m.K. Dasar Teknologi Mikrobial TIN 232 2(2-0) Reproduksi Mikrobial, Kurva Pertumbuhan & Kuantifikasi Pertumbuhan Departemen Teknologi Industri Pertanian – FATETA IPB 2012

PERTUMBUHAN MIKROBA Nutrisi Syarat Kondisi fisik (lingkungan) : a.l suhu, pH, gas atmosfir Suhu 1. Psikrofil (0 - 30ºC) : bakteri, fungi, alga, protozoa. 2. Mesofil (25 - 40ºC) : hampir semua mikroba (termasuk bakteri patogen). 3. Termofil ( > 50ºC) : prokariotik.

Temperature  For optimal growth and metabolism : • Psychrophile : 0 to 15 °C • Mesophile : 20 to 40 °C • Thermophile : 45 to 80 °C

pH optimum pertumbuhan bakteri : 6,5 – 7,5 Perubahan pH di dalam medium ditambahkan larutan penyangga (buffer  misal KH2PO4, K2HPO4). Gas Atmosfir Gas-gas utama : Oksigen , Karbon dioksida, Nitrogen, Metan Pembagian Mikroba berdasarkan kebutuhan O2 : 1. Aerobik (m.o yang membutuhkan O2) mis : Mycobacterium 2. Anaerobik (m.o tidak membutuhkan O2) mis : Methanobacterium 3. Fakultatif (m.o yang dapat tumbuh ada atau tanpa O2) mis : E. coli ; S. cerevisiae. 4. Mikroaerofilik (m.o yang tumbuh kalau ada sedikit O2, 1 – 15%). mis : Campylobacter jejuni (bakteri penyebab diarrhea)

Kondisi Lain - Cahaya  fotosintetik - Air  tekanan osmotik - Kadar garam Tekanan Osmotik • Halofilik : - Membutuhkan konsentrasi garam tinggi - Tahan thd kondisi hipertonik  contoh : Halobacterium • Halofilik Fakultatif – Dapat bertahan pd kondisi garam berkonsentrasi tinggi, namun tetap hidup pada kondisi garam rendah – e.g Staphylococcus aureus

 m.o prokariotik (bakteri)  aseksual (umum) Reproduksi Mikroba  m.o prokariotik (bakteri)  aseksual (umum) - Pembelahan sel (pembelahan biner melintang) a Sel induk b Pemanjangan sel c Invaginasi dinding sel (septum) dan distribusi bahan nukleus d Pembentukan dinding sel dan penyebaran terorganisasi bahan nukleus ke dalam 2 sel Pemisahan menjadi 2 sel baru setiap sel mengulangi proses yang sama (mulai a ) e Beberapa spesies dapat reproduksi dengan cara : spora reproduktif, fragmentasi pertumbuhan berfilamen. (baca : Bergeys Manual of Determinative Bacteriology ed.8)

 Reproduksi pada m.o eukariotik : aseksual dan seksual * Reproduksi aseksual - pembelahan (mitosis)  prophase - penguncupan - pembentukan spora metaphase anaphase telophase Macam-macam spora aseksual : 1. Konidiospora (konidium) 2. sporangiospora (kantung sporangium) (bedakan : aplanospora dengan zoospora) 3. Oidium (artrospora) 4. Klamidospora 5. Blastospora (tunas / kuncup pada sel-sel khamir)

Mitosis  is the process of forming (generally) identical daughter cells by replicating and dividing the original chromosomes, in effect making a cellular xerox. Commonly the two processes of cell division are confused. Mitosis deals only with the segregation of the chromosomes and organelles into daughter cells. During mitosis replicated chromosomes are positioned near the middle of the cytoplasm and then segregated so that each daughter cell receives a copy of the original DNA (if you start with 46 in the parent cell, you should end up with 46 chromosomes in each daughter cell). To do this cells utilize microtubules (referred to as the spindle apparatus) to "pull" chromosomes into each "cell". www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/BioBookmito.html

Mitosis Prokaryotes, of course, lack spindles and centrioles; the cell membrane assumes this function when it pulls the by-then replicated chromosomes apart during binary fission. Cells that contain centrioles also have a series of smaller microtubules, the aster, that extend from the centrioles to the cell membrane. The aster is thought to serve as a brace for the functioning of the spindle fibers.

