Fisiologi Mikroorganisme

Fisiologi atau ilmu faal (dibaca fa-al) adalah salah satu dari cabang-cabang biologi yang mempelajari berlangsungnya sistem kehidupan. Istilah "fisiologi" dipinjam dari bahasa Belanda, physiologie, yang dibentuk dari dua kata Yunani Kuna: φύσις, physis, berarti "asal-usul" atau "hakikat" dan λογία, logia, yang berarti "kajian". Istilah "faal" diambil dari bahasa Arab, berarti "pertanda", "fungsi", "kerja".

Fisiologi Mikroba berkaitan dengan : Nutrien Media Pertumbuhan Perkembangbiakan/Reproduksi

NUTRISI Semua makhluk hidup termasuk mikroba membutuhkan : - Sumber energi - Karbon - Nitrogen -Mineral - Vitamin - Air

Mikroba memerlukan nutrisi tertentu (dalam bentuk zat kimia) untuk melakukan berbagai aktivitas fisiologis dalam sel, biosintesis senyawa, membangun komponen sel dan sebagainya. Untuk memenuhi kebutuhan ini mikroba memperoleh sejumlah molekul kecil dari lingkungan (beberapa juga disentesis dalam sel), sementara semua molekul besar disintesis dalam sel dengan substansi yg berasal dari lingkungan.

Substansi yg berasal dari lingkungan dan digunakan mikroba dalam metabolisme (katabolisme dan anabolisme) disebut dengan nutrien. Nutrien dpt dibedakan atas : - Nutrien esensial : tanpa nutrien tersebut sel tidak dapat tumbuh. - Nutrien non esensial : digunakan bila ada tapi tidak penting. Bersasarkan jumlah substansi yg dibutuhkan nutrien dibedakan atas : - Makro Nutrien : C,N,P,S,K,Mg,Ca,Na,Fe - Mikro Nutrien : Co,Mo,Cu,Mn,Ni,tungsten,selenium

MEDIA MIKROBA Media : Bahan nutrisi yg disiapkan untuk pertumbuhan mikroba. Mikroba yg tumbuh dan berkembang biak dalam suatu media = kultur.

Mikroba memerlukan kondisi, formulasi nutrisi yg berbeda  antar sesama bakteri, antar sesama virus dan antar sesama jamur saja berbeda2 tergantung jenis, apalagi antara bakteri, virus dan jamur. Oleh karena itu tidak mungkin memformulasikan medium yg dapat mendukung pertumbuhan semua mikroba.

Sejumlah bakteri bisa tumbuh pada medium minimal yang mengandung sumber karbon dan energi (misalnya glukosa), sumber nitrogen, sumber sulfur, sejumlah kecil garam-garam anorganik, dan air. Bakteri yg bisa tumbuh pada medium sederhana “tanpa suplemen” semacam itu disebut prototrofik. Jika ada zat organik lain yg harus ditambahkan ke medium minimal agar bakteri bisa tumbuh, bakteri itu disebut auksotrofik.

Bahan utama yg umum digunakan dalam pembuatan media bakteri adalah : Beberapa mikroba dapat tumbuh baik pada beberapa macam media perbenihan, sementara yg lainnya memerlukan media khusus. Dalam laboratorium, terdapat berbagai variasi media yg dapat digunakan untuk pertumbuhan mikroba, sebagian dalam bentuk siap pakai. Bahan utama yg umum digunakan dalam pembuatan media bakteri adalah : Beef extract Yeast extract Pepton  suplemen protein dr gelatin, kedelai dan casein NaCl Agar  sebagai pemadat  karbohidrat kompleks Aquades Karbohidrat, nitrogen organik, vitamin

Air pepton ( pepton 10 g, NaCl 5 g, Aquades 1 L) Basal Media Air pepton ( pepton 10 g, NaCl 5 g, Aquades 1 L) Nutrient Broth (beef extract 3 g, pepton 10 g, NaCl 5 g dan Aquades 1L) Nutrient Agar (NB + agar 15 g) Contoh Media : Medium glukosa : Air pepton + 10g glukosa + indikator Alkalin Peton Water : Air Pepton + NaOH 1 N  pH 8,5 Lactose Broth = NB + Laktosa 5 g Agar Darah : NA + darah defibrin 50 mL

Macam-macam Media Berdasarkan Sumber Nutrien : Media Alami  susu Medium Buatan Sintetik  komposisi diketahui secara rinci. Non sitentik  komposisi tidak diketahui secara pasti  bahan kaya akan nutrien, mengandung : beef extract, pepton, dan agar.

