PERTUMBUHAN MIKROORGANISME

Pertumbuhan Pertumbuhan pada organisme yang makro merupakan proses bertambahnya ukuran atau subtansi atau masa zat suatu organisme, Misal : bertambah tinggi, bertambah besar Sedangkan pada mikroorganisme atau organisme bersel satu, pertumbuhan adalah : peningkatan unsur sel yang dapat menghasilkan peningkatan pada ukuran sel, jumlah sel atau keduanya. Tetapi Karena mengobservasi pertumbuhan satu sel sulit, maka mikrobiolgis biasanya mempelajari pertumbuhan populasi mikroba seperti pertumbuhan koloni atau pertambahan jumlah sel mikroba itu sendiri.

Pertumbuhan Populasi Mikroba Image: Pearson Education Inc. (2004) publishing as Benjamin Cummings

Kurva Pertumbuhan Pertumbuhan populasi biasanya dianalisis pada sistem tertutup yang disebut batch culture; ini biasanya diplotkan sebagai logaritma antara jumlah sel dengan masa inkubasi Kurva pertumbuhan mikroba dibuat untuk menggambarkan karakteristik pertumbuhan mikroba dalam suatu medium

Kurva pertumbuhan Ada 4 fase, yaitu : 1. Fase lag 2. Fase log (eksponensial) 3. Fase stasioner 4. Fase kematian

Kurva pertumbuhan mikroba

Kurva pertumbuhan mikroba

Kurva pertumbuhan mikroba Fase Lag Pada fase tidak terjadi penambahan jumlah sel, tetapi aktivitas metabolisme sedang berlangsung untuk persiapan pembelahan sel. Disebut juga sebagai fase adaptasi (penyesuaian) terhadap nutrisi.

Kurva pertumbuhan mikroba Fase Log (Eksponensial) Pola pertumbuhan yang seimbang dan cepat. Sel-sel mikroba membelah secara teratur dengan laju yang konstan, tergantung pada komposisi medium kultur dan kondisi inkubasi sampai nutrisi habis.  pertumbuhan aktif

Kurva pertumbuhan mikroba Fase stasioner Terjadi penumpukan racun akibat metabolisme sel dan kandungan nutrien mulai habis, akibatnya terjadi kompetisi nutrisi sehingga beberapa sel mati sedangkan yang lainnya tetap hidup. Pada fase ini mikroba masih melakukan aktivitas memproduksi metabolit sekunder seperti antibiotik.  pertumbuhan sama dengan kematian

Kurva pertumbuhan mikroba Pada fase statisioner ini ada dua hal yang penting : 1. Populasi mikroba memasuki fase stasioner untuk beberapa alasan termasuk keterbatasan nutrisi, akumulasi buangan beracun, dan kemungkinan kepadatan sel. 2. Respon kondisi kelaparan merupakan praktek penting untuk mikrobiolgi medik dan industri; respon ini termasuk perubahan morfologi dan perubahan pada ekspresi gen dan fisiologi.

Kurva pertumbuhan mikroba Fase Kematian Grafik menunjukkan penurunan secara tajam karena merupakan akhir dari suatu individu yang kembali ke titik awal. Sel-sel mati dengan kecepatan eksponensial.

Waktu pertumbuhan Waktu pertumbuhan mikroba dapat digambarkan dalam bentuk matematika tertentu: Rata-rata kecepatan pertumbuhan konstan adalah jumlah generasi per unit waktu, terkadang diekspresikan sebagai generasi per jam. Rata-rata waktu generasi (penggandaan) adalah waktu yang dibutuhkan untuk populasi menjadi dua kali lipat. Waktu generasi nyata berubah-ubah oleh spesies mikroorganisme dan kondisi lingkungan; mereka dapat berkisar 10 menit untuk beberapa bakteri hingga beberapa hari untuk beberapa mikroorganisme eukariot.

Waktu generasi Adalah : Selang waktu yang dibutuhkan sel untuk membelah diri Tiap spesies mikroorganisme memiliki waktu generasi yang berbeda-beda, Contoh: Escherichia coli, bakteri umum yang dijumpai di saluran pencernaan dan di tempat lain, memiliki waktu generasi 15-20 menit.