Prophase is the first stage of mitosis proper Prophase is the first stage of mitosis proper. Chromatin condenses (remember that chromatin/DNA replicate during Interphase), the nuclear envelope dissolves, centrioles (if present) divide and migrate, kinetochores and kinetochore fibers form, and the spindle forms. Metaphase follows Prophase. The chromosomes (which at this point consist of chromatids held together by a centromere) migrate to the equator of the spindle, where the spindles attach to the kinetochore fibers. Anaphase begins with the separation of the centromeres, and the pulling of chromosomes (we call them chromosomes after the centromeres are separated) to opposite poles of the spindle

Telophase is when the chromosomes reach the poles of their respective spindles, the nuclear envelope reforms, chromosomes uncoil into chromatin form, and the nucleolus (which had disappeared during Prophase) reform. Where there was one cell there are now two smaller cells each with exactly the same genetic information. These cells may then develop into different adult forms via the processes of development.                                                                                                                               

Reproduksi Seksual peleburan dua nukleus (meiosis) 1. Askospora ( kantung askus) 2. Basidiodpora ( dalam basidium) 3. Zygospora 4. Oospora ( dalam ooginium) Tugas : Pelajari macam-macam gambar spora.

Binary fission in bacteria : it is type of asexual reproduction in which one unicellular organism divides into two by simple division. Bacteria belonging to Monera exhibit binary fission. Under favorable conditions one bacterium would divide into two bacteria after about every 20 minutes. They have a single circular chromosome made of DNA. Binary fission will be completed in the following manner.

When the DNA molecule replicates, it results in the formation of two chromosomes then these two chromosomes move towards the opposite sides. And the middle or central portion of the cell membrane invaginate inward from the two sides and when it meets in the centre, it separates the two halves of the bacterial cell.   After all these steps a new cell wall is deposited between two cross cell membranes. Now the daughter bacteria grow to their normal size, and then separate from one another.   Budding in yeast and spore formation in rhizopus are also examples of asexual reproduction.

Yeast Yeast can reproduce : asexually through budding or sexually through the formation of ascospores. During asexual reproduction, a new bud grows out of the parent yeast when the condition is right, then, after the bud reaches an adult size, it separates from the parent yeast. Under low nutrient conditions yeasts that are capable of sexual reproduction will form ascospores. Yeasts that are not capable of going through the full sexual cycle are classified in the genus Candida. (http://www.backyardnature.net/f/bredmold.htm)

Bread Mold Fungus (Zygomycota)

Asexually reproduction of Bread Mold Fungus The black specks in the upper two-thirds of the picture above are  tiny sporangia (singular, sporangium), also shown at the left, atop their stemlike sporangiophores. Spores from these sporangia are released, often to be carried away by the wind. If they land in a moist place they may germinate to form branching, white, fuzzy stuff called hyphae. All of a fungus's hyphae considered together are known as its mycelium. Special strands of hyphae connecting fungal bodies can be called stolons. Branching rhizoids behave as roots, anchoring the fungus into its substrate, releasing digestive enzymes, and absorbing nutrients for the fungus. After the fungus's hyphae grow awhile, when conditions are right, new sporangiophores appear in them, new spores  form and are released, the spores germinate, and the whole life cycle repeats, all without sexual reproduction having taken place!

Sexual Reproduction Bread Mold Fungus is a member of the Zygomycota. As with other members of the Zygomycota, under certain conditions the hyphae, which come in positive and negative mating strains, come together and form sexual structures. You can see a diagram of this sexual stage in the Zygomycota section of our Kinds of Fungus page.

menjadi dua kali lipat  tergantung pada jenis bakteri Pertumbuhan m.o artinya : pertumbuhan total massa sel. * Fase pertumbuhan seimbang pertambahan massa bakteri berbanding lurus (proporsional) dengan pertambahan komponen seluler yang lain (DNA, RNA, protein). * Laju pertumbuhan 1 2 22 23 24 2n * Waktu generasi (berbeda satu sama lain) : = selang waktu yang dibutuhkan bagi sel untuk membelah diri menjadi dua kali lipat  tergantung pada jenis bakteri mis : E.coli : 15 menit – 20 menit M. tuberculosis : 13 – 15 jam Spesies m.o yang sama dapat berbeda waktu generasi karena : - komponen nutrisi (medium) - kondisi fisik (pada inkubasi)

B = fase cepat (log phase/eksponensial) * Kurva Pertumbuhan Bakteri Log jumlah bakteri hidup C B D A Waktu (jam) A = fase lamban (lag phase) B = fase cepat (log phase/eksponensial) C = fase statis (stationary phase) D = fase kematian / penurunan (death phase, decline phase)

Ciri pada setiap fase : Fase Lamban (lag) : penyesuaian thd lingkungan baru, tidak ada pertambahan populasi, sel mengalami perubahan dalam komposisi kimiawi dan bertambah ukurannya. Fase Cepat (log) : sel membelah dengan laju konstan. Massa sel menjadi 2 x lipat dengan laju sama. Aktifitas metabolik konstan.  Pertumbuhan seimbang. Fase Statis : penumpukan produk beracun; Kehabisan nutrisi. Beberapa sel mati, yang lain tumbuh (membelah) Jumlah sel hidup menjadi tetap. Fase Kematian : sel mati lebih cepat dr pd terbentuknya sel baru.

