NUTRISI, KULTUR, DAN PERTUMBUHAN MIKROORGANISME

Nutrisi Mikroba Nutrients Mensupply monomer (atau prekursor) Dibutuhkan untuk pertumbuhan sel Makronutrien Elemen yang dibutuhkan oleh tubuh dalam jumlah besar Mikronutrien : dibutuhkan dalam jumlah sedikit (trace elements) Elemen anorganik Dibutuhkan dalam jumlah sedikit Biasanya sebagai kofaktor enzim Misal : besi

Other Macronutrients Sulfur In amino acids, thiamine and biotin Sulfur for proteins (enzymes) and vitamins Most bacteria decompose proteins Some bacteria use sulfate ion (SO4-2) or hydrogen sulfide (H2S) Phosphorus Phosphorus for ATP, DNA, RNA, and membranes Important for phospholipids, nucleic acids, and high energy phosphate bonds Phosphate ion (PO4-3) is source of phosphorus

Other Macronutrients Potassium Used in enzymes Magnesium Used to stabilize ribosomes, membranes, and nucleic acids Important for enzyme activity Calcium Not required by all Helps stabilize cell walls in microbes Heat stability of endospores Sodium (Na) Required by some microbes (e.g., marine microbes)

Mikronutrien : Besi (Fe) Memainkan peranan penting dalam respirasi seluler Komponen kunci dari sitokrom dan protein besi sulfur (Fe-S) yang digunakan untuk transport elektron Ferrous (Fe2+) bersifat larut  kondisi anorganik Ferric (Fe3+) tidak larut  kondisi organik Untuk mendapatkan besi dari berbagai mineral yang tidak larut, sel akan menghasilkan suatau agen yang disebut siderofor yang dapat mengikat besi dan mengangkutnya ke dalam sel. Disebut enterobaktin

Faktor Pertumbuhan Senyawa organik yang dibutuhkan dalam jumlah yang sangat sedikit Merupakan senyawa kimia yang tidak dapat disintesis oleh mikroorganisme Senyawa oganik yang dapat diperoleh dari lingkungan Contoh : Vitamins, asam amino, purin dan pirimidin

Media Kultur Media kultur adalah : nutrien yang digunakan untuk pertumbuhan mikroba di laboratorium Terbagi 2 golongan besar : – Defined media: media yang komposisi kimianya diketahui – Complex media: media yang komposisi kimianya tidak diketahui Contoh : yeast, meat extracts, Tryptic Soy broth (TSB), TSA

Media Kultur Media Selektif Media yang berisi senyawa-senyawa kimia yang secara selektif menghambat prtumbuhan beberapa mikroba tetapi tidak mikroba yang lain. Media Diferensial Media yang berisi senyawa kimia sebagai indikator, biasanya dapat mendeteksi reaksi kimia yang terjadi selama pertumbuhan mikroba

Media Pertumbuhan Prokariotik Berisi nutrien yang diperlukan untuk pertumbuhan mikroba Sumber Energi Berisi makronutrien yang esensial Berisi mikronutrien yang esensial Faktor pertumbuhan Sterilisasi Bebas dari mikroba Inokulasi secara aseptik

Media Selektif Menekan pertumbuhan mikroba yang tidak diinginkan Berisi komponen/kondisi yang menekan pertumbuhan beberapa prokariot dan membiarkan mikroba yang diinginkan tumbuh Menghambat pertumbuhan mikoba yang tidak dikehendaki Digunakan untuk menyeleksi grup mikroba yang spesifik Misal : media MacConkey menekan pertumbuhan bakteri Gram + dan merangsang pertumbuhan enteric bacteria

Media Diferensial Memudahkan untuk mengenal koloni dari mikroba yang berbeda Mengadung senyawa kimia yang dapat membedakan secara spesifik jenis prokariotik Pewarna yang ditambahkan pada media dapat membedakan satu orgnisme dengan organisme yang lain Contoh : media agar darah digunakan untuk membedakan organisme hemolitik dengan organisme non hemolitik

Pertumbuhan pada media MacConkey Agar Selektif = Gram positif terhambat, hanya gram negatif yang tumbuh Differential – lactose fermenting Escherichia coli (E.coli) = gram - Salmonella typhimirium = gram -

KULTUR DI LABORATORIUM Sel dapat tumbuh di media cair atau padat Mikroba ada dimana-mana maka : – Sterilisasi media sangat penting – Teknik aseptik harus diperhatikan (Lihat Gambar)

