(minggu ke-3) MIKROBIOLOGI PETERNAKAN Yuli Yanti, S.Pt., M.Si yuli_mf@yahoo.com yyanti12.staff.uns.ac.id LAB. IPHT FP-UNS

Klasifikasi Mikrobia Sejarah klasifikasi jasad hidup Sistematika Mikrobia: keanekaragaman dan hubungan (fenetik & filogenetik) Klasifikasi mikrobia Tatanama Mikrobia Identifikasi Mikrobia

Sistematika Mikrobia Sistematika: ilmu yang mempelajari keanekaragaman mahluk hidup serta hubungan kekerabatan antar sesamanya. Tiga bidang kajian sistematika: Klasifikasi Tatanama (Nomenklatur) Identifikasi Taksonomi : ilmu yang mempelajari teori klasifikasi yang mencakup dasar, prinsip serta aturan klasifikasi. Klasifikasi : praktek taksonomi yaitu proses penataan organisme ke dalam suatu kelompok (takson) berdasarkan hubungan kemiripan (similaritas) atau hubungan kekerabatan (evolusioner). Identifikasi: proses dan hasil penentuan apakah suatu organisme yang belum dikenal merupakan anggota kelompok yang sudah diketahui sebelumnya atau bukan. Tatanama: cara pemberian nama ilmiah mahluk hidup menurut kode tatanama.

Sejarah klasifikasi mahluk hidup: Aristoteles (- mid 1800-san) : Dunia Plantae; Dunia Animalia E. Haeckel (1866) : Dunia Plantae; Dunia Animalia; Dunia Protista E. Chatton (1937) : Prokaryotae; Eukaryotae R.H. Whittaker (1969): Dunia Monera Dunia Fungi Dunia Plantae Carl Woese (1978): Domain Bakteria Domain Arkhaea Domain Eukarya Carol J. Bult (1996) : selesai sequencing genom Methanococcus janashii (Arkhaea) Solomon et al. (1999 - 2002): Dunia Bakteria Dunia Arkhae(bakteria)

Five Kingdom & Three Domain

Tree of Life: Three Domain

Dasar klasifikasi: Aristoteles ( 400 SM – 1800-an) : kenampakan morfologi luar E. Haeckel (1866): morfologi (mikroskopis) dan fisiologi E. Chatton (1937) : struktur organisasi interna sel (prokaryotik & eukaryotik) R.H. Whittaker (1969) : organisasi internal sel; nutrisi; struktur organisasi selular Carl. Woese (1978) : molekul RNA ribosomal (biologi molekular) 16S rRNA (Arkhaea & Bakteria) 18S rRNA (Eukarya)

Sistem klasifikasi: Fenetik: berdasarkan kemiripan sifat Filogenetik: berdasarkan hubungan evolusi

Pendekatan/Metode klasifikasi: Klasifikasi klasik monotetik Klasifikasi numerik-fenetik- politetik (berdasarkan kesamaan morfologi) Klasifikasi kimiawi (khemotaksonomi) Klasifikasi molekular (taksonomi molekular) Klasifikasi polifasik

Klasifikasi dan Hierarki Taksonomis: Dom ain Eukarya Bakteria Arkhaea Dunia Plantae Phylum Anthophyta Proteobacteria Crenarcheota Classis Monocotyledoneae Gamma Proteobacteria Thermoprotei Ordo Commelinales Enterobacteriales Sulfolobales Familia Poaceae Enterobacteriaceae Sulfolobaceae Genus Zea Salmonella Sulfolobus Species Zea mays S. dysenteriae Slf. Metallicus

Tatanama (Nomenklatur): International Code of Bacterial Nomenclature (Sneath, 1992). International Code of Botanical Nomenclature (Greuter et al., 1994) International Code of Zoological Nomenclature (Ride et al., 1985) Sistem binomial: nama spesies terdiri dari dua kata Bahasa Latin atau diperlakukan sebagai bahasa Latin Nama genus : diawali dengan huruf kapital e.g. Bacillus Penunjuk spesies : ditulis dengan huruf kecil e.g. subtilis Nama spesies : Bacillus subtilis

