BAKTERI II By Ruri Aditya Sari, M.Sc

PEMBENTUKAN ENDOSPORA PADA BAKTERI Pada kondisi yang tidak menguntungkan beberapa bakteri seperti Bacillus dan Clostridium memproduksi bentuk pertahanan hidup yang disebut endospora. Proses ini dikenal sebagai sporulasi. Endospora ini tahan terhadap kondisi lingkungan ekstrim seperti suhu yang tinggi, kekeringan, senyawa kimia beracun (desinfektan, antibiotik) dan radiasi UV. Sekali endospora terbentuk, bagian vegetatif bakteri terhenti dan fase ‘tidur´ dimulai. Endospora ini mampu bertahan sampai kondisi lingkungan kembali menguntungkan Endospora ini lalu akan mengalami proses germinasi, dan membentuk bakteri sel tunggal. Spora ini dapat dibunuh dengan berbagai metoda sterilisasi seperti autoklaf dan oven uap panas. Desinfektan kimia seperti formaldehid dan etilen oksida juga dapat membunuh spora. Endospora ini hanya tampak pada bakteri gram positif.

Terdapat beberapa perbedaan antara sel vegetatif dan endospora: Pada sel vegetatif, aktivitas enzimatik dan metabolisme (pengambilan O2) berlangsung pada tingkat yang tinggi, sedangkan pada endospora berlangsung pada tingkat sangat minim atau hampir tidak ada. Sintesis makro molekul juga terdapat di sel vegetatif, sedangkan pada endospora tidak ada. Pada sel vegetatif terdapat mRNA, sedangkan pada endospora sangat rendah atau hampir tidak ada

Mekanisme terjadinya sporulasi adalah sebagai berikut: Pertama-tama, DNA mereplikasi dan sel terbagi secara asimetris. Septum membran sitoplasma lalu terbentuk pada salah satu sel. Lapisan kedua dari membran sitoplasma lalu terbentuk di sekitar molekul DNA (yang akan menjadi bagian dari endospora) untuk membentuk forespore. Kedua membran ini lalu mensintesis peptidoglikan pada ruang di antara mereka untuk membentuk korteks. Kalsium dipocolinat juga dilibatkan dalam pembentukan endospora. Lapisan luar endospora terdiri atas protein yang menyerupai keratin yang lalu akanmengelilingi korteks. Bagian inti tersusun atas small-acid soluble proteins (SASP). SASP ini akan terikat ke DNA dan melindungi molekul, serta menyediakan karbon dan sumber energi untuk proses germinasi.

Akhirnya yang tersisa dari bakteri terlisiskan dan endospora terlepas. Tidak ada aktivitas metabolik yang terjadi sampai spora siap untuk melakukan germinasi. Proses sporulasi ini biasanya berlangsung selama sekitar 15 jam. Spora dapat diklasifikasikan berdasarkan letak spora pada sel vegetatif terbentuk, antara lain : 1. Spora terminal, terbentuknya spora terjadi di pinggir. 2.Spora subterminal, terbentuknya spora terjadi mendekati ujung. 3. Spora sentral, terbentuknya spora terjadi di tengah-tengah sel Situasi lingkungan yang kembali menguntungkan memberikan signal untuk proses germinasi. Germinasi suatu spora menghasilkan perusakan pada dinding spora dan keluarnya sel vegetatif yang baru. Sel vegetatif yang baru ini memiliki kemampuan untuk tumbuh dan bereproduksi.

Endospora tidak dapat terpenetrasi oleh pewarna biasa. Spora tunggal selama germinasi menghasilkan sebuah selvegetatif. Proses germinasi terdiri atas langkah-langkah sebagai berikut : 1. Aktivasi : bahkan pada kondisi yang menguntungkan sekalipun, suatu spora tidak akan bergerminasi sampai lapisan pelindungnya rusak. Kondisi seperti panas, asam, abrasi atau senyawa mengandung sulfidril bebas mengaktifkan spora untukmelakukan germinasi.  2. Inisiasi : saat teraktivasi, spora akan melakukan germinasi sesuai dengan kondisilingkungan. Signal yang berbeda ada untuk spesies yang berbeda juga. Pengikatanstimulasi efektor mengautolisis enzim yang akan melisiskan peptidoglikan. Air diserap dan kalsium dipicolinat dilepaskan. 3. Pembesaran : sel vegetatif baru terbentuk yang terdiri atas protoplas spora dandindingnya. Lalu diikuti oleh aktivitas biosintesis dan pembelahan sel. Endospora tidak dapat terpenetrasi oleh pewarna biasa. Diperlukan pewarna kuat dan kondisi tambahan seperti panas. Sekali diwarnai, endospora umumnya sulit untuk dekolorisasi. Pada pewarna gram spora tidak terwarnai dan tampak sebagai ruang kosong. Ketika dilihat dengan mikroskop fase kontras spora tampak sebagai badan refraktil. Endospora dapat diwarnai dengan pewarna Malachite Green

