Materi Kuliah Mikrobiologi BAB 4

IV. PERTUMBUHAN DAN METABOLISME MIKROORGANISME
A. Pengertian Tumbuh dan Berkembang
Tumbuh dalam pengertian umum diartikan sebagai bertambahnya ukuran, sedangkan berkembang diartikan sebagai bertambahnya kuantitas. Oleh karena itu pertumbuhan dapat ditunjukkan dengan adanya pertambahan panjang, luas, volume, berat maupun kandungan tertentu, sedangkan berkembang ditunjukan dengan bertambahnya jumlah individu dan terbentuknya alat reproduksi. Dengan demikian dari segi ukuran, maka tumbuh merupakan proses dari pendek menjadi panjang, dari sempit menjadi luas, dari kosong menjadi berisi, dari ringan menjadi berat, sedangkan berkembang adalah dari sedikit menjadi banyak. Kuantitas atau ukuran pertumbuhan mikroorganisme dapat diukur dari [1] segi pertambahan dimensi satu, misalnya : panjang, diameter, jari-jari, dan jumlah sel ; [2] segi pertambahan dimensi dua, misalnya : luas, dan [3] segi pertambahan dimensi tiga, misalnya : volume, berat segar, berat kering. Selain tiga segi tersebut, pertumbuhan juga dapat diukur dari [4] segi komponen seluler, misalnya : RNA, DNA, dan protein dan [5] segi kegiatan metabolisme secara langsung, misalnya : kebutuhan oksigen, karbon dioksida, hasilan gas-gas tertentu dan lain-lain.
Pertumbuhan mikroorganisme dapat ditinjau dari dua sudut, yaitu : pertumbuhan individu dan pertumbuhan koloni atau pertumbuhan populasi. Pertumbuhan individu diartikan sebagai bertambahnya ukuran tubuh, sedangkan pertumbuhan populasi diartikan sebagai bertambahnya kuantitas individu dalam suatu populasi atau bertambahnya ukuran koloni. Namun demikian pertumbuhan mikroorganisme unisel (bersel tunggal) sulit diukur dari segi pertambahan panjang, luas, volume, maupun berat, karena pertambahannya sangat sedikit dan berlangsung sangat cepat (lebih cepat dari satuan waktu mengukurnya), sehingga untuk mikroorganisme yang demikian satuan pertumbuhan sama dengan satuan perkembangan. Pertumbuhan fungi multisel (jamur benang) dan mikroorganisme multisel lainnya dapat ditunjukan dengan cara mengukur panjang garis tengah (diameter) biakan, luas biakan, dan berat kering biakan. Pertumbuhan bakteri dan mikroorganisme unisel lainnya dapat ditunjukan dengan cara menghitung jumlah sel setiap koloninya maupun mengukur kandungan senyawa tertentu yang dihasilkan.
Bambang Purnomo, 2004. Bahan Kuliah Dasar-dasar Mikrobiologi
1
Waktu yang dibutuhkan dari mulai tumbuh sampai berkembang dan menghasilkan individu baru disebut waktu generasi. Contoh : waktu generasi bakteri E. Coli sekitar 17 menit, artinya dalam 17 menit satu E. Coli menjadi dua atau lebih E. Coli. Untuk mikroorganisme yang membelah, misalnya bakteri, maka waktu generasi diartikan sebagai selang waktu yang dibutuhkan untuk membelah diri menjadi dua kali lipat. Beberapa faktor yang mempengaruhi waktu generasi yaitu :
[1] Tahapan pertumbuhan mikroorganisme, misalnya seperti tersebut di atas yang menyatakan bahwa satu sel bakteri menjadi 2 sel bakteri memerlukan rentang waktu yang berbeda ketika 128 sel bakteri menjadi 256 sel ;
[2] Takson mikroorganisme (jenis, spesies, dll), misalnya bakteri Escherichia coli dalam saluran pencernakan manusia maupun binatang umumnya mempunyai waktu generasi 15 - 20 menit sedangkan bakteri lain (misalnya Salmonella typhi) mempunyai waktu generasi berjam-jam.
B. Kurve Pertumbuhan Mikroorganisme
Tahapan pertumbuhan mikroorganisme dapat digambarkan dalam bentuk kurve pertumbuhan. Kurve pertumbuhan mikroorganisme merupakan gambaran pertumbuhan secara bertahap yang diukur dari kuantitas (N) sel dalam waktu (t) tertentu. Jika misalnya bakteri berjumlah N0 sel membelah (tumbuh), maka
pada generasi ke-1 􀃎 N1 = N0 x 21
pada generasi ke-2 􀃎 N2 = N0 x 22
pada generasi ke-3 􀃎 N3 = N0 x 23
pada generasi ke-n 􀃎 N = N0 x 2n
Log N = Log N0 x n Log 2
n Log 2 = Log N - Log N0
301,0..2...00NLogNLogLogNLogNLogn−=−=
Generasi ke n = 3,32 [Log N - Log N0] 􀃎 0..32,3NNLogn=
Waktu generasi G = t / n 􀃎 0 ...301,0NLogNLogtG−= Bambang Purnomo, 2004. Bahan Kuliah Dasar-dasar Mikrobiologi
2
Pertumbuhan mikroorganisme dimulai dari awal pertumbuhan sampai dengan berakhirnya aktivitas merupakan proses bertahap yang dapat digambarkan sebagai kurve pertumbuhan. Kurve pertumbuhan umumnya terdiri atas 7 fase pertumbuhan, tetapi yang utama hanya 4 fase yaitu : lag, eksponensial, stasioner, dan kematian. Kurve pertumbuhan yang lengkap merupakan gambaran pertumbuhan secara bertahap (fase) sejak awal pertumbuhan sampai dengan terhenti mengadakan kegiatan. Kurve pertumbuhan biasanya terbagi dalam 5 fase pertumbuhan, tetapi lebih terinci dalam 7 fase yakni sebagai berikut :
1. Fase lag disebut juga fase persiapan, fase permulaan, fase adaptasi atau fase penyesuaian yang merupakan fase pengaturan suatu aktivitas dalam lingkungan baru. Oleh karena itu selama fase ini pertambahan massa atau pertambahan jumlah sel belum begitu terjadi, sehingga kurve fase ini umumnya mendatar. Selang waktu fase lag tergantung kepada kesesuaian pengaturan aktivitas dan lingkungannya. Semakin sesuai maka selang waktu yang dibutuhkan semakin cepat.
2. Fase akselerasi merupakan fase setelah adaptasi, sehingga sudah mulai aktivitas perubahan bentuk maupun pertambahan jumlah dengan kecepatan yang masih rendah
3. Fase eksponensial atau logaritmik merupakan fase peningkatan aktivitas perubahan bentuk maupun pertambahan jumlah mencapai kecepatan maksimum sehingga kurvenya dalam bentuk eksponensial. Peningkatan aktivitas ini harus diimbangi oleh banyak faktor, antara lain : faktor biologis, misalnya : bentuk dan sifat mikroorganisme terhadap lingkungan yang ada, asosiasi kehidupan diantara organisme yang bersangkutan dan faktor non-biologis, misalnya : kandungan hara di dalam medium kultur, suhu, kadar oksigen, cahaya, bahan kimia dan lain-lain. Jika faktor-faktor di atas optimal, maka peningkatan kurve akan tampak tajam atau semakin membentuk sudut tumpul terhadap garis horizontal (waktu)
Bambang Purnomo, 2004. Bahan Kuliah Dasar-dasar Mikrobiologi
3
4. Fase retardasi atau pengurangan merupakan fase dimana penambahan aktivitas sudah mulai berkurang atau menurun yang diakibatkan karena beberapa faktor, misalnya : berkurangnya sumber hara, terbentuknya senyawa penghambat, dan lain sebagainya.
5. Fase stasioner merupakan fase terjadinya keseimbangan penambahan aktivitas dan penurunan aktivitas atau dalam pertumbuhan koloni terjadi keseimbangan antara yang mati dengan penambahan individu. Oleh karena itu fase ini membentuk kurve datar. Fase ini juga diakibatkan karena sumber hara yang semakin berkurang, terbentuknya senyawa penghambat, dan faktor lingkungan yang mulai tidak menguntungkan.
6. Fase kematian merupakan fase mulai terhentinya aktivitas atau dalam pertumbuhan koloni terjadi kematian yang mulai melebihi bertambahnya individu.
7. Fase kematian logaritmik merupakan fase peningkatan kematian yang semakin meningkat sehingga kurve menunjukan garis menurun
Pada kenyataannya bahwa gambaran kurve pertumbuhan mikroorganisme tidak linear seperti yang dijelaskan di atas jika faktor-faktor lingkungan yang menyertainya tidak memenuhi persyaratan. Beberapa penyimpangan yang sering terjadi, misalnya : fase lag yang terlalu lama karena faktor lingkungan kurang mendukung, tanpa fase lag karena pemindahan ke lingkungan yang identik, fase eksponensial berulang-ulang karena medium kultur kontinyu, dan lain sebagainya.
Pertumbuhan mikroorganisme dipengaruhi oleh banyak faktor, baik faktor biotik maupun faktor abiotik. Faktor biotik ada yang dari dalam dan ada faktor biotik dari lingkungan. Faktor biotik dari dalam menyangkut : bentuk mikroorganisme, sifat mikroorganisme terutama di dalam kehidupannya apakah mempunyai respon yang tinggi atau rendah terhadap perubahan lingkungan, kemampuan menyesuaikan diri (adaptasi). Faktor lingkungan biotik berhubungan dengan keberadaan organisme lain didalam lingkungan hidup mikroorganisme yang bersangkutan. Faktor abiotik meliputi susunan dan jumlah senyawa yang dibutuhkan di dalam medium kultur, lingkungan fisik (suhu, kelembaban, cahaya), keberadaan senyawa-senyawa lain yang dapat bersifat toksik, penghambat, atau pemacu, baik yang berasal dari lingkungaan maupun yang dihasilkan sendiri.
C. Pengukuran Pertumbuhan
Bambang Purnomo, 2004. Bahan Kuliah Dasar-dasar Mikrobiologi
4
Telah dikemukakan sebelumnya bahwa pertumbuhan dapat diukur menggunakan 5 segi dan dengan sendirinya akan tersedia banyak metode laboratorium untuk mengukurnya. Untuk membuat kurve pertumbuhan mikroorganisme maupun untuk kepentingan lain diperlukan perhitungan jumlah sel. Cara perhitungan yang paling umum menggunakan cara pengenceran. Cara pengenceran pada prinsipnya menyiapkan beberapa buah tabung yang berisi seri pengenceran, kemudian masing-masing tabung dihitung jumlah selnya.Ada beberapa cara yang dapat dilakukan, misalnya :
1. Menghitung sel hidup dengan cara ditanam pada media padat .
2. Menghitung dengan ruang hitung.
3. Menghitung dengan turbidometer.
MENGHITUNG SEL HIDUP DENGAN CARA DITANAM PADA MEDIA PADAT
Perhitungan melalui pengenceran dan diteruskan dengan menumbuhkan pada media kultur. Ada dua cara menumbuhkan pada media kultur, yakni : bentang rata (spread-plate) dan tabur tuang rata (pour-plate). Cara spread-plate dilaksanakan dengan meneteskan 100 μl suspensi sampel di atas medium kultur padat kemudian dibentang ratakan menggunakan batang gelas bentuk huruf L. Cara pour-plate dilaksanakan dengan meneteskan 100 μl suspensi sampel di dalam cawan petri kemudian dituangi medium cair dan digoyang-goyang supaya sampel bercampur homogen dengan medium kultur (lihat gambar berikut).
Bambang Purnomo, 2004. Bahan Kuliah Dasar-dasar Mikrobiologi
5
Koloni yang tumbuh dianggap berasal dari satu sel atau satu potong propagul. Propagul adalah individu atau bagian darinya yang mampu tumbuh menjadi individu baru. Oleh karena itu jumlah koloni yang tumbuh pada medium kultur cara ini akan sama dengan jumlah sel atau propagul yang ditanam. Dengan demikian jumlah sel atau jumlah propagul dalam g gram bahan dapat dikonversikan menggunakan rumus dengan arti lambang JS = jumlah sel, a = jumlah koloni dalam satuan medium, g = berat atau volume bahan yang diencerkan, sedangkan d = faktor pengenceran, dan pangkat s = jumlah pengenceran. Sebagai contoh pada gambar di atas, medium terakhir ditumbuhi 5 koloni (a), berat bahan 10 gram (g), faktor pengenceran 10 (d), dan jumlah pengenceran 8, sehingga jumlah sel = 5 SdgaJS**=* 10 * 108 = 5*109 sel per 10 gram bahan atau 5.108 sel/g bahan. Perhitungan melalui pengenceran yang diteruskan dengan menumbuhkannya dalam medium kultur merupakan cara yang mudah dan murah tetapi sel yang terhitung hanya sel-sel yang hidup. Sel-sel yang tidak terpisah akan tumbuh menjadi satu koloni, oleh karena itu pengencerannya harus benar-benar mengakibatkan antara sel yang satu dengan sel yang lainnya saling terpisah.
MENGHITUNG DENGAN RUANG HITUNG Bambang Purnomo, 2004. Bahan Kuliah Dasar-dasar Mikrobiologi
6
Perhitungan sel menggunakan ruang hitung dilakukan dengan menggunakan suspensi hasil pengenceran diteteskan ke dalam ruang hitung kemudian ditutup menggunakan gelas penutup preparat. Hindari terjadinya gelembung udara pada waktu menutup ruang hitung. Ruang hitung yang digunakan biasanya berupa hemasitometer atau ruang penghitung sel-sel darah merah (lihat gambar di bawah) Pemeriksaan selanjutnya dilakukan di bawah mikroskop dengan cara menghitung jumlah sel yang ada di dalam ruang hitung. Ada tiga macam ruang hitung yang dapat digunakan dengan ukuran ruang yang saling berbeda. Perhitungan akan lebih mewakili dari
jumlah sel yang sebenarnya jika menggunakan semua macam ruang hitung dan sistem pengencerannya yang benar-benar homogen, sehingga hasil rata-rata menjadi lebih akurat.
a. Jika yang digunakan kotak kecil
Volume 1 kotak kecil (KK) = 0,05 mm x 0,05 mm x 0,1 mm = 25. 10-5 mm3
Jika jumlah sel dalam 1 KK = XK sel
maka 25 . 10-5 mm3 = XK sel
2510..153KXmm= = 4.000 XK
Jadi dalam 1 ml suspensi = 1.000 x 4.000 XK
Rumus menggunakan KK 􀃎 1 ml = 4 juta x XK
b. Jika yang digunakan kotak panjang
Volume 1 kotak panjang (KP) = 0,25 mm x 0,05 mm x 0,1 mm = 125. 10-5 mm3
Jika jumlah sel dalam 1 KP = XP sel
maka 125 . 10-5 mm3 = XP sel
12510..153PXmm= = 800 XK
Jadi dalam 1 ml suspensi = 1.000 x 800 XK
Rumus menggunakan KP 􀃎 1 ml = 800.000 x XP Bambang Purnomo, 2004. Bahan Kuliah Dasar-dasar Mikrobiologi
7
c. Jika yang digunakan kotak besar
Volume 1 kotak besar (KB) = 0,25 mm x 0,25 mm x 0,1 mm = 625. 10-5 mm3
Jika jumlah sel dalam 1 KB = XB sel
maka 625 . 10-5 mm3 = XB sel
62510..153BXmm= = 160 XK
Jadi dalam 1 ml suspensi = 1.000 x 160 XK
Rumus menggunakan KB 􀃎 1 ml = 160.000 x XP
D. Nutrisi
Semua mikroorganisme memerlukan ‘bahan makanan’ untuk kehidupannya. Bahan makanan tersebut dapat berupa bahan organik maupun bahan anorganik yang diambil dari lingkungannya. Bahan-bahan ini kita sebut nutrien, dan proses pengambilan atau penyerapan (absorbsi) nutrien kita sebut nutrisi.
Nutrien yang telah diserap ke dalam sel mikroorganisme digunakan oleh sel melalui proses yang disebut metabolisme. Ada dua macam proses metabolisme, yaitu katabolisme atau dissimilasi atau bioenergi, dan anabolisme atau assimilasi atau biosintesis. Nutrien yang diperlukan oleh mikroorganisme secara keseluruhan mengandung : sumber karbon (karbohidrat), sumber nitrogen (protein, amoniak), ion-ion anorganik tertentu (Fe, K), metabolit penting (vitamin, asam amino), dan air.
Pada proses katabolisme, nutrien berfungsi sebagai sumber energi atau penerima elektron. Sumber energi pada mikroorganisme misalnya bahan organik yang diuraikan menjadi bahan-bahan yang lebih sederhana. Energi yang dihasilkan berupa energi kimia yang diperlukan untuk aktivitas sel, misalnya untuk pergerakan, pembentukan spora, biosintesis, dan lain-lain. Nutrien selain sebagai sumber energi juga berfungsi sebagai penerima elektron, misalnya oksigen dan KNO3. Pada biosintesis, nutrien berfungsi sebagai bahan baku sintesis macam-macam komponen maupun senyawa sel.
Bambang Purnomo, 2004. Bahan Kuliah Dasar-dasar Mikrobiologi
8
Metabolisme merupakan istilah yang mencakup semua proses kimia yang terjadi di dalam sel organisme untuk menghasilkan maupun menggunakan energi untuk sintesis komponen sel, analisis komponen sel dan kegiatan seluler lainnya. Disimilasi atau katabolisme merupakan kegiatan metabolisme sel yang membebaskan energi melalui perobakan nutrien. Asimilasi atau anabolisme merupakan kegiatan metabolisme sel yang menggunakan energi untuk sintesis dan fungsi sel lainnya.
Eksoensim yang diekresikan mikroorganisme untuk merombak nutrien di luar sel, merupakan produk metabolisme. Jika nutrien telah berubah menjadi nutrien sederhana yang diperlukan dan masuk ke dalam sel maka endoensim mengubahnya kembali menjadi ramuan kompleks protoplasma yang mengandung energi. Metabolisme terdiri dari dua proses yang berlawanan, yaitu katabolisme dan anabolisme, tetapi keduanya berlangsung serempak. Anabolisme merupakan proses sintesis dan penggunaan energi sedangkan katabolisme proses oksidasi substrat yang diikuti perolehan energi.
Bila sel merombak ikatan-ikatan kimia tertentu selama katabolisme, energi yang dilepaskan menjadi tersedia untuk melangsungkan kerja biologis yang membutuhkan energi. Selama masa hidup mikroorganisme, kerja biologis ini bersifat ekstensif dan beragam. Mikroorganisme heterotrofik nonfotosintetik (kemosintetik) memperoleh energi dari oksidasi senyawa-senyawa anorganik. Mikroorganisme fotosintetik memperoleh energi dari cahaya.
Ensim
Semua proses biologis, misalnya : nutrisi, bioenergi dan biosintesis selalu memerlukan biokatalisator yang disebut ensim. Banyak percobaan yang dilakukan oleh mikrobiolog dan kini kita mengetahui bahwa perubahan air buah anggur (gula) menjadi alkohol bukan hanya sekedar pemecahan molekul gula menjadi alkohol tetapi merupakan serangkaian reaksi terpisah yang berurutan yang masing-masing diarahkan oleh molekul khusus di dalam sel.
Reaksi yang terjadi di dalam sel hanya mungkin berlangsung dengan pertolongan ensim yang dihasilkan oleh sel. Seperti halnya katalisator-anorganik, ensim dapat mempercepat reaksi kimia dan ensim sendiri tidak mengalami perubahan atau jumlah ensim sebelum dan sesudah reaksi akan tetap. Ensim seperti halnya kunci pintu yang dapat membuka daun pintu dari kusennya dan
Bambang Purnomo, 2004. Bahan Kuliah Dasar-dasar Mikrobiologi
9
sebaliknya dapat merapatkan daun pintu dengan kusennya. Di dalam mikroorganisme, ensim melakukan pengendalian genetis, sintesis senyawa, analisis senyawa dan lain-lain yang berperan dalam pertumbuhan, diferensiasi, maupun perkembangan mikroorganisme.
