Pertumbuhan Bakteri

YUSMANIAR

PERTUMBUHAN BAKTERI

• Pertumbuhan: peningkatan secara sistematik dalam jumlah keseluruhan komponen organisme atau keseluruhan unsur-unsur pokok kimia sel.

Fast - as little as 10 min. generation time (Vibrio vulnificus) as long as 24 hr. (Mycobacterium tuberculosis)

Kematian bakteri

• Pada bakteri kematian berarti kehilangan kemampuan untuk reproduksi

• Sel dianggap mati jika tidak dapat membangun koloni pada media padat.

• Pengukuran tidak pada sel individu tapi pengukuran kematian populasi

Kebutuhan untuk pertumbuhan

• Nutrisi

• Sumber energi metabolik

• Faktor lingkungan

pH

suhu

aerasi

kekuatan ionik & tekanan osmotik

Nutrisi

• Karbon

• Nitrogen

• Belerang

• fosfor

• Mineral lain

• Faktor pertumbuhan

Karbon

• Autotrof organisme yang tidak memerlukan karon organik untuk pertumbuhannya– Fototrof menggunakan energi fotosintetik untuk

merubah karbondioksida menjadi karbon organik – Kemolitotrof menggunakan senyawa anorganik

sebagai reduktan dan karbondioksida sebagai sumber karbon

• Heterotrof membutuhkan karbon organik untuk pertumbuhannya ( sumber karbon harus dalam bentuk yang dapat diasimilasi)

Carbon

• Pada pertumbuhan bakteri autotrof dibutuhkan air, garam anorganik dan carbon anorganik (CO2).

• Bakteri heterotrof membutuhkan carbon organik untuk pertumbuhannya, co: glukosa

• Bakteri kapnofilik membutuhkan CO2

untuk optimalisasi pertumbuhannya

Nitrogen• Merupakan komponen utama protein dan asam

nukleat• 10% dari berat kering bakteri

Fosfor• Merupakan komponen dari ATP dan asam

nukleat

Faktor pertumbuhan senyawa anorganik yang dibutuhkan oleh sel bakteri untuk pertumbuhannya tetapi tidak dapat disintesis sendiri

Sumber Energi Metabolik

• Tiga mekanisme utama untuk menghasilkan energi metabolik adalah melalui fermentasi, respirasi dan fotosintesis

• Fermentasi pembentukan ATP pada fermentasi tidak diikuti oleh perubahan status oksidasi-reduksi secara keseluruhan antara substrat fermentable dan produk fermentasi memiliki komposisi identik

• Contoh glukosa (C6H12O6) 2 ATP + asam laktat (C3H6O3)

• Respirasi biasanya menggunakan oksigen sebagai oksidan (penerima elektron), selain oksigen dapat juga digunakan oksidan alternatif seperti karbondioksida, sulfat dan nitrat

• Fotosintesis seperti respirasi tetapi oksidan dan reduktan dibuat secara fotokimia oleh energi sinar matahari yang diserap oleh pigmendalam membran sel

Faktor lingkungan yang mempengaruh pertumbuhan bakteri

TEMPERATUR• Bakteri membutuhkan temperatur optimum agar bisa

tumbuh dengan cepat.Menurut temperaturnya, bakteri terdiri atas 3 kelompok,

yaitu• psikrofilik : tumbuh pada suhu -5 sampai 30°C dengan

suhu optimum 10-20°C.• mesofilik : tumbuh pada suhu 10 sampai 45°C dengan

suhu optimum 20-40°C• termofilik : tumbuh pada suhu 25 sampai 80°C dengan

suhu optimum 50-60°C• hipertermofilik : suhu optimumnya diatas 70°C

pH• pH optimal bagi bakteri patogen yaitu 7,2 sampai 7,6.• Pengelompokan menurut pH• Neutrofil, berkembang biak pada pH 5-8, optimal

pada pH 7.• Acidofil, tumbuh optimal pada pH dibawah 5,5, co:

Thiobacillus ferrooxidant yang tumbuh baik pada pH 5

• alkalofil, optimal pada pH diatas 8,5, co: Bacillus alcalophilus yang tumbuh baik pada pH 10,5

