Mikrobiologi materi 3

Pertumbuhan Mikroba

A.Nutrisi yang dibutuhkan

B.Proses transpor nutrisi

C.Media kultur

D.Faktor yang mempengaruhi pertumbuhan

E.Pertumbuhan mikroba (kurva pertumbuhan)

F.Pengukuran mikroba

Nutrisi Mikroba

Sumber energi

Phototroph

Menggunakan cahaya sebagai sumber energi.

Chemotroph

Menggunakan senyawa organik sebagai sumber energi

(proses oksidasi-reduksi dari senyawa organik)

Mana diantara keduanya yang dibutuhkan oleh bakteri?

Nutrisi Mikroba

Nutrisi merupakan substansi-substansi yang diperlukan untuk biosintesis dan pembentukan energi. Berdasarkan kebutuhannya nutrisi dibagi 2:

Makro elemen : nutrisi yang dibutuhkan dalam jumlah banyak (gram)

Mikro elemen : nutrisi yang dibutuhkan dalam jumlah sedikit (mg-ppm)

cont.

Makroelemen : karbon, oksigen, nitrogen, sulfur, fosfor

C, O, N, S, P (gram)

Diperlukan untuk pembentukan lemak, protein dan asam nukleat

Mikroelemen : kalium, magnesium, kalsium, besi, mangan, zinc, kobalt, molybdenum, nikel, tembaga

K, Mg, Ca, Fe, Mn, Zn, Co, Mo, Ni, Cu (mg-ppm)

Diperlukan sebagai kofaktor enzim dimana enzim memiliki peranan yang penting sebagai katalis berbagai reaksi yang terjadi selama metabolisme sel berlangsung.

Nutrisi mikroba

Sumber karbon

Autotroph

Menggunakan CO2

sebagai sumber karbon (Fiksasi

karbon)

Heterotroph

Membutuhkan senyawa organik sebagai sumber karbon;

tidak dapat menggunakan CO2

sebagai sumber karbon

Mana diantara keduanya yang bisa dilakukan oleh bakteri?

Nutrisi Mikroba

Sumber nitrogen

Nitrogen organik

Berasal dari katabolisme asam amino

Nitrogen anorganik

Nitrate (NO3

2-) and nitrite (NO2

-)

Ammonium (NH4

+)

Nitrogen terlarut (gas N2) (Fiksasi nitrogen)

Nutrisi Mikroba

Sumber fosfat

Fosfat organik

Fosfat anorganik (H2PO4- and HPO4

2-)

Nutrisi Mikroba

Sumber sulfur

Sulfur organik

Sulfur anorganik

Sulfate (SO42-)

Sulfide (S2- or H2S)

Nutrisi

Growth factor

Bagian yang diperlukan oleh sel yang tidak

dapat disintesis oleh sel :

Asam amino

Nukleotida (purin, pirimidin)

Kofaktor enzim (vitamin)

Nutrient Mikroba

Prototrophs vs. Auxotrophs

Prototroph

Organisme yang menggunakan semua nutrien yang diperlukan oleh semua spesies yang sama.

Organisme ini mampu hidup dan tumbuh pada medium minimal yang memang dibutuhkan oleh organisme pada umumnya.

Auxotroph

Organisme yang tidak mampu mensintesis nutrien esensial yang dibutuhkan sehingga membutuhkan prekursor dari lingkungan misal asam nukleat

Proses transpor nutrisi

Difusi sederhana

Pergerakan substansi secara langsung melewati

membran fosfolibid bilayer, tanpa bantuan dari

protein

Gerakan dapat terjadi akibat perbedaan konsentrasi

Konsentrasi tinggi konsentrasi rendah

Tidak memerlukan energi (ATP)

Molekul kecil : e.g. H2O, O

2, CO

2


Difusi terfasilitasi

Pergerakan substansi melewati membran dengan

bantuan protein transpor

Pergerakan dari konsentrasi tinggi konsentrasi rendah

Tidak membutuhkan energi dari sel (ATP)