Waktu generasi pd kondisi yg optimal (37oC) Organisme Waktu Generasi (menit) Contoh Bacillus cereus 28 Escherichia coli 12.5 Staphylococcus aureus (causes many infections: toxic shock syndrome one example) 27-30 Mycobacterium tuberculosis (agent of Tuberculosis) 792 – 932 Treponema pallidum (agent of Syphilis) 1,980

Pembelahan biner sel bakteri

Tabel pembelahan biner bakteri setiap 15 menit 0’ 15’ 30’ 45’ 60’ 75’ 90’ 105’ 120’ 135’ 1 sel 2 sel 4 sel 8 sel 16 sel 32 sel 64 sel 128 sel 256 sel 512 sel 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 Hubungan antara pertambahan sel dengan waktu adalah berbentuk geometrik eksponensial dengan rumus 2n

Cara menghitung pertumbuhan mikroba Plate Count/Viable Cell Count Filtrasi (very small numbers) Most Probable Number (MPN) Direct Microscopic Count - Breed Count method : Petroff-Hausser counter Metode secara tidak langsung: - kekeruhan (turbidity) - Aktifitas metabolik - Berat kering

Menghitung sel hidup 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

Metode Plate Count/ Viable Cell Count Memerlukan pengenceran(Dilution series) untuk memperoleh koloni. Koloni dihitung setelah mikroba diinkubasi

Digunakan untuk mikroorganisme yang jumlahnya sedikit Metode Filtrasi Digunakan untuk mikroorganisme yang jumlahnya sedikit

Metode Most Probable Number (MPN) Adalah : metode yang digunakan untuk menghitung mikroorganisme yang masih hidup yang hidup di dalam sampel yang diuji. Berdasarkan aplikasi kemungkinan jumlah pertumbuhan mikroorganisme positif terhadap pengenceran berseri (serial dilution) Biasa digunakan untuk sampel heterogen, seperti: 1. tanah, 2. air, 3. produk pertanian, 4. jumlah sel individu mikroorganisme yang pasti tidak mungkin ditentukan

Metode Most Probable Number (MPN)

Metode Most Probable Number (MPN) Multiple tube MPN test Count positive tubes Compare with a statistical table

Menghitung langsung

Mengukur pertumbuhan mikroba secara langsung 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)

Petroff-Hausser chamber

Mengukur pertumbuhan mikroba secara langsung Direct Microscopic Count

Estimasi jumlah mikroba dengan metode tidak langsung Kekeruhan Aktifitas metabolik Berat kering

Metode Kekeruhan Spektrofotometer digunakan untuk mengukur kekeruhan Secara rutin jumlah sel bakteri dapat dihitung dengan cara menghitung kekeruhan (turbiditas) kultur. Semakin keruh suatu kultur, semakin banyak jumlah sel.

Metode kekeruhan Prinsip dasar metode turbidimeter  adalah jika cahaya mengenai sel, maka sebagian cahaya diserap dan sebagian cahaya diteruskan. Jumlah cahaya yang diserap propisional (sebanding lurus dengan jumlah sel bakteri). Ataupun jumlah cahaya yang diteruskan berbanding terbalik dengan jumlah sel bakteri. Semakin banyak jumlah sel, semakin sedikit cahaya yang diteruskan. Metode ini memiliki kelemahan tidak dapat membedakan antara sel mati dan sel hidup (Purwoko, 2007).

Metode Aktifitas Metabolik Metode ini di dasarkan pada asumsi bahwa produk metabolit tertentu, misalnya asam atau CO2, menunjukkan jumlah mikroorganisme yang terdapat di dalam media. Misalnya pengukuran produksi asam untuk menentukan jumlah vitamin yang di hasilkan mikroorganisme

Metode berat kering Metode ini relatif mudah dilakukan, yaitu kultur disaringan atau disentrifugasi, kemudian bagian yang disaring atau yang mengendap hasil sentrifugasi dikeringkan. Pada metode ini juga tidak dapat membedakan sel yang hidup dan mati. Metode ini umum digunakan untuk mengukur pertumbuhan fungi berfilamen. Miselium fungi dipisahkan dari media dan dihitung sebagai berat  kotor. Miselium selanjutnya dicuci dan dikeringkan dengan alat pengering (desikator) dan ditimbang beberapa kali hingga mencapai berat yang konstan yang dihitung sebagai berat sel kering

Faktor lingkungan yang menghambat pertumbuhan mikroba Kekurangan makanan, air, atau nutrisi Populasi yang terlalu padat Akumulasi metabolit yang tidak berguna Kekurangan oksigen Perubahan pH Suhu

Faktor yang mempengaruhi pertumbuhan mikroba 1. Faktor Fisik 2. Faktor Kimia

Faktor fisik Faktor Kimia Dipengaruhi oleh : Dipengaruhi oleh : Suhu pH Tekanan osmotik Oksigen Karbon Nitrogen Sulfur Posfor

Faktor Fisik : 1. Suhu Salah satu faktor penting yang mempengaruhi pertumbuhan mikroorganisme. Suhu dapat mempengaruhi mikroba dalam dua cara yang berlawanan : 1)    Apabila suhu naik maka kecepatan metabolisme naik dan pertumbuhan dipercepat. Sebaliknya apabila suhu turun, maka kecepatan metabolisme akan menurun dan pertumbuhan diperlambat. 2)    Apabila suhu naik atau turun secara drastis, tingkat pertumbuhan akan terhenti, kompenen sel menjadi tidak aktif dan rusak, sehingga sel-sel menjadi mati

