. Mikroorganisme telah
digunakan untuk mempelajari berbagai proses biokimia yang diketahui terjadi pada
bentuk kehidupan yang lebih tinggi. Banyak fakta tentang metabolisme tanaman dan
ternak yang diketahui sekarang, mula-mula diketahui terjadi pada mikroorganisme.
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
2
Pokok-pokok masalah biologi dapat dipelajari melalui mikrobiologi karena
mikroorganisme mempunyai banyak sifat yang dipakai sebagai pola atau model
untuk menyelidiki fenomena biologi. Mikroorganisme mempunyai sistem khusus
yang cocok untuk penyelidikan yang bersifat fisiologik, genetik, dan reaksi-reaksi
biokimia sampai bioteknologi yang kesemuanya merupakan dasar-dasar kehidupan.
Penelitian tentang kehidupan tersebut, umumnya banyak dilakukan menggunakan
mikroorganisme, karena mempunyai keuntungan-keuntungan sebagai berikut :
1. Mikroorganisme hanya memerlukan ruang dan pemeliharaan yang lebih
sederhana dibandingkan dengan tanaman dan hewan. Hal ini disebabkan
karena mikroorganisme yang ukurannya sanngat kecil dan dapat tumbuh di
tabung-tabung reaksi yang berisi medium kultur.
2. Mikroorganisme tumbuh jauh lebih cepat dibanding tanaman dan hewan.
Mikroorganisme ada yang dapat berkembang biak menjadi 100 generasi
dalam waktu 24 jam.
3. Pada dasarnya proses metabolisme mikroorganisme tidak berbeda dengan
metabolisme yang terjadi pada tanaman dan hewan.
Tumbuhan mempunyai ciri khas yaitu menggunakan tenaga berasal dari cahaya,
sedangkan pada hewan menggunakan tenaga yang berasal dari bahan-bahan kimia
organik. Dalam keadaan tersebut, sebagian mikroorganisme ada yang mirip dengan
hewan dan sebagian lain ada yang mirip tumbuhan, tetapi ada juga yang bersifat unik
yaitu : menggunakan kedua-duanya, energi cahaya dan energi kimia. Oleh karena itu
mikrobiologi bukan hanya mempelajari mikroorganisme sebagai penyebab penyakit
(kuman) yang menggunakan tenaga dari bahan organik, tetapi juga mempelajari
semua aktivitas kehidupan mikroorganisme pada umumnya. Melalui mikrobiologi
kita dapat mempelajari organisme secara terperinci mengenai proses hidup, seperti
mengadakan kegiatan metabolisme, tumbuh, berkembangbiak, menjadi tua sampai
mati. Dengan mengendalikan faktor-faktor lingkungan, kita dapat mengubah kegiatan
metabolisme dan mengatur pertumbuhan tanpa merusak organisme itu sendiri.
1.2. Posisi Mikroorganisme dalam Dunia Kehidupan
Pada jaman dulu, sebelum tahun 1.800, hanya diketahui bahwa mahkluk hidup di
alam dibedakan menjadi dua dunia (kingdom), yaitu: kingdom hewan (Animalia) dan
kingdom tumbuhan (Plantae). Perbedaan-perbedaan antara keduanya dapat tegas jika
yang dibedakan tumbuhan tingkat tinggi dengan hewan tingkat tinggi, tetapi jika yang
dibandingkan adalah tumbuhan tingkat rendah dengan hewan tingkat rendah atau
yang terdiri dari satu sel, maka sulit bagi kita untuk mengatakan bahwa yang kita
amati adalah hewan atau tumbuhan.
Penggolongan di atas berlangsung sampai sekitar tahun 1.700-an yang pada waktu
itu sudah mulai diadakan penelitian-penelitian yang intensif tentang mahkluk hidup
(organisme) terutama mikroorganisme. Setelah sifat-sifat berbagai mikroorganisme
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
3
diketahui, terasalah suatu kepincangan menggunakan penggolongan di atas, karena
beberapa mikroorganisme tidak dapat digolongkan ke dalam golongan hewan dan
tidak dapat digolongkan ke dalam golongan tumbuhan. Beberapa mikroorganisme
memiliki sifat-sifat yang dimiliki Plantae dan juga memiliki sifat-sifat yang dimiliki
Animalia.
