MAKALAH MIKROBIOLOGI INDUSTRIAntibiotik dari Penicillium
Disusun Oleh:1. Electrine Bella Vista(08121003017)2. Nurmalina
Adhiyanti(08121003018)3. Wulandari(08121003064)4.
Harisa(08121003065)5. Nina Hartina(08121003067)6. M. Amin
Alfikri(08121003070)7. Mellysa Wandasari(08121003071)
JURUSAN KIMIAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
ALAMUNIVERSITAS SRIWIJAYA2015BAB IPENDAHULUAN
1.1 Latar BelakangMikrobiologi merupakan ilmu pengetahuan
tentang perikehidupan makhluk-makhluk kecil yang hanyakelihatan
dengan mikroskop (bahasa Yunani: micros = kecil, bios = hidup,
logos = kata atau ilmu). Makhluk-makhluk kecil itu disebut dengan
mikroorganisme, mikroba, protista, atau jasad renik (Dwidjoseputro,
1998).Ilmu pengetahuan tentang mikroorganisme dapat diamalkan guna
menambah kesejahteraan hidup manusia. Sesuai dengan itu, dalam
makalah ini akan dibahas mengenai mikrobiologi industri yang
merupakan salah satu dari cabang ilmu mikrobiologi.Mikrobiologi
industri merupakan suatu usaha memanfaatkan mikrobia sebagai
komponen untuk industri atau mengikutsertakan mikrobia dalam
proses. Mikrobia dalam industri menghasilkan bermacam produk,
diantaranya adalah antibiotik, dan mikroba yang dimanfaatkan dalam
makalah ini adalah Penicillium sp.1.2 Rumusan Masalah1. Apa itu
mikrobiologi Penicillium sp.?2. Bagaimana proses pembuatan
antibiotik dari mikrobiologi tersebut?
1.3 TujuanUntuk mengetahui proses pembuatan antibiotik dari
mikrobiologi Penicillium sp.
BAB IITINJAUAN PUSTAKA
2.1 Antibiotik dan Penicillium sp.2.1.1 AntibiotikAntibiotik
adalah suatu senyawa yang dihasilkanoleh suatu mikroba, atau yang
diproduksi seluruhatau sebagiannya secara sintesis kimia, yangdalam
konsentrasi kecil dapat menghambatpertumbuhan mikroba lain.
Antibotik pertama kali ditemukan pada tahun 1910 oleh Paul Ehrlich,
yangdinamakan Arsphenamin.
Gambar 1 Paul EhrlichMenurut Stephens (2011), walaupun terdapat
hampir 100 antibiotik namun mayoritasnya terdiri dari beberapa
golongan, salah satunya adalah golongan Penicillin. Penisilin
merupakan antara antibiotik yang paling efektif dan palingkurang
toksik.Penisilin mengganggu reaksi transpeptidasi sintesis dinding
selbakteri.