Kisaran pH untuk beberapa bakteri

Bakteri Kisaran pH

Minimal Optimal Maksimal

Thiobacillus thiooxidans

Staphillococcus aureus

Azetobacter sp

0,5

4,2

5,5

2 – 3,5

7,0 – 7,5

7,0 – 7,5

6

9,3

8,5

O2

Oksigen dibutuhkan oleh bakteri dalam pemenuhan kebutuhan energi.Berdasarkan kebutuhan oksigen,bakteri dibagi menjadi 5 kelompok, • Anaerob obligat,hidup tanpa O2, O2 bersifat toksik terhadapnya

Moderate anaerobes : 2 – 3% O2

Strict anaerobes : < 0,5% O2

• Anaerob aerotoleran,tidak mati dengan kelebihan O2

• Aerob fakultatif,dapat tumbuh dengan atau tanpa O2

• Aerob obligat, membutuhkan O2 untuk tumbuh• mikroaerofilik, organisme yang tumbuh baik pada kadar oksigen rendah, pada kadar

tinggi menjadi inhibitor.Campylobacter jejuni,

Actinomyces israeli—udara dengan 6-7% O2

Metabolisme bakteri aerob

• Hasil alami metabolisme aerob senyawa reaktif hidrogen peroksida--H2O2 dan superoksida—O2

-

• H2O2 & O2- dengan adanya unsur besi

radikal hidroksil—*OH merusak makromolekul

• H2O2 + O2- Fe2+/Fe3+ O2 +OH- + *OH

• Bakteri aerob & aerotoleran anaerob memiliki superoksida dismutase dan katalase

2O2- + 2 H+ superoksida dismutase O2 + H2O2

• H2O2 katalase H2O + O2

• Bakteri anaerob tidak memiliki enzim superoksida dismutase dan katalase

Metabolisme bakteri aerob

Bakteri aerob obligat• syarat harus ada O2• bakteri menggunakan O2 untuk transformasi energi

dalam proses respirasi aerobik• terdapat enzim superoksida dismutase dan

katalase dalam sel untuk detoksifikasi superoksidaO2-

2O2- + 2 H+ ----superoksida dismutase O2 + H2O2

H2O2 --- katalase H2O + O2

Contoh : Micrococcus sp, Gram positif kokus

Bakteri anaerob obligat- bakteri tidak dapat memperbanyak diri jika

ada O2

- Bakteri mati dilingkungan yang ada O2, karena ada derivat O2

- Transformasi energi melalui fermentasi atau respirasi anaerob

- Tidak ada enzim superdismutase dan katalase

Contoh: Bacteriodes (dalam usus besar), Clostridium botulinum

Bakteri anaerob fakultatif

• tumbuh lebih baik jika ada O2, tetapi dapat tumbuh

tanpa O2 (fleksibel terhadap persyaratan O2)

• respirasi aerob jika ada O2 dan fermentasi atau respirasi anaerob jika tidak ada O2.

• pertumbuhan lebih cepat jika ada O2 sebab respirasi aerob menghasilkan ATP lebih banyak.

Contoh:

E. coli (dalam usus besar),

Saccharamyces (u membuat roti dan minuman alkohol)

• ada enzim katalase dan superoksidase

Bakteri anaerob aerotoleran

• tidak tertarik terhadap O2

• dapat tumbuh dalam O2, tetapi tidak menggunakan O2 untuk transformasi energi

• tidak menggunakan respirasi aerob atau anaerob, disebut juga fermenter obligat.

• mempunyai enzim superoksida dismutase.

Contoh: Streptococcus pyogenes

(penyebab infeksi tenggorokan)

Intoleransi O2—bakteri anaerob

• O2 memiliki efek toksik langsung

• O2 secara tidak langsung bersifat toksik melalui mediator H2O2 dan radikal bebas

• Potensial reduksi-oksidasi yang rendah tidak dapat dicapai dengan adanya tekanan O2 normal

• Enzym sulfhydril dioksidasi oleh O2 inaktif

• O2 menghambat metabolisme melalui reduksi enzym NADH oxidase

• Bakteri mikroaerofilik

• perlu O2 konsentrasi 2% - 10% untuk respirasi

aerobik, oksigen konsentrasi tinggi dapat menjadi

inhibitor• enzim katalase dan superoksidasi dismutase dalam

jumlah kecil

Contoh: Spirillum volutant (habitat akuatik),

Helicobacter pylori (penyebab gastrik dan deudonal ulcer)

