Mikrobiologi Lingkungan Kuliah II Mikrobiologi Lingkungan INTERAKSI MIKROBA SURABAYA, 21 SEPTEMBER 2010

INTERAKSI DALAM EKOLOGI MIKROBA Ilmu yang mempelajari antara hubungan timbal balik (interaksi dan interdependensi) antara mikrorganisme dengan lingkungannya Bentuk-bentuk interaksi mikroorganisme di lingkungan antara lain dalam proses : Siklus biogeokimia Rantai makanan Herbivori (berbasis fotosintesis) Grazing Predatori Detritus

Masing-masing mikroorganisme mempunyai pengaruh terhadap lingkungannya Sebagian besar mikroorganisme ditemukan di alam tidak dalam bentuk tunggal, tetapi dalam bentuk populasi di dalam komunitas. Interaksi sangat berarti pada beberapa populasi yang ada dalam komunitas. Interaksi yang terjadi bisa bersifat positif ataupun negatif Masing-masing mikroorganisme mempunyai pengaruh terhadap lingkungannya Mikroba yang tumbuh pada air yang tercemar Mikroorganisme fotosintetik di perairan Mikroba pada tanaman tomat Mikroba tanah Mikroba pada rumen sapi Mikroba pada rongga mulut manusia

BIOFILMS

Jenis mikroba apa saja yang mampu tumbuh pada kondisi ini ?

JENIS INTERAKSI BIOLOGI PADA MIKROBA Interaksi yang terjadi pada mikroorganisme berlangsung antara Mikroorganisme dengan mikroorganisme Mikroorganisme dengan tumbuhan Mikroorganisme dengan hewan Mikroorganisme dengan manusia Interaksi mikroorganisme dengan inang yang lebih besar disebut dengan inang (host) Host menyediakan lingkungan yang stabil (T, pH, tekanan osmosis, kelembapan dll) dan nutrien yang cukup bagi kehidupan mikroba. Mikroba pada rumen sapi Mikroba dalam mulut manusia

KEANEKARAGAMAN MIKROBA DAN HABITATNYA

DEFINISI INTERAKSI MIKROBA Interaksi terjadi ketika mikroba dan host ada berdekatan Seberapa dekatnya, sehingga bisa disebut telah terjadi interaksi antara mikroba dengan lingkungannya ? Contoh : limbah manusia dan mikroba Limbah manusia merupakan sumber nutrisi bagi kehidupan mikroba. Aktivitas mikroba dalam mendegradasi sampah akan membantu proses peruraian limbah di lingkungan Syarat terjadi interaksi mIkroba harus dekat dengan benda (organisme hidup / mati) dan terjadi kontak untuk periode tertentu

INTERAKSI POSITIF Dapat memacu kemampuan populasi yang berinteraksi untuk survive dalam habitat tertentu dalam komunitas Memungkinkan populasi mikroba untuk co-exist dalam suatu habitat dimana secara individu mereka tidak bisa hidup (exist) sendiri Perkembangan lebih lanjut dari interaksi positif memungkinkan mikroorganisme menggunakan sumber yang tersedia lebih efisien dalam pemakaian dari pada ketika suatu pertumbuhan populasi mikroba tumbuh sendiri

INTERAKSI NEGATIF Bertindak sebagai mekanisme yang menghambat kepadatan populasi Dalam beberapa kasus, interaksi negatif bisa menghasilkan eliminasi suatu populasi yang tidak bisa beradaptasi dengan baik untuk keberlangsungan hidupnya di habitat tertentu dalam suatu komunitas Dalam komunitas yang stabil, interaksi negatif bersifat adapative dan dibutuhkan untuk memelihara suatu keseimbangan antara populasi dalam komunitas biologi Interaksi negatif menghindari overpopulasi dan kehancuran sumber daya pada habitat tertentu Interaksi negatif juga cenderung untuk menghalangi masuknya populasi asing (allochthonous) dalam komunitas yang stabil yang telah tersusun oleh populasi autochthonous (indegenous), sehingga bertindak untuk mempertahankan stabilitas komunitas

