Oleh: Prof. Dr. Poniah Andayaningsih, MS. MATERI 2: EKOLOGI MIKROBA Oleh: Prof. Dr. Poniah Andayaningsih, MS. Laboratorium Mikrobiologi , Jurusan Biologi F-MIPA, Universitas Padjadjaran

Microbial Ecology Microbial ecology ≠ microbiology Lingkungan Ekologi Mikroba adalah studi tentang hubungan antara mikroba dan lingkungannya, termasuk organisma lain dan lingkungan abiotis. Istilah Mikrobial ekologi pada umumnya untuk menjelaskan mikroorganisma dan distribusinya pada lingkungan. Microbial ecology ≠ microbiology Lingkungan Mikrobiologi Lingkungan terutama berhubungan dengan fungsi dan kontribusi mikroba pada lingkungannya, juga aplikasinya dalam hala pengelolaan dan bioremediasi.

Mikroba mempengaruhi Ekosistem Dalam lingkungan yang miskin nutrien , memungkinkan terjadinya kompetisi antar m.o. M.o dapat meningkatkan permukaan areal untuk menjadikan efisiensi dalam mendapatkan nutrien. M.o dapat melekat pada permukaan yang mungkin mempunyai konsentrasi nutrisi yang lebih tinggi untuk membentuk biofilm Senyawa kimia dapat menghambat pertumbuhan mikroba pada lingkunagan miskin nutrien.

Peranan Mikroorganisma dalam Lingkungan Kemoautrotrof Fotoautotrof Kemoheterotrof Peranan m.o lainnya: a. Sebagai penyedia sumber makanan bagi organisma lainnya. b. Menghasilkan subtansi inhibitor yang dapat mengurangi aktivitas mikroba lainnya , dan dapat membantu meningkatkan fungsi tanaman atau hewan.

Classification of population interaction EFFECT OF INTERACTION NAME OF INTERACTION POPULATION A B Neutralism Commensalism Synergism Mutualism Competition Amensalism Parasitism Predation + - 0 or + 0, No effect; +, positive effect; -, negative effect.

Mycorrhizas Mikoriza secara harfiah berarti "cendawan akar" dan mengacu pada asosiasi simbiotik bahwa ada interaksi antara akar tanaman dan jamur. Mungkin akar dari mayoritas tanaman terestrial adalah mycorrhizal. Ada dua kelas dari mycorrhizae: ectomycorrhizae, di mana sel-sel fungal membentuk satu sarung pelindung yang luas di sekitar bagian luar dari akar dan sedikit yang penetrasi ke dalam jaringan/tisu akar diri sendiri, dan endomycorrhizae, di mana miselium fungal menempel di dalam jaringan/tisu akar.

EKOLOGI MIKROBA EKSTREAMOFILIK

Mikroba Extremophiles: Mikroba yang dapat hidup dalam kondisi ekstrim. Thermophiles Psychrophyle Acidophyle, Alkaliphyle Halophyle Barophyle Kondisi lingkungan yang ekstrim tersebut adalah kondisi yang dianggap steril untuk mikroba

Thermophiles Tumbuh pada temperature > 45oC Mikroba termofil pertama ditemukan di hot springs di Yellowstone (Thermus aquaticus: Taq is basis for PCR) Mikroba hyperthermophiles dapat tumbuh pada : 80oC - 100oC! Mikroba hyperthermophile pertama ditemukan : Sulfolobus acidocaldarius, di hot acid spring.

Celah Hydrothermal

Celah Hydrothermal Pyrolobus fumarii tumbuh pada daerah yang sangat panas/ Tumbuh baik pada 105oC, -113oC Tidak dapat tumbuh pada 90oC! Theoretical limit pertumbuhan sampai: ~150oC

Zonasi pada Hot Springs (sumber air panas)

Psychrophiles Tumbuh di bawah 20oC Tumbuh optimal pada 20oC Rata-rata suhu air laut 1-3oC Laut Antarctic terbentuk dari es membekusepanjang tahun: dapat dihuni oleh eukariot fotosintetik seperti halnya prokariot bakteri. Polaromonas vacuolata dapat tumbuh optimal pada 4oC , tidak dapat tumbuh di atas12oC!

Acidophiles Lingkungan normal pada umumnya netral Acidophiles adalah m.o yang hidup di bawah pH 5 Lingkungan asam dapat menghasilkan aktivitas geokimia. Pada Celah hydrothermal; Beberapa some hot springs menghasilkan gas sulfur ;produce sulfurous gases; puing pertambangan batubara. Aktivitas metabolisme bakteri acidofilik berkontribusi pada timbulnya keasaman pada lingkungan.

