BAB I PENDAHULUAN 1.2
Latar Belakang
Bakteri, berasal dari kata Latin, bacterium (jamak, bacteria); merupakan kelompok raksasa dari organisme hidup. Bakteri memiliki ukuran yang sangat kecil (mikroskopis) dan kebanyakan uniselular (bersel tunggal), dengan struktur sel yang relatif sederhana tanpa nukleus / inti sel, sitoskeleton, dan organel lain seperti mitokondria dan kloroplas. Bakteri adalah organisme yang paling berkelimpahan dari semua organisme. Bakteri tersebar (berada di mana-mana) di tanah, air, dan sebagai simbiosis dari organisme lain. Banyak bakteri yang bersifat patogen. Bakteri biasanya hanya berukuran 0,5-5 μm. Bakteri umumnya memiliki dinding sel, seperti sel hewan dan jamur, tetapi dengan komposisi sangat berbeda. Banyak yang bergerak menggunakan flagella, yang berbeda dalam strukturnya dari flagella kelompok lain 1.2
Rumusan Masalah
1. Bagaimana karaktristik serta ciri dari bekteri Metilotrof? 2. Bagaimana sifat fermentasi bakteri Metilotrof? 3. Bagaimana habitat bakteri Metilotrof? 4. Apa peran dan manfaat bakteri Metilotrof? 1.3
Tujuan
1. Dapat memahami karaktristik serta ciri dari bekteri Metilotrof 2. Mengetahui sifat fermentasi bakteri Metilotrof 3. Mengetahui habitat bakteri Metilotrof 4. Mengetahui peran peran dan manfaat dari bakteri Metilotrof
BAB II PEMBAHASAN 1.2
BAKTERI METILOTROF
Bakteri metilotrof merupakan salah satu kelompok bakteri yang ditemukan pada mulut manusia. Dalam penelitian ini beragam bakteri metilotrof diisolasi dari mulut 63 orang subyek, yaitu pada daerah lidah, gingivalis, dan subgingivalis dengan menggunakan media padat minimal yang disuplementasi metanol 1%. Isolat yang didapatkan dikarakterisasi secara biokimia dan dilanjutkan dengan uji resistensi terhadap antibiotik. Keragaman isolat yang diperoleh dianalisis dengan metode Amplified Ribosomal DNA Restriction Analysis (ARDRA). Selanjutnya, beberapa isolat yang memiliki karakteristik berbeda diidentifikasi menggunakan metode sekuensing berdasarkan gen penyandi 16S rRNA. Dari penelitian ini diperoleh 21 isolat bakteri metilotrof yang berhasil dimurnikan dan dipisahkan menjadi tujuh kelompok berbeda dengan karakteristik fenotipe yang berbeda. Mayoritas isolat resisten terhadap trimetoprim namun resisten terhadap kanamisin, sterptomisin, dan tetrasiklin. Hasil uji resistensi terhadap ampisilin bervariasi pada tiap isolat. Analisis dengan ARDRA menghasilkan sembilan profil digesti yang berbeda. Empat isolat yang secara fenotipe berbeda serta menunjukkan profil digesti yang berbeda diidentifikasi sebagai ethylobacteriaceae bacterium, Gordonia sp. Microbacterium sp. dan Pseudomonas sp. Hasil di atas menunjukkan bahwa terdapat keragaman bakteri metilotrof pada mulut manusia (Diana, 2011). Bakteri Metilotrof terdiri dari berbagai mikroorganisme aerobik obligat, yang mampu berkembang biak pada (sejumlah) senyawa yang memiliki ikatan karbonkarbon lemah. Kontribusi ini pada dasarnya terbatas pada organisme yang mampu memanfaatkan metanol dan mencakup aspek-aspek fisiologis, biokimia dan genetik kelompok organisme ini masih beragam. Dalam beberapa tahun