Jumlah ensim di dalam sel sangat sedikit tetapi mempunyai daya yang sangat besar untuk melakukan perubahan biokimia. Di dalam reaksi ensimatik (reaksi yang membutuhkan ensim) akan terjadi ikatan sementara antara ensim dengan substratnya, kemudian ikatan ini akan pecah kembali menjadi hasil reaksi dan ensim. Ensim yang terlepas kemudian bergabung lagi dengan substrat lain sehingga terjadi reaksi yang berulang-ulang sampai semua molekul substrat yang tersedia habis menjadi produk, sehingga ensim mempunyai mekanisme kerja efisiensi katalitik yang tinggi. Ilustrasi reaksi dapat digambarkan sebagai berikut :
E + S ↔ ES ↔ E + P
Keterangan : E = ensim ; S = substrat ; ES = ikatan ensim-substrat ; P = hasil reaksi
Selain mempunyai efisiensi katalitik yang tinggi, ensim juga mempunyai spesifikasi substrat yang tinggi. Artinya, sel hanya menghasilkan satu ensim untuk setiap senyawa dalam proses metabolisme, tetapi perubahan suatu senyawa menjadi senyawa yang lain biasanya tidak dilakukan oleh satu ensim tunggal tetapi oleh sekelompok ensim yang disebut sistem ensim yang bekerja secara berurutan, masing-masing menyebabkan terjadinya suatu reaksi kimia yang menghasilkan perubahan spesifik pada produk yang dibentuk oleh reaksi ensimatis yang mendahuluinya. Reaksi terakhir dalam sistem ini menghasilkan produk akhir.
Untuk menamakan ensim tunggal digunakan akhiran –ase, misalnya : suksinat dehidrogenase, ensim ini bekerja pada substrat suksinat dalam proses reaksi dehidrogenasi (mengambilan hidrogen), ensim hidrolase bekerja untuk menambah molekul air (hidrolisis) untuk memecahkan ikatan kimia substrat. Untuk penamaan suatu kompleks ensim yang terdiri dari banyak ensim berdasarkan reaksi-reaksi yang dikatalisis digunakan kata sistem, misalnya sistem suksinat oksidase, yang mengkatalisis oksidasi asam suksinat oleh oksigen dalam beberapa
Bambang Purnomo, 2004. Bahan Kuliah Dasar-dasar Mikrobiologi
10
langkah reaksi oleh beberapa ensim tunggal. Klasifikasi ensim hanya diperuntukan ensim tunggal dan bukan untuk sistem ensim.
Ensim diklasifikasi dalam berbagai kategori sesuai dengan reaksi yang dikatalisisnya. Menurut komisi ensim persatuan biokimia internasional (Commission of Enzymes of the International Union of Biochemistry), ensim dibedakan menjadi enam kelompok, yaitu : oksidoreduktase, transferase, hidrolase, liase, isomerase, dan ligase1
1. Oksidoreduktase : mengkatalisis reaksi pemindahan elektron atau atom hidrogen (transfer elektron). Ensim oksidoreduktase melaksanakan reaksi dan menghasilkan energi. Ada ± 200 jenis oksidoreduktase, penghasilan energi sering dilakukan oleh ensim dehidrogense dengan membuang hidrogen juga membuang elektron sehingga dilepaskan energi yang kemudian dapat ditangkap sel dan disimpan dalam bentuk energi kimia.
2. Transferase : mengkatalisis reaksi pemindahan gugusan kimia fungsional (fosfat, amino, metil,) dari suatu substrat ke substrat lain. Reaksi pemindahan ini tidak menghasilkan energi, tetapi mengubah substrat menjadi senyawa yang dapat dioksidasi atau menjadi senyawa yang dapat digunakan untuk sintesis material sel. Nama kinase digunakan khusus untuk pemindahan fosfat dari ATP.
3. Hidrolase : mengkatalisis reaksi hidrolisis atau penambahan molekul air untuk memecahkan ikatan kimia substrat. Disebut hidrolase karena ensim ini menghidrolisis molekul-molekul besar menjadi komponen-komponen kecil yang dapat digunakan. Misalnya : amilum, selulose menjadi glukose, protein menjadi asam amino, lemak menjadi gliserol. Pada mikroorganisme ensim-ensim ini diekskresikan ke luar tubuh (lingkungan) sehingga senyawa-senyawa besar di luar tubuh dipecah dulu oleh ensim menjadi molekul yang lebih kecil atau larut dan dapat memasuki sel sebagai nutrien. Oleh karena itu ensim hidrolase disebut eksoensim. Yang termasuk hidrolase yaitu : selulase (menghidrolisis selulose menjadi glukose), amilase (menghidrolisis amilum menjadi maltosa), protease (menghidrolisis protein menjadi asam amino), lipase (menghidrolisis lemak menjadi gliserol dan asam lemak), dan nuklease (menghidrolisis RNA dan DNA menjadi molekul yang lebih kecil). Dengan demikian eksoensim ini bertanggung jawab terhadap kemampuan mikroorganisme untuk mengabsorbsi nutrien dari bahan yang ukurannya molekulnya besar. Beberapa eksoensim merupakan racun
Bambang Purnomo, 2004. Bahan Kuliah Dasar-dasar Mikrobiologi
11
dan menyebabkan mikroorganisme bersifat penyebab penyakit dengan mengkatalisis reaksi-reaksi yang merusak komponen sel organisme lain.
4. Liase : mengkatalisis reaksi penambahan gugusan ikatan ganda pada molekul dan membuang gugusan non-hidrolitik dengan meninggalkan ikatan ganda. Hal ini umumnya menyangkut pembuangan air (malat → fumarat + H2O), amoniak (serin → piruvat + NH3 + H2O), dan gugus karboksil (lisin → verin + CO2.
5. Isomerase : mengkatalisis reaksi isomerasi atau pengubahan suatu senyawa menjadi isomernya (senyawa yang memiliki atom-atom yang sama tetapi berbeda struktur molekulnya, misal : manosa → fruktosa ; L_glutamat →D_glutamat).
6. Ligase : mengkatalisis reaksi penggabungan dua molekul menjadi satu molekul atau pembentukan ikatan disertai pemecahan atau penambahan ATP (adenin triphosphat)
Sejumlah ensim, terutama yang membuang sebagian molekul substrat seperti dehidrogenase, liase, dan transferase, memerlukan molekul kedua untuk menampung molekul yang dibuang dan membawanya ke penerima lainnya. Molekul pembawa molekul buangan ini disebut koensim. Ensim biasanya berupa molekul protein tetapi koensim bukan protein meskipun sebagian besar berupa senyawa organik molekul kecil.
Aktivitas ensim dipengaruhi oleh banyak faktor, antara lain : konsentrasi ensim, kandungan substrat, keasaman (pH), dan suhu. Hubungan aktivitas ensim dengan konsentrasinya menunjukkan hubungan linier bahwa semakin tinggi konsentrasi ensim maka aktivitas ensim juga semakin cepat. Hubungannya dengan kandungan subtrat menunjukan bahwa mula-mula aktivitasnya naik dengan cepat, kemudian tidak berpengaruh terhadap pertambahan substrat. Hal ini disebabkan karena konsentrasi ensim yang terbatas akan menyebabkan jumlah subtrat yang dikatalisis juga terbatas sehingga pada batas ini, penambahan substrat tidak berpengaruh terhadap aktivitasnya. Bambang Purnomo, 2004. Bahan Kuliah Dasar-dasar Mikrobiologi
12
Hubungannya dengan keasaman menunjukan bahwa semakin jauh dari kondisi kisaran pH normal aktivitasnya semakin menurun, hal ini disebabkan karena ensim akan aktif dalam keadaan ionisasi yang tepat. Kondisi ionisasi yang tepat untuk ensim yang berbeda juga berbeda tetapi pada umumnya berkisar pada daerah netral (6 – 8). Hubungannya dengan suhu menunjukkan bahwa naiknya suhu akan meningkatkan aktivitas tetapi pada kenaikan suhu tertentu akan menurunkan aktivitas yang akhirnya menghentikan aktivitas. Ada tiga pengaruh suhu terhadap aktivitas ensim, yairu suhu minimum, suhu optimum, dan suhu maksimum. Suhu minimum menunjukkan suhu dimana ensim mulai melakukan aktivitas dengan kecepatan minimum pada suhu rendah. Suhu optimum menunjukkan suhu dimana ensim melakukan aktivitas maksimum. Suhu maksimum menunjukkan suhu dimana ensim melakukan aktivitas minimum sebelum mengakhiri aktivitas karena terjadi kerusakan. Suhu di atas suhu maksimum akan mengakibatkan kerusakan permanen ensim karena terjadi koogulasi asam amino. Suhu maksimum untuk aktivitas ensim juga bervariasi tergantung jenis protein dalam ensim, tetapi pada umumnya di atas 400C dan di bawah 700C.
G.1 OKSIDASI-REDUKSI
Sel mikroorganisme memperoleh energi dari nutrien melalui serangkaian reaksi kimia. Oksidasi diartikan sebagai kehilangan elektron, sedangkan reduksi berarti memperoleh satu atau lebih elektron. Setiap oksidasi selalu ada reduksi yang menyertai, karena elektron tidak dapat berdiri sendiri., oleh karena itu setiap pemindahan elektron dari satu molekul ke molekul lainnya maka ada molekul yang dioksidasi dan ada molekul yang direduksi.
Kebanyakan oksidasi mikrobiologi dikatalis oleh ensim dehidrogenase. Dehidrogenase mengalihkan elektron yang terlepas ke penerima elektron koensim berikutnya, misalnya NAD (nikotinamida adenin dinukleotida) atau NADP sehingga terbentuk NADH atau NADPH. Bagaimana sel dapat mengubah energi dalam elektron-elektron tersebut dijelaskan menggunakan model kemiosmotik pada membran sel.
Bambang Purnomo, 2004. Bahan Kuliah Dasar-dasar Mikrobiologi
13
Proton yang dilepaskan dari oksidasi NADH diteruskan melewati membran ke medium luar. Elektron yang menyertai dilanjutkan oleh pembawa Fe ke koensim Q-H (Co-Q-H) yang mengambil proton dan elektron lain.
Elektron berakhir pada sistem sitokrom (SIT), tempat elektron diterima oleh O2 untuk membentuk H2O. Proton luar masuk melalui saluran dengan menggunakan kekuatan protonmotif yang dibangkitkan oleh perbedaan pH dan perbedaan potensi listrik, menjadi tempat ATP-ase mengubah ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP (adenosin tri-phosphat). Jika proton yang di luar mengalir ke dalam lewat saluran ini, maka akan melepaskan energi dan oleh ATP-ase diubah menjadi energi kimia dengan fosforilasi ADP menjadi ATP. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa :
1. Elektron-elektron yang menuju oksigen diteruskan melewati berbagai pengangkut.
2. Pengangkutan elektron mengakibatkan lewatnya proton (H+) dari sitoplasma ke lingkungan luar.
3. Akibat keluarnya proton maka di dalam sel menjadi bermuatan negatif yang menghasilkan gradien pH antara bagian dalam dan bagian luar sel.
4. Membran memiliki saluran proton khas yang berisi kompleks ensim yang disebut ATP-ase.
G.2 FOTOSINTESIS
Semua organisme yang mengandung klorofil memperoleh energinya langsung dari cahaya dan sumber karbon dari gas CO2 di udara. Reaksi fotosintesis secara keseluruhan dapat ditulis 222222OOCHOHklorofilcahayaOHCO++>+ dan sampai dengan terbentuknya satu molekul glukosa akan terjadi 6 kali reaksi serupa dapat ditulis : 2612622266126OOHCOHklorofilcahayaOHCO++>+ . Fotosintesis terdiri dari dua sistem, yaitu : fotosistem I dan fotosistem II. Fotosistem I menyediakan energi yang diperlukan untuk reduksi CO2 menjadi karbohidrat maupun untuk reaksi lainnya yang berhubungan dengan biosintesis dan pemeliharaan sel. Hal ini dilakukan
Bambang Purnomo, 2004. Bahan Kuliah Dasar-dasar Mikrobiologi 14
D:\Kantor\MIKROBIOLOGI\KULIAH_MIK\K4_PERTUMB_METAB.doc
dengan mengubah energi dalam foton cahaya menjadi energi kimia yang dapat digunakan oleh sel. Proses ini mulai ketika foton cahaya diserap oleh molekul klorofil, kemudian klorofil terimbas memancarkan elektron pada tingkat energi tinggi. Dengan kehilangan suatu elektron molekul klorofil teroksidasi dan fungsi fotosistem I selanjutnya adalah menangkap kelebihan energi dalam elektron yang terimbas sewaktu kembali ke tingkat semula dalam molekul klorofil. Penangkapan energi ini terjadi dengan cara yang analog dengan fosforilasi oksidatif, sehingga terbentuk ATP. Tersedianya ATP saja tidak cukup untuk mereduksi CO2 menjadi karbohidrat, tetapi sel harus menyediakan reduktan dalam bentuk koensim NADPH yang dilakukan oleh fotosistem II. Fotosistem II juga menggunakan klorofil dan menggunakan energi yang didapatkan dari foton cahaya untuk menyediakan reduktan. Reaksi fotosistem II dapat ditulis 222122OHeklorofilcahayaOH++>+−. Reaksi inilah yang membangkitkan oksigen dalam fotosintesis. CHOHklorofilcahayaAHCO2222+>+
Fotosistem I dan fotosistem II tidak berjalan sendiri-sendiri, tetapi saling berhubungan. Elektron untuk reduksi NADP berasal dari fotosistem I, sedangkan elektron yang dibangkitkan oleh fotosistem II digunakan fotosistem I untuk mereduksi klorofil. Proton yang dihasilkan dari fotolisis H2O pada fotosistem II dialihkan ke NADP bersama elektron dari fotosistem I sehingga NADP diubah menjadi NADPH.
Fotosintesis pada bakteri fotosintetik tidak mempunyai fotosistem II untuk fotolisis H2O. Oleh karena itu, pada bakteri fotosintetik air tidak pernah merupakan sumber reduktan dan oksigen tidak pernah terbentuk sebagai produk fotosintesisnya. Bakteri fotosintetik menyediakan reduktan yang diperlukan dengan oksidasi kimia donor hidrogen, sehingga reaksi menyeluruh yang mengambarkan fotosintesis sama dengan fotosintesis lainnya tetapi air diganti dengan subtrat tereduksi (H2A). Dengan demikian reaksinya dapat ditulis : AO22+. Berdasarkan pigmen dan tipe reduktan (H2A) yang digunakan dalam fotosintesis dibedakan menjadi tiga kelompok, yaitu : Chlorobiaceae, Chromaticeae, dan Rhodospirillaceae. Chlorobiaceae sering disebut bakteri belerang hijau karena menggunakan beberapa senyawa yang mengandung belerang dan gas hidrogen sebagai reduktan fotosintesis.
Bambang Purnomo, 2004. Bahan Kuliah Dasar-dasar Mikrobiologi
15
Reaksi fotosintesis Chlorobiaceae mungkin salah satu diantara yang berikut ini tergantung pada reduktan yang tersedia, yaitu :
☻SOCHOHklorofilcahayaSH2)(22222++>+CO ; ☻)(35224222OCHSOHklorofilcahayaOHSCO+>++3 ; ☻4224223222)(23SONaOCHSOHklorofilcahayaOHOSNaCO++>++2 ;☻)(22222OCHOHklorofilcahayaH+>+CO.
Chromaticeae diwakili bakteri belerang ungu yang mengandung pigmen karotenoid berwarna merah-ungu yang pada prinsipnya menggunakan reduktan fotosintesis yang sama dengan bakteri belerang hijau. Rhodospirillaceae diwakili bakteri ungu nonbelerang. Rhodospirillaceae secara morfologi sama dengan Chromaticeae, tetapi Rhodospirillaceae tidak mampu mengunakan senyawa belerang sebagai reduktan fotosintesis. Rhodospirillaceae dapat menggunakan hidrogen atau senyawa organik sebagai reduktan. Satu contoh reaksi fotosintesisnya yaitu : 33223322)(2COCHCHOCHOHklorofilcahayaCHOHCHCHCO++>+.
Fotosintesis bakteri yang tidak dijumpai pada fotosintesis organisme (tumbuhan) secara umum, yaitu : fotosintesis bakteri hanya dapat berlangsung dalam keadaan sama sekali tanpa oksigen dan panjang gelombang yang diserap lebih panjang dari pada panjang gelombang yang diserap dalam fotosintesis tumbuhan.
G.3 AUTOTROF
Sebagian mikroorganisme tidak mempunyai klorofil sehingga untuk mendapatkan energi harus dari oksidasi kimia. Mikroorganisme autotrof merupakan satu kelompok besar mikroorganisme yang mempunyai kemampuan untuk mengubah senyawa anorganik menjadi senyawa organik seperti protein, lemak, asam nukleat, dan vitamin. Hal ini merupakan suatu kelebihan yang sangat tidak mungkin terjadi pada organisme tingkat tinggi.
Mikroorganisme autotrof juga menggunakan CO2 sebagai satu-satunya sumber karbon bagi sintesis selnya, sama dengan mikroorganisme fotosintetik. Mikroorganisme fotosintetik memperoleh energi untuk mengubah CO2 menjadi bahan sel berasal dari cahaya, tetapi
Bambang Purnomo, 2004. Bahan Kuliah Dasar-dasar Mikrobiologi
16
mikroorganisme autotrof memperoleh energi dari oksidasi kimia. Mikroorganisme autotrof mendapatkan energi dari oksidasi senyaawa anorganik tetapi proses penangkapan energi sama dengan fosforilasi oksidatif, seperti misalnya elektron yang dibebaskan dari oksidasi belerang, amoniak, dan lainnya disalurkan melewati rantai-rantai transpor elektron yang menyebabkan proton menyembul dari membran. Potensial yang terjadi diubah menjadi ikatan fosfat berenergi tinggi jika proton memasuki sel kembali melewati saluran proton.
Berdasarkan jenis bahan anorganik yang dioksidasi sebagai sumber energi, bakteri autotrof dibedakan menjadi beberapa kelompok, misalnya :
Thiobacillus mengoksidasi belerang []42222232SOHOHOS⇒++ ;
Nitrosomonas mengoksidasi amoniak []OHHCLHNOOClNH222422232++⇒+ ;
Nitrobacter mengoksidasi nitrit []32222NaNOONaNO⇒+ ;
Siderocapsa mengoksidasi senyawa-senyawa besi []232234)(464COOHFeOHOFeCO+⇒++ ; dan masih banyak lagi.
G.4 HETEROTROF
Mikroorganisme heterotrof mensintesis protoplasma dari sumber bahan organik (heterotrof = diberi ‘makan’ oleh yang lain), oleh karena itu nutrisinya disebut heterotrofik (mengabsorbsi nutrien dari bahan organik). Sebagian besar mikroorganisme bersifat heterotrof dan tidak ada pengelompokan yang tegas berdasarkan substratnya, karena banyak heterotrof mungkin memerlukan senyawa organik lebih bervariasi dari heterotrof lainnya. Mikroorganisme heterotrof yang paling primitif pada kenyataannya bersifat autotrof, kecuali karbon dan energinya. Mikroorganisme ini tidak dapat mengambil unsur-unsur dari atmosfer, tetapi jika ada persediaan satu substansi organik, misalnya glukose atau dextrose sebagai sumber karbon, maka mikroorganisme ini dapat menggunakan bahan anorganik untuk keperluan yang lain.
Berikut ini penggolongan berdasarkan energi dan sumber karbon mikroorganisme,
Bambang Purnomo, 2004. Bahan Kuliah Dasar-dasar Mikrobiologi
17
Kelompok
Sumber Energi
Sumber Karbon
Kemoheterotrof
Oksidasi senyawa organik
Bahan organik
Kemoautotrof
Oksidasi senyawa anorganik
CO2
Fotoheterotrof
Cahaya
Bahan organik
Fotoautotrof
Cahaya
CO2
H. Pengendalian Mikroorganisme
Mikroorganisme banyak yang bermanfaat dan banyak pula yang merusak dan membahayakan manusia, termasuk dalam dunia pertanian. Hal ini tampak pada kemampuannya untuk membantu tumbuhan, menginfeksi tumbuhan sampai dengan mikroorganisme penghasil racun. Mikroorganisme bermanfaat misalnya : macam-macam Rhizobium sebagai bakteri penambat N pada tanaman legum, mikoriza sebagai jamur simbion akar tanaman, macam-macam khamir dan bakteri fermen pada agroindustri. Mikroorganisme perusak, misalnya : dekomposer yang merusak macam-macam bahan organik, patogen sebagai penyebab penyakit tanaman, sedangkan mikroorganisme yang membahayakan manusia, misalnya : macam-macam jamur penghasil mikotoksin. Oleh karena itu, perlu adanya prosedur untuk mengendalikannya agar yang bermanfaat dapat lebih menguntungkan dan yang merusak tidak merugikan manusia. Pada bab ini yang dimaksud pengendalian hanya terbatas pengendalian mikroorganisme yang merusak, sehingga hanya meliputi kegiatan-kegiatan yang dapat menghambat, menyingkirkan dan membunuh mikroorganisme, yang bertujuan untuk mencegah penyebaran mikroorganisme, mencegah dan mengurangi kerusakan serta mencegah dan mengurangi tingkat bahaya.
