Pertumbuhan dan Perkembangan mikroba

BAB 3.

PERTUMBUHAN DAN PERKEMBANGAN MIKROBA

TIU:    Setelah mengikuti perkuliahan ini, mahasiswa dapat mempelajari pertumbuhan dan perkembanagn mikroba, factor yang mempengaruhinya dan perkembangbiakannya.

TIK: 1.   Setelah mengikuti perkuliahan ini, mahasiswa dapat mampu mendeskripsikan pertumbuhan dan kurva pertumbuhan mikroba.

          2.   Setelah mengikuti perkuliahan ini, mahasiswa dapat Mampu menjelaskan factor yang mempengaruhi pertumbuhan mikroba.

3. Setelah mengikuti perkuliahan ini, mahasiswa dapat mampu memahami bagaimana perkembangbiakan mikroba.

A.    Pertumbuhan dan Kurva Pertumbuhan

Pertumbuhan jasad hidup, dapat ditinjau dari dua segi yaitu pertumbuhan secara individu dan pertumbuhan secara kelompok atau populasi.Pertumbuhan individu yaitu adanya penambahan volume sel serta bagian-bagian lainnya atau penambahan kuantitas isi dan kandungan didalam selnya.Pertumbuhan populasi yaitu akibat dari adanya pertumbuhan individu misalnya dari satu sel menjadi dua sel, dua sel menjadi empat, dari empat sel manjadi delapan sel dan seterusnya hingga berjumlah banyak.

Cara khas reproduksi bakteri misalnya ialah pembelahan biner melintang, satu sel membelah diri menghasilkan dua sel. Jadi bila kita mulai dengan satu bakteri tunggal, maka populasi bertambah secara geometrik:

1→2→2²→2³→2⁴→2⁵,…,2ⁿ atau dengan perhitungan sederhana

1→2→4→8→16→32, .....

2n semata-mata merupakan singkatan aljabar yang artinya jumlah akhir-dalam hal ini, jumlah maksimum sel yang ada pada akhirnya dicapai di dalam populasi).Selang waktu yang dibutuhkan bagi sel untuk membelah diri atau untuk populasi menjadi dua kali lipat dikenal sebagai waktu generasi.Tetapi metode yang lebih praktis dan umum ialah menginokulasi suatu medium dengan bakteri dalam jumlah yang diketahui, membiarkan mereka tumbuh pada kondisi optimum, dan menentukan populasi pada interval waktu tertentu secara berkala.

Data percobaan yang dibutuhkan untuk menghitung waktu generasi ialah:

1.   Jumlah bakteri yang ada pada mulanya, yaitu di dalam inokulum

2.   Jumlah bakteri yang ada pada akhir waktu tertentu

3.   Interval waktu

Misalnya kecepatan pertumbuhan dan perbanyak sel bakteri dalam waktu 10 jam, dari 1 sel dapat berubah menjadi 1.048.576 sel kalau lingkungannya memungkinkan (dalam keadaan optimal).Karena pertambahan jumlah yang sangat besar dalam waktu yang relatif singkat, perhitungan jumlah tersebut dilakukan secara logaritmik dan aritmik.

Kurva pertumbuhan merupakan penjabaran dari penambahan jumlah sel dalam kurun waktu tertntu, misal kurun waktu tersebut bernilai b, maka:

(a) pada generasi pertama,         b = 1 × 2

(b) pada generasi kedua,             b = 1 × 22

(c) pada generasi ke-n                 b = 1 × 2n

                                                                Sehingga:

b = a × 2n

Dimana a merupakan jumlah sel/individu awal.