Kurva pertumbuhan bakteri

Fase penurunan

• Kurva pertumbuhan bakteri (Zinsser (1980))Dibagi dalam 4 katagori:Fase lagFase stasionerFase eksponensialFase kematian

a. Fase lag - fase adaptasi pada lingkungan yang baru - tidak ada pertumbuhan dalam jumlah yang besar (ada penambahan dalam ukuran sel).

b. Fase eksponensial atau fase logaritmik - Sel-sel pada tahap pertumbuhan seimbang

- masa dan volume sel meningkat- rerata komposisi sel dan konsentrasi relatif

metabolit konstan

Sel bakteri dapat dipelihara pada fase eksponensial dengan membiakan ke dalam medium segar dengan komposisi yang sama secara berulang. Peralatan yang digunakan, yaitu termostat dan turbidosatt

c. Fase stasioner

- akumulasi produk-produk limbah

- nutrien berkurang

- perubahan pH

- rerate pertumbuhan menurun

- sel-sel hidup konstan pada periode tertentu tergantung organisme, selanjutnya terjadi penurunan populasi.

d. Fase penurunan: kematian sel

- kematian sel meningkat mencapai tingkat yang tetap

- kematian sel secara drastis, ada sel yang bertahan hidup sampai waktu lama (bulan -tahun)

Kurva pertumbuhan (Jawetz, et all (2004))

Dibagi dalam 6 fase:

A. Fase lag, kecepatan pertumbuhan: nol

B. Fase akselerasi, kecepatan tumbuh: meningkat

C. Fase eksponensial, kecepatan tumbuh: konstan

D. Fase retardation, kecepatan tumbuh: menurun (melambat)

E. Fase stasioner maksimum, kecepatan tumbuh: nol

F. Fase kematian, kecepatan tumbuh: negatif (mati)

Kurva pertumbuhan (Jawetz, et all(2004))

B

C

D

Waktu

Jumlah sel (log)

A

E F

Interaksi antar populasi mikroba

Positive and negative interaction

Interaksi mikroba

SinergismeSuatu hubungan dua populasi mikroorganisme yang saling menguntungkan tetapi tidak saling bergantungan (masing-masing populasi bisa bertahan tanpa kehadiran populasi lainnya)

Mutualisme (simbiosis)Hubungan yang saling menguntungkan kedua belah pihak dan saling bergantungan (obligatory relationship).Contoh: Bacteroides spp. pada sistem pencernaan sapi

KomensalismeSuatu organisme mendapatkan keuntungan sedangkan yang lain tidak dirugikan. Contoh: Staphylococcus epidermidis pada kulit manusia

cont`d

ParasitismeSalah satu pihak mendapat keuntungan sedangkan pihak lain dirugikanHospes organisme yang mengandung parasitCarrier suatu kondisi dimana telah tercapai keseimbangan biologik antara parasit dan hospes (gejala mereda tetapi parasit masih ada)

PredatorismeSalah satu pihak memangsa pihak lain sebagaisumber energi

KompetisiInteraksi berupa persaingan sebagai akibat penggunaan sumber energi yang sama dan terbatas, cont: oksigen, karbon, dll.

AmensalismeSatu populasi mikroorganisme menghasilkan substansi yang dapat menghambat pertumbuhan populasi lainnya (kompetitor)

Contoh beberapa interaksi

back

Symbiotic scheme

Types of interactions between microbial populations

Name of interaction

Effect of interaction

Population A Population B

Neutralism

Commensalism

Synergism

Mutualism

Competition

Amensalism

Predatism

Parasitism

O

O

+

+

-

O or +

+

+

O

+

+

+

-

-

-

-

O = no effect+ = positive effect - = negative effect

Flora NormalMikroba Udara, Air & Tanah

Mikroba TANAHKomunitas organisme dapat mencapai 4000

spesies yang berbeda per gram tanah.

Tanah mempunyai beberapa lapisan (horizon), yaitu:

- Topsoil (horizon A): kaya akan nutrien

- Subsoil (horizon B): akumulasi garam, tanah gamping (clay), nutrien lain.

- Horizon C: partially weathered bedrock.

- Bedrock (horizon D): unweathered

Mikroorganisme di tanahJumlah dan komposisi flora tanah dipengaruhi oleh

kondisi lingkungan.Contoh: - Tanah yang basah tidak cocok untuk bakteri aerob,

krn tanah penuh dg air shg O2 berkurang.- Tanah yang kering aktivitas metabolisme dan

jumlah mikro organisme berkurang.- Banyak organisme yang memproduksi endospora

dan kista yang resisten terhadap kekeringan untuk mempertahankan hidup.