Mikroorganisme dapat dihambat, dibunuh maupun disingkirkan menggunakan sarana atau proses fisik dan kimia. Saraana fisik misalnya : suhu, tekanan, radiasi, pembakaran dan penyaringan, sedangkan sarana kimia misalnya : disinfektan (bahan kimia yang mematikan sel-sel vegetatif), antiseptik (substansi pencegah infeksi), bakterisida (substansi yang meracun bakteri), fungisida (subtansi yang meracun jamur).
Banyak faktor yang dapat mempengaruhi penghambatan dan terbunuhnya mikro-organisme oleh proses fisik maupun kimia yang dipertimbangkan untuk keefektifan penerapan praktis pengendalian mikroorganisme. Faktor-faktor tersebut meliputi lingkungan biotik dan abiotik. Lingkungan biotik meliputi asosiasinya dengan organisme lain sedangkan lingkungan abiotik meliputi lingkungan fisik dan kimia.
H1. Temperatur
Temperatur atau suhu merupakan salah satu lingkungan fisik yang penting dalam kehidupan mikroorganisme. Jenis-jenis mikroorganisme tertentu dapat hidup pada kisaran suhu yang luas
Bambang Purnomo, 2004. Bahan Kuliah Dasar-dasar Mikrobiologi
18
sedangkan jenis lainnya pada kisaran suhu yang sempit. Secara keseluruhan, batas kisaran suhu kehidupan mikroorganisme terletak antara -10oC sampai dengan 90oC dan terbagi dalam tiga daerah suhu kegiatan, yaitu : psikrofilik atau kryofilik, mesofilik, dan termofilik. Masing-masing daerah suhu kegiatan juga terbagi dalam tiga daerah suhu kehidupan, yaitu suhu minimum, optimum dan maksimum.
Suhu minimum merupakan suhu terendah dimana mikroorganisme masih melakukan kegiatan hidup. Turunnya suhu dari suhu minimum akan mengakibatkan terhentinya kegiatan fisiologis, tetapi jika turunnya suhu terjadi secara bertahap dan kembali naik secara bertahap pula, maka kegiatan fisiologinya akan berjalan kembali. Suhu optimum merupakan suhu dimana mikroorganisme melakukan kegiatan dengan kecepatan tertinggi. Suhu maksimum merupakan suhu tertinggi dimana mikroorganisme masih dapat melakukan kegiatan hidup. Naiknya suhu dari suhu maksimum akan mengakibatkan terhentinya kegiatan fisiologis, tetapi jika suhu kembali turun biasanya kegiatan fisiologinya tetap terhenti. Mikroorganisme psikrofilik atau kryofilik merupakan kelompok mikroorganisme yang dapat hidup pada kisaran suhu rendah, di bawah 30oC sampai di bawah 0oC, dengan suhu optimumnya sekitar 15oC. Mikroorganisme mesofilik merupakan kelompok mikroorganisme yang hidup pada kisaran suhu 15oC sampai 40oC dengan kisaran suhu optimum 25oC sampai 37oC. Mikroorganisme termofilik merupakan kelompok mikroorganisme yang hidup pada suhu tinggi, biasanya antara 40oC sampai dengan 75oC, dengan kisaran suhu optimum 55oC - 60oC. Kisaran suhu minimum sampai maksimum inilah yang kita gunakan untuk mengendalikan mikroorganisme sesuai dengan kepentingan kita.
Dalam kisaran daerah suhu kegiatan, telah diketahui bahwa kenaikan suhu akan menaikan kecepatan reaksi (suatu kegiatan). Hal ini disebabkan karena di dalam proses metabolisme terjadi suatu rangkaian reaksi biokimia yang dikatalisis oleh ensim. Ensim merupakan protein, sehingga kenaikan suhu yang menaikan kecepatan reaksi hanya sampai batas suhu maksimum. Kenaikan suhu yang melebihi suhu maksimum akan mengakibatkan denaturasi protein dan ensim, sehingga proses metabolisme akan terhenti dan tak dapat kembali terjadi reaksi biokimia karena ensim sudah rusak oleh denaturasi. Kematian karena suhu tinggi di atas suhu maksimum ini kita sebut kematian termal dan waktu yang dibutuhkan untuk mematikan mikroorganisme dalam suhu tinggi disebut waktu kematian termal. Misalnya spora Bacillus anthracts dalam kondisi kering akan mati pada suhu 160oC selama 90 menit tetapi dalam kondisi lembab akan mati pada suhu 100oC
Bambang Purnomo, 2004. Bahan Kuliah Dasar-dasar Mikrobiologi
19
selama 10 menit. Contoh lain misalnya Clostridium botulinum mempunyai suhu kematian 105oC selama 24 menit jika jumlah sporanya hanya 900 sel/ml, tetapi kematiannya membutuhkan waktu 56 menit jika jumlah sporanya mencapai 9 juta sel/ml.
Untuk membunuh mikroorganisme menggunakan pemanasan umumnya lebih mudah pada kondisi asam atau alkalis dibanding kondisi netral (pH = 7). Adanya partikel atau benda padat dan senyawa tertentu dalam medium biasanya akan menaikan katehanan mikroorganisme terhadap pemanasan. Hal ini disebabkan karena terjadi mekanisme terhalangnya suhu mencapai sasaran lebih cepat. Suhu rendah juga dapat mengakibatkan kematian mikroorganisme jika suhu turun dengan tiba-tiba sampai pada di bawah titik beku. Hal ini disebabkan karena protoplasma menjadi tidak reversibel akibat rusaknya membran organel yang sobek oleh memuainya substansi atau terjadi kristal es pada waktu membeku (hukum anomali air). Bila suspensi bakteri didinginkan dengan cepat dari 45oC ke titik beku maka jumlah bakteri yang mati dapat mencapai 95%, tetapi pendinginan secara bertingkat akan mengakibatkan jumlah kematian berkurang. Proses pendinginan bertingkat di bawah titik beku dalam keadaan hampa udara banyak digunakan untuk mengawetkan biakan dan proses ini disebut lyofilisasi. Lyofilisasi menggunakan tepung yang terdiri atas sel-sel lyofilik sehingga sangat mudah menarik air kemudian diubahnya menjadi uap air dan tidak mengakibatkan denaturasi protein.
H2. Kelembaban dan kadar air
Kelembaban dan kadar air biasanya berpengaruh terhadap pertumbuhan dan pembentuk alat tahan mikroorganisme. Pertumbuhan bakteri dan jamur satu sel memerlukan kelembaban di atas 85%, sedangkan untuk aktinomiset dan jamur benang memerlukan kelembaban lebih rendah sampai di bawah 80%. Kadar air dalam larutan (aw) merupakan nilai perbandingan antara tekanan uap air larutan dengan tekanan uap air murni atau setara dengan 1/100 kelembaban relatif (Rh/100). Nilai aw untuk bakteri terletak antara 0,75 sampai 0,999.
Banyak mikroorganisme yang bertahan hidup dalam keadaan kering untuk waktu yang lama, seperti dalam bentuk spora, konidia, artrospora, klamidospora, dan kista. Bentuk-bentuk tahan ini biasanya akan terpacu tumbuh jika kelembaban dan kadar air kembali ke kondisi yang diperlukan. Proses pengeringan yang berlanjut akan menyebabkan rusaknya sel akibat pengaruh tekanan osmose dan naiknya kadar zat terlarut. Pengeringan bahan digunakan untuk pengendalian bahan
Bambang Purnomo, 2004. Bahan Kuliah Dasar-dasar Mikrobiologi
20
agar tak terserang mikroorganisme. Bahan yang kering berarti aw-nya rendah sehingga mikroorganisme tidak melakukan aktivitas pertumbuhan.
H3. Tekanan Osmose
Larutan hipertonis (pekat) menghambat pertumbuhan karena dapat menyebabkan plasmolisis atau terjadi kerusakan membran plasma. Tekanan osmose tinggi banyak digunakan dalam praktek pengendalian bahan makanan supaya tidak terserang mikroorganisme karena pertumbuhannya. Contoh pengendalian dengan menggunakan tekanan osmose tinggi, misalnya : ikan yang diasinkan, asinan sayuran, dan buah-buahan yang dibuat manisan. Ada beberapa mikroorganisme yang tahan terhadap tekanan osmose tinggi, misalnya khamir osmofil dapat tumbuh pada kadar garam tinggi, dan bakteri halodurik dapat tahan dalam substrat berkadar garam 30%.
H4. Derajat Keasaman
Derajat keasaman atau pH mempunyai nilai 1 sampai dengan 14, semakin rendah nilai pH dikatakan semakin asam dan sebaliknya semakin tinggi nilai pH-nya dikatakan semakin basa. Nilai pH 7 merupakan nilai netral, artinya tidak asam dan tidak basa. Setiap mikroorganisme mempunyai kisaran hidup pada pH tertentu yang terdiri atas Ph minimum, optimum dan maksimum. Bakteri mempunyai kisaran nilai pH untuk pertumbuhan sekitar daerah netral antara 6,5 sampai dengan 7,5, sedangkan khamir di daerah asam antara 4,0 sampai 4,5. Jamur benang dan aktinomiset tertentu mempunyai kisaran daerah pH yang lebih luas dibanding bakteri maupun khamir. Oleh karena itu mikroorganisme juga dikelompokan menjadi 3 kelompok berdasarkan kisaran pH kehidupannya. Mikroorganisme yang hidup dalam kisaran pH asam termasuk dalam kelompok asidofilik, sedangkan yang hidup dalam kisaran basa termasuk dalam alkalifilik dan yang hidup di daerah pH netral disebut mesofilik atau neutrofilik.
Lingkungan abiotik lain yang mempengaruhi pertumbuhan mikroorganisme masih sangat banyak, misalnya senyawa-senyawa beracun (toksik), arus listrik, radiasi, tegangan permukaan, dan tekanan mekanik. Lingkungan-lingkungan tersebut akan dibicarakan pada mikrobiologi terapan.
Bambang Purnomo, 2004. Bahan Kuliah Dasar-dasar Mikrobiologi
21
H5. Lingkungan Biotik dan Senyawa Antibiotik
Secara alami jarang ditemukan kehadiran mikroorganisme dalam keadaan murni, tetapi selalu dalam bentuk asosiasi dengan organisme-organisme lainnya. Terdapat bermacam-macam bentuk asosiasi diantara mikroorganisme dengan organisme lain, mulai dari asosiasi yang sangat erat sampai asosiasi yang renggang. Setiap asosiasi yang mengakibatkan pelaku asosiasi mendapatkan keuntungan darinya kita sebut simbiose. Berdasarkan kepada bentuk dan sifat simbiosisnya, mikroorganisme dibedakan ke dalam 6 golongan, yaitu :
1. Komersialisme, yaitu bentuk asosiasi yang renggang dan hanya satu pihak saja yang mendapatkan keuntungan asosiasi.
2. Mutualisme, yaitu bentuk asosiasi erat yang masing-masing jenis di kedua belah pihak mendapatkan keuntungan. Kata simbiose sering digunakan untuk menyatakan bentuk asosiasi yang saling menguntungkan, tetapi sekarang lebih digunakan istilah mutualisme, sedangkan simbiose digunakan untuk menyatakan asosiasi yang mendapatkan keuntungan tanpa dilihat pihak mana yang untung. Contoh mutualisme misalnya : asosiasi Rhizobium dengan tanaman Legum, dan asosiasi mikoriza dengan inangnya.
3. Parasitisme, yaitu bentuk asosiasi erat yang salah satu pihaknya hanya mengambil keuntungan dari pihak lainnya. Mikroorganisme yang mengambil keuntungan disebut parasit dan pihak lainnya disebut inang. Jika asosiasi parasitisme ini mengakibatkan penderitaan inangnya, maka parasitnya kita sebut patogen.
4. Antibiosis, yaitu bentuk asosiasi kehidupan yang mengakibatkan salah satu pihak terbunuh atau terhambat pertumbuhannya karena ada pihak yang menghasilkan senyawa beracun atau senyawa penghambat. Peristiwa antibiosis ini merupakan salah satu usaha mikroorganisme untuk melindungi diri sendiri. Mekanisme perlindungan semacam ini terjadi akibat terbentuknya hasil metabolisme yang berupa hasil sisa maupun hasil sintesis. Senyawa hasil tersebut dapat bersifat racun (toksin), antibiotik, atau berupa senyawa yang merubah faktor lingkungan.
5. Sinergisme, merupakan bentuk asosiasi kehidupan yang menyebabkan terjadinya kemampuan yang lebih dibanding jika dilakukan sendiri-sendiri.
Bambang Purnomo, 2004. Bahan Kuliah Dasar-dasar Mikrobiologi
22
6. Sintropisma, merupakan bentuk asosiasi beberapa jenis organisme terhadap sumber nutrien yang diantara organisme pelaku saling menyediakan nutrien tersedia untuk organisme lainnya. Sintropisma penting dalam penguraian bahan organik tanah dan dalam proses pengolahan limbah. Sebagai ilustrasi, sintropisma antara mikroorganisme A, B, dan C dalam menguraikan zat X. Zat X hanya dapat diurai oleh mikroorganisme A dan mikroorganisme B baru dapat mengurai zat X menjadi zat yang dapat diurai C jika sudah diurai oleh mikroorganisme A.
Dengan demikian kita tahu bahwa pertumbuhan atau kehidupan mikroorganisme sangat tergantung kepada lingkungan abiotiknya maupun bentuk asosiasinya dengan lingkungan biotiknya.
رنم  بع ف  م ب 
Bambang Purnomo, 2004. Bahan Kuliah Dasar-dasar Mikrobiologi
23

Materi Kuliah Mikrobiologi BAB 3

Bambang Purnomo. 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
1
III. METODE DAN PRINSIP LABORATORIUM MIKROBIOLOGI
Prosedur dan peralatan tertentu digunakan untuk memperlajari mikroorganisme,
misalnya : memelihara, memisahkan (mengisolasi) dalam biakan murni, mengamati
karakter dan mengidentifikasi. Telah diketahui bahwa mikroorganisme berada dimanamana
dalam jumlah yang sangat banyak dan beranggotakan banyak spesies. Atas dasar
bahwa jumlah dan jenis mikroorganisme yang sangat banyak serta ukurannya yang
sangat kecil maka metode dan prosedur laboratorisnya sangat khusus. Oleh karena itu
untuk mempelajari spesies atau jenis mikroorganisme tertentu maka langkah pertama
adalah memisahkan mikroorganisme yang bersangkutan dari jenis mikroorganisme yang
lain. Disampinng itu, karena ukuran mikroorganisme sangat kecil maka tidak terlihat
jelas oleh mata, sehingga untuk mengamatinya diperlukan alat pembesar, berupa
mikroskop. Prosedur laboratoris harus dikembangkan atau diarahkan supaya mampu
memisahkan setiap mikroorganisme untuk dikulturkan (ditumbuhkan) secara terpisah.
Kumpulan atau massa mikroorganisme dari spesies sama yang dikulturkan secara
terpisah dan bebas dari mikroorganisme lain disebut sebagai biakan murni. Massa
mikroorganisme dari satu spesies yang sama disebut koloni. Oleh karena itu biakan murni
idealnya hanya mengandung satu koloni saja.
Biakan murni yang pertama, diperoleh J. Listar (1879) menggunakan metode seri
pengenceran dalam medium cair, namun demikian biakan murni dalam medium cair sulit
membentuk koloni yang terpisah sehingga akhirnya dikembangkan medium padat. Oleh
karena itu, biakan murni harus dikembangkan dalam mikrobiologi karena sangat
bermanfaat di segala bidang kegiatan mikrobiologi, baik untuk pengamatan karakter,
penelitian sampai pemanfaatan keunggulannya atau mikrobiologi terapan.
A. MIKROSKOP DAN MIKROSKOPI
Mikrobiologi dapat dianggap dimulai sejak manusia dapat membuat alat pembesar
yang cukup mampu melihat benda yang sangat kecil. Meskipun barangkali Antony
van Leeuwen Hoek (1632-1723) bukan orang pertama yang melihat bakteri dan
protozoa, tetapi dialah yang melaporkan pertama kali melihatnya, kemudian
menggambar dan mendiskripsikan mikroorganisme. Alat pembesar yang digunakan
Leeuwenhoek merupakan mikroskop pertama dengan menggunakan lensa tunggal.
Mikroskop sekarang merupakan mikroskop menggunakan lensa majemuk. Mikroskop
merupakan salah satu alat yang erat sekali hubungannya dengan mikrobiologi,
khususnya untuk melihat bayangan mikroorganisme dan bagian-bagiannya yang
ukurannya sangat kecil.
Tubuh mikroskop pada dasarnya terdiri dari bagian mekanik, bagian optik dan
beberapa jenis dilengkapi bagian elektrik, fotografi dan scanning. Bagian mekanik
dan bagian optik selalu ada pada setiap jenis mikroskop, meskipun tidak semua subBambang
Purnomo. 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
2
bagian ada. Bagian mekanik meliputi : statif, tubus, revolver, meja benda, pengatur
tubus, pengatur kondensor, pengatur meja benda dan pengatur preparat. Bagian
optiknya meliputi : lensa okuler, lensa obyektif, lensa kondensor, lensa filter dan
sumber cahaya.
Bayangan benda (obyek) yang kita lihat dibentuk dan diperbesar oleh lensa
obyektif, di dalam tubus mikroskop membentuk bayangan nyata terbalik dari obyek.
Bayangan nyata tersebut selanjutnya dibalik dan diperbesar lagi oleh lensa okuler.
Lensa okuler merupakan lensa yang berfungsi untuk membuat bayangan terakhir,
sehingga bayangan tersebut dapat dilihat langsung oleh mata pengamat.
Lensa yang baik diperoleh dengan memperhatikan pembesaran dan daya pisahnya.
Semakin pendek jarak titik api lensa akan semakin kuat pembesarannya, sehingga
semakin besar kemampuan suatu lensa akan semakin kecil jarak dua titik api yang
berdekatan yang dapat dilihat secara terpisah menggunakan mikroskop.
Beberapa lensa obyektif biasanya dipasang pada roda berputar yang disebut
revolver. Setiap lensa obyektif dapat diputar ke tempat yang sesuai dengan
pembesaran yang diinginkan. Lensa obyektif dibuat dalam beberapa pembesaran yang
berbeda, yakni : 4x, 10x, 40x, dan 100x, demikian juga lensa okuler tersedia beberapa
pembesaran, yakni : 4x, 10x, 16x, dan 20x. Lensa okuler dipasang paada ujung dalam
tubus dan biasanya yang dipasang adalah yang pembesaaran 10x. Dengan demikian
Bambang Purnomo. 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
3
jika kita mengamati obyek menggunakan lensa okuler pembesaran 10x dan lensa
obyektif 40x, maka pembesaran obyek yang kita lihat menjadi 400x dibanding
besarnya obyek yang sebenarnya.
Pembesaran total merupakan pembesaran obyektif kali pembesaran okuler. Pada
lensa obyektif biasanya tertera ukuran pembesarannya, aparatur numerik, panjang
tubus lensa, dan tebal gelas penutup yang diperlukan.
Contoh tulisan peneraan lensa obyektif di bawah ini, yang
maksudnya:
1. Pembesaran lensa obyektif = 100 x
2. Aparatur numerik (AN) = 1,25
3. Panjang tubus = 160 mm
(diukur dari lensa obyektif ke lensa okuler)
4. Tebal gela penutup preparat = 0,17 mm
5. Tulisan “Plan” menunjukan permukaannya datar, “POL”
untuk mikroskop polarisasi, “Ph” untuk fase kontras
Kondensor berfungsi sebagai pengatur intensitas caahaya yang masuk ke dalam
mikroskop. Kondensor mempunyai dua bagian penting, yaitu :
1. Susunan lensa untuk mengumpulkan sinar sebelum masuk ke dalam obyek
dan lensa obyektif.
2. Diafragma berfungsi untuk mengatur sinar tepi yang masuk ke dalam lensa
obyektif dan okuler.