KARAKTERISTIK DALAM INTERAKSI MIKROBA Interaksi bersifat dinamis. Perubahan lingkungan yang pada host/tempat tumbuh akan mempengaruhi tipe dan jumlah mikroorganisme yang ada pada host Kemampuan tumbuh mikroba sesuai dengan kondisi lingkungan yang mendukung pertumbuhannya Beberapa mikroba dapat tumbuh pada inang/host juga mampu hidup bebas di lingkungan. Dalam banyak kasus, kondisi fisiologis yang dibutuhkan pada dua keadaan ini sangat berbeda. Mikroba harus mempunyai cara untuk mendeteksi apakah bisa berinteraksi dengan host Mikroba harus bereaksi terhadap keberadaan /ketiadaan host melalui perubahan dari ekspresi gen tertentu

KARAKTERISTIK DALAM INTERAKSI MIKROBA MIkroba harus hati-hati dalam memilih inang yang tepat, dimana kondisi ini sangat susah dalam suatu lingkungan yang kompleks. Mikroba harus mampu melakukan kolonisasi pada host dan mikroba harus bisa mendapatkan senyawa pertumbuhan yang diperlukan selama interaksinya Mikroba harus mempunyai mekanisme untuk mampu memenangkan upaya pertahanan diri dari inang sehingga mikroba tetap bisa mempertahankan kolonisasinya. Tanpa upaya tersebut, host akan mudah mengeliminasi mikroba

INTERAKSI BIOLOGI Bisa ditinjau dari berbagai segi Dependency (ketergantungan) Obligat Fakultatif Durability (masa terjadinya) Persistant Transient Specificity (kekhususan) Specific Non specific Location (lokasi) Ecto – di luar sel host, beradaptasi dengan organ Endo – dalam sel inang kontak dengan sitoplasma Characteristic (Sifat) Beneficial Harmful

TIPE- TIPE INTERAKSI MIKROBA Interaksi mikroba dibagi dalam 5 tipe : 1. NETRALISME Interaksi dimana keduanya baik mikroba maupun inang sama – sama tidak mendapat keuntungan dari interaksi tersebut 2. MUTUALISME Interaksi dimana keduanya baik mikroba maupun inang sama – sama mendapat keuntungan dari interaksi tersebut 3. SINERGISME Interaksi dimana keduanya baik mikroba maupun inang mendapat keuntungan dari interaksi tersebut (mempunyai aktivitas mendukung dalam pembentukan produk yang lebih besar dari pada organisme tersebut hidup sendiri) 4. KOMENSALISME Interaksi dimana salah satu populasi mendapat keuntungan

TIPE- TIPE INTERAKSI MIKROBA 5. ANTAGONISME Interaksi dimana satu atau keduanya (mikroba maupun inang) menderita : - Kompetisi : interaksi dimana populasi dari 2 spesies umumnya terhambat karena ketergantungan mereka pada nutrien yang sama - Amensalisme : represi dari satu spesies oleh toksin yang dihasilkan oleh pasangan interaksinya. - Predatorisme : ingesti satu organisme oleh organisme lainnya - Parasitisme : ada kerusakan dari jaringan hidup /sel yang dialami oleh inang akibat aktivitas mikroba untuk mendapatkan nutrien

PENGGOLONGAN INTERAKSI NAMA INTERAKSI EFEK INTERAKSI POPULASI A POPULASI B NEUTRALISME KOMENSALISME + SYNERGISME (PROTOCOOPERASI) MUTUALISME KOMPETISI _ AMENSALISME 0/+ - PARASITISME PREDASI

NETRALISME Tidak ada interaksi antara dua populasi mikroorganisme Netralisme tidak pernah terjadi pada populasi mikroorganisme yang menggunakan sumber nutrisi yang sama, tetapi pada populasi mikroorganisme yang mempunyai perbedaan dalam metabolismenya Terjadi pada populasi mikroba yang secara fisik telah berbeda dan dimana sedikit sekali berinteraksi Terjadi bila populasi tidak mempunyai kesempatan untuk berinteraksi Contoh : populasi dengan kepadatan rendah dan pada tahap resting cell. Dalam kondisi ini mikroorganisme akan co-exist tanpa memperebutkan sumber yang sama dalam suatu habitat

SIKLUS KARBON

SIKLUS NITROGEN

SIKLUS SULFUR

MUTUALISME Hubungan antara dua populasi mikroba yang saling menguntungkan satu sama lain Sangat efektif dan tidak dapat digantikan oleh spesies lain Contoh : Alga dan jamur pada lichenes Protozoa dan populasi alga di perairan Ciliata dan Chlorella Rhizosolenia dan cyanobacteria Rhizobium dan tumbuhan kacang-kacangan