Dua mekanisme: Kanal & Protein pembawa


Transpor aktif

Pergerakan substansi melewati membran dengan

bantuan dari protein transpor

Pergerakan substansi dari konsentrasi rendah ke

konsentrasi tinggi

Memerlukan energi dari sel (ATP)

Media mikroba

Cair (broth) vs. Media semisolid

Media cair

Komponennya dilarutkan dalam air kemudian disterilisasi

Semisolid medium

Media yang ditambahkan dengan agen pengental :

Agar (sering dipakai)

Gelatin

Silica gel (bahan anorganik)

Nutrient Broth/Agar, Triptic Soya Broth/Agar, Mac Conkey

Agar

Media mikroba

General media

media pendukung banyak pertumbuhan mikroba

eg. TSB, TSA

Enrichment media (media penyubur)

media yang digunakan untuk mempercepat pertumbuhan

mikroba tertentu. Media menggunakan bahan/zat yang serupa

dengan habitat tempat mengisolasi mikroba tersebut

eg. Actinomycetes broth

Media kompleks

Komposisi bahan dalam media tidak diketahu secara pasti.

Seringkali berasal dari bahan organik

eg. soybean/ sari kedelai, starch/pati, corn/sari jagung.

Media Mikroba

Media selektif

Mengandung agen yang dapat menghambat pertumbuhan dari

bakteri tertentu sementara bakteri lain tidak dihambat.

Biasanya digunakan untuk mengisolasi organisme spesifik dari

populasi yang besar.

eg. Media+antibiotik

Media diferensial

Mengandung indikator yang akan memberikan reaksi yang

berbeda ketika dikonsumsi oleh mikroorganisme yang berbeda

(koloni yang akan menghasilkan warna yang berbeda)

Digunakan untuk mengidentifikasi/membedakan

mikroorganisme tertentu dari suatu populasi.

eg. Media darah agar

Faktor yang mempengaruhi pertumbuhan

Beberapa mikroba dapat bertahan hidup dibawah kondisi dimana mikroba tersebut tidak dapat hidup.

Akhiran phile (fil) seringkali digunakan untuk mendeskripsikan kondisi dimana organisme tersebut dapat tumbuh. eg. thermophilic bacterium atau bakteri termofilik

Sedangkan akhiran tolerant digunakan untuk mendeskripsikan kondisi dimana organisme tersebut dapat bertahan hidup, meski tidak dapat tumbuh. eg. Thermotolerant bacteria atau bakteri termotoleran artinya bakteri tersebut dapat tumbuh pada suhu rendah namun dengan kenaikan suhu bakteri tersebut masih dapat bertahan hidup.


Obligat (strict) vs. fakultatif

Obligat (strict) artinya kondisi yang harus tersedia/ dibutuhkan untuk tumbuh

Fakultatif artinya organisme dapat tumbuh dibawah kondisi tersebut namun tidak harus tersedia dalam lingkungan.

Istilah fakultatif biasa diterapkan untuk kondisi sub-optimal/ dibawah kondisi optimal

eg. obligat termofil = memerlukan suhu tinggi agar dapat tumbuh

fakultatif termofil = artinya dapat tumbuh pada suhu tinggi maupun suhu yang relatif lebih rendah.

eg. Obligat aerob, fakultatif aerob


Temperatur

Pada umumnya bakteri dapat tumbuh pada range 20 30C . Temperatur optimal merupakan temperatur tertentu dimana mikroba dapat tumbuh dengan kecepatan pertumbuhan paling tinggi.