Identifikasi dan Konsep spesies: Nomenspecies: share the same type strain Taxospecies : similarity index  70 (numerical taxonomy) Genospecies: genetic exchage Genomic species: DNA relatedness value 70%

Modern Systematics Identification : microbial ecology, industrial biotechnology, diagnostic hospital microbiology Current trends : Modern microbial systematics Chemistry: chemosystematics Molecular biology: molecular systematics Data handling: numerical phenetic

Numerical phenetic taxonomy Numerical phenetic taxonomy: phenotypic test & computer analysis Cultural : colonial morphology, pigmentation Morphological : cell shape, staining reaction, motility Physiological : growth temp., anaerobic growth Biochemical : acid from carbohydrates, nitrate reduction Nutritional : carbon sources Chemotaxonomic: amino acids, cell wall, membrane lipids Inhibitory tests: sensitivity to antibiotics Serological : agglutination Genomic : mol % GC, DNA-DNA reassociation

Chemotaxonomy 1. Chemotaxonomy: amino acids, lipids, polysacharides, proteins, enzymes, whole-cell GC HPLC PyMS (Pyrolysis Mass Spectrometry) Electrophoresis

Molecular systematics Molecular systematics (phylogenetic): nucleic acids analysis (evolutionary relationships: phylogeny tree) DNA sequencing (16S, 18S rDNA) DNA-DNA hybridisation Molecular fingerprinting

Identifikasi Mikrobia Identifikasi : “proses & hasil penentuan benar tidaknya suatu strain yang diteliti merupakan anggota takson yang sudah dikenal sbelumnya” Penentuan identitas strain mikrobia Strain baru (isolate) tidak dapat diidentifikasi jika strain yang serupa belum pernah dikarakterisasi, diklasifikasi dan diberinama. Identifikasi : aplikasi klasifikasi dan tatanama Tujuan identifikasi: memberi nama strain dengan cara memasukkannya ke dalam suatu takson (genus& spesies) yang sudah ada sebelumnya, berdasarkan sejumlah kecil karakter yang dipilih. Pada hakekatnya, identifikasi tidak pernah dicapai secara mutlak tetapi bersifat probabilitas karena seungguhnya tidak ada strain yang identik.

Kegagalan identifikasi: (i) kekurang akuratan deskripsi publikasi yang dipakai sebagai dasar (ii) kekeliruan dalam mengkarakterisasi strain yang diteliti kurang memadainya sistem klasifikasi yang dipakai sebagai dasar identifikasi (iii) kurang memadainya karakterisasi strain yang diteliti penemuan strain yang atypical dalam takson terkait (iv) penemuan strain yang merupakan anggota novel taxon Faktor (i) dan (ii) dapat ditanggulangi dengan menerapkan teknik karakterisasi yang terstandardisasi dan reproducible (handal). Pengalaman sangat menentukan dalam keberhasilan identifikasi !

Sistem Identifikasi Sistem identifikasi yang baik memiliki cirri sebagai berikut: Handal Nyaman digunakan Cepat Jumlah pengujian relative sedikit Fleksibel Relatif murah

Strategi Identifikasi: Tidak ada metode yang berlaku universal untuk semua mikrobia Bervariasi teknik yang telah dikembangkan untuk masing-masing kelompok mikrobia Strain yang diteliti harus terjamin sebagai kultur murni Gunakan semua informasi yang tersedia terkait dengan strain yang diteliti Gunakan selalu kontrol positif dan kontrol negative dalam setiap pengujian Kesimpulan ditemukannya strain anggota novel taxon baru dapat dilakukan setelah melalui pengujian yang menunjukkan tidak teridentifikasinya strain secra meyakinkan.

