1

PERANAN MIKROBIOLOGI

Mikroba banyak berperan dalam berbagai bidang kehidupan, berperan dalam bidang:

Lingkungan Kesehatan Pangan dan Industri makanan Pertambangan Industri Kimia , dll.

MIKROBIOLOGI LINGKUNGAN

Dikenalkan 1970-an dengan pokok tinjauan pada kesehatan masyarakat dan lingkungan dan terus berkembang hingga mencakup bidang yang luas dan berkait dengan bidang ilmu lainnya.

Definisi :

Studi tentang keberadaan mikroba pada lingkungan alami maupun buatan (Hurst et al.,1997)

Ilmu yang mempelajari pengaruh penerapan mikroba pada lingkungan, aktivitas, kesehatan dan kesejahteraan manusia (Maier et al., 1999)

Mikrobiologi Lingkungan meliputi :1 Mikroba pada Proses Pembusukan 2 Mikroba pada Lingkungan Tanah3 Mikroba pada Lingkungan Air4 Mikroba pada Lingkungan Udara 5 Mikroba pada Lingkungan yang Ekstrim

1. Mikroba pada Proses Pembusukan (Dekomposisi)

Autolisis adalah perlunakan dan pencairan jaringan yang terjadi dalam keadaan steril melalui proses kimia yang disebabkan oleh enzim-enzim intraseluler, sehingga organ-organ yang kaya dengan enzim-enzim akan mengalami proses autolisis lebih cepat daripada organ-organ yang tidak memiliki enzim, dengan demikian pancreas akan mengalami autolisis lebih cepat dari pada jantung

2

Proses auotolisis terjadi sebagai akibat dari pengaruh enzim yang dilepaskan pasca mati (Atmaja, Dahlan, Marshall) . Mulai dari nukleoprotein (pada kromatin), sitoplasma, dinding sel hancur jaringan akan menjadi lunak dan mencair.

Proses autolisis dihambat oleh suhu :

Suhu rendah pelepasan enzim terhambat

Suhu tinggi enzim-enzim sel rusak

Proses autolisis tidak dipengaruhi oleh mikroorganisme

Pembusukan adalah proses degradasi jaringan pada tubuh mayat yang terjadi sebagai akibat proses autolisis dan aktivitas mikroorganisme.

(Coe dan Currant) mengatakan pembusukan adalah proses penghancuran jaringan pada tubuh yang disebabkan terutama oleh bakteri anaerob yang berasal dari traktus gastrointestinal bakteri Coliformis dan Clostridium Welchii (yang utama) dan bakteri lain Streptococcus, Staphylococcus, B.Proteus,jamur dan enzim-enzim seluler juga memberikan kontribusinya sebagai organisme penghancur jaringan pada fase akhir dari pembusukan.

Sesaat setelah makhluk hidup tidak bernyawa pertahanan tubuh tidak aktif bakteri masuk jaringan dan sel menghasilkan enzim penghancur sel (protease) mendegradasi protein dg memutuskan ikatan, dikuti bakteri heterotrof dari udara, tanah atau air . menghasilkan asam amino difermentasi oleh bakteri asetogen dan bereaksi dengan oksigen menghasilkan asam asetat (bau tidak sedap) diproses oleh bakteri metanogen (Methanolhemobacter thermoantrotrophicum) yang biasa hidup di lingkungan kotor seperti selokan dan pembuangan limbah mereaksikan asam asetat dengan gas hidrogen dan karbondioksida Metana dalam bentuk gas (berbau busuk)

Selain asam asetat dan metana, beberapa bakteri menghasilkan gas hidrogen sulfida yang baunya seperti telur busuk. Bau busuk mayat di lautan yang bercampur dengan uap garam bersifat racun, dapat mereduksi konsentrasi elektrolit dalam tubuh. Produk berbahaya selain gas juga menghasilkan cairan asam dan cairan lain yang mengandung toksik menimbulkan berbagai penyakit

3

Sifat-sifat inilah yang harus diperhatikan para relawan agar berhati-hati dan meningkatkan kinerja penanganan mayat dengan mengikuti prosedur standar. Prosedur standar antara lain menggunakan Masker Standar Minimal WHO (tipe N-95), memakai sarung tangan khusus seperti standar petugas kamar mayat, serta mencuci tangan sebelum dan sesudah mengangkat mayat. Langkah terbaik adalah segera menguburkan mayat, beradu cepat sebelum ‘pesta para mikroba digelar’.