Psychrophiles: 0C; optimal = 0C 15C

Psychrotrophs: 0 10C; optimum = 20 30C and maximum around 35C

Mesophiles: Optimum around 20 45C

Moderate thermophiles: Optimum = 55 65 C

Extreme thermophiles (Hyperthermophiles): Optimum = 80 113 C

Suhu berkaitan dengan aktivitas enzim dalam sel.


pH

Indikator konsentrasi ion hidrogen. pH akan mempengaruhi ionisasi gugus fungsional dalam molekul organik. Perubahan konformasi=menganggu aktivitas eg. enzim

Acidophiles:

optimal ~pH 0 and 5.5 Neutrophiles

optimal pH 5.5 and 8

Alkalophiles

optimal pH 8 11.5


Kadar garam

Berkaitan dengan tekanan osmotik. Bakteri harus berada dalam kondisi yang seimbang untuk mencegah terjadinya plasmolisis maupun pengkerutan sel. Membran sel rusak=aktivitas sel berhenti

Halophiles membutuhkan kadar garam tinggi untuk tumbuh eg.Halobacterium

Osmotolerant (halotolerant) organisme yang dapat tumbuh pada rentang kadar garam luas organisms eg.Staphylococcus aureus


Konsentrasi oksigen

Strict aerobes: membutuhkan oksigen untuk tumbuh (~20%)

Strict anaerobes: membutuhkan kondisi tanpa oksigen untuk tumbuh

Facultative anaerobes: Dapat tumbuh dengan baik jika tersedia oksigen di lingkungannya namun tetap dapat tumbuh tanpa adanya oksigen meski dengan kecepatan tumbuh yang rendah.

Aerotolerant anaerobes: dapat tumbuh dengan baik meski oksigen tersedia atau tidak tersedia di lingkungannya.

Microaerophiles: membutuhkan konsentrasi oksigen yang rendah untuk tumbuh (~2 10%)

Pertumbuhan

Istilah pertumbuhan/tumbuh pada umumnya digunakan untuk

mendefinisikan suatu peristiwa pembelahan sel (reproduksi untuk

mikroorganisme)

batch culture merupakan sistem tertutup dalam suatu media cair.

Dalam batch culture tidak terdapat proses penambahan media lagi

setelah inokulasi mikroba

Waktu generasi (Generation time): Selang waktu yang dibutuhkan

bagi sel untuk membelah diri. Sehingga suatu populasi dapat

memiliki jumlah 2x lipat dari populasi awal.

Tidak semua bakteri memiliki waktu generasi yang sama.

Pertumbuhan

Dalam sistem tersebut pertumbuhan mikroba

terjadi dalam 4 tahapan:

Lag stage (fase lag)

Logarithmic (exponential)growth (fase eksponensial)

Stationary stage (fase stasioner)

Death stage (fase kematian)

Fase lag : fase adaptasi yaitu fase penyesuaian mikroba pada suatu lingkungan baru

Fase eksponensial: mikroba membelah pada kecepatan maksimum

Fase stationer : pertumbuhan mikroba berhenti terjadi keseimbangan antara jumlah mikroba yang hidup dengan yang mati

Akumulasi produk toksik dan ketersediaan nutrisi yang berkurang menyebabkan terjadinya kematian sel

Fase kematian

Growth in Batch Culture

Pengukuran Pertumbuhan Mikroba

Pertumbuhan mikroba dapat diukur dengan 2

cara:

Pengukuran secara langsung

Pengukuran secara tidak langsung


Terdapat beberapa metode pengukuran mikroba

secara langsung, antara lain :

Pengukuran dengan bilik hitung (counting chamber)

Pengukuran dengan electronic counter

Pengukuran dengan Platting technique

Pengukuran dengan Membrane Filtration Technique

Pengukuran dengan bilik hitung (counting chamber)

- Terdapat 2 jenis alat bilik hitung :

- - Petroff-Hausser counting chamber : mikroba prokariot

- -Hemositometer : mikroba eukariot

Prinsip : sel mikroba akan terlihat pada suatu medan/area hitung,

kemudian mikroba dapat dihitung secara langsung (manual).

Keuntungan : morfologi sel terlihat, dapat diukur dengan mudah dan

cepat

Kerugian : kesulitan membedakan sel yang hidup dan sel yang mati.