Gambar 2 Alexander FlemingPenicillin ditemukan pada tahun 1928
oleh Alexander Fleming, ilmuan dari Skotlandia.Sir Alexander
Flemming lahir pada tanggal 6 Agustus 1881 dan wafat pada tanggal
11 Maret 1955.Beliau adalah seorang ahli biologi dan farmakologi
berkebangsaan Skotlandia.Prestasinya yang paling terkenal adalah
penemuan enzim liusozome (1923) dan antibiotik penisilin dari jamur
Penicillium notatum (1928).Beliau mendapat penghargaan Nobel pada
1945, bersama Howard Walter Florey dan Ernst Boris Chain.Antibiotik
digunakan dalam banyak bentuk masing-masing yang memberlakukan
persyaratan manufaktur agak berbeda.Untuk infeksi bakteri di
permukaan kulit, mata, atau telinga, antibiotik yang dapat dipakai
sebagai salep atau krim.Jika infeksi bersifat internal, antibiotik
dapat ditelan atau disuntikkan langsung ke dalam tubuh.Dalam kasus
ini, antibiotik ini disampaikan ke seluruh tubuh dengan penyerapan
ke dalam aliran darah.Antibiotik berbeda secara kimia sehingga
kurang standable bahwa mereka juga berbeda dalam jenis infeksi
menyembuhkan mereka dan cara-cara di mana mereka menyembuhkan
mereka.Antibiotik tertentu menghancurkan bakteri dengan
mempengaruhi struktur sel mereka. Hal ini dapat terjadi dalam satu
dari dua cara. Pertama, antibiotik dapat melemahkan dinding sel
bakteri menular, yang menyebabkan mereka meledak. Kedua, antibiotik
dapat menyebabkan isi dari sel-sel bakteri bocor keluar dengan
merusak membran sel. Cara lain yang berfungsi antibiotik adalah
dengan mengganggu metabolisme bakteri. Beberapa antibiotik seperti
tetrasiklin dan eritromisin mengganggu sintesis protein.Antibiotik
seperti rifampisin menghambat biosintesis asam nukleat.Masih
antibiotik lainnya, seperti sulfonamida atau trimetoprim memiliki
efek memblokir umum pada metabolisme sel.Pengembangan komersial
antibiotik merupakan proposal panjang dan mahal.Ini dimulai dengan
penelitian dasar yang dirancang untuk mengidentifikasi organisme
yang menghasilkan senyawa antibiotik.Selama fase ini, ribuan
spesies disaring untuk tanda aksi antibakteri.Ketika satu
ditemukan, spesies ini diuji terhadap berbagai bakteri menular
dikenal.Jika hasilnya menjanjikan, organisme ini ditumbuhkan dalam
skala besar sehingga senyawa bertanggung jawab atas efek antibiotik
dapat diisolasi.Ini adalah prosedur kompleks karena ribuan bahan
antibiotik telah ditemukan.Seringkali, para ilmuwan menemukan bahwa
antibiotik baru mereka tidak unik.Jika material melewati fase ini,
pengujian lebih lanjut bisa dilakukan.Ini biasanya melibatkan
pengujian klinis untuk membuktikan bahwa karya-karya antibiotik
pada hewan dan manusia dan tidak berbahaya.Jika tes ini berlalu,
Administrasi Makanan dan Obat (FDA) maka harus menyetujui
antibiotik sebagai obat baru. Keseluruhan proses ini dapat
mengambil bertahun-tahun.Produksi skala besar antibiotik tergantung
pada proses fermentasi. Selama fermentasi, sejumlah besar organisme
yang memproduksi antibiotik tumbuh.Selama fermentasi, organisme
menghasilkan bahan antibiotik, yang kemudian dapat diisolasi untuk
digunakan sebagai obat. Untuk antibiotik baru secara ekonomi layak,
produsen harus bisa mendapatkan hasil yang tinggi dari obat dari
proses fermentasi, dan dapat dengan mudah mengisolasi. Penelitian
yang luas biasanya diperlukan sebelum antibiotik komersial baru
dapat ditingkatkan.2.1.2 Penicillium sp.Berikut adalah
karakteristik dari Penicillium sp.Taksonomi Kingdom : FungiDevisio
: AscomycotinaClass : EurotiomycetesOrdo : MonilialesFamilia:
MoniliaceaeGenus: PenicilliumSpesies: Penicillium chryzogenum
(dahulu dikenal sebagai Penicillium notatum)Penicillium sp. adalah
anggota Ascomycota.Nama Penicillium berasal dari kata Latin yang
memiliki arti kuas sebab bentuk dari jamur Penicilliumseperti kuas
jika dilihat secara mikroskopik.Spesies Penicillium sp. sendiri,
secara umum memiliki ciri-ciri sebagai berikut :1. Hidup secara
saprofit di berbagai tempat, terutama pada substrat yang mengandung
gula (seperti nasi, roti, dan buah yang telah ranum).2. Berkembang
biak secara vegetatif dengan membentuk konidia. Konidia dibentuk
pada ujung hifa. Hifa pembawa konidia disebut konidiofor. Sehingga
setiap konidia dapat dapat tumbuh membentuk jamur baru.3.