- Keadaan lingkungan lainnya yang mempengaruhi adalah ph, suhu dan sumber makanan.

- Ph rendah menekan pertumbuhan bakteri, tetapi meningkatkan pertumbuhan jamur,

• Bakteri gram+ lebih banyak ditanah daripada bakteri gram- terutama genus Bacillus. Bakteri ini membuat endospora untuk mempertahankan diri shg tahan pada kekeringan.

• Streptomyces memproduksi antibiotik• Bakteri lain yang berada di tanah adalah

spesies Clostridium, Azotobacter, Agrobacterium dan Rhizobium.

• Jumlah jamur lebih banyak daripada jumlah bakteri, dan terutama ditemukan 10cm pada lapisan atas tanah.

• Selain bakteri dan jamur, terdapat juga alga dan protozoa.

• Seluruh mikroorganisme saling bersimbiosis

Mikroba AIRMikroba AIR

Terbagi dalam 3:Terbagi dalam 3:

1.1. Lingkungan Air Laut (marine)Lingkungan Air Laut (marine)

2.2. Lingkungan Air TawarLingkungan Air Tawar

3.3. Lingkungan Air yang khususLingkungan Air yang khusus

Lingkungan Air laut

Laut meliputi 70% dari permukaan bumi.Air laut mengandung 3.5% garam organisme

halofilik (organisme yang suka dg kadar garam yang tinggi dan halo toleran.

Air laut oligotropik (faktor pertumbuhan organisme fotosintetik dan autrotrof lainnya terbatas karena kekurangan zat-zat inorganik terutama fosfat, nitrat dan besi).

Keadaan di dekat pantai berbeda dg laut yang dalam eutropik (kaya akan zat makanan) banyak organisme fotosintetik spt alga dan cyanobacteria.

Lingkungan ini adalah: danau dan sungai.Tipe dan jumlah mikroba tergantung:

- cahaya- konsentrasi O2- zat makanan- suhu

DanauPada saat musim panas, suhu hangat terbentuk 2 lapisan :

Epilimnion : kaya O2 meningkatkan aktifitas mikroorganisme fotosintetikHipolimnion : lapisan dibawahnya anaerob karena pemakaian O2 oleh organisme heterotrof.

Pada musim dingin kedua lapisan bercampur shg memberikan O2 pada air dibawahnya.

Lingkungan air tawar

Sungai

Berbeda dg danau krn air mengalir ada turbulensi ada sirkulasi O2 aerobik.

Cahaya mgk mencapai dasarnya shg memungkinkan tjd fotosintesis.

Bakteri berkapsul spt Sphaerotilus dan Leptotrix Sp menempel pd batuan dan menetap.

Lingkungan Air yang khusus

- Kadar garam yang sangat tinggi organisme halofilik.

- Kadar besi yang meningkat Gallionella dan Sphaerotillus.

- Kadar sulfur yang meningkat menunjang pertumbuhan bakteri fotosintetik dan non fotosintetik.

Bioaerosol• Partikel biologi : bakteri, jamur, virus, spora,

endotoksin

• Komposisi dan konsentrasi tergantung lokasi, sistem ventilasi, aktivitas manusia, sumber infeksi, dan ketahanan fisik bioaerosol

• Diameter partikel bioaerosol 4–18 μm

Mikroba UDARA

Sumber Mikroba Udara

Di luar ruangan

• Pertanian• Irigasi• Pengolahan limbah• Peternakan• Pembangunan gedung• Berbagai aktifitas lainnya

Sumber Mikroba Udara

Di dalam ruangan

• Sistem ventilasi ruangan

• Pendingin ruangan

• Debu

• Manusia :– Batuk/bicara : 104 droplet– Bersin : 106 droplet

Mikroba Udara

• Bakteri M. tuberculosis, Legionella pneumophillaGram positif kokus dan basil, Gram negatif basil

• JamurAspergillus fumigatus, Aspergillus versicolor, Penicillium

spp., actinomycetes termofilik

• VirusCampak, varicella, virus enterik

• AmoebaNaegleria fowleri, Acanthamoeba spp.