Pertumbuhan bakteri sesuai dengan waktu

WAKTU (JAM)	JUMLAH SEL
0	1
0.5	2
1	4
1.5	8
2	16
2.5	32
3	64
3.5	128
4	256
4.5	512
5	1.024
-	-
10	1.048.576

Dengan perhitungan logaritma, persamaan dapat dituliskan menjadi:

log^b         = log 10ⁿ + a log 10²

                                                 = log 10^a + 0,301ⁿ

                                = log 10^b – log 10^a

Atau n     = 0,301

Kurva Pertumbuhan

Fase dalam pertumbuhan mikroba telah dikenal luas oleh ahli mikrobiologi. Terdapat 4 fase pertumbuhan bakteri ketika ditumbuhkan pada kultur curah yaitu fase adaptasi (lag phase), fase perbanyakan  (exponential phase), fase statis (stationer phase) dan fase kematian (death phase) (Purwoko, 2009: 33)

Kurva pertumbuhan mikroba merupakan gambaran pertumbuhan secara bertahap sejak awal hingga terhenti mengadakan kegiatan. Kurva ini umumnya terbagi ke dalam beberapa fase yaitu:

1.     Fase lag atau fase lamban

Selama fase ini pertumbuhan individu tidak secara nyata terlihat. Karena fase ini dapat juga sebagai fase adaptasi (penyesuaian) ataupun fase pengaturan jasad untuk suatu kegiatan dalam lingkungan yang mungkin baru, sehingga bentuk kurva selama fase ini umumnya mendatar.

2.     Fase eksponensial atau logaritmik

Perubahan bentuk dan peningkatan jumlah individu akan terjadi sehingga bentuk kurva meningkat dengan tajam (menanjak). Peningkatan ini harus diimbangi dengan banyak faktor lingkungan antara lain:

a.     Lingkungan biologis, yaitu bentuk dan sifat jasad, asosiasi kehidupan di antara jasad yang ada kalau jumlah dan jenis lebih dari satu.

b.     Lingkungan non-biologis, antara lain kandungan nutrien dalam media, temperatur, kadar oksigen, cahaya dan sebagainya.

3.     Fase pengurangan pertumbuhan

Merupakan puncak dari fase logaritmik sebelum mencapai fase selanjutnya, di mana penambahan jumlah individu mulai berkurang atau menurun yang disebabkan oleh banyak faktor antara lain berkurangnya sumber nutrien dalam media, tercapainya kejenuhan pertumbuhan jasad dan sebagainya.

4.     Fase stasioner

Pengurangan sumber nutrien serta faktor-fktor lain yang terkndung di dalam jasadnya sendiri, mencapai puncak ppertumbuhan pada titik yang tidak bisa dilampaui lagi, sehingga selama fase ini gambaran kurva akan mendatar. Populasi jasad hidup dalam keadaan secara maksimal stasioner yang konstan yang disebut dalam konsentrasi M.

5.     Fase kematian

Ini merupakan akhir dan suatu kurva di mana jumlah individu secara tajam akan menurun sehingga kurva tampaknya akan mendekati titik awal kembali. (Suria, 2008:90)

Kurva pertumbuhan mikroba

Ciri-ciri pertumbuhan bakteri pada setiap fase pertumbuhan

Tabel 6-9. Beberapa ciri pertumbuhan bakteri pada setiap fase pertumbuhan

Fase Pertumbuhan	Ciri
Lamban (lag)	Tidak ada pertambahan populasi sel mengalami perubahan komposisi kimiawi dan bertambah ukurannya; substasi intraseluler bertambah
Logaritma atau eksponensial	Sel membelah dengan laju yang konstan massa menjadi dua kali lipat dengan laju sama Aktivitas metabolik konstan keadaan pertumbuhan seimbang
Statis	Penumpukan produk beracun atau kehabisan nutrien. Beberapa sel mati sedangkan yang lain tumbuh dan membelah
Penurunan atau kematian	Sel menjadi mati lebih cepat dari pada terbentuk sel-sel baru Laju kematian mengalami percepatan menjadi eksponensial Bergantung kepada spesiesnya, semua sel mati dalam waktu beberapa hari atau beberapa bulan

