Review mikrobiologi
- 1. Mikrobiologi adalah ilmu yang mempelajari mengenai organisme hidup yang berukuran mikroskopis yang meliputi virus, bakteri, archaea, protozoa, alga, dan fungi. Beberapa mikroba (alga dang fungi) yang berukuran cukup besar dan dapat dilihat dengan mata telanjang, tetapi masih dimasukkan dalam kajian mikrobiologi, karena teknik yang sama (isolasi, sterilisasi, penumbuhan pada media artifisial) digunakan untuk mempelajarinya. Kultur murni adalah kultur yang mengandung spesies tunggal. Teknik pengenceran (Pasteur dan kawan-kawan) untuk memperoleh kultur tunggal dilakukan pengenceran. Metode streak plate (Robert Koch, 1843-1910) untuk memperoleh kultur tunggal dilakukan streak pada medium padat (agar), agar adalah agen pemadat gelling yang digunakan sampai sekarang. Penemuan Mikroorganisme yang pertama, yaitu Antony van Leewenhoek (1632-1723) ilmuwan pertama yang melihat dan mendeskripsikan mikroorganisme secara akurat pada tahun 1683. Konflik generasi spontan adalah organisme hidup berasal dari materi mati atau materi dekomposisi. Francesco Redi (1626-1697) menunjukkan bahwa belatung pada dagin busuk berasal dari telur lalat bukan berasal dari daging itu sendiri. Lazzaro Spallanzani (1729-1799) menujukkan bahwa setelah daging dalam labu dipanaskan dan kemudian ditutup rapat-rapat tidak memunculkan mikroorganisme, karena udara yang membawa benih kultur tidak dapat masuk ke labu. Seratus kemudian konflik ditutup selama-lamanya, Louis Pasteur (1822-1895) menyatakan bahwa kaldu daging dalam labu leher angsa dan dipanaskan, setelah dingin udara dibiarkan masuk melaluileher angsa tabung, debu udaratidak dapat masuk, hasil yang diperoleh tidak ada pertumbuhan mikroorganisme. Peranan mikroorganisme antara lain 1) Hubungan Mikroorganisme dan Penyakit, menurut Robert Koch (1843-1910), mengetahui hubungan antara Bacillus anthracis dan anthrax, dikenal dengan Kochs Postulate: Isolate bakteri dari cairan tubuh pasien diinokulasi (streak) pada nutrin agar dan mengamati bentuk sel di bawah mikroskop (In vitro). Propagate menumbuhkan koloni hasil isolasi pada media nutrin (In vitro). Inoculate menginokulasikan mikroba yang dicurigai sebagai patogen ke hewan sehat dan menimbulkan gejala (symptoms) penyakit yang sama (In vivo). Reisolate langkah 1 diulang (In vitro).2) Perkembangan Teknik untuk
- 2. Mempelajari Patogen Mikroba, menurut Koch dan kolega mengembangkan teknik, reagen, dan materi lain untuk mengkultur bakteri patogen pada media padat dan tekniknya memungkinkan untuk mengisolasi kultur murni, dan Charles Chamberland (1851-1908) membuat filter bakterial untuk memisahkan bakteri dan mikroba yang berukuran lebih besar, teknik ini mengarahkan penemuan virus sebagai agen penyebab penyakit. 3) Kajian Imunologis, menurut Edward Jenner (賊 1798), menggunakan prosedur vaksinasi untuk melindungi individu dari cacar (smallpox). Louis Pasteur (賊1880), mengembangkan vaksin lain: kolera ayam, antrax, dan rabies. 4) Mikrobiologi Industri dan Ekologi Mikroba, menurut, Louis Pasteur, fermentasi alkohol adalah hasil aktivitas mikroba, fermentasi dapat berlangsung aerob dan anaerob, pasteurisasi untuk mengawetkan anggur selama penyimpanan. Sergei Winogradsky (1856-1953), bakteri tanah dapat mengoksidasi besi, belerang, dan amonia untuk mendapatkan energy, fiksasi nitrogen anerob dan dekomposisi selulosa. Martinus Beijerinck (1851-1931), mengisolasi bakteri penambat nitrogen aerobik dan bakteri pereduksi sulfat. Penggolongan mikroorganisma berdasarkan R.H. Whittaker 1969, yang mengelompokkan organisma menjadi 5 kingdom yang pertama diterima secara luas, yaitu adalah animalia, plantae, fungi, Protista, dan monera. Domain menurut Carl Woese dan kawan-kawan menggunakan rRNA untuk mengelompokkan semua organisme menjadi tiga domain antara lain adalah 1) Bakteria meliputi prokarkaryot; dinding sel mengandung peptidoglikan, asam muramat; membran lipid mengandung ikatan lurus ester pada rantai asam. 2) Archaea meliputi prokaryotes, dinding sel mengandung sedikit asam muramat, memiliki lipid dengan ikatan cabang rantai alifatik eter, sedikit thymidine pada lengan T molekul tRNA, memiliki RNA polymerase khusus, dan memiliki ribosom dengan komposisi dan bentuk berbeda dengan yang ditemukan pada bakteri. 3) Eucarya, memiliki membran yang lebih komplek, struktur organela dibatasi membran. Sistem klasifikasi dalam penggolongan mikroorganisme sikenal istilah atau terminology, diantaranya adalah taksonomi, klasifikasi, nomenklatur, identifikasi,