KUANTIFIKASI PERTUMBUHAN MIKROBA Untuk mempelajari pertumbuhan populasi sel mikroba, perlu diketahui metode pengukuran pertumbuhan  bisa pengukuran langsung atau tidak langsung Metode paling banyak digunakan : pengukuran bobot kering sel  digunakan untuk menentukan : - Parameter kinetika pertumbuhan (laju pertumbuhan spesifik = μ : laju peningkatan bobot kering sel, jam-1) Yield (rendemen) : Yp/x = yield produk spesifik (g produk yang terbentuk per g bobot kering sel) Produktivitas

METODE KUANTIFIKASI PERTUMBUHAN MIKROBA Aplikasi Keterangan Penghitungan Mikroskop Langsung Penghitungan bakteri dlm susu atau vaksin Tdk bisa membedakan m.o yg mati dg yang hidup Penghitungan sel hidup (penghitungan koloni) Penghitungan bakteri dlm pangan, susu, tanah, kultur lab. dll Sangat sensitif, bila kondisi penanaman optimal Pengukuran kekeruhan Estimasi bakteri berjumlah besar dlm media cair jernih atau cairan fermentasi Cepat & nondestruktif, namun tdk dpt mendeteksi bila densitas < 107 sel/ml

Metode Aplikasi Keterangan Pengukuranan total N atau protein Pengukuran yield sel total kultur yg sangat padat Hanya aplikasi praktis di lab penelitian Pengukuran aktivitas biokimia (O2, CO2, ATP dll) Assay mikrobiologi Perlu kurva standar unt mengetahui aktivitas biokimia dgn kons./ml sel Pengukuran bobot sel kering atau basah atau volume sel setlh sentrifugasi Pengukuran yield sel total suatu kultur Lebih sensitif dr pd pengukuran total N/protein

Pengukuran Pertumbuhan Mikroba Secara Langsung : Penghitungan Mikroskop : Teknik penentuan Jumlah Sel Total (jumlah sel total/ml) yg relatif cepat, namun kurang akurat dan hanya cocok untuk organisme uniseluler yg tdk menggumpal serta tidak membedakan sel yg hidup dan yg mati  menggunakan slide Haemacytometer 2. Penghitungan sel hidup (penghitungan koloni) - Setiap koloni diasumsikan berasal dari pertumbuhan satu sel mikroba - Sampel kultur yg telah diencerkan dg larutan NaCl 0.9 % diambil 0.1 ml disebarkan di permukaan medium agar dlm Petri Dish, lalu diinkubasi Jml Sel Hidup = jml koloni x 104 x faktor pengenceran

- Pengenceran harus dilakukan sedemikian rupa, sehingga 0.1 ml sampel mengandung sekitar 100 sel, bila lebih sulit dihitung sebab koloni akan berdempetan 3. Pengukuran Kekeruhan - Pengukuran kekeruhan atau absorbansi dilakukan dengan spektrofotometer, menggunakan panjang gelombang tertentu - Absorbansi secara langsung berhubungan dengan konsentrasi sel  pengenceran sampel harus dilakukan sedemikian rupa, sehingga pembacaan absorbansi sebaiknya pada selang 0.1 – 0.5

Pengukuran Pertumbuhan Mikroba SecaraTidak Langsung : 1. Pengukuran konsentrasi komponen intraseluler  karena konsentrasi per sel relatif konstan pada fase eksponensial - Komponen intraseluler : protein, RNA atau DNA 2. Pengukuran Substrat yg dikonsumsi atau Produk yg Terbentuk  teoritis : laju konsumsi substrat atau pembentukan produk tergantung konsentrasi biomassa. Yx/s  g bobot kering sel per g substrat yg dikonsumsi Jadi bila konsumsi substrat diketahui, bobot kering sel dapat ditentukan Yp/s  g produkyg terbentuk per g substrat yg dikonsumsi

3. Pengukuran Volume Packed Cell Mikroba mempunyai koefisien sedimentasi yg relatif tinggi, contohnya kultur khamir dan kapang Sentrifugasi 2000-4000g selama 10 menit, volume pelet dlm tabung sentrifus (packed cell mass) dapat dibaca Cara ini cepat, namun kurang akurat kecuali digunakan sampel yg banyak & kondisi sentrifugasi harus distandari- sasi

SELESAI TERIMA KASIH