Suhu optimum untuk pertumbuhan mikroba Klasifikasi bakteri berdasarkan kebutuhan suhunya Psikropiles (dingin) : 0 °C - 20 ° C, optimum 15 ° C Mesopiles (moderat) : 20 ° C - 40 ° C Termopiles (panas) : 40 ° C - 100 ° C

Suhu optimum untuk pertumbuhan mikroba

Faktor Fisik : 2. pH pH berpengaruh terhadap sel dengan mempengaruhi metabolisme Umumnya bakteri tumbuh pada pH 6,5 - pH 7,5 Sedikit bakteri yang hidup pada pH di bawah 4,0

Faktor Fisik : 2. pH

Faktor Fisik : 2. pH

Faktor Fisik : 3. Tekanan Osmotik Keberadaan mikroorganisma di lingkungan dapat dipengaruhi oleh kepekatan suspensi/cairan di lingkungan. Bila kepekatan suspensi di lingkungan tinggi maka isi sel akan ke luar. Sebaliknya kepekatan suspensi di lingkungan rendah maka akan terjadi pergerakan massa cair ke dalam sel

Tonisitas Isotonik (0,85% NaCl) hipertonik hipotonik

Faktor Fisik : 4. Oksigen Mikroorganisme memiliki karakteristik sendiri-sendiri di dalam kebutuhannya akan oksigen. Berdasarkan kebutuhan oksigen, mikroorganisme dibagi dalam tiga kelompok : 1. Aerobik : hanya dapat tumbuh apabila ada oksigen bebas. 2. Anaerob : hanya dapat tumbuh apabila tidak ada oksigen bebas. 3. Anaerob fakultatif : dapat tumbuh baik dengan atau tanpa oksigen bebas 4. Mikroaerofilik : dapat tumbuh apabila ada oksigen dalam jumlah kecil

Oksigen Oxygen is a very reactive molecule and can affect cells in several ways. The effect of oxygen is often determined using thioglycollate broth, a special medium that contains a reducing agent (thioglycollate) that removes oxygen so that a gradient occurs within the tube. Obligately aerobic bacteria can obtain energy only through aerobic respiration and have to have oxygen available. Thus, they will grow only at the surface of thioglycollate broth. Obligately anaerobic bacteria die in the presence of oxygen and can only grow at the bottom of thioglycollate broth. Some anaerobes are so sensitive to oxygen that even thioglycollate broth is not anoxic enough to provide suitable anaerobic conditions. Microaerophiles require oxygen for growth but the 20% in air is too toxic. As a result, they grow near the top but beneath the surface of thioglycollate broth where the oxygen concentration is typically 4 – 10%. Facultative anaerobes can use oxygen for aerobic respiration but can switch to fermentative metabolism in the absence of oxygen. As a result, they will grow throughout thioglycollate broth. (Heavier growth at top.) Aerotolerant anaerobes are anaerobic bacteria that can grow in the presence of air. (Not shown in diagram.)

Faktor Kimia : 1. Karbon : - Sumber energi - Struktur organik molekul - Bakteri yang bersifat kemoheterotrop menggunakan karbon organik - Bakteri autotrop menggunakan CO2

Faktor Kimia : 2. Nitrogen : - Terdapat di dalam asam amino dan protein - Umumnya bakteri berperan sebagai dekomposer protein - Beberapa bakteri menggunakan NH4+ atau NO3- - Hanya sedikit bakteri yang menggunakan N2 untuk fiksasi nitrogen

Faktor Kimia : 3. Sulfur - Terdapat dalam asam amino, tiamin, dan biotin - Beberapa bakteri menggunakan SO42- atau H2S 4. Posfor -Terdapat di dalam DNA, RNA, membran, dan ATP - PO43- merupakan sumber posfor

Media kultur Nutrisi yang dipersiapkan untuk pertumbuhan mikroba Steril Tidak ada mikroba yang tumbuh Inokulum Memperkenalkan mikroba ke dalam media Kultur Mikroba tumbuh di dalam/pada media kultur

Media Selektif Mannitol Salt Agar (MSA) untuk bakteri Staphylococci Media yang menekan pertumbuhan mikroba yang tidak diinginkan dan menumbuhkan mikroba sasaran Contoh: Mannitol Salt Agar (MSA) untuk bakteri Staphylococci Hoktoen enteric Agar (HE) Phenylethyl alcohol agar (PEA/PAA) MSA

Differential Media Untuk memisahkan koloni dari mikroba-mikroba yang tumbuh pada petri yang sama. Contoh : TSA digunakan untuk memisahkan bakteri tipe Streptococci EMB (Eosin Metylene Blue) utk bakteri Gram negatif terhadap bakteri Gram positif MacConkey’s Agar TSA

Terima Kasih