FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS AIRLANGGA SURABAYA PERTUMBUHAN BAKTERI Dr. Ni’matuzahroh FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS AIRLANGGA SURABAYA 2010

Streaking 3. Inoculation Method Streaking phase S. aureus E. coli Rhodotorula

Pertumbuhan Secara individu artinya : Secara populasi artinya : suatu pertambahan bagian-bagian sel dan atau unsur-unsur kimia dari bagian-bagian sel tersebut. Adanya pertumbuhan sel ditandai oleh pertambahan ukuran dan pembelahan sel Secara populasi artinya : pertumbuhan bakteri merupakan akibat dari pertumbuhan sel secara individu. Pertumbuhan populasi ditunjukkan dengan pertambahan jumlah sel dan/massa sel yang tumbuh

Pengukuran kuantitatif pertumbuhan Pertumbuhan mengacu pada perubahan perubahan dalam populasi total dan bukannya pada perubahan dalam suatu individu organisme daja Pada kondisi pertumbuhan seimbang ada suatu pertambahan semua komponen selular secara teratur Pertumbuhan dapat ditentukan tidak hanya dengan mengukur jumlah sel tetapi juga dengan Mengukur jumlah berbagai komponen seluler (RNA, DNA, protein) Mengukur produk-produk metabolisme tertentu

Pertumbuhan sel bakteri : 1 Sel - 2 sel - 4 sel Hal yang terjadi selama siklus sel adalah Pertambahan ukuran yang merupakan perluasan dinding sel dan membran sel Pembentukan sekat Pembagian DNA ke sel anak Pembentukan dinding sel dan membran sel yang baru diduga terpusatkan pada bagian ekuatorial sel dan diawali dengan adanya mesosom yang juga menjadi tempat perlekatan DNA pada membran sel

MESOSOM Lanjutan membran sitoplasma ke arah dalam /invaginasi ,membran sel kedalam sitoplasma Fungsi : sintetis dinding sel dan pembelahan Dijumpai bermula pada titik tempat membran mulai invaginasi sebelum terjadinya pembelahan Melekat pada nukleus

Model pertumbuhan bakteri HELMSTETTER - COOPER Kecepatan pertumbuhan rendah /lambat Waktu generasi > waktu replikasi DNA

Kecepatan pertumbuhan tinggi/cepat Waktu generasi lebih pendek < dibandingkan dengan waktu replikasi DNA

Faktor yang mempengaruhi pertumbuhan bakteri Nutrisi Sumber energi Air Temperatur pH Kadar O2 Cahaya Salinitas Tekanan

Kondisi fisik yang mempengaruhi pertumbuhan bakteri Tipe bakteri kelompok fisiologis Kondisi biakan (inkubasi) Suhu Psikrofil Mesofil Termofil : termofil fakultatif termofil obligat 0 – 30 oC 25 – 40 oC 25 – 55 oC 45 – 75 oC Kebutuhan akan gas Aerob Anaerob Anaerob fakultatif Mikroaerofilik Harus ada oksigen Tanpa oksigen Keduanya bisa Tumbuh dengan kadar oksigen rendah

Kondisi fisik yang mempengaruhi pertumbuhan bakteri Tipe bakteri kelompok fisiologis Kondisi biakan (inkubasi) Keasaman atau alkalinitas (pH) Kebanyakan bakteri yang berkaitan dengan kehidupan hewan dan tumbuhan Beberapa spesies eksotik pH optimum 6-5-7-5 pH minimum 0,5 pH maksimum 9,5 Cahaya Fotosintetik (autotrof dan heterotrof) Sumber cahaya Salinitas Halofil (halofil obligat) Konsentrasi garam yang tinggi (10 – 15 % NaCl )