Hukum fisika menyatakan bahwa bagian terkecil yang dapat kita lihat disebut
daya pisah, yaitu : kemampuan lensa untuk menghasilkan bayangan terpisah dari dua
titik yang berdekatan. Daya pisah dibatasi oleh panjang gelombang ( ) cahaya yang
digunakan untuk menerangi preparat dan aparatur numerik (AN) lensa-lensa dalam
mikroskop.
ℎ    
=

ℎ    
! + _$
%
Untuk memperjelas hukum fisika tersebut, misalnya di dalam pengamatan
menggunakan panjang gelombang cahaya 0,5 μm, NA lensa obyektif 1,20 dan lensa
kondensor 0,8, maka daya pisah mikroskop tersebut :
ℎ    
=
&,( )*
+,,(-&,.
= 0,23 2 maksudnya bahwa jika ada dua titik yang
jaraknya 0,23 μm atau kurang, dan diamati menggunakan mikroskop tersebut akan
tampak hanya satu titik, sedangkan titik atau benda yang tampak terpisah jaraknya
harus lebih dari 0,23 μm. Oleh karena itu, menurut rumus diatas, untuk meningkatkan
Bambang Purnomo. 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
4
kemampuan mikroskop dilakukan dengan cara menurunkan daya pisah (d). Nilai daya
pisah akan turun jika panjang gelombang cahaya dikecilkan atau dengan cara
memperbesar aparatur numerik.
Batas daya pisah pada cahaya biasa yang dapat dilihat mata ± 0,2 μm, sehingga
dua benda yang jaraknya kurang dari 0,2 μm akan terlihat sebagai satu benda, begitu
juga benda yang ukurannya kurang dari 0,2 μm tidak akan terlihat jika menggunakan
sumber cahaya biasa. Oleh karena itu untuk melihat benda yang ukurannya kurang
dari 0, 2 μm atau melihat dua benda yang jaraknya kurang dari 0, 2 μm diperlukan
sumber cahaya lain yang mempunyai panjang gelombang lebih pendek. Panjang
gelombang cahaya yang digunakan dalam mikroskop cahaya terbatas pada gelombang
cahaya kasat mata yang berkisar dari 0,4 μm sampai 0,7 μm dan angka singkapan
0,85 pada medium udara dan 1,2 sampai 1,4 pada medium celup cair.
Untuk menggambarkan daya pisah, misalnya panjang gelombang cahaya biasa
yang digunakan untuk mengamati preparat kering maka daya pisahnya = 700 nm / 0,85 =
824 nm (= 0,824 μm) sedangkan jika kita menggunakan filter lensa hijau panjang
gelombang turun menjadi 550 nm, maka daya pisahnya menjadi = 550 nm / 0,85 = 467
nm (0,467 μm). Jika menggunakan preparat celup minyak NA lensa menjadi sebesar
1,25 dan NA kondensor sebesar 0,9, sehingga daya pisahnya menjadi 550 nm/(1,25+0,9) =
225 nm (0,225 μm). Dengan demikian benda-benda dalam preparat kering yang
diamati menggunakan mikroskop cahaya akan terlihat jika ukurannya lebih dari 0,824
μm dan terlihat terpisah jika jaraknya lebih dari 0,824 μm, sedangkan dengan
memilih cahaya hijau ukuran benda yang terlihat dan jarak yang terpisah menjadi
0,467 μm dan jika menggunakan preparat celup minyak daya pisahnya menjadi lebih
besar lagi atau ukuran benda yang terlihat dan jarak yang terpisah menjadi lebih kecil,
yaitu 0,225 μm.
Ada beberapa macam mikroskop cahaya, misalnya : mikroskop pantul cermin,
mikroskop lampu listrik, mikroskop medan gelap, mikroskop fase kontras.
Disamping mikroskop cahaya biasa, ada pula mikroskop sinar yang tak terlihat mata
dan mempunyai daya pisah yang sangat tinggi, yaitu : mikroskop ultraviolet,
mikroskop elektron transmisi, dan mikroskop elektron pemayaran (scanning,
terfokus)
Mikroskop biasa atau mikroskop medan terang yakni mikroskop yang sistem
pencahayaannya menggunakan teknik medan terang. Mikroskop medan terang ada
dua tipe, yaitu mikroskop pantul cermin dan mikroskop lampu listrik yang pada
dasarnya keduanya mempunyai kemampuan yang sama, yaitu cahaya pantulan dari
cermin dan cahaya langsung dari lampu listrik, yang mempunyai panjang gelombang
antara 400 nm sampai 700 nm. Pada mikroskop ini, obyek disinari oleh cahaya dari
Bambang Purnomo. 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
5
kondensor yang kemudian cahaya ditangkap oleh lensa obyektif. Bagian obyek atau
preparat yang transparan atau medannya akan kelihatan lebih terang, sedangkan
bagian yang berwarna atau tebal akan menyerap cahaya, sehingga lebih gelap. Oleh
karena itu, mikroskop yang menggunakan sistem ini disebut mikroskop medan terang.
Mikroskop medan gelap (Dark-field microscope) pada prinsipnya sama dengan
mikroskop biasa, tetapi menggunakan kondensor khusus dan lensa obyektif yang nilai
NA-nya rendah. Kondensor yang digunakan akan mengarahkan berkas cahaya ke
dalam medan preparat pada sudut yang sedemikian hingga hanyalah berkas-berkas
cahaya yang mengenai obyek pada medan preparat dibiaskan dan memasuki lensa
obyektif atau kondensor yang mampu membentuk kerucut hampa cahaya. Berkas
cahaya dari kerucut hampa dipantulkan dengan sudut yang sangat kecil dari bagian
permukaan gelas benda dan setiap berkas cahaya yang sampai ke preparat akan
dipantulkan langsung ke dalam lensa obyektif, sehingga obyek menjadi terang dengan
latar yang gelap. Mikroskop medan gelap digunakan untuk mengamati
mikroorganisme yang masih hidup, khususnya yang selnya sangat tipis atau yang
hampir mendekati batas daya pisah mikroskop. Mikroskop jenis ini akan mempunyai
medan gelap total jika pada meja benda tidak terdapat preparat atau spesimen.
Mikroskop fase kontras merupakan suatu tipe mikroskop cahaya yang
memungkinkan terjadi kontras yang cukup besar antara obyek pada berbagai
Bambang Purnomo. 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
6
ketebalan atau berbagai indeks bias. Terjadinya kontras tersebut disebabkan karena
pada mikroskop ini menggunakan kondensor dan lensa obyektif yang khusus dapat
mengendalikan iluminasi obyeknya pada perbedaan ketebalan dan indeks bias yang
sangat kecil yang diwujudkan dalam tingkatan terang-gelapnya cahaya, sehingga
bayangan obyek menjadi kontras lebih nyata.
Mikroskop fluoresensi digunakan untuk memeriksa preparat yang telah diwarnai
menggunakan pewarna fluorokrom. Zat pewarna ini menyerap cahaya gelombang
pendek dan memancarkan cahaya gelombang panjang yang lebih banyak. Zat yang
demikian disebut flouresen dan fenomenanya disebut flouresensi.
Mikroskop elektron merupakan mikroskop yang menggunakan pencahayaan
gelombang elektron. Mikroskop elektron memiliki kemampuan daya pisah yang besar
karena sinar elektron mempunyai panjang gelombang yang sangat pendek
dibandingkan dengan cahaya biasa. Panjang gelombang sinar elektron yang
digunakan berkisar antara 0,005 μm (5 nm) sampai 0,0003 μm (0,3 nm), sedangkan
mikroskop cahaya biasa menggunakan panjang gelombang 0,4-0,7 μm (400-700 nm).
Pembesaran akhir pada mikroskop elektron dapat mencapai 1.000.000 kali.
B. MEDIUM TUMBUH
Untuk menumbuhkan dan mengembangbiakkan mikroorganisme diperlukan
substrat yang disebut medium kultur atau medium biakan. Medium kultur ini
mengandung ramuan zat hara (nutrien) tertentu. Zat-zat hara digunakan oleh
mikroorganisme untuk pertumbuhan, sintesis protein, kebutuhan energi untuk
kehidupannya. Biasanya medium kultur mengandung air, sumber energi, zat hara
(nutrien) untuk sumber karbon, nitrogen, sulfur, fosfat, oksigen, hidrogen, dan unsurunsur
mikro. Di dalam bahan dasar medium kultur dapat juga ditambahkan faktorfaktor
pertumbuhan yang berupa asam amino, vitamin, hormon, maupun nukleotida.
Supaya mikroorganisme dapat tumbuh dan berkembang dengan baik, medium kultur
memerlukan persyaratan tertentu, yaitu:
1. Medium kultur harus mengandung semua unsur hara yang diperlukan untuk
pertumbuhan dan reproduksi
2. Medium kultur harus mempunyai tekanan osmose, tegangan permukaan, dan
keasaman dalam (pH) yang sesuai dengan kebutuhan mikroorganisme.
3. Medium kultur harus dalam keadaan steril. (Sebelum ditanami medium
kultur harus bebas dari mikroorganisme)
Berdasarkan kepada persyaratan ketersediaan di atas, maka medium kultur dapat
berupa medium alami dan medium buatan.
Bambang Purnomo. 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
7
1. Medium alami merupakan medium kultur yang disusun dari bahan-bahan alami
tanpa ditambah bahan atau senyawa lain. Contoh: kentang, tepung jagung, daging,
telur, ikan, umbi-umbian dan lain-lain.
2. Medium buatan merupakan medium kultur yang dibuat dari susunan berbagai
senyawa kimia. Contoh:
1. Potato Dextrose Agar untuk kultivasi jamur secara umum komposisi per liter:
Agar ..................................................................25.0g
Glucose .............................................................20.0g
Pancreatic digest of casein..................................2.5g
Yeast extract........................................................0.5g
MgSO4·7H2O......................................................0.3g
CaCO3 .................................................................0.2g
Potatoes, infusion from............................... 500.0mL
pH 5.6 ± 0.2 at 25°C
2. Nutrient Agar untuk kultivasi bakteri secara umum, komposisi per liter:
Agar.............................................................................15.0g
Peptone ..........................................................................5.0g
NaCl ..............................................................................5.0g
Yeast extract ..................................................................2.0g
Beef extract ...................................................................1.0g
pH 7.4 ± 0.2 at 25°C
3. Deoxycholate Agar untuk bakteri Pseudomonas komposisi per liternya:
Agar ............................................................................ 15.0g
Lactose ........................................................................ 10.0g
Peptone........................................................................ 10.0g
NaCl .............................................................................. 5.0g
K2HPO4......................................................................... 2.0g
Ferric citrate .................................................................. 1.0g
Sodium citrate ............................................................... 1.0g
Sodium deoxycholate.................................................... 1.0g
Neutral Red ................................................................. 0.03g
pH 7.3 ± 0.2 at 25°C
4. Nutrient Agar untuk kultivasi bakteri heterotrophic komposisi per liter:
Agar...............................................................................3.0g
Lab-Lemco beef extract ................................................1.0g
Peptone ..........................................................................1.0g
NaCl ..............................................................................0.5g
pH 7.3 ± 0.2 at 25°C
Berdasarkan sifat penggunaannya, medium kultur dapat dibedakan menjadi
medium umum, pengaya, selektif, diferensial, dan penguji.
1. Medium umum biasanya berupa medium yang dapat digunakan untuk
menumbuhkan kelompok mikroorganisme secara umum, misalnya: medium kultur
Bambang Purnomo. 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
8
Nutrien Agar (NA) untuk menumbuhkan bakteri secara umum, dan medium
potato dextrose agar (PDA) untuk menumbuhkan jamur secara umum.
2. Medium pengaya merupakan medium kultur yang ditambah senyawa-senyawa
tertentu untuk memberi kesempatan kepada jenis atau kelompok mikroorganisme
tertentu supaya dapat tumbuh lebih cepat dibanding dengan mikroorganisme lain
yang sama-sama berada di dalam medium tersebut. Misalnya untuk memisahkan
bakteri Salmonella typhi, penyebab penyakit tifus yang berada di dalam kotoran
(tinja) manusia diperlukan senyawa pengaya menggunakan medium tetrationat
yang menghambat mikroorganisme lain selama 18-22 jam, sehingga diharapkan
bakteri Salmonella typhi sudah tumbuh dan dapat dipindahkan ke medium lain.
Medium Tetrathionate Broth komposisi per liter:
Na2S2O3....................................................................... 40.7g
CaCO3 ......................................................................... 25.0g
NaCl .............................................................................. 4.5g
Peptone.......................................................................... 4.5g
Yeast extract.................................................................. 1.8g
Beef extract ................................................................... 0.9g
Iodine solution .........................................................20.0mL
3. Medium selektif merupakan medium kultur yang hanya dapat ditumbuhi oleh satu
atau beberapa jenis mikroorganisme tertentu. Contoh medium SSA (Salmonella-
Shigella Agar) yang hanya ditumbuhi oleh bakteri genus Salmonella dan Shigella.
Medium Salmonella Shigella Agar (SS Agar) komposisi per liter:
Agar.............................................................................13.5g
Lactose ........................................................................10.0g
Bile salts ........................................................................8.5g
Na2S2O3 .........................................................................8.5g
Sodium citrate ...............................................................8.5g
Beef extract ...................................................................5.0g
Pancreatic digest of casein ............................................2.5g
Peptic digest of animal tissue ........................................2.5g
Ferric citrate .................................................................. 1.0g
Neutral Red ............................................................... 0.025g
Brilliant Green .........................................................0.33mg
pH 7.0 ± 0.2 at 25°C
4. Medium diferensial merupakan medium kultur yang dipergunakan untuk
pertumbuhan mikroorganisme tertentu yang menampakkan ciri berbeda dengan
lainnya. Contoh medium tetrazoliumclor (TZC) membedakan bakteri
Pseudomonas solanacearum yang virulen dan avirulen. Tipe virulent strains
tampak koloninya tak beraturan (irregular) dengan pusat berwarna pink dikelilingi
warna keputihan, sedangkan yang avirulent tampak melingkar berwarna merah tua
dengan garis kebiruan.
Bambang Purnomo. 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
9
Medium TZC komposisi per liter:
Agar.............................................................................17.0g
Peptone ..........................................................................1.0g
Glucose..........................................................................0.5g
Pancreatic digest of casein ............................................0.1g
2,3,5-Triphenyltetrazolium·HCl solution ................ 10.0mL
Medium kultur yang kita gunakan untuk membiakan mikroorganisme dapat
berbentuk padat, semi padat, dan cair. Medium kultur padat dan semi padat dapat
dibuat dari medium kultur cair yang ditambah ‘zat pemadat’. Zat pemadat yang
sekarang digunakan berasal dari ganggang merah yang biasa kita sebut ‘agar-agar’.
Agar-agar umumnya tidak dapat diuraikan oleh mikroorganisme dan membeku pada
suhu di bawah 50oC. Kandungan agar-agar sebagai pemadat medium kultur berkisar
1,5-2% dan untuk semi padat (semi solid) kurang dari 1%.
Setiap unsur nutrisi mempunyai peran tersendiri dalam fisiologi sel. Unsur tersebut
diberikan ke dalam medium sebagai kation garam anorganik yang jumlahnya berbedabeda
tergantung pada keperluannya. Beberapa golongan mikroorganisme misalnya
diatomae dan alga tertentu memerlukan silika (Si) yang biasanya diberikan dalam
bentuk silikat untuk menyusun dinding sel. Fungsi dan kebutuhan natrium (Na) untuk
beberapa jasad belum diketahui jumlahnya. Natrium dalam kadar yang agak tinggi
diperlukan oleh bakteri tertentu yang hidup di laut, algae hijau biru, dan bakteri
fotosintetik. Natrium tersebut tidak dapat digantikan oleh kation monovalen yang lain.
Jasad hidup dapat menggunakan makanannya dalam bentuk padat maupun cair
(larutan). Jasad yang dapat menggunakan makanan dalam bentuk padat tergolong tipe
holozoik, sedangkan yang menggunakan makanan dalam bentuk cair tergolong tipe
holofitik. Jasad holofitik dapat pula menggunakan makanan dalam bentuk padat, tetapi
makanan tersebut harus dicernakan lebih dulu di luar sel dengan pertolongan enzim
ekstraseluler. Pencernaan di luar sel ini dikenal sebagai extracorporeal digestion.
Bahan makanan yang digunakan oleh jasad hidup dapat berfungsi sebagai sumber
energi, bahan pembangun sel, dan sebagai aseptor atau donor elektron. Dalam garis
besarnya bahan makanan dibagi menjadi tujuh golongan yaitu air, sumber energi,
sumber karbon, sumber aseptor elektron, sumber mineral, faktor tumbuh, dan sumber
nitrogen.
1. Air
Air merupakan komponen utama sel mikroorganisme dan medium. Funsi air adalah
sebagai sumber oksigen untuk bahan organik sel pada respirasi. Selain itu air
berfungsi sebagai pelarut dan alat pengangkut dalam metabolisme.
2. Sumber energi
Ada beberapa sumber energi untuk mikroorganisme yaitu senyawa organik atau
anorganik yang dapat dioksidasi dan cahaya terutama cahaya matahari.
Bambang Purnomo. 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
10
3. Sumber karbon
Sumber karbon untuk mikroorganisme dapat berbentuk senyawa organik maupun
anorganik. Senyawa organik meliputi karbohidrat, lemak, protein, asam amino,
asam organik, garam asam organik, polialkohol, dan sebagainya. Senyawa
anorganik misalnya karbonat dan gas CO2 yang merupakan sumber karbon utama
terutama untuk tumbuhan tingkat tinggi.
4. Sumber aseptor elektron
Proses oksidasi biologi merupakan proses pengambilan dan pemindahan elektron
dari substrat. Karena elektron dalam sel tidak berada dalam bentuk bebas, maka
harus ada suatu zat yang dapat menangkap elektron tersebut. Penangkap elektron ini
disebut aseptor elektron. Aseptor elektron ialah agensia pengoksidasi. Pada
mikrobia yang dapat berfungsi sebagai aseptor elektron ialah O2, senyawa organik,
NO3 -, NO2 -, N2O, SO4 =, CO2, dan Fe3+.
5. Sumber mineral
Mineral merupakan bagian dari sel. Unsur penyusun utama sel ialah C, O, N, H,
dan P. unsur mineral lainnya yang diperlukan sel ialah K, Ca, Mg, Na, S, Cl. Unsur
mineral yang digunakan dalam jumlah sangat sedikit ialah Fe, Mn, Co, Cu, Bo, Zn,
Mo, Al, Ni, Va, Sc, Si, Tu, dan sebagainya yang tidak diperlukan jasad. Unsur yang
digunakan dalam jumlah besar disebut unsur makro, dalam jumlah sedang unsur
oligo, dan dalam jumlah sangat sedikit unsur mikro. Unsur mikro sering terdapat
sebagai ikutan (impurities) pada garam unsur makro, dan dapat masuk ke dalam
medium lewat kontaminasi gelas tempatnya atau lewat partikel debu. Selain
berfungsi sebagai penyusun sel, unsur mineral juga berfungsi untuk mengatur
tekanan osmose, kadar ion H+ (kemasaman, pH), dan potensial oksidasireduksi
(redox potential) medium.
6. Faktor tumbuh
Faktor tumbuh ialah senyawa organik yang sangat diperlukan untuk pertumbuhan
(sebagai prekursor, atau penyusun bahan sel) dan senyawa ini tidak dapat disintesis
dari sumber karbon yang sederhana. Faktor tumbuh sering juga disebut zat tumbuh
dan hanya diperlukan dalam jumlah sangat sedikit. Berdasarkan struktur dan
fungsinya dalam metabolisme, faktor tumbuh digolongkan menjadi asam amino,
sebagai penyusun protein; base purin dan pirimidin, sebagai penyusun asam
nukleat; dan vitamin sebagai gugus prostetis atau bagian aktif dari enzim.
7. Sumber nitrogen
Mikroorganisme dapat menggunakan nitrogen dalam bentuk amonium, nitrat, asam
amino, protein, dan sebagainya. Jenis senyawa nitrogen yang digunakan tergantung
pada jenis jasadnya. Beberapa mikroorganisme dapat menggunakan nitrogen dalam
bentuk gas N2 (zat lemas) udara. Mikroorganisme ini disebut mikrobia penambat
nitrogen
Bambang Purnomo. 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
11
C. STERILISASI BAHAN DAN ALAT LABORATORIUM
Bahan dan alat-alat yang dipergunakan di dalam bidang mikrobiologi harus dalam
keadaan steril. Steril artinya tidak mengandung mikroorganisme, baik yang
mengganggu atau merusak bahan, alat, maupun proses laboratoris.