Pada tahun 1866 Haeckel, seorang biolog Jerman, mengusulkan adanya kingdom
mahkluk hidup ke tiga di luar Plantae dan Animalia, yaitu: Protista, untuk
menampung kelompok organisme yang sulit digolongkan secara tegas ke dalam
Plantae maupun Animalia. Perbedaan antara Plantae, Animalia, dan Protista menurut
Haeckel terletak pada organisasi selnya. Golongan Plantae dan Animalia dengan tegas
organisasi selnya terdeferensiasi menjadi jaringan, sedangkan golongan Protista
mempunyai organisasi sel yang sederhana, kebanyakan bersifat unisel (uniceluler)
atau senositik (coenocytic) atau jika multisel belum terjadi deferensiasi sel menjadi
jaringan. Kingdom Protista menurut Haeckel ini sekarang disebut mikroorganisme.
Dengan diketemukannya teknik baru dalam mikroskopi elektron, susunan dalam
sel hidup dapat lebih diketahui. Jika kita akan membandingkan kegiatan biokimia sel
yang berasal dari berbagai sumber, misalnya sel bakteri, sel daun tanaman, dan sel
daging hewan, maka akan dijumpai kesamaan-kesamaan tertentu. Semua sel tersebut
ternyata mempunyai ciri-ciri yang dapat diwariskan yang dikode dalam asam dioksiribo
nukleat (dioxy-ribo-nucleic acid = DNA). Semua sel (bakteri, tanaman, hewan)
akan menggunakan satu mekanisme untuk pembentukan dan penyimpanan energi.
Kesemuanya mempunyai metode sintesis protein, sintesis asam nukleat dan sintesis
polisakarida yang pada pokoknya identik (mirip). Kesatuan proses biokimia pada
seluruh kehidupan menunjukan perbedaan yang kecil pada proses utamanya, tetapi
jika kita amati sel-selnya secara morfologis, kita akan menemukan perbedaanperbedaan
besar. Hasil dari berbagai penelitian menyimpulkan bahwa tipe sel
mahkluk hidup dibedakan menjadi dua grup oragisasi sel oleh Chatton (1925), yaitu:
tipe sel eukariotik dan tipe sel prokariotik. (lihat sub-bab organisasi sel). Oleh karena
itu Copeland (1938) membedakan mikroorganisme menjadi dua kingdom, yaitu yang
tipe selnya eukariotik disebut Protoctista dan yang tipe selnya prokariotik disebut
Monera, sehingga menurut Copeland, mahkluk hidup dibedakan menjadi 4 kingdom
(Animalia, Plantae, Protoctista, dan Monera).
Penggolongan organisme seperti yang diusulkan Haeckel dan Copeland berlaku
sekitar satu setengah abad, kemudian Whittaker (1969) menggolongkan organisme
menjadi lima kingdom. Penggolongan Whittaker menambahkan penggolongan
berdasarkan bagaimana sel mendapatkan nutrisi, terutama sumber karbon, yaitu :
fotosintesis, absorbsi (serab), dan ingesti (cerna). Pada penggolongan Whittaker,
Protista pada Haeckel dibedakan menjadi tiga kingdom, yaitu : Fungi, Protista, dan
Monera, sehingga keseluruhan organisme dibedakan menjadi lima kingdom, yaitu :
Animalia, Plantae, Fungi, Protista, dan Monera.
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
4
Linnaeus
(1735)
2kingdoms
Haeckel
(1866)
3kingdoms
Chatton
(1925)
2groups
Copeland
(1938)
4kingdoms
Whittaker
(1969)
5kingdoms
Woese
(1977)
3domains
Animalia Animalia
Eukaryote
(organel
bermembran)
Animalia Animalia
Vegetabilia Plantae Eukaryota
Plantae Plantae
Protoctista
Fungi
Protista
Protista
(belum
terdeferensiasi)
Procaryote
(organel tak
bermembran)
Monera Monera
Archaea
Bacteria
Skema: Perkembangan penggolongan organisme (BPurnomo.co.id)
1. Animalia beranggotakan organisme multisel, tipe selnya eukariotik, dan cara
mendapatkan sumber karbon dengan cara ingesti. Animalia meliputi semua
binatang multi sel.