Macam-Macam Media Berdasarkan sifat Fisik : Cair  Nutrient broth Semi solid  Sulfite Indole Motility Padat Reversible  Nutrien Agar Padat Irreversible  Serum darah terkoagulasi

Macam-Macam Media Berdasarkan Sifat Fungsional : Media Diperkaya Adalah medium yg dapat merangsang pertumbuhan mikroba tertentu. Biasanya ditambahkan nutrisi/bahan yg serupa dengan habitat alami  meningkatkan jumlah mikroba yg diinginkan/ untuk memperbesar peluang deteksi mikroba yg diperiksa dari suatu sampel. Contoh media diperkaya : - Selenite cystine Broth (12-16 jam)  Salmonela - Alkaline Peptone Water (6-8 jam)  V.cholerae - Alkaline Peptone Water + NaCl 3%  Vibrio halofilik

2. Media Diferensial Adalah medium yg dapat membedakan berbagai kelompok mikroba. Tumbuh beberapa tipe, tapi antar tipe akan mempunyai penampilan yg berbeda. Endo Agar  koloni peragi laktosa akan berwarna merah – E.coli  bukan peragi laktosa akan berwarna bening -- Salmonella

3. Media Selektif Medium yg dapat merangsang pertumbuhan beberapa jenis mikroba, tapi ke dalam medium ditambahkan bahan penghambat yg dapat menekan pertumbuhan mikroba lain yg tidak diinginkan. Bahan penghambat yg biasa digunakan dalam medium ini adalah : zat warna, antibiotik, garam empedu (bile salts) dan senyawa lain yg berpengaruh pada sistem enzim dalam metabolisme. - Media selektif untuk bakteri negatif gram  kristal violet dalam medium dengan konsentrasi 1/500.000 - Media selektif untuk untuk bakteri positif gram  adalah dgn menambahkan potasium telurit, talium asetat, sodium azida, ke dalam medium dengan konsentrasi 1/2000 – 1/10000.

4. Media Selektif Diperkaya Ke dalam medium ditambahkan nutrien alami untuk merangsang pertumbuhan mikroba yg diinginkan, selain itu ditambahkan senyawa penghambat untuk menekan mikroba yg tidak diinginkan. Contoh medium : TCBS dengan 3% NaCl (TCBS adalah untuk isolasi Vibrio air tawar, namun jika ingin mengisolasi Vibrio air laut perlu ditambahkan 3% NaCl untuk menyesuaikan habitat alami).

5. Media Selektif Diferensial Contoh medium Mac Conkey’s Agar, Medium ini mengandung bile salts yg menghambat pertumbuhan bakteri positif gram, selain itu mengandung laktosa dan brom cresol purple yg dapat membedakan bakteri peragi laktosa dan bukan peragi laktosa  untuk deteksi coliform dari air/ susu.

Waktu Generasi => Waktu yg diperlukan untuk sel membelah diri disebut waktu generasi atau waktu penggandaan. Dalam praktik, waktu generasi merupakan waktu pembelahan ganda untuk seluruh populasi karena tidak semua sel spesies mikroba dalam satu populasi melakukan pembelahan pada waktu atau laju yang sama. Bakteri, khamir, dan kapang mempunyai waktu generasi yang pendek pada kondisi yg optimum untuk pertumbuhan.

Perhitungan jumlah bakteri dilakukan dalam bilangan logaritma (log 10)  karena jlhnya yg banyak. Menggunakan rumus : G = 0,3 𝑡 𝑙𝑜𝑔10 𝑧 − log 10 𝑥 G=waktu generasi (menit) atau waktu penggandaan (jam); 0,3 = konstanta(nilai log10 2) dan mengindikasikan penggandaan; t=durasi atau lama pengamatan (menit); log10x=jumlah awal sel/mL dan log10z=jumlah akhir sel/mL atau koloni forming unit (CFU) per milliliter

PERTUMBUHAN MIKROBA

Fase adaptasi (lag phase) : Masa penyesuaian diri, metabolisme aktif tapi mikroba belum berkembang  kira-kira 2 jam. Fase logaritma (eksponensial) : Mikroba berkembang dua kali lipat, jumlah mikroba meningkat secara eksponensial  4-12 jam. Fase statis (stasioner) : dgn meningkatnya jumlah mikroba, hasil metabolisme yg toksik juga meningkat  mikroba mulai mati, pembelahan lambat. Jumlah yg hidup sama dengan yg mati  12-24 jam. Fase Kematian : Keadaan lingkungan semakin menurun (akumulasi metabolit, penurunan nutrien)  jumlah mikroba yg hidup berkurang  24 jam