Selain itu, mikroorganisme ini juga dapat digunakan sebagai agen pembusuk alami, yang akan mendekomposisi sampah-sampah organik menjadi materi inorganik sehingga dapat mengurangi kuantitas sampah, menyuburkan tanah dan dapat menjadi sumber nutrisi bagi tumbuhan

2 Mikroba pada Lingkungan Tanah

Peran Mikroorganisme Tanah yang Merugikan

1. Patogen pada manusia dan hewan :- Salmonella- Bacillus anthracis : antrax, bertahan 10 tahun, endospora.- Clostridium tetani, C. botulinum, C. perfringens : habitat

normal di tanah, masuk melalui makanan atau luka sbg toksin, endospora.

2. Patogen pada tumbuhan :- Fungi : paling banyak, dapat tumbuh pada kelembaban yang

rendah. Contoh : rebah kecambah dan busuk akar (Rhizoctonia solani), penyakit karat daun disebabkan oleh jamur karat (Uredinales)

- Bakteri : menyerang akar3. Denitrifikasi

Oksigen dalam tanah kurang denitrifikasi, yaitu nitrat direduksi sehingga terbentuk nitrit dan akhirnya menjadi amoniak yang tidak dapat dimanfaatkan oleh tumbuhan. Contoh bakteri yang menyebabkan denitrifikasi adalah Micrococcus denitrificans dan Pseudomonas denitrificans

Peran Mikroorganisme Tanah yang MenguntungkanMikroorganisme tanah yang menguntungkan dikatagorikan sbg:

4

Penyedia hara dan Peningkat ketersediaan hara biofertilizer (pupukhayati)

Mikroba diperlukan untuk menjaga ketersediaan tiga unsur hara yang penting bagi tanaman antara lain, ±74% Nitrogen (N), fosfat (P), dan kalim (K).

N di udara tersebut harus ditambat oleh mikroba dan diubah bentuknya terlebih dahulu agar bisa langsung dimanfaatkan oleh tanaman.

Fiksasi Nitrogen

Berlangsung dgn bantuan kompleks enzim nitrogenase diatur oleh sistem operon gen yang rumit, termasuk gen nif .

Fiksasi N memerlukan cukup banyak energi dalam bentuk ATP dan koenzim

N2 + 6e -  2NH3 (G’0 = +150 kkal/mol = +630 kJ/mol)

Fiksasi berlangsung apabila di lingkungan konsentrasi ammonia menurun/rendah

Fiksasi N dilakukan oleh beberapa bakteri yang hidup bebas maupun bersimbiosis dengan akar tanaman

a. Tidak bersimbiosis : Azotobacter, Beijerinckia, Clostridium, Klebsiella,Enterobacter, Bacillus, Rhodospirillum, Chlorobium, Cyanobacteria, populasi tertinggi ditemukan di Rizosfir.

5

b. Bersimbiosis, dapat dibedakan simbiosis antara :1) Mikroorganisme dengan selain Leguminoseae

- Cyanobacteria (Blue Green Algae) dengan paku : Anabaena azolla hidup pada rongga udara daun paku air Azolla pinnata.

- Anabaena cycadae pada akar Cycas (pakis).- Nostoc spp. Pada akar karang cemara laut (Cassuarina

equisetifolia).- Lichens : Cyanobacteria dengan jamur

2) Mikroorganisme dengan Leguminoseae (tanaman kacang-kacangan)Rhizobium leguminosarum, Rhizobium phaseoli,

Rhizobium trifolii, dan Bradyrhizobium. Proses Pembentukan Nodul sebagai berikut :Rhizobium berkumpul di sekitar rambut akar

menyebabkan bulu akar mensekresikan triftofan. Triftofan oleh Rhizobium diubah menjadi indol asetat.