PERKEMBANGBIAKAN BAKTERI Cara Perkembangbiakan bakteri: - Bakteri umumnya melakukan reproduksi atau berkembang biak secara aseksual (vegetatif = tak kawin) dengan membelah diri. Pembelahan sel pada bakteri adalah pembelahan biner yaitu setiap sel membelah menjadi dua. Reproduksi bakteri secara seksual yaitu dengan pertukaran materi genetik dengan bakteri lainnya. Pertukaran materi genetik disebut rekombinasi genetik atau rekombinasi DNA.  Rekombinasi genetik dapat dilakukan dengan tiga cara  yaitu: Transformasi adalah pemindahan sedikit materi genetik, bahkan satu gen saja dari satu sel bakteri ke sel bakteri yang lainnya. Transduksi adalah pemindahan materi genetik satu sel bakteri ke sel bakteri lainnnya dengan perantaraan organisme yang lain yaitu bakteriofage (virus bakteri). Konjugasi adalah pemindahan materi genetik berupa plasmid secara langsung melalui kontak sel dengan membentuk struktur seperti jembatan diantara dua sel bakteri yang berdekatan. Umumnya terjadi pada bakteri gram negatif.

PERKEMBANGBIAKAN BAKTERI Reproduksi secara umum: - PEMBELAHAN BINER: Adalah pembelahan sederhana membentuk 2 sel baru yang identik. Waktu yang dibutuhkan untuk pembelahan biner pada E. coli adalah 20 menit, atau pada spesies lain memerlukan waktu yang lebih lama ada pembelahan biner yang berjalan kurang sempurna. Di awal pembelahan sel, dinding sel belum terbentuk sempurna dan sel-sel anak tetap tergabung. Apabila pembelahan tetap berlanjut akan terbentuk suatu rangkaian sel. Fase-fase pembelahan biner adalah sebagai berikut : - kromosom melekat pada membran sel dan terjadi penggandaan kromosom membran, dan dinding sel memanjang. -Bakteri menjadi dua kali ukuran semula munculnya sekat diikuti oleh pertumbuhan dinding sel yang melintang tahap terakhir terbentuk dua sel baru yang identik - TUNAS Pembentukan tunas bermula dari pertumbuhan bagian sel ke arah luar yang terus membesar hingga menyamai sel induk, dan akhirnya memisahkan diri menjadi sel baru

PERKEMBANGBIAKAN BAKTERI SPORA REPRODUKTIF Bakteri berfilamen (seperti Actinomycetes) melakukan reproduksi dengan menghasilkan konidiospora (spora reproduktif) yang tumbuh menjadi individu baru. Actinomycetes memproduksi spora pada bagian ujung filamen sel. - FRAGMENTASI Bakteri berfilamen lain ada yang melakukan pemutusan bagian secara sederhana (fragmentasi) dan bagian yang terpisah akan tumbuh menjadi sel baru

PERKEMBANGBIAKAN BAKTERI transformasi

PERKEMBANGBIAKAN BAKTERI transduksi

PERKEMBANGBIAKAN BAKTERI konjugasi

FAKTOR – FAKTOR YANG MENGUASAI KEHIDUPAN BAKTERI Suhu : suhu yang rendah umumnya memperlambat metabolisme seluler, sedangkan suhu tinggi meningkatkan taraf kegiatan sel. Setiap organisme memiliki batas suhu terendah, batas suhu tertinggi, batas terhentinya tumbuh dan suhu optimum untuk pertumbuhan dan reproduksi. Ketiga batas suhu ini dinamakan suhu kardinal Suhu pertumbuhan minimum : suhu terendah organisme masih dapat hidup dan tumbuh. Banyak mikroorganisme dan hampir semua bakteri dapat tahan hidup pada suhu ini Suhu pertumbuhan optimum : suhu yang diperlukan untuk multiplikasi dalam taraf yang tercepat. Pertumbuhan optimum terjadi dalam suatu jangka suhu (t-range), bukan pada suatu suhu yang pasti Suhu pertumbuhan maksimum : suhu tertinggi yang masih memungkinkan ada pertumbuhan. Kenaikan sedikit saja diatas suhu ini akan mengakibatkan kematian mikroorganisme karena ada enzim yang menjadi non aktif