Konidiofor nya berbentuk seperti sikat/kuas4. Reproduksi generatif
dengan membentuk askus, namun reproduksi secara generatif sulit
ditemukan.
Gambar 3 Gambar Makroskopis Penicillium notatum/chryzogenum pada
saat pertama kali ditemukan oleh Alexander Fleming di
laboratoriumnya
Gambar 4 Gambar Makroskopis Penicillium dalam media pertumbuhan
jamur
Gambar 5Gambar Mikroskopis Penicillium sp.Penicillium
notatummerupakan salah satu fungi (jamur) yang berasal dari
kelasDeuteromycetes. Secara umum,Penicilliumdapat tumbuh di
mana-mana di alam, beberapa diantaranya dapat menyebabkan
pembusukan atau kerusakan lain pada buah-buahan, sayur-sayuran,
biji-bijian dan rumput-rumputan. Jamur ini berbeda dengan
Aspergillus terutama pada pendukung konidianya.PadaPenicillium sp.
terdapat pendukung konidia yang bercabang-cabang, tersusun
sedemikian rupa sehingga bentuknya seperti susunan sapu
lidi.Cabang-cabang kecil dari pendukung konidia disebut
sterigma.
Gambar 6Sruktur Penicillium notatum
2.2 Penicillium sp. sebagai Antibiotik
Gambar 7 Contoh Obat PenisilinPenisilin merupakan salah satu
antibiotik yang paling efektif selama empat dekade ini. Peningkatan
kebutuhan medis akan penisilin telah membuka peluang bagi
pengembangan industri pembuatan penisilin secara komersial yang
menuntut peningkatan kualitas dan kuantitas dari penisilin yang
dihasilkan. Perbaikan kualitas dan kuantitas penisilin dapat
tercapai apabila parameter-parameter metabolik dari proses
fermentasi adalah optimum.Penisilin merupakan kelompok antibiotika
Beta Laktam yang telah lama dikenal.Pada tahun 1928 di London,
Alexander Fleming menemukan antibiotika pertama yaitu Penisilin
yang satu dekade kemudian dikembangkan oleh Florey dari biakan
Penicillium notatum untuk penggunaan sistemik.Kemudian digunakan P.
chrysogenum yang menghasilkan Penisilin lebih banyak.
Koloni StaphylococcusPenicillium notatum
Gambar 8.Penghambatan Pertumbuhan Koloni Staphylococcus oleh
PenisilinPenisilin yang digunakan dalam pengobatan terbagi dalam
Penisilin alam dan Penisilin semisintetik. Penisilin semisintetik
diperoleh dengan cara mengubah struktur kimia Penisilin alam atau
dengan cara sintesis dari inti Penisilin.Beberapa Penisilin akan
berkurang aktivitas mikrobanya dalam suasana asam sehingga
Penisilin kelompok ini harus diberikan secara parenteral. Penisilin
lain hilang aktivitasnya bila dipengaruhi enzim Betalaktamase
(Penisilinase) yang memecah cincin Betalaktam.Penicillin hanya
dapat dihasilkan dari mikroorganisme (jamur)tertentu, tepatnya dari
molekul hasil respirasi (pertukaran gas) jamur.Sehingga hanya dapat
dihasilkan dalam jumlah (dosis) yang sedikit. Inimenyebabkan
sulitnya menghasilkan penicillin dalam jumlah yang memadai,sehingga
baru tahun 1942 pertama kali digunakan pada pasien,
setelahpenicillin berhasil diproduksi banyak melalui proses
fementasi. Penisilinhanya efektif untuk memberantas terutama
bakteri gram positif yangberbentuk kokus, misalnya melawan infeksi
yang disebabkan olehStaphylococcus dan Pneumococcus.Namun,
penisilin tidak menimbulkanefek sakit pada manusia dan hewan.Hal
ini dikarenakan dinding sel padamanusia dan hewan berbeda dengan
dinding sel pada kuman.