- 3. sistematik. Ada dua konsep dalam system klasifikasi yaitu 1) sistem Fenetik adalah pengelompokkan organisme didasarkan atas seluruh kesamaan, seringkali sistem alami didasarkan pada kesamaan karakter. 2) sistem filogenetik adalah (filetik) pengelompokkan organisme didasarkan atas hubungan evolusioner. Anggota mikroba terbagi menjadi enam antara lain adalah archaea, bacteria, fungi, algae, protozoa, virus. Archaea beragam baik dalam morfologi maupun fisiologi, termasuk dalam Gram positif atau Gram negatif, bentuk spherical, rod- shaped, spiral, lobed, plate-shaped, tidak berturan atau pleomorphic, bersel tunggal, aggregates atau filaments, memperbanyak dengan pembelahan biner( binary fission), budding, fragmentation, atau mekanisme lain, bersifat aerobik, facultatively anaerobic, obligat anaerob, cara mendapat makanan chemilithoautotrophs sampai organotrophs, beberapa mesofil,meskipun yang lain hyperthermophiles ,dapat tumbuh di atas100属C. Archae sering ditmukan dalam perairan ekstrim dan habitat terestrial, sekarang telah ditemukan pada lingkungan dingin dan terdapat 34%dari biomassa prokariotik di perairan permukaan atlantik , beberapa bersimbiose dalam sistem digestif hewan. Dinding sel archaea tidak tersusun oleh peptidoglikan dan berbeda dengan struktur dinding sel bakteri. Archaea tersusun dari pseudomurein, polisakarida, atau glikoprotein dan protein lain. Klasifikasi taxonomi yang diterima secara luas adalah Bergeys Manual of Systematic Bacteriology. 5000 spesies bakteri teridentifikasi, 3100 terklasifikasi. Bacteria terbagi menjadi empat divisi (Phyla) berdasarkan karakteristik dinding selnya. Kelompok anggota bakteri terbagi menjadi 3, yaitu Gram-Negative Bacteria (Divisi I), Gram-Positive Bacteria (Divisi II), dan Wall-Less Bacteria (Divisi III). Gram-Negative Aerobic Rods and Cocci memiliki sejumlah genera yang penting secara medik, diantara contoh spesiesnya, Pseudomonas memiliki batang dg flagela polar. Banyak yang mengeluarkan pigmen pada media. Pseudomonas aeruginosa dapat menyebabkan urinary tract infections (UTIs), septikemia, bengkak bernanah (abcesses), infeksi luka bakar, infeksi paru pada pasien cystic fibrosis, dan meningitis. Facultative Anaerobic Gram-Negative Rods, Genus Escherichia, E. coli mendiami saluran usus manusia. Sebagian besar strainnya tidak patogen, namun ada
- 4. yang menyebabkan UTIs (urinary tract infections), travelers diarrhea dan food- borne disease. Genus Shigella, hanya ditemukan pada manusia dan menyebabkan travelers diarrhea. Genus Klebsiella, menyebabkan infeksi saluran pernapasan dan saluran air kencing (UTIs). Struktur dan fungsi sel mikroorganisme. Sel-sel prokariot dan eukariot mirip dalam komposisi dan reaksi kimiawinya. Akan tetapi memiliki sejumlah perbedaan utama yaitu, Sel prokariot tidak memiliki nukleus dan organella yang diselubungi membran tetapi eukaryotic memiliki membrane inti dan organella. Dinding sel prokariot memiliki peptidoglikan (polisakarida kompeks) tetapi tidak dijumpai pada dinding sel eukariot. Kebanyakan sel-sel prokariot membelah diri secara biner adapun eukariot secara mitosis. Struktur eksternal prokariot. 