Ada tiga kelompok cara sterilisasi bahan dan alat laboratorium, yaitu secara fisik,
kimia, dan mekanik.
1. Sterilisasi secara fisik
Sterilisasi secara fisik biasanya menggunakan proses pemanasan, pembakaran,
atau radiasi.
a. Pemanasan basah bertekanan menggunakan alat yang disebut otoklaf
(autoclave). Otoklaf menyerupai bejana pengukus berisi air yang tertutup
rapat. Otoklaf mempunyai ruang yang mampu menahan panas dan tekanan di
atas 1 atm dan dilengkapi kleb-kleb pengaman ledakan.
Gambar: otoklaf (kiri) dan oven (kanan)
Mekanisme pada proses sterilisasi terjadi karena: air di dalam bejana yang
dipanaskan akan membentuk uap air. Pada tahap awal, biarkan kleb pengaman
dalam keadaan terbuka. Uap air akan ke ruang bejana dan mendesak keluar
semua udara yang ada di dalamnya melalui kleb tersebut. Jika udara telah
habis terdesak keluar bejana melalui kleb, maka kleb ditutup. Dengan
tertutupnya kleb ini maka suhu dan tekanan ruang sterilisasi di dalam bejana
akan naik terus sampai mencapai suhu 121oC dengan tekanan 1 atmosfer per
cm2. Sedikit di atas suhu dan tekanan ini kleb pengatur secara otomatis akan
membuka dan mengeluarkan uap air, sehingga suhu dan tekanan di dalam
Bambang Purnomo. 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
12
bejana kembali ke suhu 121oC dengan tekanan 1 atm/cm2. Sterilisasi
menggunakan otoklaf ini biasanya dilakukan selama 15-20 menit dihitung
sejak kleb membuka pertama karena tekanan uap air.
Pemanasan basah selain digunakan untuk sterilisasi juga digunakan untuk
pasteurisasi dan tindalisasi. Pasteurisasi merupakan cara pemanasan, pertama
kali dilakukan oleh Louis Pasteur untuk mengurangi jumlah mikroorganisme
yang tidak kita inginkan di dalam suatu bahan menggunakan suhu ±70oC
selama 30 menit. Tindalisasi merupakan proses pemanasan bertahap, pertama
kali dilakukan oleh Tyndall untuk mengurangi jumlah mikroorganisme di
dalam suatu bahan, menggunakan suhu 100oC bertahap (3x). Pada suhu 100oC
biasanya hanya membunuh mikroorganisme pada bentuk vegetatif saja tetapi
tidak yang dalam bentuk tahan (spora). Biasanya bahan dipanaskan basah
(direbus, dikukus) selama beberapa menit (15-30 menit) kemudian dibiarkan
selama >8jam pada suhu kamar tanpa membuka tutup bejana dan dipanaskan
lagi selama 15-30 menit dan dibiarkan sekali lagi selama >8jam yang
akhirnya dipanaskan lagi. Pada tindalisasi dilakukan 3 tahap dengan tujuan
bahwa pada tahap pemanasan pertama digunakan untuk membunuh
mikroorganisme bentuk vegetatif. Pada tahap pendiaman pada suhu kamar
ditujukan untuk memberi kesempatan mikroorganisme bentuk alat tahan
tumbuh menjadi vegetatif, sehingga ia akan mati pada pemanasan tahap
kedua. Pendiaman tahap kedua bertujuan untuk memberi kesempatan alat
tahan yang belum tumbuh menjadi vegetatif, sehingga akan mati pada
pemanasan tahap ketiga.
b. Pemanasan kering biasanya menggunakan alat yang disebut oven. Sterilisasi
ini memanfaatkan udara panas dalam ruang oven. Suhu yang digunakan
berkisar 160o-220oC. Waktu yang dibutuhkan untuk sterilisasi 1-2 jam, lebih
lama dibanding menggunakan panas basah karena panas kering daya
penetrasinya lebih lemah dibanding panas basah bertekanan. Sterilisasi ini
hanya dapat digunakan untuk bahan dan alat yang memang tahan dan tidak
rusak oleh panas kering, misalnya alat-alat gelas (cawan petri, pipet, tabung
reaksi, gelas labu dan sejenisnya.
c. Pembakaran merupakan cara sterilisasi menggunakan api secara langsung.
Pembakaran merupakan cara sterilisasi yang paling efektif, tetapi hanya dapat
digunakan untuk alat-alat tertentu yang tidak rusak karena dibakar. Cara ini
biasanya digunakan untuk mensterilkan alat isolasi dan kultivasi
mikroorganisme yang dari logam, seperti jarum ose, jarum enten, dan skalpel
yang dibakar sampai memijar.
d. Radiasi merupakan cara sterilisasi menggunakan penyinaran gelombang
pendek. Sinar ultraviolet mempunyai panjang gelombang yang dapat
Bambang Purnomo. 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
13
membunuh mikroorganisme berkisar pada 220-290 nm dan yang efektif pada
= 253,7 nm. Penetrasi dari radiasi ultraviolet boleh dikatakan lemah sehingga
hanya berfungsi pada permukaan benda saja atau benda-benda yang sangat
tipis. Absorbsi sinar ultraviolet mengakibatkan modifikasi nukleoprotein
karena menimbulkan hubungan silang pasangan timin dan menyebabkan salah
baca kode genetika dan merusak fungsi vital mikroorganisme sehingga
mematikan.
2. Sterilisasi secara kimia dilakukan dengan bahan kimia yang membunuh atau
menghambat pertumbuhan mikroorganisme. Bahan kimia yang biasa kita gunakan
untuk pekerjaan laboratorium adalah antiseptik. Antiseptik kimia biasanya kita
gunakan dan kita biarkan menguap, misalnya alkohol. Alkohol yang efektif dan
murah adalah isopropil alkohol 70%-90%. Penambahan yodium (iodin) ke dalam
alkohol akan meningkatkan daya antiseptiknya. Alkohol yang dicampur dengan
formaldehid (formalin) akan mampu membunuh spora (alat tahan)
mikroorganisme
Mempertimbangkan efek samping bahan kimia, maka pemilihan antiseptik lebih
diutamakan kepada kebutuhan dibanding tujuan. Banyak bahan kimia antiseptik
yang beracun, menimbulkan iritasi kulit, dan bahaya-bahaya lain yang harus
dipertimbangkan dalam penggunaannya. Zat-zat kimia yang dapat digunakan
sebagai antiseptik antara lain alkohol, senyawa halogen (klorin, yodium), fenol,
hidrogen peroksida, zat kristal violet, rosanalin, deterjen, logam berat (Hg, Ag,
As, Zn), aldehid, gas formaldehid (formalin), gas oksida etilen, dan -propilakton.
3. Sterilisasi secara mekanik digunakan untuk mensterilkan bahan atau alat yang
berubah, terurai atau rusak jika disterilkan dengan pemanasan maupun cara kimia,
misalnya ensim, serum, ekstrak sel, dan ruangan kerja. Alat yang digunakan untuk
sterilisasi ini umumnya berupa saringan (filter) yang tidak dapat dilalui
mikroorganisme, misalnya filter Berkefeld, filter Chamberland, dan filter Seitz.
Gambar: filter bakteri untuk cairan (kiri) laminar air flow bench (kanan)
Bambang Purnomo. 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
14
Bahan-bahan yang berupa cairan (ensim, serum, ekstrak sel) disterilkan
menggunakan filter dengan matasaring lebih kecil dari pada ukuran
mikroorganisme.
Ruang kerja mikrobiologis harus dirancang bebas dari mikroorganisme. Untuk
mencegah pencemaran mikroorganisme udara maka udara yang masuk ke dalam
ruang tersebut dilewatkan terlebih dulu melalui filter. Ruang kerja tersebut
biasanya berupa kotak berukuran panjang 120 cm, lebar 75 cm, dan tinggi 75 cm,
kita sebut laminar air flow bench atau kotak enten.
D. KULTIVASI DAN ISOLASI (TEKNIK BIAKAN MURNI)
Kultivasi adalah usaha menumbuhkan mikroorganisme pada atau dalam medium
kultur. Isolasi adalah usaha memisahkan mikroorganisme dari suatu bahan atau
medium ke medium lain yang biasanya ditujukan untuk mendapatkan biakan sejenis
(biakan murni) tak tercampur oleh mikroorganisme lain. Pekerjaan tersebut harus
dipersiapkan dan dilakukan secara teliti, steril, dan aseptik. Aseptik artinya berusaha
mencegah atau mengurangi terjadinya kontaminasi (terikutnya mikroorganisme lain
yang tidak kita kehendaki ke dalam proses yang kita lakukan). Beberapa langkah
penting yang harus kita siapkan dan lakukan secara teliti, steril, dan aseptik yaitu:
1. Menyiapkan ruangan
Ruang tempat kultivasi dan isolasi mikroorganisme harus bersih, steril, dan bebas
angin. Dinding dan alas yang basah dapat menyebabkan butir-butir debu menempel
padanya, oleh karena itu ruang isolasi dapat diberi alas kain basah. Ruang tempat
kultivasi dan isolasi ini biasanya berupa enkas (ent case) atau laminar air flow yang
sudah dilengkapi dengan penyaring udara. Di laboratorium standar biasanya udara
yang masuk ke dalam ruangan telah dilewatkan pada ventilasi yang selalu disinari
dengan sinar ultraviolet (radiasi).
2. Pemindahan mikroorganisme
Pemindahan mikroorganisme dari satu medium ke medium lainnya dapat
dilakukan menggunakan jarum inokulasi (ose, jarum ent) atau menggunakan
pipet. Pemindahan menggunakan jarum inokulasi dilakukan dengan ujung kawat
(lebih baik kawat platina) yang sudah disterilkan dengan dibakar sampai pijar.
Untuk mikroorganisme unisel atau bentuk cairan dapat menggunakan ujung kawat
yang dibulatkan 1-3 mm (jarum ose) dan untuk mikroorganisme multisel
menggunakan ujung kawat yang dilebarkan (jarum ent). Pemindahan
menggunakan pipet dapat dilakukan jika mikroorganisme berada dalam cairan.
Pipet yang digunakan pun harus selalu steril.
3. Isolasi dan inokulasi (teknik biakan murni)
Di alam bebas tidak ada mikroorganisme yang hidup tersendiri terlepas dari
mikroorganisme lain. Sering berbagai jenis maupun kelompok mikroorganisme
kedapatan secara bersama-sama di suatu titik, tempat, maupun bahan tertentu. Oleh
Bambang Purnomo. 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
15
karena itu, di dalam mempelajari suatu mikroorganisme diperlukan teknik untuk
menyendirikan (isolasi) mikroorganisme yang bersangkutan dari mikroorganismemikroorganisme
lainnya, kita sebut dengan teknik biakan murni. Di dalam
pelaksanaan teknik biakan murni tidak hanya bagaimana memisahkannya tetapi
juga bagaimana memelihara dan mencegah terjadinya kontaminasi (pencemaran)
dari mikroorganisme yang tidak kita kehendaki. Ada beberapa cara untuk
mendapatkan biakan murni, antara lain:
a. Cara pengenceran (dilution)
Cara ini pertama kali dilakukan oleh Lister (1865) yang berhasil membiakan
secara murnikan bakteri Streptococcus lactis yang diisolasi dari susu masam.
Cara mengisolasinya dengan mengencerkan sampel susu sampai beberapa
tingkat kemudian susu hasil pengenceran terakhir dipipet 100 μl untuk ditanam
sebar pada medium kultur padat. Hasil kultivasinya diperoleh beberapa koloni
terpisah yang masing-masing dapat dipelihara pada medium lain sebagai biakan
murni.
b. Cara penuangan (pour plate)
Bambang Purnomo. 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
16
Cara ini pertama kali dilakukan oleh Robert Koch (1843-1905). Cara ini
sebenarnya tidak berbeda dari apa yang dilakukan oleh Lister, hanya saja Koch
menggunakan medium kultur semi padat yang sudah dicampur dengan sampel
yang diencerkan dituangkan ke dalam cawan, sedangkan Lister menanam
sampel yang diencerkan pada permukaan medium kultur yang sudah membeku
di dalam cawan. Hasil kultivasinya diperoleh beberapa koloni terpisah yang
masing-masing dapat dipelihara pada medium lain sebagai biakan murni. Di
cara penuangan ini ada dua orang pembantu Koch yang berjasa menciptakan
cawan untuk wadah biakan, yaitu Petri dan seorang lagi yang menemukan agaragar
sebagai pemadat medium kultur yang tidak mudah meleleh, yaitu Hesse.
Cawan yang diciptakan oleh Petri disebut cawan Petri (petridish) dan karena
yang dituang adalah medium kultur yang mengandung agar-agar maka teknik
ini disebut teknik agar tuang.
c. Cara penggoresan (streak plate)
Cara ini juga tidak jauh berbeda dengan cara Lister. Cara penggoresan
dilakukan dengan menyiapkan sampel bahan dan medium kultur padat. Sampel
bahan diambil menggunakan ose kemudian digoreskan pada permukaan
medium kultur yang sudah beku. Hasil kultivasinya diperoleh beberapa koloni
terpisah yang masing-masing dapat dipelihara pada medium lain sebagai biakan
murni
d. Cara penyebaran (spread plate)
Cara penyebaran dilakukan dengan menyiapkan sampel bahan dan medium
kultur padat. Sampel bahan diambil menggunakan pipet kemudian diteteskan di
atas medium kultur yang telah membeku dan tetesan sampel bahan diratakan di
permukaan atas medium kultur menggunakan gelas perata. Hasil kultivasinya
diperoleh beberapa koloni terpisah yang masing-masing dapat dipelihara pada
medium lain sebagai biakan murni
Bambang Purnomo. 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
17
e. Cara pengucilan sel tunggal (single cell isolation)
Cara pengucilan sel tunggal dilakukan menggunakan alat khusus yang dapat
mengambil hanya satu sel mikroorganisme. Alat pengambilnya disebut
mikropipet yang ditempatkan pada mikromanipulator. Pengambilan sel diawali
dengan membuat tetesan bergantung pada gelas penutup preparat atau dalam
gelas preparat cekung. Pengambilan sel menggunakan mikropipet dilakukan
menggunakan mikroskop kemudian sel dipindah ke dalam medium kultur.
Kultivasi ini akan menghasilkan koloni yang berasal dari keturunan satu sel.
E. TEKNIK PEWARNAAN PREPARAT
Prinsip pengamatan mikroorganisme menggunakan mikroskop adalah mengamati
bayangan mikroorganisme yang terbentuk pada lensa dan tertangkap oleh mata kita.
Pada umumnya mikroorganisme, terutama bakteri bersifat tembus cahaya, sehingga
kalau diamati menggunakan mikroskop cahaya akan tidak atau kurang membentuk
bayangan dan akibatnya tidak terlihat atau terlihat bening (transparan) oleh mata kita.
Oleh karena itu, untuk menampakkan bagian-bagian sel tertentu perlu diwarnai. Zat
pewarna yang diadsobsi oleh sel akan membiaskan cahaya sehingga akan terlihat
kontras dengan sekelilingnya. Untuk menampakkan bagian inti sel diperlukan zat
pewarna inti sel, untuk melihat flagela, spora, maupun organel-organel lain di dalam
sel diperlukan zat pewarna khusus. Proses mewarnai sel, organel, atau benda lain
disebut pewarnaan. Sebagai contoh, misalnya pewarnaan secara Feulgen digunakan
untuk mewarnai inti, dan pewarnaan secara Gram digunakan untuk mewarnai dinding
sel. Pewarnaan mikroorganisme biasanya bertujuan untuk:
1. Mempermudah mengamati bentuk organel dan sel mikroorganisme
2. Memperjelas ukuran dan bentuk organel maupun sel mikroorganisme
3. Mengamati struktur luar dan dalam sel mikroorganisme
Bambang Purnomo. 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
18
4. Mengamati reaksi mikroorganisme terhadap zat kimia sehingga sifat-sifat fisik
dan kimianya dapat diketahui.
Dari segi kimia, zat pewarna merupakan garam yang terdiri atas ion positif dan ion
negatif yang salah satu diantaranya berwarna. Zat pewarna akan bersifat basa jika
warnanya terletak pada ion positif disebut juga zat pewarna positif (Ion+Cl-). Zat
pewarna positif biasanya mempunyai ion negatif (anion) Cl, SO4, CH3COO,
COOHOO. Zat pewarna akan bersifat asam jika warnanya terletak pada ion negatif
disebut juga zat pewarna negatif (Na+Ion-). Zat pewarna negatif biasanya mempunyai
ion positif (kation) Na, K, Ca, dan NH3
Hubungan sel mikroorganisme dengan zat pewarna basa yang menonjol terutama
disebabkan oleh asam nukleat di dalam protoplasma sel. Jika sel mikroorganisme
yang asam nukleatnya berjumlah besar dan diwarnai maka muatan negatif di dalam
asam nukleat akan bereaksi dengan ion positif zat pewarna basa. Contoh zat pewarna
basa yaitu zat kristal violet, safranin, dan metil biru. Sebaliknya zat pewarna asam
akan ditolak oleh muatan negatif dari mikroorganisme tersebut, sehingga
mikroorganisme menjadi tidak atau kurang terwarnai, tetapi latar belakangnya yang
terwarnai. Teknik ini sering sangat berguna untuk mengamati keseluruhan bentuk sel
yang sangat kecil. Proses pewarnaan latar belakang sel ini disebut juga pewarnaan
negatif.
Langkah-langkah laboratoris dalam mempersiapkan pewarnaan mikroorganisme
untuk diamati menggunakan mikroskop ada tiga tahap utama.
1. Penempatan obyek (spesimen) diusahakan setipis mungkin
2. Fiksasi spesimen dengan dipanasi supaya spesimen melekat erat pada gelas obyek
3. Aplikasi pewarna menggunakan pewarna sederhana (tunggal) atau serangkaian
pewarna atau reagen (pewarnaan diferensial)
Pewarnaan sederhana merupakan pewarnaan yang hanya menambahkan pada
obyek yang telah difiksasi menggunakan satu jenis pewarna. Stelah 30-60 detik,
zat pewarna dibilas menggunakan air mengalir kemudian di kering anginkan dan
diamati menggunakan mikroskop. Pewarnaan sederhana ini ada dua macam, yaitu
pewarnaan positif dan pewarnaan negatif. Pewarnaan positif adalah pewarnaan
pada sel mikroorganisme (dapat menggunakan salah satu dari: zat kristal violet,
metil biru, safranin, dan sejenisnya), sedangkan pewarnaan negatif adalah
pewarnaan pada latar belakang obyek (biasanya menggunakan tinta Cina).
Pewarnaan diferensial merupakan teknik pewarnaan yang menampilkan
perbedaan diantara sel-sel mikroorganisme atau organel dan bagian lain dari sel.
Pewarnaan diferensial biasanya menggunakan zat pewarna lebih dari satu.
Bambang Purnomo. 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
19
Contoh pewarnaan diferensial adalah pewarnaan gram, pewarnaan tahan asam,
pewarnaan Giemsa, pewarnaan spora, pewarnaan kapsul, dan pewarnaan flagela.