Thiobacillus thiooxidans 0,5 2 -3,5 6 Acetobacter aceti 4 5,4-6,3 7 -8 Ph minimum,optimum, dan maksimum untuk pertumbuhan beberapa spesies bakteri Bakteri Kisaran ph Batas awah Optimum Batas atas Thiobacillus thiooxidans 0,5 2 -3,5 6 Acetobacter aceti 4 5,4-6,3 7 -8 Staphylococcus aureus 4,2 7 – 7,5 9,3 Azotobacter spp. 5,5 7 - 7,5 8,5 Chlorobium limicola 6,8 7 Thermus aquaticus 7,5-7,8 9,5

Pengukuran pertumbuhan Jumlah sel Pengamatan mikroskopis (haemositometer) Penghitungan cawan (TPC) Massa sel Langsung  - kekeruhan (spektrofotometer) - berat kering sel (mg/l, g.l) Tidak langsung  - komponen sel - pengubahan nutrien - pembentukan produk - ATP yang dibutuhkan - viskositas

Metode untuk mengukur pertumbuhan bakteri CONTOH PENERAPAN Hitungan mikroskopik Penghitungan bakteri dalam susu dan vaksin Hitungan cawan Penghitungan bakteri dalam susu, air, makanan, tanah, biakan, dan sebagainya Membran filter Sama seperti hitungan cawan Pengukuran kekeruhan Uji mikrobiologis, pendugaan hasil panen sel dalam kaldu, biakan, atau suspensi berair

Metode untuk mengukur pertumbuhan bakteri CONTOH PENERAPAN Penentuan kandungan nitrogen Pengukuran panen sel dari suspensi biakan kental digunakan pada penelitian mengenai metabolisme Penentuan berat kering sel Sama seperti untuk penentuan nitrogen Pengukuran aktivitas biokimiawi Uji mikrobiologis

Kultivasi Mikroba 1. Enumeration of CFU and growth curve of bacteria Result : Growth curve

Pertumbuhan Populasi Bakteri Hubungan antara jumlah sel dengan waktu pertumbuhan dapat dinyatakan dalam Kurva Pertumbuhan Kurva pertumbuhan bakteri pada umumnya dibagi dalam enam fase Fase lag Fase eksponensial Fase pertumbuhan maksimum/stasioner Fase kematian

Four phase in growth curve : Bacteria start to reproduce  acclimatize to the new environment. Reproduction proceeds logarithmically. Bacteria growth constantly (growth=dying) Cell gradually die 2. Generation time Time (minutes) # bacteria 20 40 60 80 100 120 180 240 300 360 420 1 2 4 8 16 32 64 512 4096 32768 262144 2000000

Menurut Buchanan (1918) Kurva pertumbuhan bakteri dibagi dalam 7 : Initial Stationary Phase (a) jumlah bakteri tetap konstan Lag Phase or Phase of Positive Growth Acceleration (ab) kecepatan multiplikasi meningkat dengan waktu Logarithmic Growth Phase (bc) kecepatan multiplikasi tetap konstan waktu generasi tetap Phase of Negative Growth Acceleration (cd) kecepatan multiplikasi menurun rata-rata waktu generasi meningkat organisme meningkat dalam jumlah tetapi kecepatan lebih lambat dari pada phase logaritma

Kurva pertumbuhan bakteri dibagi dalam 7 : Menurut Buchanan (1918) Kurva pertumbuhan bakteri dibagi dalam 7 : 5) Maximum Stationary Phase (de) jumlah organisme hidup tetap konstan rata-rata kematian sama dengan rata-rata peningkatan 6) Phase of Accelerated Death (ef) jumlah berkurang dengan kecepatan yang meningkat 7) Logaritmic Death Phase (fg) kecepatan kematian konstan

MULLER 1895 Jika bakteri dipindahkan dari kultur lama ke medium baru, waktu generasi dari pertumbuhan bakteri berbeda bergantung umur (kondisi) pre kultur Contoh : Umur 2,5 – 3 jam - waktu generasi 40 menit Umur 6, 25 jam  waktu generasi 80 -85 menit Umur 14-16 jam  waktu generasi 160 menit