terakhir banyak kemajuan yang telah dibuat dalam karakterisasi biokimia dan genetik dari jalur dan pengetahuan reaksi tertentu yang terlibat dalam katabolisme metanol. Hanya beberapa dari lokus genetik sampai saat ini telah ditemukan percobaan biokimia melalui isolasi atau demonstrasi produk gen tertentu. Sebaliknya, beberapa faktor telah diidentifikasi dengan cara biokimia dan terbukti terlibat dalam reaksi metanol dehidrogenase atau transfer elektron berikutnya. Sebagian besar komponen ini, lokus genetik mereka tidak diketahui. Kumpulan enzim
metanol dehidrogenase, peran pyrrolo-quinoline kuinon, keterlibatan faktor aksesori, translokasi jelas dari semua komponen ini ke periplasma dan link didedikasikan untuk rantai transpor elektron sekarang diterima dan baik fenomena dipelajari dalam beberapa dipilih metilotrof fakultatif. regulasi metabolisme ekspresi gen, efisiensi konservasi energi dan pertanyaan apakah aturan universal yang berlaku untuk metilotrof pada umumnya, sejauh ini telah diberikan kurang diperhatikan. Dalam rangka memperluas studi ini kurang dikenal spesies methylotrophic hasil awal mengenai daerah seperti pemetaan genetik, karakterisasi molekuler gen tertentu dan genetika ekstrakromosomal juga akan lulus dalam ulasan. Selain di dalam saluran pencernaan, bakteri juga dapat ditemukan di permukaan kulit, mata, mulut, dan kaki manusia. Di dalam mulut dan kaki manusia terdapat kelompok bakteri yang dikenal dengan nama metilotrof, yaitu kelompok bakteri yang mampu menggunakan senyawa karbon tunggal untuk menyokong pertumbuhannya. Di dalam rongga mulut, bakteri ini menggunakan senyawa dimetil sulfida yang berperan dalam menyebabkan bau pada mulut manusia. Beberapa kelompok mikroorganisme ini mampu hidup di lingkungan yang tidak memungkinkan organisme lain untuk hidup. Kondisi lingkungan yang ekstrim ini menuntut adanya toleransi, mekanisme metabolisme, dan daya tahan sel yang unik. Sebagai contoh, Thermus aquatiqus merupakan salah satu jenis bakteri yang hidup pada sumber air panas dengan kisaran suhu 60-80 oC. Tidak hanya di lingkungan bersuhu tinggi, bakteri juga dapat ditemukan pada lingkungan dengan suhu yang sangat dingin. Pseudomonas extremaustralis ditemukan pada Antartika dengan suhu di bawah 0 oC. Di samping pengaruh ekstrim temperatur, bakteri juga dapat hidup pada berbagai lingkungan lain yang hampir tidak memungkinkan adanya kehidupan (lingkungan steril). Halobacterium salinarum dan Halococcus sp. adalah contoh dari bakteri yang dapat hidup pada kondisi garam (NaCl) yang sangat tinggi (15-30%). Tedapat pula beberapa jenis bakteri yang mampu hidup pada kadar gula tinggi (kelompok osmofil), kadar air rendah (kelompok xerofil), derajat keasaman pH sangat tinggi, dan rendah. Beberapa komunitas bakteri dapat bertahan hidup di dalam awan dengan ketingian hingga 10 kilometer. Sebuah tim peneliti menggunakan pesawat tua DC-8 yang dimodifikasi sebagai laboratorium terbang berhasil menggambil sampel sejumlah bakteri di awan dalam kondisi badai. Bakteri yang hidup dalam nukleasi es terbawa badai dan bertahan dalam ionisasi awan.