2. Plantae beranggotakan organisme multisel, tipe selnya eukariotik, dan
mendapatkan sumber karbon dengan cara fotosintesis. Plantae meliputi
tumbuhan dan algae tingkat tinggi.
3. Fungi atau jamur beranggotakan mikroorganisme unisel maupun multi sel
tetapi belum terdeferensiasi menjadi jaringan, tipe selnya eukariotik, dan
mendapatkan sumber karbon dengan cara absobsi. Fungi meliputi: jamur
benang dan jamur satu sel (khamir, yeast).
4. Protista beranggotakan organisme unisel, tipe selnya eukariotik, dan
mendapatkan sumber karbon dengan lebih dari satu cara, yaitu: protozoa
(absorbsi dan ingesti) dan mikroalgae, (absorbsi dan fotosintesis)
5. Monera berang-gotakan organisme unisel, tipe selnya prokariotik, dan
mendapatkan sumber karbon dengan cara absorbsi. Monera meliputi : bakteri
dan algae biru (Cyanophyceae). Dengan demikian menurut Whittaker, yang
termasuk mikroorganisme meliputi : fungi, protista, dan monera, atau lebih
rinci lagi meliputi : jamur benang, khamir atau yeast, mikro algae, protozoa,
algae biru, dan bakteri. Untuk periode sekarang, yang termasuk mikroBambang
Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
5
organisme juga ‘organisme-organisme baru’ yang ukurannya lebih kecil dari
pada bakteri, misalnya: mikoplasma, virus, dan viroid.
1.3. Ciri umum mikroba
Mikroorganisme di alam secara umum berperanan sebagai produsen, konsumen,
maupun redusen. Jasad produsen menghasilkan bahan organik dari bahan anorganik
dengan energi sinar matahari. Mikroorganisme yang berperanan sebagai produsen
adalah algae dan cyanobacteri (bakteri fotosintetik). Jasad konsumen menggunakan
bahan organik yang dihasilkan oleh produsen. Contoh mikroorganisme konsumen
adalah protozoa. Jasad redusen menguraikan bahan organik dan sisa-sisa jasad hidup
yang mati menjadi unsur-unsur kimia (mineralisasi bahan organik), sehingga di alam
terjadi siklus unsur-unsur kimia. Contoh mikroorganisme redusen adalah bakteri dan
jamur (fungi). Sel mikroorganisme yang ukurannya sangat kecil ini merupakan satuan
struktur biologi. Banyak mikroorganisme yang terdiri dari satu sel saja (uniseluler),
sehingga semua tugas kehidupannya dibebankan pada sel itu. Mikroorganisme ada
yang mempunyai banyak sel (multiseluler). Pada jasad multiseluler umumnya sudah
terdapat pembagian tugas diantara sel atau kelompok selnya, walaupun organisasi
selnya belum sempurna. Setelah ditemukan mikroskop elektron, dapat dilihat struktur
halus di dalam sel hidup, sehingga diketahui menurut perkembangan selnya terdapat
dua tipe jasad, yaitu :
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
6
1. Prokariota (jasad prokariotik), yaitu jasad organelnya tidak dibungkus oleh
membran.
2. Eukariota (jasad eukariotik), yaitu jasad yang organelnya terbungkus oleh
membran.
Selain yang bersifat seluler, ada mikroorganisme yang bersifat nonseluler, yaitu
virus. Virus adalah jasad hidup yang bersifat parasit obligat, berukuran super kecil atau
submikroskopik. Virus hanya dapat dilihat dengan mikroskop elektron. Struktur virus
terutama terdiri dari bahan genetik. Virus bukan berbentuk sel dan tidak dapat
membentuk energi sendiri serta tidak dapat berbiak tanpa menggunakan jasad hidup
lain. Selain virus ada jasad hidup yang disebut viroid, yaitu bahan genetik RNA yang
bersifat infeksius (dapat menginfeksi) sel inang. Viroid membawa sifat genetiknya
sendiri yang dapat diekspresikan di dalam sel inang. Jasad yang lebih sederhana dari
virus adalah prion, yang terdiri suatu molekul protein yang infeksius. Adanya
kenyataan ini merupakan perkecualian sistem biologi, sebab prion menyimpan sifat
genetiknya di dalam rantaian polipeptida, bukan di dalam RNA atau DNA. Prion dapat
menggandakan diri di dalam sel inang dengan mekanisme yang belum diketahui
dengan jelas.