Acidophiles pH asam dapat mendenaturasi DNA Sel dapat memelihara kenetralan bagain dalam sel. extremozymes bekerja pada pH rendah Pembatasan masuknya senyawa pH rendah Extremozymes telah diisolasi dari dinding sel / membran yang berfungsi di bawah pH 1

Alkaliphiles Dapat hidup pada habitat di di atas pH 9. Pada tanah kaya carbonate, kandungan soda Beberapa molekules, misal RNA, rusak di atas pH 8 alkaliphiles juga dapat memlihara interior secara netral. extremozymes berada dekat dinding sel dan disekresikan

Halophiles Sel di lingkungan hipertonik akan dehidrasi. Halophiles menyimpan air dengan mengakumulasikan di bagian dalam sel dengan cara active transport Halobacterium salinarum dapat mengkonsentratkan KCl cytoplasmic enzymes memerlukan KCl untuk meningkan aktifitasnya. a

Barophiles Toleran dan memerlukan tekanan yang tinggi ekstrim dan ditemukan di kedalaman tanah atau lautan. Dapat tumbuh di bawah ribuan tekanan atmosfir. Kedalaman sampai 7000 kaki di bawah permukaan laut.

Estuaries Titik di mana sungai bertemu dengan laut. Pertemuan antara air tawar dan air asin. Kondisi lingkungan sangat berubah-ubah. Sangat Variable pada pH, O2

BIOFILM -

Biofilms Komunitas m.o yang melekat pada permukaan suatu lingkungan. Sel yang berada di dalamnya men- sekretkan matriks exopolysaccharides. Dimanapun, kelembaban lingkungan cukup untuk pertumbuhan m.o. untuk membentuk biofilm

Mixed-Species Biofilm Pseudomonas aeruginosa, P. fluorescens, Klebsiella pneumoniae

Lapisan Mikroba pada Biofilm Komunitas mikroba khusus. Terutama Terdiri dari prokariot photosynthetic

Biofilm Substrates Permukaan yang padat yang terkena kondisi lembab Permukaan jaringan lunak dari organisma Batas anatar cairan dan udara Marine biofilms terbentuk diatas bebatuan dan permukaan baik air laut ataupun air tawar.

Karies Gigi sebagai bentuk dari biofilm I, gigi Plaque terekspos sampai 5% sukrosa selama 5 menit; kanan gigi seri diperlakukan dengan Gram's iodine Noda coklat : á-1, 4 glucans (glikogen, amylose) - luas paparan asam laktat, yang menggerus enamel

SEM (Scanning Microscope Electron) - Plaque

Aquatic Alpine Biofilms Heterotrophic bacteria Photosynthetic algae EPS matrix

Water Pipe - Galvanized Iron

Water Pipe - Enlarged View

Biofilm Structure - Water Channels

Biofilm Structure - Water Channels

Lapisan Penyumbat Septic System Biofilm yang terbentuk pada butir pasir Menghilangkan bakteri pathogen Mengurangi materi organik pada air limbah 150 μm

Formasi Biofilm

Pembentukan Matriks Biofilm

Pematangan Biofilm

Pita-pita Biofilm = Streamer Hasil SEM-Streamer Pseudomonas aeruginosa PANO67

Eradikasi= Pemusnahan Biofilm biofilm menunjukkan peningkatan ketahanan/resistensi terhadap antibiotik dan biocides biofilm tahan terhadap respon imun terutama karena sifat protektif eps matriks MBEC > MBC > MIC

Tetrazoleum chloride (TTC/CTC): stains respiring cells 0 mins DAPI: stains DNA Tetrazoleum chloride (TTC/CTC): stains respiring cells Treatment: chloramine 30 mins

Tetrazoleum chloride (TTC/CTC): stains respiring cells 60 mins DAPI: stains DNA Tetrazoleum chloride (TTC/CTC): stains respiring cells Treatment: chloramine 90 mins

Biofilm berpengaruh pada kesehatan dan Industri Menyebabkan penyebab utama kematian akibat cystic fibrosis Infeksi yang sulit di obati. Mengkontaminasi instalasi pengolah air, sistem filtrasi . Menyebabkan korosi dan timbulnya sumbatan minyak pada perpipaan , ladang minyak. Biofouling dari penggilingan pulp kertas.

Kasus: Biofilm pada Lensa Kontak mix of bacteria, fungi, amoebae common in up to 80% of contact lens wearers

Alat Medis Alat-alat bedah implant, IUD, pipa kateter