2.2
KARAKTERISTIK BAKTERI METILOTFROF
Metilotrof adalah kelompok mikroorganisme yang memiliki kemampuan untuk tumbuh dan berkembang dengan menggunakan senyawa berkarbon tunggal. Mikroorganisme ini pertama kali ditemukan pada awal tahun 1900-an dan barulah pada tahun 1960-an bakteri ini teridentifikasi lebih lanjut, terutama jalur metabolismenya. Proses biokimia pada metilotrof terkait dengan penggunaan senyawa berkarbon tunggal telah berhasil dipaparkan pada tahun 1982. Pada dasarnya, terdapat dua jenis enzim yang terlibat langsung dalam reaksi oksidasi senyawa karbon, yaitu metanol dehidrogenase dan metilamin dehidrogenase (Christoserdova L, 2003). Karbon dioksida hanya digunakan sebagai sumber karbon utama, sedangkan senyawa berkarbon tunggal lainnya, seperti metanol dan metil sulfida, digunakan sebagai sumber energi utamanya (Anesti V, 2005). Di alam bebas, senyawa berkabon tunggal untuk pertumbuhan metilotrof dapat diperoleh dari hasil respirasi tumbuhan yang menghasilkan senyawa metanol, proses degradasi hewan laut dan tumbuhan yang menghasilkan senyawa metilamina, dan dari alga laut yang menghasilkan metil halida dan metil sulfida. Kaki manusia di mulut dan ada sekelompok bakteri yang dikenal sebagai metilotrof, sekelompok bakteri yang mampu menggunakan senyawa karbon tunggal untuk mendukung pertumbuhannya. 2.3
SIFAT FERMENTASI
Kelompok organisme ini dapat memenuhi kebutuhan energinya dengan oksidasi kelompok metil yang melekat pada atom-atom selain karbon. Diantaranya adalah metilotrof obligat, yang tumbuh hanya dengan menggunakan unsur-unsur yang tidak mengandung ikatan karbon-karbon (metan, metanol). Organisme lainnya adalah metilotrof fakultatif, yang sanggup tumbuh pada sumber-sumber karbon yang bervariasi, termasuk unsur-C 1. Oksidasi metan menjadi karbondioksida berlangsung melalui serangkaian langkah-langkah oksidasi dua electron. Pada metabolisme metan, formaldehid menempati posisi kunci, karena pada tingkat ini karbon terasimilasi menjadi biomassa, juga terdisimilasi menjadi karbondioksida sebagai sumber energi (Kusnadi, 2014) Sebagaimana kita ketahui bahwa sumber energi pada proses reaksi penyusunan (sintesis) molekul gula (karbohidrat) dari molekul CO 2 dan H2O yang berlangsung di
dalam sel makhluk hidup, adalah cahaya (foton) matahari, tetapi tidak semua makhluk hidup menggunakan cahaya sebagaisumber energinya.
Contohnya pada beberapa
mikroorganisme seperti bakteri belerang, bakteri nitrit, bakteri nitrat, dan bakteri besi memperoleh energi dengan cara mengoksidasi senyawa kimia. Jadi, jika pada proses penyusunanbahan organik
yang menggunakan sumber energi dengan cara
pengoksidasian (pemecahan) senyawa kimia disebut kemosintesis. Beberapa bakteri kemosintesis ini mempunyai kemampuan seperti organism berklorofil, yaitu mampu membuat karbohidrat dari bahan mentah anorganik, tetapi mereka tidak menggunakan energi cahaya untuk melakukan hal itu. Pengubahan karbon dioksida menjadi karbohidrat dapat pula terjadi dalam sel-sel hewan seperti pada sel-sel tumbuhan. Reaksi "gelap" yang menentukan juga diketahui berlangsung dalam sel-sel bakteri kemoautotrop. Mereka memperoleh energi dan elektron-elektron dengan melaksanakan oksidasi beberapa substansi tereduksi yang ada di alam sekitarnya. Energi bebas tersedia oleh oksidasi ini kemudian digunakan untuk pembuatan karbohidrat.