Gambar 9Struktur Dasar Penisilin2.5 Proses Pembuatan
PenicillinA. Bahan BakuSenyawa yang membuat kaldu fermentasi
merupakan bahan baku utama yang diperlukan untuk produksi
antibiotik. Kaldu ini adalah larutan berair terdiri dari semua
bahan yang diperlukan untuk proliferasi mikroorganisme.Biasanya,
berisi sumber karbon seperti molase, atau makanan kedelai, yang
keduanya terbuat dari gula laktosa dan glukosa.Bahan-bahan ini
dibutuhkan sebagai sumber makanan bagi organisme. Nitrogen adalah
senyawa lain yang diperlukan dalam siklus metabolisme organisme.
Untuk alasan ini, garam amonia biasanya digunakan.Selain itu, untuk
pertumbuhan organisme diperlukan komponen seperti fosfor, belerang,
magnesium, seng, besi, dan tembaga yang larut dalam air sebagai
garam.Untuk mencegah agar tidak berbusa selama fermentasi, agen
anti-busa seperti minyak lemak babi, octadecanol, dan silikon.B.
Process ManufactureMeskipun antibiotik juga banyak terjadi pada
alam, tetapi biasanya tidak tersedia dalam jumlah yang dibutuhkan
untuk produksi skala besar.Untuk alasan ini, proses fermentasi
dikembangkan. Ini melibatkan mengisolasi mikroorganisme yang
diinginkan, kultivasi, mengisolasi produk antibiotik dan
pengemasan. Penting untuk diperhatikan sterilisasi saat proses
pembuatan dan manufaktur, karena kontaminasi oleh mikroba asing
akan merusak fermentasi.Sebelum fermentasi dimulai, terlebih dahulu
mikrorganisme yang memproduksi antibiotik harus diisolasi dan
jumlahnya harus meningkat berkali-kali.Untuk itu, dibuatlah starter
dari sampel yang telah terisolasi sebelumnya, apabila belum
digunakan maka starter tersebut dapat disimpan di freezer. Untuk
menumbuhkan starter, mikrorganisme dipindahkan ke medium agar yang
mengandung nutrisi yang diperlukan mikroorganisme. Starter kemudian
dimasukkan ke dalam labu shaker bersama dengan makanan dan nutrisi
lainnya yang diperlukan untuk pertumbuhan. Kemudian terbentuklah
suspensi yang dapat ditransfer ke tangki benih untuk pertumbuhan
lebih lanjut.Tangki-tangki benih terbuat dari baja yang dirancang
untuk menyediakan lingkungan yang ideal bagi mikroorganisme untuk
tumbuh, seperti penyediaan sumber karbohidrat seperti gula laktosa
atau glukosa. Selain itu, mereka mengandung sumber karbon lainnya
yang diperlukan, seperti asam asetat, alkohol, atau hidrokarbon,
dan sumber nitrogen seperti garam amonia. Faktor pertumbuhan
seperti vitamin, asam amino, dan nutrisi minor lainnya.
Tangki-tangki benih dilengkapi dengan mixer, yang menjaga media
pertumbuhan tetap merata dan penyaring udara agar tetap steril.
Setelah sekitar 24-28 jam, bahan dalam tangki benih dipindahkan ke
tangki fermentasi utama.Tangki fermentasi mampu menampung sekitar
30.000 galon.Tangki diisi dengan media pertumbuhan yang sama.
Selama proses ini, mikroorganisme mengeluarkan jumlah besar
antibiotik yang diinginkan. Suhu tangki dijaga pada suhu ideal
antara 73-81 F (23-27,2 C). Kemudian dialirkan udara steril kedalam
tangki, agar tidak terbentuk gelembung-gelembung saat dialiri
udara, ditambahkan anti-foaming agen secara berkala. Karena kontrol
pH sangat penting untuk pertumbuhan yang optimal, kadang
ditambahkan asam atau basa ke dalam tangki bila diperlukan.Setelah
tiga sampai lima hari, antibiotik telah diproduksi dalam jumlah
maksimum dan proses isolasi dapat dimulai. Untuk senyawa antibiotik
yang larut dalam air, pemurnian digunakan metode pertukaran ion.