FAKTOR – FAKTOR YANG MENGUASAI KEHIDUPAN BAKTERI Golongan Suhu Pertumbuhan (Celsius) Minimum Optimum Maksimum Mesofil Psikrofil fakultatif Psikrofil obligat Termofil 10 – 15 5 dan kebawah 40 - 45 30 – 45 25 – 30 15 – 18 55 – 75 35 – 47 30 – 35 19 – 22 60 - 85

FAKTOR – FAKTOR YANG MENGUASAI KEHIDUPAN BAKTERI Golongan mesofil : hidup dalam tanah, air, dan tubuh vertebrata Golongan psikrofil : tumbuh baik pada suhu rendah dari golongan mesofil disebut psikrofil fakultatif. Bakteri laut yang beradaptasi pada kehidupan dalam suhu kira – kira 4 °C, suhu di tempat yang dalam sekali dan mati bila ditempatkan pada suhu kira – kira 30 °C dalam beberapa menit, disebut bakteri psikrofil obligat. Bakteri psikrofil digunakan untuk menguraikan bahan organik. Bakteri ini juga dapat merusak makanan dan bahan lain yang disimpan dalam suhu lemari pendingin. Golongan termofil : spesies termofil hanya subur pada suhu tinggi (50 °C dan di atasnya) dinamakan termofil obligat. Suhu optimum untuk pertumbuhan dari hampir semua jenis mikroorganisme berada di dekat titik awal maksimum, dan suhu yang letal hanya sedikit lebih tinggi dari suhu optimum. Endospora dari famili Bacillaceae adalah jenis kehidupan yang paling tahan panas. Beberapa di antaranya tahan suhu didih atau lebih tinggi selama berjam – jam.

FAKTOR – FAKTOR YANG MENGUASAI KEHIDUPAN BAKTERI Suhu panas adalah faktor penting untuk menghancurkan mikroorganisme secara artifisial. Efek panas ini dalam keadaan lembap tergantung pada koagulasi dan denaturasi protein sel. Dalam keadaan kering tergantung pada oksidasi dan penghangusan. Waktu yang dibutuhkan untuk mematikan bakteri itu semakin pendek bila suhu semakin tinggi. Kerentanan terhadap panas bertambah bila ada asam, alkali atau bahan disinfektan dan kurang rentan bila ada bahan – bahan organik seperti protein, gula dan lemak. Suhu terendah yang dapat mematikan mikroorganisme dalam keadaan yang dikuasai dan dalam waktu yang ditentukan dinamakan titik mati termal Penentuan waktu mati termal yaitu waktu yang dibutuhkan untuk mematikan semua bakteri dari spesies tertentu dalam suatu substansi pada suhu yang telah ditetapkan. Faktor pada titik mati termal, yaitu jumlah bakteri pada permulaannya, umur, pH, cairan suspensi, tekanan osmotik dll.

FAKTOR – FAKTOR YANG MENGUASAI KEHIDUPAN BAKTERI Bahan bentuk gas : jenis dan konsentrasi gas dalam lingkungan yang sangat mempengaruhi pertumbuhan mikroorganisme seperti oksigen, karbondioksida yang sangat penting untuk kehidupan bakteri, nitrogen dan amonia adalah esensial untuk siklus nitrogen, dan H2S mengambil peranan utama dalam siklus sulfur, ada pula gas toksik yang digunakan sebagai bahan untuk mematikan mikroba, seperti formalin dan etilenoksida yang sering dipakai untuk bahan disinfeksi. Tekanan Osmosis : peristiwa terjadingya plasmolisis dan plasmoptisis disebabkan karena sel berada dalam lingkungan dengan tekanan osmosis lebih tinggi atau lebih rendah dari isi sel. Untuk mempertahankan kehidupan sel harus diciptakan tekanan osmosis yang seimbang antara lingkungan dan isi sel; keadaan ini dinamakan isotonis. Jika cairan di sekitar sel tekanan osmosisnya lebih rendah dinamakan hipotonik dan bila lebih tinggi dinamakan hipertonik. Keadaan hipertonik : pada pengawetan makanan seperti sirup, asinan.