Bakteri belerang yang kemoautotrop mengoksidasi H 2S di tempat
tinggalnya (mata air belerang) sehingga menghasilkan energi. Reaksinya sebagai berikut. 2H2S + O2 → 2S + 2H 2O ÄG = 100 kkal Kemudian energi ini dapat mereka pakai untuk mereduksi karbondioksida menjadi karbohidrat dengan cara yang sama seperti yang dilakukan bakteri belerang fotosintetik. 2H2S + CO2 → (CH2O) + H2O + 2S Kelompok bakteri kemoautotrop lainnya ialah bakteri besi. (mereka bertanggung jawab atas sisik kecoklat-coklatan yang terbentuk di dalam tangki air atau toilet kakus). Mereka menyelesaikan oksidasi senyawa besi yang teroksidasi sebagian dan mampu merangkaikan energi yang dihasilkan oksidasi ini untuk mensintesis karbohidrat. Bakteri nitrifikasi juga kemoautotrof, mereka melakukan oksidasi NH 3 yang dihasilkan dari protein oleh bakteri heterotrof dari hasil perombakan menjadi nitrat. Oksidasi ini menghasilkan energi untuk mendorong reaksi sintesis bakteri tersebut. Nitrat yang dihasilkan menyediakan keperluan nitrogen bagi tumbuhan (Anshori, 1989). Ada dua macam energi yang digunakan oleh makhluk hidup:
Sinar matahari. Organismanya disebut dengan organisma fotosintesis atau di kenal juga dengan organisma fototrofik.
Oksidasi senyawa kimia. Organismanya disebut dengan organisma kemosintesis kemotrofik atau autotrofik Karbon dioksida hanya digunakan sebagai sumber karbon utama, sedangkan
senyawa berkarbon tunggal lainnya, seperti metanol dan metil sulfida, digunakan sebagai sumber energi utamanya. Di alam bebas, senyawa berkabon tunggal untuk pertumbuhan metilotrof dapat diperoleh dari hasil respirasi tumbuhan yang menghasilkan senyawa metanol, proses degradasi hewan laut dan tumbuhan yang menghasilkan senyawa metilamina, dan dari alga laut yang menghasilkan metil halida dan metil sulfida Terdapat tiga buah protein yang berperan dalam mengoksidasi senyawa berkarbon tunggal pada bakteri metilotrof. Ketiga protein ini terletak pada ruang periplasma sel bakteri metilotrof. Protein tersebut antara lain enzim metanol dehidrogenase yang termasuk dalam golongan kelas quinoprotein, sitokrom cL yang merupakan molekul penerima elektron, dan sitokrom c yang merupakan donor elektron pada membran sitokrom oksidase. Dengan adanya molekul-molekul tersebut, senyawa berkarbon tunggal akan diubah menjadi senyawa formaldehida yang masuk ke dalam siklus metabolisme lanjutan (Chistoserdova L, 2004). Proses inilah yang menjadi kunci dari produksi energi bagi pertumbuhan dan perkembangan bakteri metilotrof (Anthony C, 1986). Pada bakteri fakultatif metilotrof, konsentrasi enzim metanol dehidrogenase di dalam selnya dapat mencapai 10-15% (Anthony C, 2003). Konsentrasi enzim ini pun meningkat dengan adanya penambahan senyawa metilamina sebagai sumber karbon tambahannya (Machlin SM, 1988). 2.4
HABITAT
Bakteri merupakan mikroorganisme ubikuotus, yang berarti melimpah dan banyak ditemukan di hampir semua tempat. Habitatnya sangat beragam; lingkungan perairan, tanah, udara, permukaan daun, dan bahkan dapat ditemukan di dalam organisme hidup. Diperkirakan total jumlah sel mikroorganisme yang mendiami muka bumi ini adalah 5x10 30. Bakteri dapat ditemukan di dalam tubuh manusia, terutama di dalam saluran pencernaan yang jumlah selnya 10 kali lipat lebih banyak dari jumlah