Pewarnaan gram merupakan salah satu contoh pewarnaan diferensial yang paling
luas digunakan untuk membedakan reaksi dinding sel mikroorganisme (terutama
bakteri). Pada pewarnaan gram digunakan dua zat pewarna, satu zat penguat, dan
satu zat peluntur. Ada empat tahap utama yang dilakukan pada pewarnaan gram,
setelah penempatan spesimen dan fiksasinya, yaitu:
a. Pewarnaan spesimen menggunakan zat kristal violet. Pada tahap ini semua sel
akan berwarna ungu.
b. Penguatan warna ungu menggunakan yodium. Pada tahap ini terjadi kompleks
kristal violet dengan yodium yang tetap berwarna ungu.
c. Pelunturan pewarna menggunakan alkohol. Pada dinding sel gram positif akan
mengalami dehidrasi, pori-pori dinding menyempit, dan daya rembes
membran menurun sehingga pewarna tidak dapat keluar dan tetap berwarna
ungu. Pada dinding sel gram negatif lipidanya akan terekstraksi keluar dinding
sel dan pori-pori dinding membesar sehingga pewarna keluar dari dinding sel
dan menjadi tidak berwarna (transparan).
d. Pewarnaan kedua menggunakan safranin. Pada sel gram positif pewarna kedua
tidak dapat diabsorbsi oleh dinding sel karena pori-porinya menyempit,
sehingga warnanya tetap ungu (warna kristal violet), sedangkan pada sel gram
negatif pewarna kedua ini akan diabsorbsi dinding sel sehingga warnanya
menjadi merah (warna safranin)
to be continue

Materi Kuliah Mikrobiologi BAB 2

Bambang Purnomo, 200
II. PENGGOLONGAN MIKROORGANISME
A. PERKEMBANGAN STUDI MIKROBIOLOGI
Awal keberadaan mikroorganisme baru diketahui dengan nyata setelah
ditemukannya lensa sebagai alat pembesar. Mikroorganisme yang tidak dapat dilihat
oleh mata biasa karena ukurannya yang sangat kecil, pada tahun 1683 menjadi dapat
terlihat karena penemuan
Leewenhoek adalah seorang pedagang kain yang mempunyai kegemaran mengasah
batu lensa. Dengan menggunakan lensanya, secara kebetulan dia menemukan
organisme-organisme kecil dari dalam air hujan, air laut, dari
lain. Lensa-lensa yang dibuat Leewenhoek pada waktu itu mampu melihat benda kecil
dengan pembesaran sampai 400 x. Oleh karena itu, hasil
organisme-organisme kecil tersebut menjadi sangat menakjubkan untuk u
jaman itu, bahkan sampai sekarang jika didasarkan kepada sederhananya alat yang
digunakan.
Penemuan Leeuwenhoek tersebut merupakan awal penting dalam dunia
mikrobiologi, tetapi ilmuan
organisme kecil tersebut terbentuk dari air. Hal tersebut disebabkan karena pada jaman
itu teori generatio spontanae atau abiogenesis sudah diakui masyarakat sejak awal.
Teori generatio spontanae menganggap bahwa organisme berasal dari benda
mati atau terjadi secara spontan, sehingga mikroorganisme yang ditemukan dari dalam
air oleh Leewenhoek dianggap terbentuk dari air. Dengan demikian bahwa penemuan
organisme kecil oleh Leewenhoek tersebut baru menjawab bahwa di dunia ini ada
mahkluk hidup yang ukurannya s
mana.
Ditemukannya organisme kecil atau mikroorganisme oleh Leeuwenhoek menarik
minat terhadap perdebatan hebat pada masa itu mengenai asal
mana datangnya mikroorganisme dalam ai
untuk menjawabnya. Pada masa itu, generatio spontanae harus menjelaskan adanya
2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
1
lensa oleh Antonie van Leeuwenhoek
selalensa
hasil-hasil pengamatannya pada
ilmuan-ilmuan pada masanya itu mengakuinya bahwa adanya
e i sangat kecil, tidak terlihat mata, dan terdapat dimana
asal-muasal kehidupan. Dari
air tersebut ?. Teori generatio spontanae diuji
. (1632–1723).
-sela gigi dan lainlensa
ukuran pada
benda-benda
angat dimana-
r
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
2
organisme kecil dalam air yang ditemukan Leeuwenhoek, adanya lalat pada daging
yang membusuk, adanya tikus dan kecoa dalam sampah dan sejenisnya. Banyak sekali
percobaan-percobaan ilmuan pada masa itu untuk menjawab asal muasal kehidupan
dan dari mana asal mikroorganisme ?.
John Needham (1713–1781) dalam kertas kerjanya yang diterbitkan pada tahun
1749 menyatakan bahwa lalat dan organisme kecil lainnya tetap tumbuh dalam daging
walaupun daging tersebut telah direbus, sehingga ia berkesimpulan bahwa lalat dan
mikroorganisme tersebut berasal dari daging. Lazzaro Spallanzani (1729–1799),
mengatakan bahwa Needham belum melakukan tindakan pencegahan yang memadai
untuk menghalangi mikroorganisme dalam udara masuk ke dalam daging rebusannya.
Spallanzani kemudian melakukan percobaan dengan merebus kaldu daging dan ditutup
rapat-rapat. Hasil percobaan Spalanzani membuktikan bahwa mikroorganisme tidak
ditemukan dalam kaldunya dalam beberapa hari, artinya : mikroorganisme tidak
berasal dari kaldu daging, sehingga generatio spontannae tidak benar. Franz Schulze
dan Theodor Schwann menyanggah kesimpulan Spalanzani, mikroorganisme tidak
daapat hidup dalam kaldu karena Spalanzani tidak memberi kesempatan udara sebagai
syarat hidup masuk ke dalam kaldu. Franz Schulze (1815–1873) melakukan
percobaan yang sama dengan Spalanzani tetapi memberi kesempatan udara masuk ke
dalam kaldu melewati larutan asam. Theodor Schwann (1810–1882) juga melakukan
hal yang sama tetapi udara dilewatkan ke pipa yang dipanaskan. Hasil kedua
percobaan tersebut juga menyimpulkan bahwa mikroorganisme tidak mungkin berasal
dari benda mati, meskipun akhirnya disanggah juga oleh masyarakat tentang
kebenarannya.
Seperti orang pada masa kini, orang-orang yang hidup semasa dengan Needham
dan Spallanzani-pun merasa sulit meneripa konsep yang sama sekali baru, sehingga
argumen-argumen peneliti yang kontroversial tentang terjadinya mikroorganisme akan
selalu disanggah. Kontroversi ini berlangsung sampai pertengahan abad sembilan
belas, yang akhirnya muncul peneliti baru dalam ilmu pengetahuan, yakni : Louis
Pasteur (1822–1895). Ia adalah seorang ahli kimia yang tertarik pada industri
minuman anggur dan perubahan-perubahan yang terjadi selama proses pembuatannya.
Perhatiannya terhadap fermentasi inilah yang mendorongnya ikut berdebat tentang
generatio spontanae. Fermentasi merupakan oksidasi anaerob karbohidrat oleh kerja
ensim mikroorganisme. Fermentasi terjadi karena ensim, yakni zat yang dihasilkan sel
hidup yang menyebabkan berlangsungnya reaksi-reaksi kimia tertentu. Sebagai contoh
: sari buah apel (karbohidrat) jika dibiarkan akan meragi, menghasilkan alkohol dan
asam. Pertanyaan yang timbul dalam proses tersebut : apakah alkohol dan asam tadi
disebabkan oleh mikroorganisme yang ada dalam sari buah tersebut yang merombak
karbohidrat atau sebaliknya mikroorganisme dalam sari buah itulah yang berasal dari
proses peragian seperti yang dikemukakan oleh pendukung generatio spontanae ?.
Secara tegas Louis Pasteur menentang konsepsi generatio spontanae dan mulai
menyimak secara cermat karya-karya pendahulunya lalu melanjutkannya dengan
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
3
berbagai percobaan untuk mendokumentasikan fakta bahwa mikroorganisme hanya
dapat timbul dari mikroorganisme lain (biogenesis) Percobaan-percobaan Louis
Pasteur dan pendukungnya memberikan sanggahan terakhir. Beliau mengadakan
percobaan dengan merebus kaldu daging dalam botol yang mempunyai tutup dengan
lubang berupa pipa melengkung. Tutup botol yang berupa pipa melengkung ini dikenal
dengan pipa leher angsa. Kaldu kemudian direbus sampai benar-benar bebas dari
kehidupan (disterilisasi). Hasil pengamatannya menunjukan bahwa kaldu daging tidak
ditumbuhi mikroorganisme, meskipun sudah disimpan lama dan tetap berhubungan
dengan udara luar lewat pipa leher angsa tersebut. Oleh karena itu, Louis Pasteur
menyimpulkan bahwa mikroorganisme tidak timbul secara spontan dari kaldu daging.
Meskipun latar belakang Louis Pasteur adalah ahli kimia, tetapi akibat usaha
menyanggah teori generatio spontanae, ia menjadi lebih tertarik pada kegiatan biologi
mikroorganisme dan mencurahkan sebagian besar waktunya untuk biologi
mikroorganisme. Salah satu tugas pertama di bidang biologi mikroorganisme ini
adalah memecahkan masalah yang dialami industri alkohol yang kadang-kadang
menghasilkan asam laktat. Dari hasil penelitiannya ternyata diperoleh jawaban bahwa
dalam proses fermentasi tersebut terlibat lebih dari satu mikroorganisme. Produksi
alkohol karena aktivitas khamir (Saccharomyces cerevisiae) dan produksi asam laktat
yang tidak diinginkan pada industri minuman ini berasal dari aktivitas bakteri
berbentuk batang. Pengamatan ini juga diikuti pengamatan lain yang akhirnya dapat
mebuktikan juga bahwa fermentasi berlangsung tanpa membutuhkan oksigen bebas,
setiap jenis mikroorganisme mampu mengubah karbohidrat menjadi produk akhir.
Saccharomyces cerevisiae mampu mengubah gula menjadi alkohol, bakteri tertentu
mengubah gula menjadi asam laktat dan bakteri yang lainnya mungkin mengubahnya
menjadi asam butiran dan seterusnya. Louis Pasteur juga orang pertama yang
menggunakan istilah aerob dan anaerob. Proses aerob berarti proses yang memerlukan
oksigen bebas, sedangkan proses anaerob berarti proses yang tidak memerlukan
oksigen bebas. Bakteri asam laktat yang tidak dikehendaki dalam proses fermentasi
pembuatan minuman beralkohol tersebut disebut mikroorganisme atau bakteri
kontaminan, sedangkan proses terikutnya mikroorganisme yang tidak dikehendaki ke
dalam benda atau alat disebut kontaminasi.
Salah satu kasus khas pertama yang menunjukan hubungan mikroorganisme
dengan penyakit terjadi pada tahun 1834. sewaktu Agustino Bassi membuktikan bahwa
penyakit pada ulat sutera disebabkan karena infeksi jamur. Pada tahun 1865 Louis
Pasteur diminta untuk mempelajari penyakit tersebut karena sangat merugikan industri
tekstil di Perancis. Louis Pasteur akhirnya menyimpulkan bahwa kepompong ulat
sutera yang terkena infeksi disebabkan karena kupu-kupu betina yang sakit.
Robert Koch (1843–1910) memulai penelitian dengan pendekatan ilmiah
terhadap bidang mikrobiologi penyakit. Ia membuat aturan, yang kemudian dikenal
dengan nama postulat Koch, yang digunakan untuk menetapkan bahwa
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
4
mikroorganisme tertentu sebagai penyebab penyakit atau bukan. Ada empat ketentuan
di postulat Koch, yakni :
1. Mikroorganisme tertentu yang dicurigai harus selalu dijumpai berasosiasi
dengan organisme yang sakit
2. Mikroorganisme yang dicurigai tersebut harus dapat dipisahkan (diisolasi) dari
organisme sakit dan dibiakkan menjadi biakan murni di laboratorium.
3. Biakan murni mikroorganisme yang dicurigai, akan menimbulkan penyakit
yang sama jika dengan sengaja ditularkan (diinokulasikan) kepada organisme
sejenis yang rentan (susceptible)
4. Dengan menggunakan prosedur laboratorium, mikroorganisme yang sama
harus dapat diperoleh dari organisme rentan yang sakit karena sengaja ditulari.
Dari postulat tersebut, Koch juga mengembangkan teknik membiakan
mikroorganisme dan teknik pewarnaan pada mikroskopi mikroorganisme. Salah satu
teknik membiakan mikroorganisme yang dikembangkan dan sangat membantu dalam
dunia mikrobiologi yaitu menemukan media tumbuh yang padat. Media tumbuh
sebelumnya yang dikembangkan oleh banyak peneliti merupakan media cair berupa
kaldu daging atau ekstrak tanaman. Media padat yang dikembangkan awalnya berupa
media cair yang dicampur dengan gelatin, tetapi media gelatin ini akan mencair pada
suhu pertumbuhan, sehingga akhirnya dikembangkan media padat dari agar-agar.
Media agar merupakan substrat yang sangat baik untuk memisahkan mikroorganisme,
sehingga masing-masing jenisnya menjadi tumbuh terpisah-pisah. Digunakannya
media padat ini memungkinkan mikroorganisme tumbuh dengan agak berjauhan dari
sesamanya dan setiap selnya berhimpun membentuk koloni atau masa sel sejenis yang
dapat dilihat oleh mata. Semua sel dalam satu koloni sama, kesemuanya merupakan
keturunan (progeni) dari satu sel mikroorganisme dan karena itu mewakili apa yang
disebut biakan murni.
B. ORGANISASI SEL
Kita masih ingat bahwa Chatton (1925), menggolongkan organisme
berdasarkan organisasi sel. Ada dua tipe sel berdasarkan organisasinya, yakni: sel
eukariotik dan sel prokariotik. Perbedaan yang paling jelas antara sel eukariotik dan
sel prokariotik terletak pada kesederhanaan struktur sel prokariotik. Sel prokariotik
membelah menjadi dua sel bebas dalam waktu relatif singkat (dalam satuan menit),
jika dibandingkan dengan sel eukariotik yang membelah dalam waktu lebih lama
(dalam satuan jam atau hari). Sel eukariotik merupakan tipe sel yang
perkembangannya telah sempurna dan dimiliki oleh organisme tingkat tinggi, seperti
pada animalia dan plantae, maupun mikroorganisme tingkat tinggi seperti pada fungi
dan protista. Tipe sel prokariotik merupakan tipe sel sederhana, dimiliki oleh Monera,
yaitu: bakteri dan Cyanophyceae (algae biru).
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
5
Adanya banyak membran intra-seluler yang menyekat sel menjadi sejumlah
organel yang terpisah merupakan sifat utama sel eukariotik. Setiap organel
mempunyai fungsi khusus yang diperlukan untuk memelihara sel.
1. Retikulum endoplasmik merupakan struktur membran yang bertindak sebagai
tempat biosintesis protein nonsitoplasmik (kasar) dan hormon tertentu (halus).
2. Lisosom adalah struktur yang terkait membran yang mengandung berbagai
ensim hidrolitik yang penting untuk perombakan bahan kompleks (pencernakan
intrasel), termasuk memusnahkan mikroorganisme lain yang masuk ke dalam sel
(lihat resistensi).
3. Mitokondria mempunyai struktur membran ganda, membentuk adenosis
trifosfat (ATP) yang merupakan senyawa penyimpan energi dalam bentuk ikatan
fosfat berenergi tinggi (lihat penyimpanan energi). Pada sel tumbuhan yang
berfotosintesis, klorofil atau pigmen penangkap cahaya, berada dalam organel
yang diselubungi membran yang disebut kloroplas, yang mengubah energi
cahaya menjadi ikatan kimia adenosis trifosfat (ATP) berenergi tinggi.
4. Mikrotubus berupa silinder panjang yang kosong pada tipe sel eukariotik,
berfungsi dalam menentukan bentuk sel.
5. Aparatus golgi terdiri atas susunan membran internal yang terlibat dalam
pengolahan protein sekresi
6. Ribosom berupa organel lonjong yang berfungsi untuk sintesis protein
7. Mesosom merupakan lekukan membran plasma sebagai tempat kegiatan ensim
pernafasan dan pengangkutan serta replikasi sel
Sel eukariotik mempunyai nukleus (inti) yang sebenarnya, karena terpisah dari
sitoplasma sel oleh membran nukleus berlapis dua. Di dalam nukleus, DNA dan
beberapa macam protein (histon) tersusun membentuk benang linear yang disebut
kromososm. Jumlah kromosom dalam nukleus eukariotik adalah tetap untuk suatu
jenis mikroorganisme. Fungi mungkin mempunyai 1 atau 2 kromosom, manusia
mempunyai 48 kromosom dan setiap jenis tumbuhan, hewan maupun
mikroorganisme mempunyai jumlah kromosom yang berlainan. Apabila sel
eukariotik membelah, melalui proses yang sangat rumit (lihat genetika), melengkapi
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
6
sel anakan dengan perangkat kromosom yang lengkap, sehingga sel anakan juga
mengandung informasi genetik yang identik dengan yang terdapat pada sel induk.
Susunan sel prokariotik juga diikat oleh membran plasma tetapi organelnya
tidak bermembran atau organelnya tidak terpisah dari sitoplasma karena membran.
Sel prokariotik tidak mempunyai mitokondria dan jika bersifat fotosintetik tidak
mempunyai kloroplas. Energi sel prokariotik diproduksi melalui proses oksidasi
fosforilasi, dengan membangkitkan gradien ion melintasi membran sel prokariotik
yang mirip dengan gradien yang melintasi membran mitokondria atau kloroplas
yang mendorong terjadinya sintesis oleh organel-organel tersebut.
Aliran isi sel (sitoplasma) sering terlihat dalam sel eukariotik, tetapi tidak
tampak dalam sel prokariotik. Sel prokariotik mempunyai dinding sel di luar
membran sitoplasma yang mengandung asam muamarat, suatu senyawa yang tidak
terdapat pada sel eukariotik. Sel prokariotik juga memiliki ribosom yang ukurannya
lebih kecil dibanding ribosom dalam sitoplasma sel eukariotik.
Sel prokariotik tidak mempunyai nukleus yang sebenarnya, karena DNA tidak
terbungkus membran yang memisahkan dengan sitoplasma. DNA sel tidak terdapat
sebagai kromosom tersendiri tetapi dalam benang tunggal sebagai struktur lingkaran
tertutup dan sama sekali tidak mengandung histon. Gen sel prokariotik selalu disalin
langsung ke dalam RNA pesuruh, sedangkan gen sel eukariotik mempunyai urutan
intron yang lebih dahulu disalin menjadi calon RNA.
C. PENGGOLONGAN MIKROORGANISME
Pada masa sekarang, mikrobiologi sudah sangat berkembang luas memasuki
bidang-bidang pengetahuan lain, misalnya: pertanian, kesehatan, industri, lingungan
hidup sampai bidang antariksa. Oleh karena itu penelaahan biologi mikroorganisme
dalam setiap karangan akan menitik beratkan bidang masing-masing. Pada tulisan
ini penelaahan dititik beratkan pada dasar-dasar mikrobiologi, sehingga akan
tampak sebagai ilmu dasar ketimbang ilmu terapan. Sebagai ilmu dasar,
mikrobiologi akan menelaah permasalahan yang berhubungan dengan bentuk,
perkembang-biakan, penyebaran dan lingkungan yang mempengaruhi
mikroorganisme, sedangkan sebagai ilmu terapan akan mempelajari lebih banyak
peranannya.
Bentuk umum mikroorganisme terdiri dari satu sel (uniseluler) seperti pada
bakteri, yeast, dan mikroalga. Bentuk lain dapat berupa filamen atau benang, yaitu
rangkaian sel yang terdiri dari dua atau lebih yang menyambung seperti rantai.
Bentuk benang umum terdapat pada fungi (jamur benang) dan mikroalga. Bentuk
filamen pada kenyataannya dapat berupa filamen-semu dan filamen-benar. Filamen
semu kalau hubungan antara sel satu dengan lainnya tidak menyatu, seperti pada
yeast dan streptomyces. Filamen benar jika hubungan satu sel dengan sel lainnya
menyatu, baik hubungan secara morfologis (bentuk sel) ataupun hubungan secara
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
7
fisiologis (fungsi sel), seperti yang ada pada jamur benang dan mikroalga benang.
Bentuk lain yang perlu diperhatikan adalah koloni dan jaringan semu. Koloni
merupakan gabungan dua sel atau lebih di dalam satu ruang, seperti pada mikroalga.
Koloni pada mikroalga berbeda dengan koloni bakteri. Koloni pada mikroalga
merupakan bentukan yang berperan sebagai satu individu dan dapat berupa
gabungan dari sel yang tidak seketurunan, sedangkan koloni pada bakteri
merupakan gabungan sel-sel sejenis dan masing-masing sel berperan sebagai satu
individu. Bantuk jaringan semu merupakan susunan benang yang membentuk
seakan-akan seperti jaringan tetapi tidak ada deferensiasi atau pembagian fungsi.
Jaringan semu terdapat pada kelompok jamur benang.
Dasar dari perkembangbiakan, penyebaran dan lingkungan yang mempengaruhi
mikroorganisme akan disampaikan per kelompok protista, fungsi, monera dan virus.