Rute Infeksi oleh Mikroba Udara

• Kontak Kulit• Ingestion• Inhalasi

– Udara terhirup 10 m3/hari– Partikel besar tersangkut di saluran nafas atas– < 6 μm ke paru-paru, 1 – 2 tersangkut di

alveoli

Normal mikrobaflora normal pada host

Ada 2 jenis mikroba normal:

1. Resident Mikroba

Mikroba normal yang selalu ada seumur hidup host.

Terdapat di kulit dan membran mukosa pencernaan, pernafasan, urethra dan vagina.

2. Transient Mikroba

Mikroba yang ada pada host hanya selama beberapa jam / hari / bulan sebelum akhirnya hilang.

Tempat transient mikroba sama dengan residen mikroba.

Kulit• Ekspose terbesar terhadap lingkungan• pH, asam lemak, keringat, lysozim,

mandi,• Resident predominan:- basil diphteroid anaerob: corynobacterium

propionibacterium- Nonhemolitik & anaerob staphylococci: S.

aureus, S. epidermidis- G+, aerob, basil berspora: viridans

streptococci, enterococcus- G-, basil coliform, acinetobacter- Fungi & yheast

Mulut & Saluran Respirasi Atas

• Hidung: corynobacteria, S. aureus, S. epidermidis, Streptococci

• Pada bayi kontaminasi dari jalan lahir & dari saluran pernafasan atas ibu

• Mikroba:- aerob-anaerob Staphylococci- G- diplococci, diphteroid, lactobacilli- spirochaeta, prevotella, fusobacterium, rothia- actinomyces

Traktus Digestiva

• Pada bayi: bakteri asam laktat• Adult:

- esophagus: mikroba dari makanan dan saliva- intestine atas: lactobacilli, enterococci- ileum-cecum: fecal- colon: anaerob bacteroides, fusobacterium, anaerob G+ cocci

Urethra

• Sama halnya dengan flora kulit dan perineum

• Pada urine dengan jumlah normal 102

– 104

Vagina

• Berubah bergantung pH• Mikroba:

- streptococci- prevotella- clostridia- Gardnella vaginalis- Ureaplasma erealyticum

Conjunctiva

• Mikroba perdominan:- Corynobacterium xerosis- S. epidermidis , non hemolitik streptococci- Neisseriae, G- haemophili

• Lysozim

• SEE YOU NEXT WEEK!

Sistem kultur bakteri

I. Closed systemBakteri ditumbuhkan dalam kultur bets di laboratorium dengan kondisi cukup akurat.

Jika medium yang cocok diinokulasi bakteri dan diambil sampel pada interval reguler, maka data yang terbentuk menampilkan kurva pertumbuhan bakteri

II. Continuous culture (1)

- pemeliharaan sel bakteri pada fase pertumbuhan eksponensial dengan teknik kultur

- sel dibiakan dalam medium dengan komposisi yang sama secara berulang.

- populasi bakteri tumbuh dengan ukuran yang diatur sampai beberapa generasi di bawah kondisi konstan dan kecepatan tumbuh yang terseleksi. - alat yang sering digunakan (kultivator), yaitu chemostat

Chemostat: aparatus open-system yang terdapat tabung kultur tempat pemeliharaan organisme pada ukuran konstan dengan pengenceran berulang.

Faktor penting untuk mengontrol pertumbuhan organisme adalah kecepatan dimana medium segar ditambahkan ke dalam tabung kultur.

II. Continuous culture (2)

Rumus: D = f/V

D: kecepatan pengenceran

f : kecepatan medium segar ditambahkan ke dalam tabung kultur

V: volume kultur

• Kultur aerobik inkubator• Kultur dalam atmosfir yang ditambahkan CO2 inkubator CO2

Brucella abortus , Streptococcus capnophilic 5—10%

pneumococcusgonococcus

• Kultur dalam atmosfir mikroaerofilik Campylobacter jejuni, Actinomyces israeli—udara dengan 6-7% O2

• Kultur anaerobik anaerobic jar

Inkubator (350 – 370C)katalisator, desikan, indikator oksigen

Anaerobic bio-bag

Anaerobic-jar

Anaerobic chamber

Gas :

H2 :5-10%

CO2 :5-10%

N2 :80-90%

• Kondisi anaerobsecara mekanik vakumsecara kimia H2 + O2 H2Osecara biologi bakteri anaerob ditumbuhkan bersama bakteri aerob bakteri aerob akan menggunakan oksigen untuk tumbuh sehingga kondisi petri menjadi bebas oksigen sehingga bakteri anaerob dapat tumbuh