Karakterisasi: Kultural Morfologi sel dan koloni Fisiologis Biokimiawi Nutrisional Khemotaksonomis Serologis Uji penghambatan Genotipik

Metode Tradisional: Uji biokimiawi, nutrisional, fisiologis dilakukan dalam botol atau tabung berisi medium cair atau padat atau plate Murah tetapi dapat kurang nyaman melakukannya, sulit distandardisasi dan diinterpretasikan, kurang repordusibel, dan lambat Satu-satunya metode yang ada untuk kelompok mikrobia tertentu yang belum terklasifikasi dengan baik karena kurang terkait dengan masalah medis dan industri. Jadi belum ada teknik modern yang komersial Masih bermanfaat, khususnya pada tahap awal walaupun sudah tersedia teknik modern yang cepat, khususnya jika dilakukan oleh pakar yang berpengalaman.

Media komposit: Menggunakan media yang dapat menguji kemunian strain Media selektif dan diferensial tersedia bagi mikrobia yang penting dalam bidang medis dan pangan, misalnya: medium Polymyxin egg-yolk mannito bromothymol blue agar dapat membedakan antara strain anggota Bacillus cereus dan strain anggota spesies yang lain dalam genus Bacillus berdasarkan reaksi terhadap egg-yolk dan ketidak mapuan memfermentasi mannitol. Medium Kligler iron agar, triple sugar iron agar dan Kohn’s two tubes medium masih digunakan untuk identifikasi strain anggota Familia Enterobacteriaceae berdasarkan frementasi karohidrat, produksi H2S, motilitas dan produksi indol.

Micromethods: Medium volume kecil yang bersifat khromogenik atau fluorogenik yang diinokulsi dengan sejumlah besar inokulum Berdasarkan akativitas enzim tertentu

Commercial Identification kits: Commercial miniaturized kits, dapat disimpan lama, terstandardisasi, cepat, mudah dilaksanakan dan memberi hasil yang konsisten. Biasa digunakan secara rutin di laboratorium klinis karena dianggap nyaman melakukannya dan memerlukan tenaga yang lebih sedikit Semula kit dibuat untuk mengidentifikasi anggota Enterobacteriaceae, tetapi selanjutnya juga dikembangkann kit untuk anggota genus Bacillus, Lactobacillus, Nesisseria, Staphylococcus dab Streptococcus. Kit API 20E: untuk identifikasi anggota strain Enterobacteriaceae

Chemotaxonomic methods: Untuk bakteri anaerob, analisis produk fermentasi berupa asam volatile dan non-volatil dengan GLC Analaisis whole-organism fatty acids dengan GLC Analisis isoprenoid quinines sangat bermanfaat dalam mengidentifikasi strain anggota spesies dalam genus Legionella. Pyrolysis Mass Spectrometry (PyMS) bermanfaat bagi identifikasi Mycobacterium dan aktinomisetes yang lain. Fourier-transformed infrared spectrometry dan Ultraviolet Resonance Raman spectrometry.

Serological tests: Cepat, mudah, spesifik dan sensitive Terseia kita bagi berbagai kelompok mikrobia Latex particle agglutination, coagulation, immunofluorescence dan ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay)

Inhibitory tests: Sensitivitas Streptococcus pyogenes terhadap bacitracin dan strain anggota genus Vibrio terhadap 0/129. Sistem identifikasi untuk Enterobacteria dan Bakteri Gram negative batang non-fermentatif atas dasar sifat pertumbuhan dalam natibiotik.

Genotypic methods: Hibridisasi asam nukleat dan molecular fingerprinting (RFLP, ARDRA, RAPD) Rumit dan relative lebih lambat Nucleic acid probe: deteksi gen tertentu dalam mikrobia yang diteliti Digunakan dalam klinik dan industri Menggunakan teknik PCR: Mycobacterium (tumbuh lambat)

Praktek Identifikasi: Isolat (kultur murni) ↓ Karakterisasi (identifikasi awal)-Generic Assignment (Bergey’s manual of Determinative/Systematic Bacteriology) Strain Acuan (Type strain) Identifikasi Kesimpulan

Morfologi sel bakteri

Morfologi sel bakteria

Organisasi sel