1. PROTISTA (Alga, Protozoa)
Menurut Whittaker (1969) Kelompok protista merupakan kelompok
mikroorganisme eukariotik yang mendapatkan energi dengan dua cara, yaitu absorbsi
dengan ingesti (holozoic) pada protozoa dan absorbsi dengan fotosintesis pada Alga.
a. Protozoa
Protozoa berasal dari bahasa Yunani, yang terdiri dari proto = pertama dan
zoon = binatang. Diperkirakan ada 64.000 spesies protozoa, meskipun
separuhnya sudah berupa fosil. Protozoa yang hidup bebas diperkirakan ada
22.000 spesies dan yang hidup sebagai parasit ± 10.000 spesies. Protozoa
sangat berperan sebagai mata rantai makanan untuk komunitas lingkungan
aquatik, yaitu sebagai konsumen primer.
Ukuran dan bentuk protozoa sangat beragam. Beberapa bentuk lonjong atau
membola ada yang memaanjang dan ada yang polimorfik atau mempunyai
berbagai bentuk morfologi pada tingkat-tingkat yang berbeda dalam siklus
hidupnya. Ukuran protozoa berbeda-beda, mulai dari berdiameter 1 μm
sampai beberapa mm. Amoeba proteus hanya berukuran ± 1 μm, Ciliata ± 2
mm.
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
8
Sel protozoa khas terbungkus oleh membran sitoplasma, beberapa dilapisi lagi
dengan membran ektoplasma yang dapat dibedakan dari sitoplasma bagian
dalam (endoplasma).
Lapisan yang membungkus membran sitoplasma dikenal sebagai pelikel.
Pelikel ada yang tipis pada Amoeba dan ada yang tebal pada Ciliata. Beberapa
protozoa membentuk lapisan kerangka di luar pelikel yang kita sebut
cangkang (shell) yang tersusun dari bahan organik dan anorganik (biasanya
kalsium karbonat atau silika). Beberapa protozoa parasit dapat membentuk
sista yang merupakan pembungkus untuk melindungi bentuk-bentuk vegetatif
(trofozoit) dari lingkungan yang membahayakan, misalnya : kekeringan,
kehabisan sumber energi, lingkungan asam dan lain-lain.
Struktur seluler terdapat di dalam endoplasma. Setiap sel protozoa
mempunyai satu nukleus tetapi beberapa yang lain dapat mempunyai nukleus
lebih dari satu (multi nuclei), misalnya pada Ciliata terdapat makronukleus
dan mikronukleus. Makronukleus berfungsi sebagai pengawas kegiatan
metabolisme, pertumbuhan dan regenerasi, sedangkan mikronukleus berfungsi
sebagai pengendali kegiatan reproduksi. Beberapa protozoa bersifat
fotosintetik atau mempunyai klorofil sehingga banyak ahli memasukkannya
ke dalam alga.
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
9
Protozoa berkembangbiak melalui berbagai proses seksual (perkawinan)
dan aseksual (tanpa kawin). Reproduksi aseksual dapat berlangsung melalui
proses pembelahan sel (mitosis) dan bertunas, dengan hasil anak-anak sel
yang berukuran sama atau tidak sama. Pembelahan sel dapat berlangsung
secara melintang maupun membujur. Reproduksi aseksual protozoa yang
umum dengan cara membentuk tunas. Reproduksi seksual terjadi pada
berbagai kelompok protozoa yang berlangsung karena adanya peleburan dua
isi sel menjadi satu yang kemudian dilanjutkan pembelahan meiosis. Pada
Ciliata terjadi konjugasi, yaitu penyatuan antara dua individu yang dibarengi
dengan pertukaran bahan nukleus.
Penyebaran protozoa sangat luas. Stadium vegetatif atau trofik protozoa
hidup bebas dalam lingkungan akuatik, pasir, tanah, dan bahan organik yang
membusuk. Dapat ditemukan di daerah kutup sampai perairan hangat (300 C
sampai dengan 560 C), tetapi mempunyai suhu optimum pertumbuhan antara
16 – 250C dan suhu maksimum 36 – 400C. Kisaran keasaman untuk
kehidupannya mulai dari pH 3 sampai dengan pH 9, dengan pH optimum
berkisar 6 – 8. Pada umumnya bersifat aerob obligat atau anaerob fakultatif.
Ada empat kelas utama protozoa, yaitu : Mastigophora atau Flagelata,
Sarcodina atau Amoeba, Cilliata, dan Sporozoa.Kelas Mastigophora
mempunyai alat gerak flagela, berkembangbiak membelah biner membujur
dan ada beberapa secara seksual. Sarcodina mempunyai alat gerak kaki palsu
(pseudopodia), berkembangbiak dengan pembelahan biner tanpa reproduksi
seksual. Cilliata mempunyai alat gerak silia (rumbai), perkembangbiakannya
dengan pembelahan biner melintang dan perkembangbiakan seksualnya
dengan konjugasi. Kelas Sporozoa beranggotakan sspesies parasit, dapat
bergerak dengan meluncur atau tidak bergerak, perkembangbiakan aseksual
dengan pembelahan ganda dan seksual dengan membentuk mikrogamet
berflagela.
Beberapa contoh protozoa, yaitu : Trypanosoma rhodesiense
(Mastigophora penyebab penyakit tidur), Giardia lamblia (Mastigophora
penyebab penyakit diari), Trichomonas vaginalis (Mastigophora penyebab
penyakit vagina), Entamoeba histolytica (Sarcodina penyebab penyakit
disentri), Plasmodium malariae, P. vivax, P. ovale, P. falciparum (Sporozoa
penyebab penyakit malaria).
b. Alga
Alga berukuran sangat bervariasi, mulai dari beberapa μm sampai
bermeter-meter panjangnya. Alga bersifat fotosintetik sehingga semua alga
mengandung klorofil dan pigmen-pigmen lain. Kebanyakan alga hidup di air
dan sebagian besar merupakan fitoplankton yang berguna sebagai sumber
makanan organisme lain dan merupakan produsen primer bahan organik atau
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
10
permula rantai makanan aquatik dan sumber oksigen. Sebagai organisme
fotosintetik, alga merupakan penghasil senyawa karbon organik sebanding
dengan yang dihasilkan oleh seluruh tumbuhan darat.
Alga diperhatikan manusia karena banyak perannya. Alga merah dan coklat
dapat dimanfaatkan sebagai pupuk, taanah diatome (sisa alga mati) dapat
digunakan sebagai isolator arus listrik, banyak alga mengandung vitamin A,
B1, C, D, dan K. Alga juga dimanfaatkan manusia sebagai sumber makanan.
Alga merah dapat menghasilkan polisakarida penting (karegen) dan agar-agar
yang digunakan sebagai pengimulsi, pengental, dan pemadat maakanan.
Beberapa alga dapat sebagai patogen pada manusia, hewan dan tumbuhan.
Alga hijau Cephaleuros menyerang daun teh, kopi dan tanaman-tanaman
perkebunan lain. Beberapa alga lain menghasilkan racun (toksin) yang
mematikan ikan, hewan maupun manusia. Gymnodinium dan Gonyaulax
menghasilkan neurotoxin yang merupakan racun syaraf bagi hewan dan
manusia.
Banyak jenis alga terdapat sebagai sel tunggal (uniseluler) yang dapat
berbentuk bola, batang, kumparan dan lainnya (lihat gambar). Beberapa laga
lainnya dapat berupa agrgasi (kumpulan) sel-sel tunggal identik yang saling
melekat setelah pembelahan sehingga membentuk bentukan yang jauh lebih
besar, sedangkan alga yang lainnya lagi dapat terdiri dari berbagai macam sel
yang berfungsi khusus dan ada pula yang multiseluler berukuran sangat besar
dengan morfologi yang kompleks.
Alga mempunyai nukleus yang bermembran seperti halnya organisme
eukariotik lainnya. Selain organel sel eukariotik, sel alga juga mengandung
butir-butir pati, tetes minyak, vakuol dan lain-lain sesuai kelompoknya.
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
11
Setiap sel alga mengandung satu atau lebih kloroplas yang dapat berbentuk
pita, lempengan (cakram) seperti pada tumbuhan. Di dalam matrik kloroplas
terdapat bulatan pipih yang disebut tilakoid. Membran tilakoid berisi klorofil dan
pigmen-pigmen pelengkap lainnya sebagai tempat reaksi cahaya pada fotosintesis.
Seperti halnya protozoa berklorofil, beberapa alga dilengkapi flagela atau silia
sehingga mirip protozoa.
Alga berkembangbiak secara seksual dan aseksual, meskipun beberapa
diantaranya terbatas berkembangbiak hanya menggunakan salah satu cara.
Reproduksi aseksual dapat berlangsung dengan cara pembelahan biner,
fragmentasi organisme multiseluler, dan pembentukan spora. Spora yang dibentuk
dapat berflagela dinamakan zoospora atau tidak mempunyai alat gerak disebut
aplanospora. Aplanospora biasanya dibentuk oleh alga darat. Akinet merupakan
spora yang dibentuk dari sel vegetatif yang menebal. Semua alga dapat melakukan
reproduksi seksual. Perkawinan terjadi karena terjadi konjugasi gamet yang
menghasilkan zigot. Jika gamet yang melakukan konjugasi morfologinya serupa
maka proses konjugasinya disebut isogami dan jika berbeda ukuran ataupun
morfologinya maka konjugasi demikian disebut heterogami. Pada alga tingkat
tinggi biasanya membentuk gamet betina yang ukurannya lebih besar disebut
ovum dan gamet jantan yang ukurannya lebih kecil tetapi dapat bergerak aktif.
Proses persatuan ovum dengan gamet jantan disebut oogami. Jika ovum dan
gamet jantan dibentuk oleh satu individu disebut biseksual (membentuk dua
macam jenis kelamin), sedangkan jika dibentuk oleh individu yang berlainan,
maka setiap individu disebut uniseksual (membentuk satu jenis kelamin).
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
12
Dari segi fisiologis, alga merupakan organisme aerobik fotosintetik. Alga
dapat tumbuh dimana saja yang tersedia cahaya, kelembaban dan sedikit nutrien
pemula. Alga dapat tumbuh pada kisaran suhu es sampai suhu 700C. Alga laut
sudah menyesuaikan diri terhadap kandungan garam yang tinggi dan kedalaman
lebih dari 55 meter bahkan ada yang masih tumbuh pada kedalaman 183 m di
bawah permukaan laut.
Alga mempunyai tiga macam pigmen fotosintetik, yaitu : klorofil, karotenoid,
dan fikobilin yang terdapat dalam kloroplas. Karotenoid merupakan hidrokarbon
tak larut dalam air, berwarna kuning, jingga atau merah. Fikobilin atau hiloprotein
merupakan kompleks protein larut dalam air berwarna biru atau merah Ada lima
macam klorofil yaitu klorofil a, b, c, d, dan e yang semuanya berwarna hijau.
Semua alga mengandung klorofil a .
Proses fotosintesis yang berlangsung reaksinya sebagai berikut :
( H2O + NADP+ s i n a r == NADPH + H+ + O2 ) 12
x
( CO2 + ATP + NADPH ======== CH2O + NADP+ + ADP + P ) 6 x
H2O + CO2 ======== C6H12O6 + H2O + O2
Karotenoid alga ada dua macam yaitu : karoten dan xantofil, demikian juga
fikobilin ada dua macam, yaitu : fikosianin dan fikoeritrin. Kandungan xantofil
dan karoten yang tinggi akan menyebabkan warna alga menjadi kecoklatan,
sedangkan kandungan fikobilin yang tinggi akan berwarna kemerahan. Beberapa
alga tidak mempunyai pigmen sehingga beberapa ilmuwan memasukan ke dalam
kelompok protozoa.
Penggolongan alga berdasarkan 6 ciri, yaitu : pigmen, produk makanan
cadangan, flagela, dinding sel, organisasi sel dan sejarah hidup reproduksi. Dasar
pembedaan pigmen akan membedakan susunan kimia dan kandungan masingmasing
pigmen akan membedakan warna tubuh alga. Produk makanan cadangan
yang berbeda akan menandakan kandungan kimia yang berbada (pati, minyak,
protein). Flagela dibedakan berdasarkan jumlah dan morfolginya, sedangkan
dinding sel dibedakan berdasarkan susunan kimia dan sifat fisiknya.
1. Devisio Chloro-phycophyta : pigmen berwarna hijau, produk makanan
cadangan berupa karbohidrat dan minyak, non motil ( uniseluler & sel
reproduksi motil). Terutama hidup di air tawar (sebagian laut, darat) ; satu
kloroplas per sel, beberapa perenoid (tempat pembenetukan pati) per
kloroplas ; morfologinya macam-macam mulai dari uniseluler sampai
koloni ; uniseluler berflagela ; beberapa spesies punya alat pelekat ;
reproduksi membelah membentuk zoospora atau seksual isogami /
heterogami ; Chlamydosmonas 3-30 m
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
13
2. Devisio Rhodo-phycophyta : pigmen berwarna merah, produk makanan
cadangan berupa glikogen, non motil, dinding sel mengandung karagenan
3. Devisio Chryso-phycophyta : pigmen berwarna coklat keemasan, produk
makanan cadangan berupa karbohidrat dan minyak, flagela 1 atau 2 atau
amoeboid, dinding sel mengandung sisik
4. Devisio Phaeo-phycophyta : pigmen berwarna coklat, produk makanan
cadangan berupa manitol, flagela 2 lateral tak sama. dinding sel
mengandung asam alginat
5. Devisio Xanto-phycophyta ;pigmen berwarna hijau kekuningan, produk
makanan cadangan berupa pati dan minyak, flagela 2 tak sama apikal
6. Devisio Bacillario-phycophyta (Diatome) : produk makanan cadangan
berupa karbohidrat dan minyak, flagela 1 pada gamet jantan, dinding sel
mengandung silika
7. Devisio Eugleno-phycophyta : produk makanan cadangan berupa
karbohidrat dan minyak, Flagela 1,2 atau 3 yang sama agak apikal, tak
berdinding sel, ada kerongkongan
8. Devisio Crypto-phycophyta : produk makanan cadangan berupa Pati,
Flagela 2 tak sama terletak lateral, tak berdinding sel, sebagian
berkerongkongan
9. Devisio Pyro-phycophyta : produk makanan cadangan berupa pati dan
minyak, flagela 2 terletak lateral menyeret dan melilit
2. FUNGI (Jamur, Cendawan)
Fungi merupakan organisme heterotrofik absorbtik yang memerlukan senyawa
organik untuk sumber tenaganya. Fungi dapat hidup pada benda organik mati
maupun organisme hidup. Mereka yang hidup dari bahan organik mati disebut
saprofit dan yang hidup pada organisme hidup disebut parasit. Fungi saprofitik
berperan penting dalam merombak sisa-sisa bahan organik menjadi senyawasenyawa
yang sederhana dan dapat dimanfaatkan oleh organisme lain. Selain
sebagai perombak (dekomposer), fungi saprofitik juga berperan penting dalam
fermentasi industri, misalnya dalam industri minuman anggur, antibiotik, tape,
kecap dan masih banyak lagi. Sebagai dekomposer, fungi juga merugikan manusia
jika bahan organik yang dirombak merupakan bahan yang kita butuhkan, misalnya
: kayu, tekstil, makanan, produk pasca panen pertanian dan bahan-bahan lain.
Sebagai parasit, fungi dapat menyerang manusia, hewan dan tumbuhan. Fusarium
oxysporum, Phytophthora infestan, Coleto-trichum gloeosporoides merupa-kan
contoh fungi parasit yang menyebabkan penyakit pada tumbuhan.
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
14
Gambar : Biakan Fusariu dan, Aspergillus (atas), dan mikroskopisnya (bawah)
Jamur memerlukan kelembaban yang tinggi, persediaan bahan organik, dan
oksigen untuk pertumbuhannya, meskipun akan tumbuh terbaik pada suhu sekitar
suhu kamar (20 – 320C). Kebanyakan bersifat saprofit atau hidup dari bahan
organik mati, lingkungan mengandung gula dan tidak asam
Mekanisme reproduksi jamur disebut pembentukan spora. Spora jamur harus
dipikirkan sebagai sesuatu yang analog dengan biji pada tumbuhan yaitu sebagai
alat pertumbuhan, meskipun semua bagian jamur mampu tumbuh. Spora jamur
dapat terbentuk karena proses perkawinan (seksual) maupun tidak (aseksual).
Spora seksual diproduksi dengan terjadinya peleburan (fusi) dua sel, sedangkan
spora aseksual dibentuk oleh satu sel tanpa adanya pembuahan (fertilisasi) oleh
individu kedua. Berdasarkan jumlah sel per individunya, jamur dibedakan menjadi
dua golongan, yakni : jamur satu sel atau khamir (yeast) dan jamur benang atau
hanya disebut 'jamur' saja.
a. Khamir (Yeast)
Tubuh atau talus khamir berupa sel tunggal. Khamir bersifat mikroskopik
sebagai sel bebas yang sederhana. Biasanya berbentuk bulat atau lonjong,
termasuk sel eukariotik. Berkembang biak secara seksual maupun aseksual. Cara
seksual yang umum dilakukan yaitu dua sel khamir melebur (fusi) menjadi sel
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
15
tunggal berbentuk kantong yang disebut askus. Di dalam askus terbentuk satu
sampai delapan spora, yang disebut askospora. Dalam kondisi yang cocok, askus
akan pecah selanjutnya askospora akan tumbuh membentuk sel khamir baru.
Gambar : Biakan khamir (kiri), pembentukan spora pada sel khamir mikroskopis (kanan)
Cara aseksual yang biasa untuk pembiakan khamir menggunakan proses aseksual
yang disebut blastospora. Sel khamir pada awalnya akan terjadi benjolan-benjolan
(tunas) berbagai ukuran yang semakin membesar, kemudian berangsur-angsur
menyempit pada bagian yang berhubungan dengan dinding sel induk sehingga
akhirnya terpotong dari sel induknya.
Proses pertunasan (blastospora) berbeda dengan pembelahan biner yang
didahului oleh terbelahnya inti. Semua kelompok khamir dapat berkembangbiak
secara aseksual, tetapi tidak semua khamir dapat berkembangbiak secara seksual.
Khamir yang hanya berkembangbiak secara aseksual dikelompokan ke dalam
Deuteromycetes, sedangkan khamir yang membentuk spora seksual dikelompokan
sesuai dengan spora seksual yang dibentuknya. Umumnya khamir yang
berkembangbiak secara seksual membentuk askospora sehingga dikelompokan ke
dalam Ascomycetes. Beberapa contoh khamir misalnya : Saccharomyces
cerevisiae merupakan khamir permukaan memproduksi gas sangat cepat, S.
carsbergensis merupakan khamir dasar karena memproduksi gas sangat lamban,
Hansenula anomala (Ascomycetes), Candida albicans merupakan khamir yang
tidak membentuk spora seksual.
b. Jamur Benang
Jamur benang meliputi : kapang (mold), buduk (mildew), jamur payung dan
sejenisnya (mushroom, champhignon), jamur karat (rust fungi), jamur jelaga
(smuts fungi), jamur bola (puff-ball fungi), dan jamur mangkok (cup fungi). Tubuh
atau talus jamur benang terdiri dari dua bagian, yaitu bagian vegetatif berupa
benang dan bagian generatif berupa spora. Bagian vegetatif jamur parasit biasanya
berupa benang-benang halus yang bersekat atau tidak bersekat. Bagian yang
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
16
berupa benang disebut hifa dan kumpulan dari hifa disebut miselium. Setiap hifa
lebarnya hanya 2 – 10 μm
Gambar: hifa senositis (A), hifa seluler mononukleus (B) hifa seluler multinukleus (C)
Pada prinsipnya hifa jamur dibedakan menjadi hifa senositis (coenocytis) atau hifa
tidak bersekat dan hifa seluler (cellular) atau hifa bersekat. Hifa tidak bersekat
terdapat pada jamur-jamur kelas Phycomycetes dan hifa bersekat terdapat pada
jamur-jamur pada kelas Ascomycetes, Basidiomycetes dan Deutromycetes
(Imperfecty).
Beberapa jamur dapat membentuk rhizomorf, sklerotium dan klamidospora
sebagai alat pertahanan diri. Jamur mempunyai dua macam alat
perkembangbiakan, yakni seksual (dengan kawin) dan aseksual (tanpa kawin).
Perkembangbiakan aseksual pada Phycomycetes terjadi dengan pembentukan
sporangiospora (spora yang dibentuk di dalam sporangium) yang dapat berupa
zoospora (sporangiospora yang mempunyai alat gerak dan tidak mempunyai
dinding yang jelas), konidium (sporangium yang hanya membentuk satu spora),
klamidospora (pembulatan sel hifa dan berdinding tebal).