Dalam metode ini, pertamakali dipisahkan senyawa organiknya,
kemudian dikirim ke unit peralatan yang memisahkan antibiotik
dengan senyawalain yang larut dalam air. Untuk mengisolasi
antibiotik larut dalam minyakseperti penisilin, metode yang
digunkan adalah ekstraksi pelarut. Dalam metode ini, larutan
ditambahkan dengan pelarut organik seperti butil asetat atau metil
isobutil keton, yang secara khusus dapat melarutkan
antibiotik.Antibiotik dipisahkan kembali dari pelarut organik.Pada
langkah terakhir, antibiotik berada dalam bentuk bubuk kemudian
dapat dikemas dalam bentuk-bentuk lain yang berbeda seperti cairan
injeksi, pil, saleb, kapsul, bahkan sirup, dapat juga ditambahkan
dengan rasa-rasa buah untuk anak.
C. Ada beberapa hal yang mempengaruhi fermentasi penisilin,
yaitu:1. Temperatur Fermentasi untuk pembuatan penisilin akan
menghasilkan produk yang maksimum apabila temperatur operasi dijaga
pada 24oC. Temperatur berkaitan erat dengan pertumbuhan
mikroorganisme, karena kenaikan temperatur dapat meningkatkan
jumlah sel mikroorganisme baru. Apabila temperatur sistem meningkat
melebihi temperatur optimumnya, maka produk yang dihasilkan akan
berkurang, karena sebagian dari media fermentasi akan digunakan
oleh mikroorganisme untuk mempertahankan hidupnya.2. pHPengaturan
pH dilakukan untuk mencegah terjadinya fluktuasi pH sistem. Menurut
Moyet dan Coghill kehilangan penisilin dapat terjadi pada pH
dibawah 5 atau pH diatas 7,5. PH medium dipengaruhi oleh jenis dan
jumlah karbohidrat (glukosa atau laktosa) dan buffer. Karbohidrat
akan difermentasi menjadi asam-asam organik. Fermentasi glukosa
yang berlangsung cepat akan menurunkan pH, sedangkan laktosa
terfermentasi dengan sangat lambat sehingga perubahan pH
berlangsung lambat pula. Konsentrasi gula hasil fermentasi ini
berfungsi mempertahankan kenaikan pH agar tetap lambat.Larutan
buffer dapat digunakan untuk mempertahankan pH sistem.Kalsium
karbonat merupakan senyawa yang sering digunakan untuk tujuan ini.
Kalsium karbonat mempunyai kemampuan untuk meningkatkan pH sistem
saat ditambahkan media fermentasi.3. AerasiAerasi yang cukup
merupakan hal penting untuk memaksimalkan penisilin, sebab aerasi
dapat menghasilkan oksigen yang dihasilkan oleh kapang Penicillum
chrysogenum untuk metabolismenya. Aerasi pada fermento diberikan
melalui proses pengadukan atau dengan tekanan sebesar 20 lb/in2
akan mengurangi penisilin yang dihasilkan.
4. Pengadukan Pemilihan jenis pengaduk dan kecepatan pengadukan
yang sesuai akan memperbaiki hasil penisilin ketika laju aerasi
konstan. Kecepatan pengadukan proses fermentasi umumnya berkisar
pada range 250 500 cm/detik. Pembentukan busa yang berlebihan
selama proses fermentasi dapat dieliminasi dengan penambahan
tributinit sutrat. Secara umum, busa akan menurunkan pH apabila
konsentrasinya terus bertambah. 5. Sterilisasi Kontaminasi dapat
dihindarkan dengan cara sterilisasi sistem perpipaan, fermentol,
dan peralatan lain yang kontak langsung dengan penisilin. Uap panas
umumnya digunakn untuk sterilisasi media fermentasi dan peralatan
tersebut.Zat anti busa dan udara untuk aerasi juga hasus
disterilkan terlebih dahulu sebelum diumpankan kedalam media
fermentasi (Sarah, 2002).