Tabel 6-10. Rangkuman metode-metode untuk mengukur pertumbuhan bakteri

Metode	Beberapa penerapan
Hitungan mikroskopik	Perhitungan bakteri dalam susu dan vaksin
Hitungan cawan	Perhitungan bakteri dalam susu, air, makanan, tanah, biakan, dan sebagainya
Membran atau filter molekular	Sama seperti hitngan cawan
Pengukuran kekeruhan	Uji mikrobiologis, pendugaan hasil panen sel dalam satu kaldu, biakan, atau suspensi berair
Penentuan nitrogen	Pengukuran panen sel dari suspensi biakan kental untuk digunakan pada penelitian mengenai metabolisme
Penentuan berat	Sama seperti untuk penentuan nitrogen
Pengukuran aktivitas biokimiawi	Uji mikrobiologis

Gambar 6-6. Kurva pertumbuhan bakteri hipotetis yang diperoleh dengan menganggap bahwa satu sel bakteri diinokulasikan pada suatu mediumdan pembelahan terjadi secara teratur pada selang waktu 1-30 menit (waktu generasi). Garis terputus-putus menunjukkan logaritma jumlah bakteri terhadap waktu; garis lurus menunjukan jumlah bakteri terhadap waktu.

B. Faktor Yang Mempengaruhi Pertumbuhan Mikroba

Seperti  makhluk hidup pada umumnya, pertumbuhan mikroba tentunya tidak lepas dari pengaruh lingkungan. Faktor-faktor yang mempengaruhi itu dapat berupa faktor fisika, faktor kimia, maupun faktor biologi.Namun, pertumbuham mikroba ini tidak hanya dipengaruhi faktor lingkungan, tetapi juga mempengaruhi keadaan lingkungan.Karena ukurannya yang sangat mikroskopis, pertumbuhan mikroba sangat tergantung pada keadaan sekelilingnya (Pelczar dan Chan, 2006).

Dalam kehidupan sehari-hari kita selalu berhubungan dengan berbagai macam mikroorganisme yang dapat menginfeksi dan dapat membahayakan atau merusak inang.Akan tetapi, agar dapat memahami lebih banyak masalah dalam mendiagnosis dan pencegahan infeksi, maka perlu diketahui bahwa mikroorganisme yang telah menemukan tempat yang tetap pada bagian-bagian tubuh manusia disebut flora normal kita (M. Natsir Djide, 2004).

Faktor-faktor yang mempengaruhi pertumbuhan mikroba, sebagai berikut

1.     Nutrisi

Semua bentuk kehidupan dari mikroorganisme sampai kepada manusia, mempunyai persamaan dalam hal persyartan nutrisi, tentunya dalam bentuk zat-zat kimiawi yang diperlukan untuk pertumbuhan dan fungsinya yang normal. Adapun nutrisi-nutrisi ini berupa  energi, karbon, nitrogen, blerang (sulfur) dan fosfor, beberapa unsur logam seperti natrium, kalium, kalsium, magnesium, mangan, besi, seng, tembaga dan kolbalt dalam jumlah yang amat kecil dan diukur dlam ppm ( parts per million ), selain itu mikrooganisme juga membutuhkan vitamin dan air, ( plazer dan chan 2006 ).  Air sangat penting untuk kehidupan bakteri terutama karena bakteri hanya dapat mengambil makanan dari luar dalam bentuk larutan (holophytis). Semua bakteri tumbuh baik pada media yang basah dan udara yang lembab dan tidak dapat tumbuh pada media dan udara yang kering.

2.     Media bakteriologis

Keragaman yang luas dalam hal tipe nutrisi diantara bakteri diimbangi oleh tersedianya media yang banyak macam untuk kultivasinya. Macam media yang tersedia  seperti media kimiawi, media padat dan media cair.