FAKTOR – FAKTOR YANG MENGUASAI KEHIDUPAN BAKTERI Pengeringan : mengatasi pengeringan total untuk waktu yang lama. Banyak bahan – bahan seperti buah – buahan, ikan, dan daging yang diawetkan dengan pengeringan, mengandung sejumlah besar mikroorganisme hidup yang berada dalam keadaan non-aktif (dorman), yang segera tumbuh dan merusak makanan itubila menjadi lembap. - Jenis – jenis bakteri patogen yang tidak kuat cepat mati dengan pengeringan. Spora adalah sel – sel non aktif yang sengaja dipersiapkan untuk menahan pengeringan untuk waktu yang lama. Contoh : antibiotik Keadaan ekstrem dingin : banyak mikroorganisme sangat tahan terhadap keadaan ekstrem dingin meskipun dalam bentuk vegetatif. - Spirochaeta sifilis dan banyak virus secara rutin disimpan dalam es karbondioksida yang beku pada suhu – 76 °C atau dalam nitrogen cair (-198 °C) selama bertahun-tahun dengan hanya sedikit kehilangan infektivitasnya. - banyak spesies bakteri dan sel – sel hewan akan tumbuh seolah – olah tidak terpengaruh apa – apa setelah berada pada suhu hidrogen cair (- 252 °C)

FAKTOR – FAKTOR YANG MENGUASAI KEHIDUPAN BAKTERI Efek Ion : Suatu faktor yang jelas mempengaruhi semua mikroorganisme adalah kemasaman atau kebasaan cairan yagn mengelilinginya. - peningkatan suhu dapat meningkatkan disosiasi asam. Jadi suatu larutan yang netral atau sedikit basa (baik untuk pertumbuhan kebanyakan mikroorganisme pada suhu kamar kira – kira 22 °C) dapat menjadi benar – benar masam dan letal bila dieramkan dalam inkubator dengan suhu 37 °C - bila larutan nutrien ditentukan dengan pH-nya sewaktu berada dekat titik didihnya, dapat menjadi basa bila menjadi dingin. - misalnya koagulasi protein oleh panas timbul lebih cepat dalam larutan masam. Efek radiasi : a. Inframerah : bila diserap oleh benda yang tidak memantulkannya, energi yang relatif rendah dikeluarkan sebagai panas. Panas yang dikeluarkan ini dapat menjadi letal bagi mikroorganisme. Sinar ultraviolet daya penetrasinya sangat kecil. Sifatnya tidak mengionkan tetapi mengakibatkan perubahan yang letal secara fotokimia pada enzim dan lain konstituen sel bila penyinaran cukup lama. Spektrum yang mempunyai sifat mematikan mikroba ialah diantara 230 – 280 nm

FAKTOR – FAKTOR YANG MENGUASAI KEHIDUPAN BAKTERI Sinar – X : daya penetrasi cukup kuat, sehingga mengakibatkan pembuatan dan pemecahan gugus hidrogen dari DNA yang berlangsung secara abnormal dan gangguan struktur molekul sekunder. - penyinaran singkat bersifat mutagen dan karsinogen, penyinaran lebih lama adalah letal, tetapi penggunaan sinar-X untuk sterilisasi rutin adalah mahal dan dapat membahayakan. c. Sinar matahari : mempunyai aktivitas mematikan mikroba (disinfeksi). Sinar lembayung ultra dalam cahaya matahari mempunyai sifat memanaskan dan mengeringkan dari sinar matahari itu juga mempunyai efek.

Genus yang penting dalam bakteriologi makanan Genus Staphylococcus : spesies yang paling penting adalah S. aureus yang menunjukkan pertumbuhan yang berwarna kekuningan hingga ke jingga, kadang kala berwarna putih. Spesies ini memelurkan nitrogen dari sumber organik dari segi keperluan oksigen bersifat fakultatif. Bersifat patogen yang mengeluarkan enterotoksin yang menyebabkan keracunan makanan. Genus Streptococcus : kokus yang wujud dalam bentuk sfera berpasangan, sebagai rantaian pendek. Streptococcus yang penting dalam makanan : piogen, viridan, laktik dan enterokokus. Kelompok piogen : mengeluarkan nanah, termasuk spesies Streptococcus patogen (S. agalactiae) yang menyebabkan mastitis pada lembu; S. pyogenes yang menyebabkan penyakit kerongkongan yang bernanah pada manusia. Terdapat juga dalam susu mentah. Tidak dapat tumbuh pada suhu 10 atau 45 °C.