Adanya indol asetat menyebabkan bulu akar mengkerut. Bakteri dapat menghasilkan enzim yang dapat melarutkan pektat yang terdapat dalam fibril (selulosa), menyebabkan dinding bulu akar menjadi tipis.

Rhizobium akibat adanya kelarutan pektat kemudian berubah menjadi bulat dan kecil-kecil dan dapat bergerak menembus dinding bulu akar.

Di dalam bulu akar bakteri memperbanyak diri, kemudian memasuki bagian akar membentuk benang infeksi, sehingga koloni bakteri didapatkan pada setiap sel akar. Rhizobium membentuk bakteroid dalam sel akar tumbuhan.

Selanjutnya sel-sel tumbuhan dan bakteri melakukan pembelahan terbentuk nodul akar yang matang/dewasa.

Mikroba pelarut unsur fosfat (P) dan kalium (K). Kandungan P yang cukup tinggi (jenuh) pada tanah sedikit sekali yang dapat digunakan oleh tanaman karena terikat pada mineral liat tanah. Mikroba pelarut P melepaskan ikatan P dari mineral liat dan menyediakannya bagi tanaman. Banyak sekali mikroba yang mampu melarutkan P, antara lain: Aspergillus sp, Penicillium sp, Pseudomonas sp dan Bacillus megatherium. Mikroba yang berkemampuan tinggi melarutkan P, umumnya juga berkemampuan tinggi dalam melarutkan K.

Membantu Penyerapan unsure hara

6

Simbiosis antara hifa jamur dengan akar tumbuhan tinggi (Mikroriza), peran jamur dapat membantu penyerapan nutrien akar dari tanah, terutama nutrien yang tidak mobile seperti fosfor. Peran tumbuhan terhadap kehidupan jamur mendapatkan nutriendari tumbuhan (karbohidrat, asam amino, vitamin,dll).Terdapat 2 tipe mikoriza:a. Ektomikoriza : hifa menutupi ujung akar (mantel hifa), masuk

ke ruang antar sel (kortek).b. Endomikoriza (vesicular-arbuscular mikoriza) : hifa

membentuk mantel yang tidak jelas, masuk ke sel-sel akar.

Pengontrol organisme pengganggu tanaman ( sbg agen biokontrol)

Mikroba yang dapat mengendalikan hama tanaman antara lain: Bacillus thurigiensis (BT), Bauveria bassiana , Paecilomyces fumosoroseus, dan Metharizium anisopliae membentuk endotoksin yang mematikan serangga.

Mikroba yang dapat mengendalikan penyakit tanaman misalnya: Trichoderma sp yang mampu mengendalikan penyakit tanaman yang disebabkan oleh Gonoderma sp, JAP (jamur akar putih), dan Phytoptora sp.

Pengurai bahan organik dan pembentuk humus

Sel-sel yang mati membentuk zat hasil pengurai seperti CO2 dan NH3 (gas amoniak). Sebagian dari amoniak terlepas ke udara dan sebagian dipergunakan oleh beberapa genus bakteri (misalnya Nitrosomonas dan Nitrosococcus) untuk membentuk nitrit. Oksidasi amoniak menjadi nitrit dan oksidasi nitrit menjadi nitrat berlangsung di dalam lingkungan yang aerob. Peristiwa seluruhnya disebut nitrifikasi.

Oksidasi amoniak menjadi nitrit oleh bakteri nitrit. Proses ini dinamakan nitritasi.

7

Oksidasi senyawa nitrit menjadi nitrat oleh bakteri nitrat. Prosesnya dinamakan nitratasi

Pemantap agregat tanah

Agregat yang stabil menciptakan kondisi yang baik bagi pertumbuhan tanaman lingkungan fisik yang baik untuk perkembangan akar tanaman Agen organik yang dapat meningkatkan kemantapan agregat tanah ialah produk dekomposisi biomas, eksopolisakarida (EPS) berasal bakteri, miselium fungi, dan produk hasil sintesis tanaman.Azotobacter vinelandii, Flavobacterium sp., Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas diminuta, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas putida memiliki potensi menghasilkan EPS eksopolisakarida untuk pembentukan dan kemantapan agregat tanah.