Teknik Aseptik

Pertumbuhan Mikroorganisme Pertumbuhan pada organisme yang makro merupakan proses bertambahnya ukuran atau subtansi atau masa zat suatu organisme, Misal : bertambah tinggi, bertambah besar Pada organisme bersel satu pertumbuhan lebih diartikan sebagai pertumbuhan koloni, yaitu pertambahan jumlah koloni yang semakin besar Pada mikroba diartikan sebagai pertambahan jumlah sel mikroba itu sendiri.

waktu generasi Adalah : Selang waktu yang dibutuhkan sel untuk membelah diri Tiap spesies bakteri 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

Pembelahan biner sel bakteri

Tabel pembelahan biner bakteri setian 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

Kurva pertumbuhan bakteri Kurva tumbuh bakteri dibuat untuk menggambarkan karakteristik pertumbuhan bakteri dalam suatu medium Ada 4 fase, yaitu : 1. Fase lag 2. Fase log (eksponensial) 3. Fase stasioner 4. Fase kematian

Kurva pertumbuhan bakteri Fase Lag Pada fase tidak terjadi penambahan jumlah sel, tetapi aktivitas metabolisme sedang berlangsung untuk persiapan pembelahan sel. Disebut juga sebagai fase adaptasi (penyesuaian) Fase Log (Eksponensial) Pola pertumbuhan yang seimbang dan cepat. Sel-sel bakteri membelah secara teratur dengan laju yang konstan, tergantung pada komposisi medium kultur dan kondisi inkubasi sampai nutrien habis.

Kurva pertumbuhan bakteri 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 bakteri masih melakukan aktivitas memproduksi metabolit sekunder seperti antibiotik. Fase Kematian Grafik menunjukkan penurunan secara tajam karena merupakan akhir dari suatu individu yang kembali ke titik awal.

Pertumbuhan mikroba dipengaruhi oleh : 1. Faktor Fisik 2. Faktor Kimia

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

Temperatur 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

Temperatur optimum untuk pertumbuhan mikroba Psikropiles (dingin) : 0 C - 20 C, optimum 15 C Mesopiles (moderat) : 20 C - 40 C Termopiles (panas) : 40 C - 100 C

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

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

Water (outside of cell) Net Movement End Product Tonicity of Solution Concentration of Solute (outside of cell) Water (outside of cell) Net Movement End Product Isotonic Same as cell None Hypotonic Less than cell More than cell Cell gains water Swells, turgor pressure Hypertonic Cell loses water Shrinks plasmolysis

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

FAKTOR KIMIA YANG MEMPENGARUHI PERTUMBUHAN Karbon : - Sumber energi - Struktur organik molekul - Bakteri yang bersifat kemoheterotrop menggunakan karbon organik - Bakteri autotrop menggunakan CO2

FAKTOR KIMIA YANG MEMPENGARUHI PERTUMBUHAN 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 YANG MEMPENGARUHI PERTUMBUHAN Sulfur - Terdapat dalam asam amino, tiamin, dan biotin - Beberapa bakteri menggunakan SO42- atau H2S Posfor -Terdapat di dalam DNA, RNA, membran, dan ATP - PO43- merupakan sumber posfor

Oksigen dapat bersifat letal untuk bebeberapa mikroorganisme Harus dinetralisir terlebih dahulu oleh enzim : - Superoksida dismutase - Katalase - Peroksidase Jika mikroorganisme tidak menghasilkan enzin tersebut maka organisme tersebut bersifat anaerob.

Toksik yang dibentuk oksigen

Teknik kultur khusus Bakteri Mikroaerofilik Tumbuh dengan baik pada level O2 di bawah normal dan level CO2 di atas normal Atmosfir normal - 21 % O2 -.0,3 - 3 % CO2

Meningkatkan level CO2 untuk menumbuhkan bakteri Mikroaerofilik dengan metode Candle Jar

Anaerobic jar mengeliminasi oksigen untuk menumbuhkan bakteri anaerob

Cara mengukur pertumbuhan bakteri 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

Metode Plate Count memerlukan Pengenceran (Dilution series) untuk memperoleh koloni

Filtrasi Digunakan untuk mikroorganisme yang jumlahnya sedikit

Most Probable Number 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: tanah, air, produk pertanian, yang jumlah sel individu mikroorganisme yang pasti tidak mungkin ditentukan

Menghitung langsung

Mengukur pertumbuhan mikroba secara langsung Direct Microscopic Count

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

Kekeruhan Spektrofotometer digunakan untuk mengukur kekeruhan Absorbansi/Densitas optis (Optical Density/OD) : ukuran kuantitatif yang diekspresikan sebagai rasio logaritmik antara radiasi yang jatuh ke suatu bahan dan yang ditransmisikan menembus bahan.

Aktifitas Metabolik

Berat 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 Temperatur

Terima Kasih