1) Kapsul dan selaput lendir (juga disebut glycocalyx) adalah lapisan polysaccharida yang terletak di bagian luar dinding sel, kapsul menjaga bakteri dari fagositosis, desikasi, infeksi viral, dan bahan toksik hidrofobik seperti detergen, juga menambah kemampuan bakteri menempel pada suatu permukaan dan motilitas gliding. Kapsul tersusun teratur dan selaput lendir terdifusi dan tidak teratur. Pili dan fimbriae, struktur seperti rambut yang pendek dan tipis merupakan alat bagi bakteri untuk melekat pada suatu permukaan (fimbrae), bakteri lain selama proses sexual mating (pili). Flagella merupakan alat tambahan yang terdiri dari filament, pengait (hook) dan pangkal (basal body). Flagella prokaryotic flagella memutar untuk pergerakan sel. Flagela adalah struktur lokomosi seperti benang yang keluar dari membran plasma dan dinding sel; dapat tersusun dalam beberapa pola, Monotrichous (flgela tunggal), Amphitrichous (flagela tunggal pada dua sisi sel), Lophotrichous (seberkas flagela pada satu atau kedua sisi sel), dan Peritrichous (flagela pada seluruh permukaan sel). Dinding sel bakteri Gram negative, terdiri lapisan petidoglycan tipis yang diselubungi oleh outer membrane yang terdiri dari lipid, lipoprotein, dan molekul lipopolysaccharida (LPS). LPS dapat berperan dalam sistem proteksi dan dapat berfungsi sebagai endotoksin, menyebabkan beberapa gejala kha infeksi bakteri Gram negative, tidak terdapat asam teikoat pada dinding sel Gram negative. Outer membran bersifat lebih permeable daripada membran plasma karena adanya protein
- 5. porin yang membentuk channel di mana molekules kecil (600-700 daltons) dapat lewat. Membran plasma bakteri terdiri dari phospholipid bilayer, bagian permukaan hidrofilik, bagian interior hidrofobik, molekul asimetri tersebut bersifat amfipatik, kebanyakan membran bakteri tidak mempunyai sterol. Banyak membran archae terdiri dari membran monolayer daripada bilayer. Fluid mosaic model adalah model struktur membran yang paling luas dikenal. Dapat dibedakan 2 tipe protein yang berhubungan dengan membrane, peripheral (terikat tidak kuat dan mudah lepas), dan integral (tertanam dalam membran dan tidak mudah lepas). Membran sangat terorganisir, asimetris, fleksible, dan dinamis. Nukleoid adalah daerah yang berbentuk ireguler di mana ditemukan kromosom prokariot pada kebanyakan prokariot, nukleoid mengandung single circular khromosom. Nukleoid tidak dibatasi oleh membran, tetapi sering tampak berasosiasi dengan membran plasma atau mesosom. Kromosom bakteri adalah molekul DNA yang terkemas secara efisien dengan membentuk loop dan coil. Selain kromosom, banyak bakteri mempunyai plasmid; plasmid biasanya molekul DNA sikuler, tertutup, kecil. Khemotaksis adalah pergerakan bakteri baik menuju atraktan kimia maupun menjauh dari repelen kimia. Konsentrasi atraktan dan repelen dideteksi oleh khemoreseptor yang terdapat pada permukaan bacteria. Ribosom Eucariotik biasanya lebih besar dibandingkan ribosom prokariot, Ribosom Eucaryotic, seperti pada prokariot, bertanggung jawab dalam sintesis protein sel, Beberapa ribosom dapat menempel pada m RNA tunggal, yang disebut polyribosomes atau polysomes, Mereka dapat menempel pada ER atau terdapat bebas dalam cytoplasma. ER-yang berasosiasi dg ribosomes mensintesis membran ptotein integral atau protei yang disekresikan ke luar sel. Ribosom yang bebas, mensintesis protein nonsekresi, nonmembran. Cilia dan flagella merupakan struktur lokomotor yang berbeda dalam panjang dan cara menggerakkan sel. Nutrisi dan pertumbuhan mikroorganisme. Komponen-komponen kimia nutrisi yang diperlukan untuk pertumbuhan mikroorganisme, Macroelements, juga dikenal sebagai macronutrients (C, O, H, N, S, P, K, Ca, Mg, Fe), dibutuhkan oleh