Sel yang hidup (motil/bergerak). Sehingga sel yang mati dapat ikut

terhitung

Pengukuran dengan electronic counter

Prinsip : Sel mikroba akan dilewatkan pada suatu lubang (orifice)

yang dialiri arus listrik. Sel akan terdeteksi dengan naiknya

tahanan listrik

Keuntungan : akurat dan cepat

Kerugian : sel mati dan hidup tidak dapat dibedakan, tidak dapat

digunakan untuk bakteri (karena adanya gangguan debris)

Pengukuran dengan Platting technique

Prinsip : Dihitung berdasarkan asumsi bahwa koloni yang

terbentuk berasal dari 1 sel mikroba. Sehingga 1 koloni=1 sel

mikroba. Dapat dihitung secara manual maupun dengan peralatan

(colony counter)

Satuan yang didapatkan berupa CFU (Colony Forming Units)

Eg. 106 CFU = 106 koloni= 106 bakteri

Mikroba ditumbuhkan pada suatu media. Koloni yang terbentuk

(25-250 atau 30-300), kemudian dihitung.

Keuntungan : Dapat menghitung sel hidup, digunakan untuk

menghitung mikroba yang berasal dari berbagai sampel (air,

makanan, tanah), sederhana

Kerugian : media harus sesuai dan kurang akurat (1 koloni belum

tentu berasal dari 1 bakteri)

Pengukuran dengan Membrane Filtration Technique

Prinsip :

Sama dengan Platting Technique, hanya berbeda pada metode

pengkulturan bakteri/mikrobanya.

Pada membrane filtration technique dilakukan langkah filtrasi

sampel. Kemudian filtrat dan membran filtrasi diletakkan pada

media.

Koloni yang terbentuk dihitung.

Keuntungan : Dapat menghitung sel hidup, digunakan untuk

menghitung mikroba yang berasal dari berbagai sampel (air,

makanan, tanah)

Kerugian : media harus sesuai dan kurang akurat (1 koloni belum

tentu berasal dari 1 bakteri), tidak ekonomis


Terdapat beberapa metode pengukuran mikroba

secara tidak langsung, antara lain :

Pengukuran kekeruhan (turbidity)

Pengukuran aktivitas metabolik

Pengukuran berat sel kering (BSK)

Pengukuran kekeruhan (turbidity)

Metodenya disebut turbidimetri

Prinsip : Bakteri yang tumbuh, terus menerus membelah diri akan

membuat suatu media cair menjadi keruh. Kekeruhan yang

ditimbulkan diasumsikan = jumlah bakteri yang terdapat dalam

media cair tersebut.

Peralatan : spektrofotometer

satuan OD (Optical density)

Pengukuran aktivitas metabolik

Prinsip : Pengukuran jumlah mikroba berdasarkan asumsi bahwa

produk metabolit tertentu yang dihasilkan sama dengan jumlah

mikroba yang terdapat dalam suatu media.

Eg. Pengukuran CO2 yang dihasilkan = jumlah mikroba

Pengukuran metabolit, misalnya senyawa berwarna = jumlah

mikroba

Pengukuran berat sel kering (BSK)

Pada umumnya digunakan untuk mikroba berupa fungi yang

berfilamen.

Prinsip : Pengukuran jumlah mikroba berdasarkan berat sel

kering yang dihasilkan oleh mikroba tersebut selama

pertumbuhan.

Mikroba dipisahkan dari media. Mikroba dicuci dan dikeringkan,

kemudian ditimbang sampai tercapai berat yang konstan. Berat

inilah yang dihitung sebagai berat sel kering.

Eg. Miselium yang dihasilkan dari fungi dipisahkan dari media,

dicuci, dikeringkan, ditimbang = berat sel kering.

Bakteri juga bisa dihitung dengan BSK hanya saja dibutuhkan

kultur yang besar jumlahnya.

Mikrobiologi materi 3

Documents

Transcript of Mikrobiologi materi 3