Faktor yg Mempengaruhi Pertumbuhan Mikroba Temperatur Setiap mikroba mempunyai temperatur minimum, optimum, dan maksimum untuk pertumbuhannya. - Minimum : suhu terendah bagi suatu jenis mikroba dapat tumbuh. - Optimum : suhu dimana suatu spesies dapat tumbuh paling baik. - Maksimum : suhu tertinggi yg memungkinkan masih dapat tumbuh.

Berdasarkan range temperatur yg disukai (optimum) bakteri dibagi atas : Psikrofil  suhu dingin - Dapat hidup pada suhu 0oC, optimum 15oC, maksimum 20oC. - Lebih banyak ditemukan di laut dalam/daerah artic, namun beberapa dapat hdup pada suhu refrigerator (4oC)

b. Mesofil  suhu sedang. Optimum : 25-40oC c b. Mesofil  suhu sedang. Optimum : 25-40oC c. Termofil  suhu panas Optimum : 50-60oC, beberapa masih tumbuh pada suhu >90oC, mendekati suhu uap air.

Terdapat sekelompok mikroba yg tidak optimum tumbuh pada suhu dingin, namun tahan terhadap suhu dingin  psikotrofik / psikodurik. Sebaliknya juga ada mikroba yg sebenarnya tidak optimum tumbuh pada suhu tinggi, tapi tahan terhadap suhu panas  termodurik

2. pH Pada umumnya bakteri tumbuh lebih baik pd pH 6,5 -7,5. Sangat sedikit yg tumbuh pd pH rendah atau tinggi. Mikroba yg tahan hidup pada pH rendah disebut asidurik/asidofilik Mikroba yg tahan hidup pd pH tinggi disebut alkalofilik. Banyak mikroba menghasilkan asam  menghambat pertumbuhan mikroba tersebut -> tambahkan larutan penyangga untuk mempertahankn pH (fosfat, garam fosfat tidak toksik dan merupakan elemen nutrien esensial).

3. Oksigen Berfungsi sebagai bagian dari air sel dan senyawa organik sel serta sebagai aseptor elektron dalam respirasi. Sumber : nutrien bersama dengan komponen lain dan dari lingkungan. Berdasarkan kebutuhan terhadap oksigen dari lingkungan, mikroba dikelompokkan atas : Aerob  mikroba yg dapat menggunakan oksigen dari lingkungan. Aerob obligat  mikroba yg selalu membutuhkan oksigen untuk pertumbuhannya --- Mycobacterium tuberculosis

c. Fakultatif anaerob  tidak butuh oksigen untuk pertumbuhannya, namun dapat tumbuh bila ada oksigen d. Anaerob obligat  hanya dapat tumbuh bila tidak ada oksigen, sebaliknya akan mati bila ada oksigen, karena tidak memiliki enzim yg dapat menguraikan hasil oksidasi yg bersifat toksik --- Clostridium e. Anaerob toleran  Mikroba dapat tumbuh bila ada oksigen, meskipun oksigen tidak digunakan untuk metabolisme --- Streptococcus f. Mikroaerofilik  membutuhkan oksigen dalam konsentrasi yg sangat rendah untuk pertumbuhannya (tidak dapat tumbuh pd tempat yg kaya oksigen).

4. Tekanan Osmotik Jika suatu mikroba berada dalam suatu larutan hypertonik (konsentrasi di luar sel>pekat dari dalam sel), maka air akan keluar melalui proses osmosis  plasmolisis (membran plasma lepas dari dinding sel). Sebaliknya bila mikroba berada dalam medium hypotonik (konsentrasi larutan di luar sel > rendah dari dalam sel  terjadi plasmoptisis. Tekanan osmotik yg cocok untuk pertumbuhan mikroba adalah isotonik. Beberapa jenis mikroba memerlukan konsentrasi garam yg tinggi untuk pertumbuhannya  halofilik, misalnya isolat dr laut. Sementara itu ada juga mikroba yg tidak memerlukan konsentrasi garam yg tinggi, namun dapat hidup pada konsentrasi garam > 1-2% dan bahkan toleran pd konsentrasi 10-15%  fakultatif halofilik