Sensitivitas atau resistensi sel bakteri terhadap suatu faktor fisik/kimia, biologis dari lingkungan bergantung pada usia sel bakteri Sel pada kultur yang lebih muda lebih sensitif terhadap faktor lingkungan Sel pada kultur tua lebih resisten terhadap faktor lingkungan

FASE LAG Tidak ada pertambahan populasi Kecepatan pertumbuhan nol/lebih dari nol tetapi belum mencapai maksimum Fase adaptasi terhadap lingkungan baru Sel bakteri memerlukan bahan-bahan penting atau enzim enzim yang perlu disintesis sehingga substransi interselular bertambah Sel mengalami perubahan dalam komposisi kimiawi dan bertambah ukurannya

FASE LOGARITMA / EKSPONENTIAL Aktivitas metabolik konstan Fase ini dimulai jika kecepatan pertumbuhan mencapai maksimum Keadaan pertumbuhan seimbang Massa dan jumlah sel bertambah secara eksponential dengan laju/ waktu generasi konstan Biakan dalam keadaan paling homogen dengan sel-sel yang semuanya tumbuh pada kecepatan dan interval yang sama

FASE PERTUMBUHAN STASIONER/SEIMBANG/MAKSIMUM Fase dengan kecepatan pertumbuhan yang stabil Beberapa sel mati sedangkan yang lainnya tumbuh dan membelah Fase maksimum dikarenakan : Kekurangan nutrien Akumulasi hasil metabolisme akhir

FASE KEMATIAN Kecepatan pertumbuhan terus berkurang Kematian sel bakteri Sel bakteri yang mati lebih cepat dari pada terbentuknya sel-sel baru

Kecepatan pertumbuhan: Waktu Generasi : Waktu yang diperlukan untuk pembelahan sel dari satu sel menjadi dua sel anak dengan sempurna Kecepatan pertumbuhan: Jumlah generasi per satuan waktu tertentu

Penentuan kecepatan pertumbuhan dan waktu generasi Dihitung pada fase logaritma karena sel anakan mempunyai kemampuan tumbuh yang sama dengan sel induknya Untuk menghitung waktu generasi suatu bakteri diperlukan data ; Jumlah sel /massa pada awal percobaan Jumlah sel /massa pada akhir percobaan Jarak waktu dari awal sampai akhir percobaan

Jumlah sel pada generasi tertentu (b) GENERASI KE Jumlah sel pada generasi tertentu (b) Rumus b.0 = a 1 b.1 = 2 X a 21 a 2 b.2 = 2 X 2 X a 22 a 3 b.3 = 2 X 2 X 2 X a 23 a . n b.n 2n a Dalam logaritma biasa ; Log b = n log 2 + log a n = log b – log a = log b/a log 2 0,310 Atau n = 3,32 (log b – log a)

Waktu generasi g = t g = t n 3,32 (log b – log a) g= waktu generasi t = selang waktu antara pengukuran jumlah sel di dalam populasi pada suatu saat dalam fase log (a) dan kemudian pada suatu titik waktu tertentu (b) a = populasi awal b = populasi setelah waktu t log = log 10 3,32 = faktor konversi log 2 – log 10

Waktu generasi dan kecepatan pertumbuhan Waktu generasi (g) Waktu yang dibutuhkan oleh suatu populasi untuk bertambah secara teratur menjadi dua kali lipat Dihitung secara langsung dari grafik kurva pertumbuhan di fase logaritma GT = t (OD 0,4) – t (OD 0,2) Secara langsung dengan penghitungan sel (CFU) g = t log 2 g = t log b – log a 3,3 log (b/a) Kecepatan pertumbuhan (k) Jumlah generasi per satuan waktu K = n/t n = 3.3 (log b – log a)

Fungsi pengukuran pertumbuhan Pengukuran kuantitatif pertumbuhan penting antara lain : Untuk menginterpretasikan berbagai respons pertumbuhan Contoh : Untuk menilai memadai tidaknya suatu median tertentu untuk menunjang pertumbuhan suatu bakteri

Terima Kasih Atas Perhatiannya