Genus yang penting dalam bakteriologi makanan Kelompok viridan : S. thermophilus, kokus yang penting bagi keju yang dibuat dengan memasak susu pada suhu tinggi dan juga penting dalam beberapa hasil penapaian susu seperti tairu. S. bovis berasal dari najis lembu dan air liurnya. Tumbuh pada suhu 45 °C tetapi tidak pada suhu 10 °C Kelompok laktik : bakteri pada produk susu, contohnya S. lactis dan S. cremoris yang tumbuh pada suhu 10 °C tetapi tidak tumbuh pada suhu 45 C . Bakteri ini digunakan sebagai kultur induk membuat keju, susu mentega. Leuconostoc dan S. lactis menyebabkan kemasaman susu mentah. Tidak dapat bertahan pada konsentrasi garam yang tinggi. Kelompok enterokokus : S. faecalis lebih resisten panas dan sering ditemui berasal dari sumber manusia. Dan S. faecium berasal dari sumber tumbuhan. Sering dijumpai pada makanan mentah. Dapat tumbuh pada suhu 10 dan 45 °C. enterokokus ini berasal dari usus kecil manusia dan hewan.

DISKUSI Soal 1 : Sejak awal 1990-an, beberapa wabah penyakit serius yang berasal dari kontaminasi E.coli pada bahan makanan. Ini memberikan gambaran yang baik dari berbagai dampak kontaminasi mikroba makanan terhadap masyarakat dan industri pengolahan makanan. Wabah memiliki dampak sosial sebagai kepercayaan konsumen dalam keamanan sari apel. US Food dan Drugs Administration menerapkan peraturan baru untuk menjamin keamanan jus. Tetapi memberi dampak negatif pada biaya industri. Selain penurunan konsumsi sari apel segar, industri telah menganggap biaya melebihi anggaran. Seperti yang Anda lihat, efek negatif dari pertumbuhan mikroba berbahaya dalam sari apel dan produk makanan lainnya dapat mempengaruhi masyarakat dan industri dalam berbagai cara Diskusikan: 1. Sebutkan mikroorganisme apa saja yang akan anda temui dalam sari apel? 2. yang mana dari organisme ini yang berbahaya? 3. bagaimana cara anda untuk memastikan kontaminasi mikroba dalam sari apel?  4. jika jumlah mikroorganisme yang ditemukan dalam sari apel terlalu banyak, tindakan apa yang akan rekomendasikan kepada produsen sari apel? 5. jika Anda menemukan tingkat berbahaya dari mikroorganisme pada sari apel yang anda beli di pasaran apa yang akan Anda lakukan?

DISKUSI Soal 2 : Pabrik A adalah sebuah pabrik yang penghasil makanan kaleng seperti daging kornet, buah – buahan, jagung kaleng dan mentega. Pada suatu ketika, produk – produk tersebut harus mengalami “Product Recall” karena terdapat banyak pengaduan dari pihak distributor dan pihak konsumen. Oleh karena itu, pihak pabrik melakukan kebijaksanaan untuk melalukan tes pada setiap produk yang mereka keluarkan untuk menjaga kualitas produk dan mengurangi keracunan makanan. Setelah melakukan tes, maka ditemukan pembengkakan pada beberapa kaleng daging kornet. Selain itu,ditemukan juga adanya perubahan bentuk dan aroma pada produk buah, jagung dan mentega. Jawblah pertanyaan dibawah ini ! Diskusikan: 1. Sebutkan penyebab terjadinya pmbengkakan yang terjadi pada kaleng daging kornet, mikroba apa yang mungkin tercemar di dalamnya? 2. Sebutkan mikroba penyebab terjadinya kerusakan pada produk buah, jagung dan mentega ! 3. Sebutkan kemungkinan yang menyebabkan terjadinya kerusakan pada produk buah, jagung dan mentega ! 4. Apa langkah – langkah pensterilan yang sesuai untuk produk – produk tersebut ?