- 6. microorganisms dalam jumlah yang relatif banyak. Elemen dibutuhkan sedikit atau micronutrients (Mn, Zn, Co, Mo, Ni, Cu) dibutuhkan dalam jumlah kecil oleh banyak sel dan kadang disediakan cukup pada air yang digunakan untuk meyiapkan media atau pada komponen reguler media. Medium berdasarkan komposisi, 1) Medium sintesis yaitu media yang komposisi zat kimianya diketahui jenis dan takarannya secara pasti, misalnya Glucose Agar, Mac Conkey Agar. 2) Medium semi sintesis yaitu media yang sebagian komposisinya diketahui secara pasti, misanya PDA (Potato Dextrose Agar) yang mengandung agar, dekstrosa dan ekstrak kentang. Untuk bahan ekstrak kentang, kita tidak dapat mengetahui secara detail tentang komposisi senyawa penyusunnya.3) Medium non sintesis yaitu media yang dibuat dengan komposisi yang tidak dapat diketahui secara pasti dan biasanya langsung diekstrak dari bahan dasarnya, misalnya Tomato Juice Agar, Brain Heart Infusion Agar, Pancreatic Extract. Kurva pertumbuhan mikroorganisme terdapat beberapa fase adalah fase Lag, periode nyata inaktif dimana sel beradaptasi pada lingkungan baru dan menyiapkan untuk pertumbuhan reproduksi, biasnya dengan mensintesis komponen baru sel; ini sangat berbeda lamanya tergantung pada kondisi mikroorganisme dan medium alami dalam hal kelengkapan kimia dan fisik selama periode ini. Fase Exponential (log), periode dimana organisme tumbuh pada kecepatan mungkin maksimal yang diberikan potensi genetiknya, medium alami, kondisi dimana mereka tumbuh; populasi lebih seragam dalam hal kelengkapan kimia dan fisika selama periode ini. Fase Stationer, periode dimana jumlah mikroorganisme yang hidup tetap konstan salah satunya karena aktivitas metabolisme berhenti bereproduksi atau karena kecepatan reproduksi seimbang dengan kecepatan kematian sel. Fase kematian, periode dimana sel-sel mati dengan kecepatan eksponensial. Pengukuran jumlah sel, metode hitung langsung tidak membedakan antara sel hidup dan mati, dan dapat diselesaikan dengan observasi mikroskopik langsung pada slide gores khusus (seperti ruang hitung Petroff-Hausser atau hemacytometers) atau dengan menggunakan penghitung elektronik (seperti Coulter Counters, yang menghitung mikroorganisme seperti aliran mereka melalui lubang atau mulut kecil).
- 7. Menghitung sel hidup meliputi plating sampel dicairkan (menggunakan pour plate atau spread plate) ke dalam media pertumbuhan yang cocok dan melihat formasi koloni, tipe metode hitung ini hanya untuk sel yang aktif bereproduksi, karena tidak mungkin yakin bahwa setiap koloni tumbuh dari satu sel, hasil biasanya diekspresikan sebagai colony forming units (CFU), analisis sampel air sering dilakukan dengan menghitung koloni yang tumbuh pada membrane filters yang mempunyai pori-pori kecil cukup untuk menjebak bakteri. Konsentrasi oksigen, organisme dapat tumbuh dengan adanya O2 adalah aerobe; lainnya yang tidak dapat adalah anaerobe. Obligate aerobes sangat tergantung pada O2 atmosfer untuk tumbuh. Facultative anaerobes tidak membutuhkan O2 untuk tumbuh, namun dapat pula tumbuh baik dengan adanya O2. Aerotolerant anaerobes mengabaikan O2 dan tumbuh sama baiknya apakah ada atau tidak ada O2. Obligate (strict) anaerobes tidak tahan O2 dan mati jika ada O2. Microaerophiles membutuhkan level lebih rendah (2-10%) untuk tumbuh karena tingkat normal atmospher O2 (20%) merusak sel. Hubungan berbeda dengan O2 disebabkan beberapa faktor termasuk inaktifnya protein dan pengaruh racun O2 derivatif (radikal superoxida, hydrogen peroxide, dan radikal hydroxyl), yang mengoksidasi dan menghancurkan unsur sel; banyak mikroorganisme memiliki enzim yang melindungi melawan racun O2 derifat (superoxide dismutase dan catalase). Keterbatasan pertumbuhan oleh faktor lingkungan. Ligkungan mikroba komplek, perubahan secara konstan, dan dapat menampakkan mikroorganisme gradien overlaping nutrien dan faktor lingkungan. Hukum minimum Liebig鱈s menyatakan bahwa total biomassa dari organisme akan dapat ditentukan oleh adanya nutrien pada konsentrasi relatif terendah yang dibutuhkan organisme. Hukum toleransi Shelford鱈s menyatakan bahwa ada batas untuk faktor lingkungan bawah dan atas dimana mikroorganisme tidak dapat bertahan hidup dan tumbuh, tanpa memperhatikan persediaan nutrien dalam respon tingkat nutrien rendah (lingkungan oligotrophic) dan kompetisi hebat, banyak microorganisme merubah morfologinya atau fisiologinya atau kedua-duanya