Perombak persenyawaan agrokimia

Peran lain mikroba dalam teknologi kompos bioaktif. Kompos bioaktif adalah kompos yang diproduksi dengan bantuan mikroba lignoslulotik unggul yang tetap bertahan di dalam kompos dan berperan sebagai agen hayati pengendali penyakit tanaman.

Teknologi kompos bioaktif ini menggunakan mikroba biodekomposer mempercepat proses pengomposan, dan mikroba akan tetap hidup dan aktif di dalam kompos dan berperan untuk mengendalikan organisme.

8

3. MIKROBIOLOGI LINGKUNGAN AIR (AKUATIK)

Komponen kehidupan di dalam air, terdiri dari1. Mikroba : bakteri, jamur, mikroalga, protozoa, virus2. Hewan dan tumbuhan airMikroba dalam air ada yang menguntungkan Makanan ikan : fitoplankton dan zooplankton. Contoh :

mikroalga (chlorella, scenedesmus, hydrodiction, pinnularia, dan lain-lain)

Dekomposer : pengolahan limbah secara biologis Produsen : adanya mikroalga yang dapat berfotosintesis

sehingga meningkatkan oksigen terlarut Konsumen : hasil rombakan organisme dimanfaatkan oleh

mikroalga, bakteri, jamur

Mikroba dalam air ada yang tidak menguntungkan Penyebab penyakit : Salmonella (tipus / paratipus), Shigella

(disentri basiler), Vibrio (kolera), Entamoeba (disentri amoeba) Penghasil toksin : bakteri anaerobik (Clostridium), bakteri

aerobik (Pseudomonas, Salmonella, Staphylococcus, dan lain-lain), mikroalgae (Anabaena, Microcystis).

Mikroba air yang merugikan dapat menyebabkan :Blooming menyebabkan perairan berwarna, ada endapan, dan bau amis, disebabkan oleh meningkatnya pertumbuhan mikroalga (Anabaena flos-aquae dan Microcystis aerugynosa)Bakteri besi : Fe2+ (oksidasi oleh bakteri Crenothrixsphaerotilus) menjadi Fe3+

Bakteri belerang : SO42- (reduksi oleh bakteri Thiobacillus

cromatium) menghasilkan H2S (bau busuk)

Kualitas biologis air didasarkan pada kehadiran kelompok-kelompok mikroba tertentu seperti mikroba patogen (penyakit perut), pencemar (terutama Coli), penghasil toksin dsb.Indikator kehadiran bakteri coliform merupakan polusi kotoran akibat kondisi sanitasi yang buruk terhadap air dan makanan.Bakteri coliform ada 2 jenis :1. Fekal : berasal dari tinja manusia dan mamalia (misal :

Escherichia coli)

9

2. Nonfekal : berasal dari sumber lain (misal : Enterobacter aerogenes, Klebsiella)

Untuk melihat kualitas air dengan indikator coliform, maka perlu dilakukan uji kualitatif dan kuantitatif bakteri coliform.melalui 3 tahapan yaitu uji Penduga (presumptive test), uji Penetap (Confirmed Test), uji Pelengkap (Completed test).

Ciri-ciri utamanya yaitu bakteri gram negatif, batang pendek, tidak membentuk spora, memfermentasi laktosa menjadi asam dan gas yang dideteksi dalam waktu 24 jam inkubasi pada 37º C. Sampel ditumbuhkan pada seri tabung sebanyak 3 atau 5 buah tabung untuk setiap kelompok. Media pada tabung adalah Lactose Broth yang diberi indikator perubahan pH dan ditambah tabung durham.

Penghitungan bakteri coliform juga dapat menggunakan metode Millipore MembraneFilter menggunakan filter membran steril pori yang berdiameter 0,22 – 0,45 µm

4. MIKROBIOLOGI LINGKUNGAN UDARA

Mikroba di udara bersifat sementara dan beragam. Udara bukanlah suatu medium tempat mikroorganisme tumbuh merupakan pembawa bahan partikulat debu dan tetesan cairan, yang mungkin dimuati mikroba.