1.4. Penerapan Praktis Mikrobiologi
Pengetahuan tentang mikrobiologi praktis sangat penting dalam bidang pertanian,
karena tanaman tidak akan lepas dari gangguan banyak jenis mikroorganisme yang
merugikan sekaligus juga dari mikroorganisme yang menguntungkan tanaman. Kita
harus mampu mengendalikan kedua kelompok mikroorganisme tersebut,
mikroorganisme yang merugikan kita minimalkan dan yang menguntungkan kita
optimalkan. Di bidang pertanian, mikroorganisme tidak hanya berperan pada tanaman
di lahan saja tetapi juga setelah dipanen, pengolahan hasil sampai ke tingkat
konsumen.
Kita mampu mengendalikan mikroorganisme bukanlah kita peroleh secara
alamiah, tetapi harus dengan mempelajari pengetahuannya dan berlatih. Bagi
kebanyakan kita berpendapat bahwa “apa yang tidak terlihat mata adalah sesuatu
yang sulit dan yang tidak terlihat berarti tidak ada”. Seandainya terjadi suatu
keajaiban dan mikroorganisme dapat dilihat mata, maka kita akan ketakutan karena
ternyata mikroorganisme terdapat dimana-mana dan siap merusak atau membantu
kita, tanaman, hewan, maupun lingkungan. Beberapa contoh segi penerapan
mikrobiologi, misalnya:
1. Bidang Kedokteran: pada etiologi penyakit, diagnose penyakit, epidemiologi
penyakit.
2. Bidang Ekologi : pada pengawasan kualitas air, pengawasan limbah, proses
perlakuan limbah, pencarian mikroorganisme di ruang angkasa (exobiologi)
3. Bidang Persenjataan : pada pembuatan senjata biologi.
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
7
4. Bidang Pertanian: pada penyakit tumbuhan, pengendalian hama dan penyakit
tumbuhan, industri pertanian, mikrobiologi tanah, mikrobiologi makanan.
a. Di dalam tanah:
i. Rhizobium japonicum merupakan bakteri tanah penambat nitrogen,
hidup bersimbiose dengan akar kedelai.
ii. Glomus albidum merupakan mikoriza (jamur akar) penambat
kalium dan fosfat pada tanaman jagung dan bawang merah
iii. Pseudomonas solanacearum merupakan bakteri tanah penyebab
penyakit layu pada banyak tanaman Solanaceae.
iv. Phytophthora palmivora jamur tanah penyebab penyakit layu
tanaman perkebunan
b. Di pertanaman:
i. Erwinia carotovora bakteri penyebab penyakit busuk sayuran
ii. Colletotrichum gloeosporoides merupakan jamur penyebab
penyakit antraknose pada banyak tanaman.
iii. TMV (tobacco mosaic virus) merupakan virus penyebab penyakit
mosaik pada berbagai tanaman Solanaceae
c. Di pengolahan hasil (industri) pertanian:
i. Saccharomyces cerevisiae merupakan jamur satu sel yang berperan
dalam banyak proses fermentasi alkohol dalam industri pertanian.
ii. Acetobacter xylinum merupakan bakteri dalam industri nata de
coco
iii. Acetobacter aceti merupakan bakteri dalam industri asam cuka
iv. Rhizopus oryzae merupakan jamur dalam industri tempe
v. Endomycopsis fibuliger dan Saccharomyces cerevisiae jamur
dalam industri tape
vi. Corynebacterium glutamicum merupakan bakteri dalam industri
asam glutamat (misin, moto)
vii. Streptococcus thermophillus dan Lactobacillus bulgaricus
merupakan bakteri dalam industri yogurt