3.     Kondisi fisik yang dibutuhkan untuk pertumbuhan

Selain menyediakan nutrisi yang sesuai  untuk kultivasi mikroba salahsatu contohnya adalah bakteri, juga perlu disediakan kondisi fisik yang mememungkinkan pertumbuhan secara optimum, bakteri tidak hanya amat bervariasi dalam persyaratan nutrisinya, tetapi juga menunjukan respons yang berbeda-beda terhadap kondisi fisik didalam lingkunganya. Dibutuhkan  suatu kombinasi  nutrisi serta lingkungan fisik yang sesuai. Diantaranya

a.     Pengaruh suhu

1)    Pengaruh suhu rendah, Suhu rendah sampai di bawah suhu minimumnya, menyebabkan bakteri tidak dapat berkembang biak, pada umumnya tidak segera mematikan bkteri, bahkan ada yang tahan bertahun-tahun pada suhu minus 70°C (tujuh puluh derajat Celcius). Bakteri yang pathogen pada manusia umumnya cepat mati pada suhu 0°C (nol derajat Celcius).

2)    Pengaruh suhu tinggi, suhu tinggi lebih membahayakan kehidupan bakteri dibandingkan dengan suhu rendah. Bila bakteri dipanaskan pada suhu di atas maksimumnya, akan segera mati.  Semua bakteri, baik yang pathogen maupun tidak, dalam bentuk vegetatifnya mati dalam waktu 30 (tiga puluh) menit pada suhu 60° - 65°C. Kenyataan ini merupakan dasar tindakan pasteurisasi.

b.     Cahaya

Sebagian besar bakteri adalah chemotrophe, karena itu pertumbuhannya tidak bergantung pada adanya cahaya matahari.Pada beberapa species, cahaya matahari dapat membunuhnya karena pengaruh sinar ultraviolet.

c.     Pengeringan (kelembaban)

Air sangat penting untuk kehidupan bakteri terutama karena bakteri hanya dapat mengambil makanan dari luar dalam bentuk larutan (holophytis). Semua bakteri tumbuh baik pada media yang basah dan udara yang lembab., dan tidak dapat tumbuh pada media dan udara yang kering.

d.     Keasaman (pH)

Umumnya asam mempunyai  pengaruh buruk terhadap pertumbuhan bakteri. Kebanyakan bakteri lebih baik hidup dalam suasana netral (pH 7,0) atau sedikit basa (pH 7,2 - 7,4), tetapi pada umumnya dapat hidup pada pH 6,5 – 7,5.Bakteri-bakteri yang pathogen pada manusia tumbuh baik pada pH 6,8 – 7,4 yaitu sama dengan pH darah.

Selain itu ragi tumbuh baik pada rentang pH 3-6, fungi dan eukariot tumbuh baik pada rentang pH 6,5-7,5. Rentang pH intrasel biasanya lebih sempit. Contoh: E.coli tumbuh pada pH 6,5-8 tetapi pH intraselnya adalah 7,8. Thiobacillus ferooxidans tumbuh baik pada pH 2 tetapi pH intraselnya adalah 6,5. pH yang berbeda ini dapat disebabkan oleh karena proses metabolism yang terjadi didalam sel, misalnya akumulasi produk metabolism yang asam atau basa sesuai kebutuhan pertumbuhannya.

e.     Pengaruh O₂ dari udara

Untuk melangsungkan hidupnya, manusia dan binatang membutuhkan O2 (oxygen) yang diambil dari udara melalui pernapasan.Fungsi O2 ini sudah jelas, yaitu untuk pembakaran zat-zat makanan didalam sel-sel jaringan, sehingga dihasilkan panas dan tenaga.

f.      Pengaruh tekanan osmotic

Air ke luar masuk sel bakteri melalui proses osmosis, karena perbedaan tekanan osmotic antara cairan yang ada di dalam dengan yang di luar sel bakteri.

g.     Pengaruh mikroorganisme di sekitarnya

Kehidupan suatu organisme di alam tidak dapat dipisahkan dari adanya organisme lain, seperti halnya manusia tidak dapat hidup bila tidak ada tumbuhan ataupun hewan. Organisme-organisme ini di alam berada dalam suatu keseimbangan yang disebut keseimbangan biologis.Demikian pula, bakteri di alam selalu bercampur dengan bakteri yang lainnya, tidak pernah didapatkan keadaan murni seperti halnya pada biakan murni yang sengaja dibuat di laboratorium.