SINERGISME Hubungan populasi mikroorganisme yang saling menguntungkan Berbeda dengan mutualisme Terjadi antara 2 populasi dimana populasi satu tidak dapat memproduksi/mensintesa bahan tertentu tanpa ada populasi yang lain Contoh : Sinergisme Streptococcus faecalis dan E.Coli dan memproduksi arginin menjadi putresin Arginin -------------Ornitin S. faecalis E. coli Putresin

Major Nutritional Modes

KOMENSALISME Terjadi pada dua populasi dimana satu populasi akan memperoleh keuntungan dan populasi lain tidak terpengaruh Contoh : - Ganggang dan bakteri aerob obligat - Mikroba anaerobik fakultatif dan anaerob obligat - Luka terbuka akibat infeksi mikroba akan menjadi tempat masuknya mikroba lain Dasar hubungan Tempat Substrat Pertahanan Makanan Tempat berlindung Kometabolisme

KOMETABOLISME Kometabolisme : Salah satu populasi mikroba memproduksi metabolit yang akan digunakan sebagai bahan esensial untuk mikroba lain Contoh Coprophagus fungi yang hidup pada kotoran hewan Oxidase H2S oleh populasi mikroba Pertumbuhan mikroorganisme di permukaan kulit Bakteri epifit yang hidup di permukaan tanaman

KOMPETISI Hubungan interaksi negatif antara 2 populasi dimana kedua populasi tersebut akan terpengaruh pada kehidupan dan pertumbuhannya Terjadi pada populasi yang menggunakan sumber nutrisi sama Kompetisi akan mengeliminasi populasi yang lemah dan mempertahankan populasi yang paling adaptif Terjadi pengaruh yang merugikan pada kedua populasi tersebut Contoh : 2 populasi bakteri (Pseudomonas dan Acinetobacter pada kultur uji biodegradasi minyak

Interaksi antar mikroba pada limbah

AMENSALISME Hubungan yang terjadi bila salah satu populasi akan menghasilkan bahan yang akan menghambat populasi lainnya Contoh : - Mikroba yang menghasilkan antibiotik - Kemampuan bakteri Acetobacter yang dapat mengubah etanol menjadi asam asetat

PARASITISME Hubungan antara mikroorganisme yang mendapat keuntungan sedangkan induk semang (host) yang ditempati rugi Biasanya mikroorganisme parasit lebih kecil dari pada hostnya Hubungan ini biasanya dikaitkan dengan kebutuhan makanan Contoh : Bdellovibrio merupakan mikroba parasit untuk bakteri lain seperti E. coli : Pseudomonas aeruginosa pada ikan

Interaksi parasitisme

PREDATORISME Merupakan interaksi dimana ada aktivitas memakan/pemangsaan dari spesies prey oleh populasi predator. Predasi merupakan proses penting dalam menjamin rantai makanan untuk mendukung pertumbuhan organisme yang lebih tinggi Umumnya interaksi prey dan predator terjadi pada waktu yang pendek dan predator mempunyai ukuran lebih besar dari pada prey, akan tetapi tidak selalu demikian Mikroba yang berukuran kecil dapat mengkonsumsi organisme yang berukuran lebih besar. Contoh : protozoa Didinium dapat menelan dan mengkonsumsi protozoa Paramaecium yang lebih besar Nematophagous fungi Arthrobytrys oligospora dapat mengkonsumsi nematoda yang lebih besar dengan mekanisme perangkap seperti adhesive network dan adhesive or constrictive rings. Begitu nematode terperangkap , hifa fungi akan melakukan penetrasi dan mencerna namatoda.

Predatorisme

Pemangsaan populasi bakteri oleh protozoa predator kadang disebut dengan grazing. Aktivitas grazing penting dalam memindahkan biomassa mikroorganisme dalam rantai makanan di perairan Contoh : Hewan penyaring (filter-feeding) seperti Kerang, Cacing Rotifera, Ciliata (Stentor, Vorticella) dapat memakan mikroba yang tersuspensi air . : : Amoeba yang memangsa bakteri dalam vakuolanya