10

Jumlah dan macam mikroorganisme dalam suatu volume udara bervariasi sesuai dengan lokasi, kondisi cuaca dan jumlah orang sbg sumber pencemar

Kelompok kehidupan di udara

Kelompok mikroba yang paling banyak berkeliaran di udara bebas adalah bakteri, jamur (termasuk di dalamnya ragi) dan juga mikroalge. Kehadiran jasad hidup tersebut di udara, ada yang dalam bentuk vegetatif (tubuh jasad) ataupun dalam bentuk generatif (umumnya spora).

Kelompok mikroba yang paling banyak ditemukan sebagai jasad hidup yang tidak diharapkan kehadirannya melalui udara, umumnya disebut jasad kontaminan antara lain adalah:

1. Bakteri: Bacillus, Staphylococcus, Pseudomonas, Sarcina dan sebagainya.

2. Jamur: Aspergillus, Mucor, Rhizopus, Penicillium, Trichoderma, dan sebagainya.

3. Ragi: Candida, Saccharomyces, Paecylomyces, dan sebagainya.

4. MIKROBIOLOGI LINGKUNGAN EKSTRIM

ARCHAEA: prokariot yang mempunyai keunikan pada RNA ribosomal, tidak mempunyai peptidoglikan dan memiliki lipid yang unik pada membran. Banyak archaea ditemukan di lingkungan ekstrem, yaitu hidup dalam konsentrasi tinggi pada material metal, temperatur, pH, dan salinitas.

Halofil : yang hidup dilingkungan dg kadar garam tinggi. optimal pd lingkungan dg kadar garam 20%. beberapa bakteri halofil membutuhkan lingkungan dg kadar garam 10 x lbh tinggi dari kadar garam air laut (3,5%).Archaebacteria Gram-- Halobacterium dan Halococcus. Konsentrasi NaCl minimum 2,5 – 3.0 M dan optimal 4 – 5 M NaCl tidak autolisis meskipun pd medium dgn konsentrasi garam rendah atau dalam akuades. Struktur permukaan sel

11

yang kaku dan tebal mengandung polisakarida dgn rasio 1/3 sampai ½ drpd struktur

Termoasidofilik : lingkungan ekstrim yang panas dan asam. kondisi optimal pada temperature 60-800C dengan pH 2-4. bakteri ini terdapat pada daerah yang mengandung asam sulfat mis. dikawah vulkanik. Sulfolobus islandicus menangkap oksigen dan gas-gas vulkanik, lalu melepaskan asam sulfat. Sangat sulit bagi mereka untuk bertahan lama di luar habitat aslinya. Desulfovibrio dpt tumbuh pada 104o C di bawah 100 atm

Methanogen : mikroba (archaea) dan hampir serupa dengan bakteri bertanggung jawab terhadap produksi methane alami yang ada di bumi, menggunakan karbon dioksida untuk membuat methane. Contoh bakteri metanogen : Mathanobacterium, Mathanobacillus, Methanosacaria, dan Methanococcus

Hyperthermofilik : mikroba yang dapat bertahan hidup pada suhuyang tinggi. Bacillus stearothermophilus dan Clostridium sp. yang tahan hidup pada lingkungan dengan kisaran suhu 50 – 70 oC . Pyrococcus furiosus enzim glutamat dehidrogenase dari yang tahan disimpan pada suhu 100 derajat celcius berjam-jam, tanpa kehilangan aktivitasnya. Thermus aquaticus

enzim polimerase DNA yang digunakan pada teknik PCR (Polymerase Chain Reaction dilakukan pada suhu tinggi antara 70 – 90 oC.

BIOREMEDIASI SENYAWA PENCEMAR

Bioremediasi senyawa organik : Proses mengubah senyawa pencemar organik yang berbahaya menjadi senyawa lain yang lebih aman dengan memanfaatkan organisme.

Melibatkan proses degradasi molekular melalui aktifitas biologis mempercepat degradasi senyawa pencemar yang berbahaya agar turun konsentrasinya atau menjadi senyawa lain yang lebih tidak berbahaya melalui rekayasa proses alami atau proses mikrobiologis dalam tanah, air dan udara

Contoh: Pseudomonas stutzei, P mallei, Bacillus alvei, B cereus, bb sphaericus lumpur minyak bumi yang mengandung hidrokarbon