h.     Pengaruh zat kimia (desinfektan) terhadap mikroba

Dalam beberapa literatur, berikut ini dipaparkan secara singkat mengenai factor pertumbuhan mikroba.Faktor intrinsik yang mempengaruhi mikroba antara lain yaitu :

1.     PH

2.     Moisture conten

3.     Potensial oksidasi reduksi

4.     Kandungan nutrisi

5.     Kandungan antimikroba

6.     Dan struktur biologi

Faktor intrinsik yang mempengaruhi mikroba antara lain yaitu :

1.     Temperatur suhu

2.     Kelembaban

3.     Konsentrasi gas dilingkungan

4.     Air

5.     Oksigen 

C.     Perkembangbiakan Mikroba

Perkembangbiakan mikroba dapat terjadi secara aseksual dan secara seksual.Perkembangbiakan secara aseksual adalah perkembangbiakan secara vegetative, berikut ini macam-macam perkembangbiakan secara aseksual yaitu:

1.     Pembelahan biner (binary fission), yaitu pembelahan satu sel induk menjadi dua sel anak kemudian masing-masing sel anak akan membentuk dua sel anak lagi dan seterusnya hingga jumlahnya semakin banyak. Selama sel membelah tersebut akan terjadi replikasi DNA, sehingga setiap sel anak akan menerima paling sedikitnya satu salinan dari genom. Pembelahan sel secara pembelahan biner ini kecepatannya ditentukan oleh waktu generasi setiap mikroba. Karena terdapat jenis mikroba dengan waktu generasi singkat atau cepat dan adapula mikroba yang mempunyai waktu generasi yang lambat. Contoh mikroorganisme yang melakukan pembelahan secara biner ini adalah Bakteri, Amoeba, Paramecium, Euglena, Entamoeba histolica, ragi, dsb. 

Perkembangbiakan dengan binary fission

2.     Pembelahan ganda (multiple fission), yaitu satu sel induk membelah menjadi lebih dari dua sel anak.

Perkembangbiakan dengan multiple fission

 

3.     Perkuncupan (budding), yaitu pembentukan kuncup dimana tiap kuncup akan membesar seperti induknya. Kemudian tumbuh kuncup baru dan seterusnya, sehingga akhirnya akan membentuk semacam mata rantai. Selain berkembangbiak secara biner, tetapi ada pula  ragi atau Saccharomiyces cerevisiae yang berkembangbiak secara budding atau perkeuncupan.

Perkembangbiakan dengan budding

 

               

4.     Replikasi DNA, contoh mikroorganisme yang berkembang biak dengan replikasi DNA adalah virus karena virus harus tumbuh dan berkembangbiak didalam sel hidup.

5.     Fragmentasi yaitu pemotongan hifa atau filamen. Fragmentasi terjadi pada sel-sel yang disebut hormogonium. Filamen yang terpotong menjadi beberapa bagian akan tumbuh dan berkembang pula seperti induknya. Contoh mikroorganisme yang berkembangbiak dengan cara  fragmentasi adalah microalgae dan Neurospora. 

6.     Pembentukan spora. Pada cara ini, spora dapat kita umpamakan seperti biji pada tanaman tinggi kemudian dihasilkan dalam berbagai bentuk. Untuk bakteria, spora terbentuk didalam sel sehingga dinamakan endospore. Sedangkan pada jamur, spora terbentuk diluar tubuh jasadnya sehingga dinamakan eksospora. Jika spora jatuh ketempat yang lembab atau berair, maka spora akan berkecambah dan tumbuh membentuk individu baru. (Suria, 2005: 93-94)