2.6 Mekanisme Kerja Penisilin Penisilin menghambat pembentukan
Mukopeptida yang diperlukan untuk sintesis dinding sel mikroba.
Terhadap mikroba yang sensitif, Penisilin akan menghasilkan efek
bakterisid (membunuh kuman) pada mikroba yang sedang aktif
membelah. Mikroba dalam keadaan metabolik tidak aktif (tidak
membelah) praktis tidak dipengaruhi oleh Penisilin, kalaupun ada
pengaruhnya hanya bakteriostatik (menghambat
perkembangan).Penicillium chrysogenum (juga dikenal sebagai
Penicillium notatum) merupakansumber untuk memproduksi penisilin,
antibiotik pertama.Penisilin bekerja terhadap bakteri gram positif
seperti Staphylococcus dan Pneumococcus.Cara kerja dari penisilin
adalah dengan cara mengganggu sintesis peptidoglikan di dinding sel
bakteri. Crosslinking pada saat pembentukan peptidoglikan yang
terjadi pada bakteri dicegah oleh penisilin dengan cara menghambat
transpeptidase enzim, dengan kata lain -laktam akan terikat pada
enzim transpeptidase yang berhubungan dengan molekul peptidoglikan
bakteri sehingga nantinya menyebabkan cacat dinding sel pada
bakteri. Kemudian terjadi pengambilan kelebihan air dan melemahkan
dinding sel bakteri ketika sel bakteri membelah sehingga
menyebabkan mereka pecah (lisis sel) dan akhirnya bakteri tersebut
mati.Untuk bakteri gram negatif seperti Escherichia coli dan
Klebsiella pneumoniae mekanismenya tidak berbeda dengan mekanisme
aksi pada bakteri gram positif. Hal yang membedakan mekanisme aksi
pada bakteri gram positif dan negatif yaitu pada bakteri gram
positif, setelah kehilangan dinding sel akan menjadi protoplas,
sedangkan pada bakteri gram negatif akan menjadi sferoplas.
Protoplas dan sferoplas inilah yang nantinya akan lisis
(pecah).
Gambar 11 Skema Mekanisme Kerja Penisilin
BAB IIIKESIMPULAN
Antibotik pertama kali ditemukan pada tahun 1910 oleh Paul
Ehrlich, yangdinamakan Arsphenamin. Penicillin ditemukan pada tahun
1928 oleh Alexander Fleming, ilmuan dari Skotlandia. Penicillium
notatummerupakan salah satu fungi (jamur) yang berasal dari
kelasDeuteromycetes.Cara kerja dari penisilin adalah dengan cara
mengganggu sintesis peptidoglikan di dinding sel bakteri.
Crosslinking pada saat pembentukan peptidoglikan yang terjadi pada
bakteri dicegah oleh pinisilin dengan cara menghambat
transpeptidase enzim, yang menyebabkan mereka pecah (lisis sel) dan
akhirnya bakteri tersebut mati.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2010. Penicillium. Bogor: http://microbewiki.kenyon.edu/
index.php/PenicilliumAnonim. 2013. Antibiotik Penisilin. Bogor:
http://dnauin.wordpress.com/2013/02/01/ antibiotik-
penisilin/Anonim. 2013. Penisilin Biosintesis. Bogor:
http://www.news-medical.net/health/Penicillin-Biosynthesis-(Indonesian).aspxCruickshank.
1965. Medical Microbiology: A Guide to the Laboratory Diagnosis and
Control of Infection. London: E & S Livingstone Limited
Edinburgh.Departemen Kesehatan RI. 1995. Farmakope Indonesia Edisi
ke-3: Potensi Antibiotik . Jakarta: Departemen Kesehatan
RI.Dwidjoseputro. 1998. Dasar-Dasar Mikrobiologi. Jakarta:
Djambatan.Katzung G. Bertram. 2001. Basic & Clinical
Pharmacology Eighth Edition. : McGraw-Hill Companies Inc.Sarah,
Maya. 2002.Parameter Metabolik dalam pembuatan Penisilin. Digitized
by USU digital Library. Medan