Pada klas Ascomycetes dan Deuteromycetes pembentukan konidiumnya
bervariasi dari yang hanya satu sel sampai beberapa sel. Pendukung konidiumnya
(konidiofor) juga bervariasi dari yang sederhana dan pendek sampai panjang dan
bercabang-cabang. Konidiofor tersebut dapat dibentuk secara bebas pada
permukaan jaringan tanaman inang pada anggota-anggota Moniliales, atau
dibentuk dalam badan buah tertentu seperti piknidium pada anggota-anggota
Sphaeropsidales, aservulus pada anggota-anggota Melanconiales, dan jika tidak
dibentuk di dalam piknidium atau aservulus termasuk dalam anggota-anggota
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
17
Hyphomycetes. Perkembangbiakan seksual Phycomycetes yang paling sederhana
berlangsung secara isogami dan yang lebih tinggi tingkatannya berlangsung secara
anisogami. Perkembangbiakan seksual tersebut antara lain menghasilkan oospora
dan zygospora.
Perkembangbiakan seksual pada Ascomycetes berlangsung dengan terjadinya
persatuan dua inti yang berbeda jenisnya yang kemudian berkembang menjadi
askus. Di dalam askus dibentuk askospora yang umumnya berjumlah 2 - 8. Badan
yang membentuk atau mendukung askus disebut askokarp. Badan buah tersebut
dapat berupa apotesium, kleistotesium, peritesium atau askostroma.
Basidiomycetes, perkembangbiakan seksualnya dengan cara pembentukan
basidiospora pada basidium atau di luar basidium melalui suatu tangkai yang
disebut strerigma. Ada bermacam-macam badan buah pembentuk spora pada
Basidiomycetes. Uredinales adalah salah satu contoh dari anggota Basidiomycetes
yang dikenal sebagai jamur karat dapat membentuk 5 macam stadium pembentuk
spora, yakni : pycnia, aecia, uredinia, telia dan basidium.
Seluruh bagian tubuh jamur potensial mampu tumbuh dan berkembangbiak.
Secara alamiah jamur berkembangbiak dengan berbagai cara, baik seksual maupun
aseksual. Perkembangbiakan secara aseksual dengan fragmentasi hifa dan
pembentukan spora.
Pembentukan spora aseksual ada beberapa macam cara, antara lain sbb :
1. Konidiospora atau konidium yaitu spora yang dibentuk di ujung atau disisi
suatu hifa, dapat satu-satu atau berantai.
2. Sporangiospora yaitu spora yang dibentuk di dalam kantong yang disebut
sporangium di ujung hifa khusus yang disebut sporangiofor. Jika satu
kantong hanya berisi satu spora maka sporanya disebut konidiospora, jika
tidak mempunyai alat gerak disebut aplanospora, dan jika mempunyai
flagela disebut zoospora.
3. Arthrospora atau oidium yaitu spora yang terbentuk karena hasil
fragmentasi sel-sel hifa.
4. Klamidospora yaitu spora yang terbentuk karena adanya penebalan sel-sel
hifa sehingga menjadi sel yang sangat tahan terhadap keadaan lingkungan
yang buruk. Jika terbentuk di ujung hifa disebut klamidospora terminal,
dan jika tidak di ujung disebut klamidospora interkalar.
5. Zoospora yaitu spora yang mempunyai alat gerak (flagela)
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
18
Pembentukan spora seksual ada 3 macam cara, antara lain sbb :
1. Zigospora yaitu spora seksual yang berdinding tebal hasil gametangiagami
atau perkawinan dua hifa serasi.
2. Oospora yaitu spora seksual dalam oosfer hasil perkawinan oogonium (sel
betina) dengan anteridium (gamet jantan)
3. Askospora yaitu spora seksual di dalam kantong askus hasil perkawinan
sel-sel antheridial dengan sel-sel oogonial. Setiap askus dapat dibentuk 2, 4
atau 8 askospora.
4. Basidiospora yaitu spora seksual di atas struktur berbentuk gada yang
disebut basidium hasil perkawinan sel-sel antheridial dengan sel-sel
oogonial. Setiap basidium dapat dibentuk 2, 4 atau 8 basidiospora.
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
19
c. Jamur Lendir
Jamur lendir (slime mold) mempunyai pola pertumbuhan yang khusus. Jamur
ini lebih mirip dengan protozoa, tetapi pada satu tahap perkembangannya jamur ini
membentuk spora. Dalam skema klasifikasi, jamur lendir dikelompokan ke dalam
Myxomycota.
Perkembangan jamur lendir bervariasi sesuai dengan jenisnya. Tahap
plasmodium terdiri atas massa protoplasma bernukleus banyak. Pada tahap
plasmodium ini jamur dapat bergerak pada substrat seperti amoeba dan melakukan
ingesti terhadap bakteri maupun benda kecil. Jika kondisi tidak menguntungkan,
misalnya subtrat mengering, akan berubah menjadi sel berinti yang berfungsi
sebagai spora atau membentuk kantong (sporangium) tanpa tangkai yang berisi
banyak spora. Jika kondisi menguntungkan lagi, spora akan memproduksi
protoplas berflagela satu kemudian berpasangan, berfusi membentuk zigot yang
berflagela dua. Zigot yang berflagela ganda ini kemudian melepaskan kedua
flagelanya dan melakukan pembelahan sehingga terbentuk plasmodium.
d. Lumut Kerak (Liken)
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
20
Tubuh lumut kerak oleh orang umum akan lebih dikenal dengan nama ‘lumut’.
Pada kenyataannya, lumut ini terdiri dari fungi dan alga yang hidup dalam
hubungan simbiosis. Bagian fungi memperoleh karbohidrat dan bahan organik lain
yang terbentuk selama fotosintesis yang diselenggarakan alga, sedangkan bagian
alga mendapatkan nutrien dan mineral yang diselenggarakan selama absorbsi
nutrien dan mineral oleh fungi. Di daerah padang lumut, lumut ini digunakan
untuk sumber makanan utama bagi rusa kutup, karibou, dan domba Libia.
3. MONERA (Bakteri, Cyanobakteri)
a. Cyanobakteri
Dulu Cyanobakteri dikenal dengan nama ganggang biru-hijau, tersebar luas di
seluruh dunia, baik di air tawar maupun air laut. Cyanobakteri memperoleh energi
dari kegiatan fotosintesis aerobik seperti alga, tetapi mempunyai organisasi sel
prokariotik. Oleh karena itu klorofilnya tidak terdapat dalam kloroplas tetapi
dalam lamela khusus yang disebut tilakoid. Fotopigmennya berupa klorofil dan
fikobiliprotein. Beberapa terdapat sebagai sel tunggal dan yang lain dapat berupa
rantaian sel atau filamen yang lurus atau bercabang. Reproduksi dapat dengan
pembelahan biner, pembelahan ganda, atau dengan membebaskan eksospora
secara berturut-turut. Bentuk-bentuk filamen dapat berkembangbiak dengan
fragmentasi dengan membebaskan ujung rantai pendek bersifat motil (dapat
bergerak). Beberapa cyanobakteri berbentuk benang yang sel-selnya dapat
menebal disebut heterosista. Heterosiste berfungsi untuk mengubah nitrogen
dalam atmosfir menjadi amoniak sehingga nitrogen menjadi tersedia untuk
metabolisme sel.
b. Bakteri
Bakteri merupakan mikroorganisme bersel tunggal, tidak berklorofil dan
berkembangbiak dengan cara membelah diri. Ukuran bakteri lebih kecil dari
protozoa maupun fungsi satu sel. Pengamatan-pengamatan yang dilakukan
Leewenhoek merupakan pengamatan yang menampakan penampilan kasar bakteri
yang hanya menampakan sel bulat, seperti batang atau spiral.
Perkembangan pengamatan sel bakteri sampai dengan sebelum tahun 1940-an
meliputi teknik pewarnaan ternyata dapat memperbaiki apa yang diamati
Leewenhoek sehingga dapat lebih tepat mengamati morfologi bakteri yang
meliputi : bentuk, ukuran, struktur luar, dan pola penataan bakteri. Morfologi
bakteri dapat berupa morfologi koloni dan morfologi sel bakteri.
Koloni bakteri merupakan kumpulan bakteri sejenis hasil reproduksi yang
mengumpul pada satu tempat di medium kultur atau kumpulan bakteri pada
medium kultur yang berasal dari hasil pertumbuhan atau keturunan dari satu sel
bakteri. Beberapa kelompok bakteri menunjukan ciri-ciri koloni yang saling
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
21
berbeda, baik dilihat dari bentuknya, elevasi, maupun bentuk tepi koloni. Ukuran,
bentuk, dan penataan sel merupakan ciri morfologi kasar sel bakteri.
Setelah ditemukan mikroskop elektron dan teknik-teknik memotong sel
menjadi irisan-irisan bagian sel, serta teknik isolasi senyawa sel maka kemudian
ditemukan ciri morfologi dan ciri biokimiawi yang lebih detail lagi. Ciri morfologi
dari irisan-irisan bagian sel ini kemudian kita sebut morfologi struktur halus dari
sel bakteri.
Satuan ukuran bakteri menggunakan mikrometer (μm) yang setara dengan 10-3
milimeter (mm). Bakteri yang sering kita pelajari dalam mikrobiologi umumnya
berukuran 0,5-1,0 x 2,0-5,0 μm, meskipun ada beberapa yang di luar range ini,
bahkan sampai lebih dari 100 μm dan sebaliknya bakteri pleomorfik seperti
mikoplasma ukurannya berkisar 0,1 – 0,3 μm. Oleh karena itu kalau kita melihat
ukuran bakteri secara keseluruhan lebarnya dapat berukuran 0,1 μm dan
panjangnya mencapai lebih dari 100 μm.
Meskipun ukuran sel bakteri sangat kecil, tetapi dapat diukur menggunakan
mikrometer mikroskop biasa. Pengukur sel menggunakan mikrometer okuler yang
memiliki garis-garis berjarak sama (gambar kiri). Jarak antar garis dalam
mikrometer okuler dapat diukur menggunakan mikrometer obyektif (mikrometer
pentas) yang berfungsi sebagai mistar pada proses pengukuran mikroskopis
(gambar kanan). Oleh karena itu, mikroskop yang dilengkapi dengan mikrometer
okuler dapat digunakan tidak hanya mengukur panjang-lebar bakteri tetapi juga
dapat digunakan untuk mengukur panjang-lebar sel organisme lainnya.
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
22
Sel-sel bakteri dapat berbentuk seperti bola , elips (coccus), batang (bacillus) dan
spiral (heliks). Spesies-spesies tertentu bakteri menunjukan adanya pola penataan
sel, misalnya : berpasangan, bergerombol, membentuk rantai atau filamen.
Bakteri bentuk bola dan elips biasa disebut bentuk kokus (kokus = buah beri).
Kokus ada beberapa penataan yang berbeda-beda yang dapat mencerminkan
marga yang berbeda juga. Ada lima penataan kokus, yaitu : diplokokus,
tetrakokus, sarcina, streptokokus, dan stafilokokus.
Basilus biasanya tidak menata sel-selnya dalam pola tertentu, tetapi beberapa
spesies ada yang membentuk kelompok-kelompok sel yang berbaris berdampingan
seperti penataan pagar, Bacillus tuberculosis menata dirinya menjadi
kelompok tiga-tiga sehingga menyerupai huruf Y. Bakteri berbentuk spiral
terutama dijumpai sebagai sel tunggal.
Umumnya bakteri patogen tanaman berbentuk batang. Diantara bakteri
terdapat golongan yang mempunyai alat gerak yang disebut flagellum dan ada
yang tidak mempunyai alat gerak (atrichus). Bakteri yang hanya mempunyai satu
alat gerak disebut 'monotrichus', satu berkas alat gerak pada salah satu ujung
disebut 'lofotrichus', terdapat di kedua ujungnya disebut amphitrichus, dan bila di
seluruh tubuh disebut 'peritrichus'.
Sebagian besar bakteri berkembangbiak secara aseksual, dengan cara
memanjangkan sel diikuti dengan pembelahan sel menjadi dua bagian sel anakan.
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
23
Pembelahan demikian kita sebut pembelahan biner melintang. Pembelahan biner
melintang merupakan suatu proses reproduksi aseksual. Pembelahan biner lebih
banyak terjadi pada bakteri yang berkaitan dengan tumbuh manusia. Bakteribakteri
lain dapat berproduksi dengan proses pembentukan spora, fragmentasi
filamen, dan pertunasan. Pelajaran ini akan dibahas lebih lanjut pada bab
pertumbuhan mikroorganisme.
4. VIRUS
Virus merupakan agen terkecil yang dapat mengarahkan pengadaannya sendiri,
bersifat ultramikroskopik atau terlalu kecil untuk dilihat dengan mikroskop biasa.
Virus merupakan agen penyebab penyakit yang sangat kecil sehingga hanya dapat
dilihat dengan mikroskop elektron, tetapi beberapa virus sudah dapat diamati
dengan mikroskop biasa yang mempunyai pembesaran sepuluh ribu kali. Hasil
pengamatan mikroskop elektron, virus dapat dibedakan menjadi 3 macam bentuk,
yakni : berbentuk batang kecil, benang dan bola. Virus hanya dapat bertambah
banyak dalam sel yang hidup. Oleh karena hal tersebut maka virus dapat
dimasukkan sebagai parasit yang biotrof. Semua virus memerlukan sel hidup
untuk pertumbuhan dan perkembangbiakan dalam sel yang berlainan dengan
mekanisme pertumbuhan dan perkembangbiakan organisme lain. Oleh karena itu,
virus tidak dapat dikelompokan dengan organisme lain. Virus dibedakan
berdasarkan bentuk, ada tidaknya asam nukleat di dalam virion (DNA, RNA),
bentuk asam nukleatnya (ganda, tunggal, melingkar) dan adanya bagian asam
nukleat dalam virion (tunggal, ganda). Virion adalah virus yang secara struktural
lengkap, matang dan mampu menular. Virus berpindah dari satu sel inang ke yang
lain dalam bentuk paket-paket gen, DNA atau RNA berukuran sangat kecil tetapi
tidak dua-duanya. Bahan genetis tersebut terkemas di dalam selubung protein yang
sangat khusus dengan bentuk yang berbeda-beda. Bedasarkan inangnya, ada tiga
macam kelompok virus, yaitu : virus hewan, virus tumbuhan, dan virus bakteri.
a. Virus Bakteri (fag)
Virus bakteri disebut juga bakteriofag atau fag saja, yaitu virus yang hidup
dalam sel bakteri. Fag ditemukan oleh Frederick W. Twort (1915 di Inggris) dan
Felix d’Herelle (1917 di Paris). Twort mengamati bahwa koloni-koloni bakteri
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
24
kadang-kadang mengalami lisis (menjadi larut dan lenyap) dan efek litik ini dapat
ditularkan ke koloni lain, bahkan bahan yang encer dari koloni yang lisis ini
setelah difilter menggunakan saringan bakteri masih dapat menyebabkan lisis pada
koloni yang ditulari. Filtrat ini tidak lagi menularkan jika dipanaskan. Kemudian
tahun 1917 D’Herelle menemukan kembali fenomena yang sama dengan
fenomena Twort, sehingga mereka menyebutnya sebagai ‘bacteriofage’ (pemakan
bakteri) dari unsur yang lolos dari filter bakteri.
Bakteriofag terdiri dari sebuah inti asam nukleat dikelilingi selubung protein.
Virus ini terdapat dalam bentuk berbeda-beda dan banyak yang mempunyai ekor
yang digunakan untuk melewatkan asam nukleat ketika menulari sel bakteri. Ada
dua tipe utama virus bakteri, yaitu : litik atau virulen dan lisogenik atau avirulen.
Fag litik jika menginfeksi bakteri maka bakteri akan memberikan tanggapan
dengan menghasilkan virus-virus baru dalam jumlah banyak sehingga akhirnya sel
bakteri sendiri akan pecah atau mengalami lisis dan melepaskan fag-fag baru
untuk menginfeksi bakteri inang lain. Proses dari fag menginfeksi bakteri sampai
lepasnya fag dari bakteri yang lisis disebut daur litik.
Infeksi dari fag lisogenik, akibatnya tidak sampai lisis. Asam nukleat virus
dibawa dan direplikasi di dalam sel-sel bakteri dari satu generasi ke generasi
berikutnya tanpa menimbulkan lisis, meskipun pada generasi tertentu dapat
mendadak menjadi virulen.
Semua fag mempunyai inti asam nukleat yang diselubungi oleh protein atau
kapsid. Kapsid tersusun dari kapsomer-kapsomer dan kapsomer terdiri dari
molekul-molekul protein yang disebut protomer. Fag dapat dijumpai dalam dua
bentuk struktural yang mempunyai simetri kubus atau helik. Pada penampilan
keseluruhan, fag kubus berupa benda padat teratur atau lebih spesifik, polihedral,
sedangkan fag helik berbentuk batang. Pada banyak bakteriofag kepalanya
polihedral tetapi ekornya benbentuk batang.
Fag mudah diisolasi dan dikultivasi pada biakan bakteri yang muda dan sedang
tumbuh aktif dalam medium cair maupun padat. Dalam biakan cair, bakteri yang
lisis mengakibatkan biakan yang keruh menjadi jernih, sedangkan pada biakan
padat akan tampak plaq atau daerah jernih pada koloni bakteri. Persyaratan utama
untuk isolasi dan kultivasi fag adalah kondisi optimum untuk pertumbuhan bakteri
inang atau habitat optimum inang.
b. Virus Tumbuhan dan Virus Hewan
Virus-virus tumbuhan dan hewan sangat beragam bentuk dan ukurannya.
Ukuran virus berkisar antara 10 sampai 100 nanometer (1 nm = 10-3 μm = 10-6
mm).
Virus tumbuhan dan hewan tersusun dari suatu inti asam nukleat dikelilingi
oleh kapsid sama dengan fag, tetapi pada beberapa virus hewan, nukleokapsid
Bambang Purnomo, 2008. Materi Kuliah Mikrobiologi. Faperta Unib. Bengkulu
25
(asam nukleat dan kapsid) dibungkus oleh suatu membran luar yang disebut
sampul yang terbuat dari lipoprotein. Virion yang bersampul peka terhadap pelarut
lemak, misalnya eter dan kloroform. Kemampuan menginfeksi virus bersampul
akan hilang oleh pelarut lemak. Virus yang tidak bersampul disebut virion
telanjang. Virus-virus yang bervirion telanjang tidak terpengaruh oleh pelarut
lemak. Asam nukleat virus tumbuhan pada umumnya berupa RNA, meskipun
beberapa diantaranya berupa DNA tetapi tidak pernah ada dua-duanya dalam satu
virion.
Perbanyakan virus disebut replikasi karena virus tidak mempunyai kegiatan
metabolik yang mandiri dan tidak mampu bereproduksi melalui proses-proses
yang khas seperti organisme lain. Proses replikasi virus secara umum dan singkat
dapat dijelaskan sebagai berikut :
1. Virion melekat pada suatu sel inang pada situs-situs tertentu (reseptor).
2. Seluruh virus atau hanya asam nukleatnya menembus masuk ke dalam sel.,
tetapi yang mampu masuk ke dalam sel hanya nukleokapsid dan keduanya
akan segera terpisah.
3. Asam nukleat diterjemahkan sel inang (yang dilakukan oleh DNA inang)
untuk meproduksi kapsid telanjang dan direplikasi untuk memproduksi
asam nukleat virus lebih banyak.
4. Perakitan asam nukleat beserta kapsidnya dan pelepasan virus baru.
Ada beberapa perbedaan langkah replikasi virus RNA dengan virus DNA. Virus RNA
hanya melalui pelepasan bungkus, kemudian translasi langsung dan replikasi langsung ke
perakitan sedangkan virus DNA melalui proses yang lebih panjang. Semua sintesis
protein akan membutuhkan m-RNA, sehingga DNA virus harus diterjemahkan oleh
ensim polimerase sel inang untuk membentuk m-RNA tetapi RNA virus mungkin dapat
langsung berfungsi sebagai m-RNA tanpa disalin dulu oleh sel inang. Virus RNA tertentu
yang susunannya benang RNA tunggal (ss-RNA) harus disalin dulu menjadi RNA
komplementer yang kemudian berfungsi sebagai m-RNA. Virus semacam ini disebut
virus benang negatif.