Fragmentasi pada  Neurospora

Pembentukan spora pada algae

Perkembangbiakan secara seksual atau dikenal dengan perkembangbiakan secara generative umumnya terjadi pada jamur dan mikroalge serta terbatas pada bakteria, yaitu:

1.     Oogami yaitu jika sel betina berbentuk telur

2.     Anisogami yaitu jika sel betina lebih besar dari sel jantan

3.     Isogami yaitu jika sel jantan dan sel betina mempunyai bentuk sama. 

Hasil perkawinan (fertilisasi) akan membentuk zigot (sel betina/sel telur yang telah dibuahi oleh sel jantan/sel sperma), yang kemudian zigot akan berkecambah membentuk individu baru setelah mengalami pembelahan.

Daur Hidup Mikroba

Rangkaian kehidupan mikroba yang dimulai dari spora kemudian spora berkecambah membentuk massa sel ataupun tubuh buah dan menghasilkan alat perkembangbiakan kembali disebut daur hidup. Pada bakteria, daur hidup kurang jelas rangkaiannya berbeda pada jamur dan microalgae. Pada jamur Coprinus, daur hidupnya sangat jelas mulai dari spora berkecambah, membentuk massa hifa atau miselia, membentuk tubuh buah yang nyata terlihat. Juga pada jamur agaricus atau ragi roti atau Neurospora.

Table waktu generasi Mikroba

Kelompok	Jenis mikroba	Waktu generasi (jam)
Bakteri heterotropik	Bacillus megaterium Escherchia coli Rhizobium meliloti Treponema pallidum	0.58 0.28 1.80 34.0
Bakteri fotosintetik	Chloropseudomonas ethylicum Rhodopseudomonas spheroids Rhodosprillum ribrum	7.0 2.4 5.0
Ragi	Saccharomyces  cerevisiae	2.0
Protozoa	Paramaecium caudatum Stentor coureleus Tetrahymena geleti	10.5 32.0 3.0

Dalam daur hidup, tanaman yang terjadi sejak spora berkecambah sampai menghasilkan kembali alat perkembangbiakan, akan melalui tingkat perkembangan secara seksual ataupun aseksual sesuai dengan sifat mikroba tersebut. Tingkatan perkembangan tersebut akan nampak selama siklus hidupnya, tergantung kepada banyak factor khususnya factor lingkungan abiotic seperti:

1.     Kandungan unsur yang terdapat dalam media

2.     Ph media

3.     Kadar air media

4.     Temperature

5.     Cahaya

6.     Sirkulasi oksigen

7.     Kelembapan 

Berikut ini contoh daur hidup beberapa mikroba.

2.     Pembelahan sel pada Saccharomyces cerevisiae melalui perkuncupan

4.     Daur hidup jamur Trypanosoma sp.

3.     Daur hidup alge Chlamydomonas

1.     Daur hidup jamur Neurospora

 

                                                            

Jawablah pertanyaan dibawah ini.

1.       Apakah waktu generasi bagi semua bakteri itu sama ?dapatkah suatu spesies tertentu mempunyai waktu generasi yang berbeda-beda ? Jelaskan.

2.       Jelaskan daur hidup pada:

a.        Saccharomyces cerevisiae

b.       Neurospora

3.       Jelaskan daur hidup pada:

a.        Trypanososma sp

b.       Alge Chlamydomonas

4.       Jelaskan bagaimana factor yang mempengaruhi pertumbuhan mikroba!

5.       Berikan contoh mikroorganisme yang berkembang biak dengan multiple fission! Jelaskan daur hidup dari mikroorganisme tersebut.

DAFTAR PUSTAKA

Pelczar, M.J. & E.C.S. Chan. 1986.Dasar-Dasar Mikrobiologi 1.Jakarta: Universitas Indonesia Press.

Purwoko T. 2009. Fisiologi Mikroba. Jakarta : Bumi Aksara

Suriawiria U. 2005. Mikrobiologi Dasar. Jakarta : Papas Sinar Sinanti