total sel tubuh manusia. Oleh karena itu, kolonisasi bakteri sangatlah mempengaruhi kondisi tubuh manusia. Terdapat beragam jenis bakteri yang mampu menghabitasi daerah saluran pencernaan manusia, terutama pada usus besar, diantaranya adalah bakteri asam laktat dan kelompok enterobacter. Di samping itu, terdapat pula kelompok bakteri lain, yaitu probiotik, yang bersifat menguntungkan karena dapat menunjang kesehatan dan bahkan mampu mencegah terbentuknya kanker usus besar. Selain di dalam saluran pencernaan, bakteri juga dapat ditemukan di permukaan kulit, mata, mulut, dan kaki manusia. Di dalam mulut dan kaki manusia terdapat kelompok bakteri yang dikenal dengan nama metilotrof, yaitu kelompok bakteri yang mampu menggunakan senyawa karbon tunggal untuk menyokong pertumbuhannya. Di dalam rongga mulut, bakteri ini menggunakan senyawa dimetil sulfida yang berperan dalam menyebabkan bau pada mulut manusia. Beberapa kelompok mikroorganisme ini mampu hidup di lingkungan yang tidak memungkinkan organisme lain untuk hidup. Kondisi lingkungan yang ekstrim ini menuntut adanya toleransi, mekanisme metabolisme, dan daya tahan sel yang unik. Sebagai contoh, Thermus aquatiqus merupakan salah satu jenis bakteri yang hidup pada sumber air panas dengan kisaran suhu 60-80 oC. Tidak hanya di lingkungan bersuhu tinggi, bakteri juga dapat ditemukan pada lingkungan dengan suhu yang sangat dingin. Pseudomonas extremaustralis ditemukan pada Antartika dengan suhu di bawah 0 oC.
Di samping pengaruh ekstrim temperatur, bakteri juga dapat hidup pada berbagai lingkungan lain yang hampir tidak memungkinkan adanya kehidupan (lingkungan steril). Halobacterium salinarum dan Halococcus sp. adalah contoh dari bakteri yang dapat hidup pada kondisi garam (NaCl) yang sangat tinggi (15-30%). Tedapat pula beberapa jenis bakteri yang mampu hidup pada kadar gula tinggi (kelompok osmofil), kadar air rendah (kelompok xerofil), derajat keasaman pH sangat tinggi, dan rendah.
2.5
MANFAAT
Terdapat satu jenis bakteri metilotrof yang sering digunakan sebagai subjek penelitian karena sifat dan karakteristiknya telah dikenal dengan baik, yaitu Methylobacterium extroquens. Pada awal tahun 1960-an, bakteri ini digunakan sebagai model dalam pengkarakterisasian siklus serin dalam rangkaian asimilasi senyawa berkarbon tunggal. Enzim metanol dehidrogenase dan metilamin dehidrogenase dari
bakteri ini merupakan salah satu enzim pengoksidasi senyawa berkarbon tunggal pertama yang berhasil dikarakterisasi. 2.6
AKTIFITAS ENZIM
Bakteri metilotrof merupakan bakteri yang dapat hidup pada lingkungan dengan senyawa C1 seperti methanol dan metilamina sebagai sumber karbonnya. Habitat dari bakteri ini sangat luas, antara lain pada mulut dan kaki manusia. Kemampuan bakteri ini untuk hidup pada lingkungan dengan senyawa C1 dimungkinkan karena adanya enzim metanol dehidrogenase Beberapa literatur mengemukakan enzim metanol dehidrogenase yang dihasilkan oleh bakteri metilotrof pada habitat mulut dan kaki manusia dapat menguraikan senyawa metantiol yang bersifat volatile dan menimbulkan bau. Namun, literatur yang ada sampai saat ini hanya merujuk pada bakteri metilotrof dari habitat kaki dan mulut manusia yang berasal dari daerah subtropis. Sejauh ini belum ada studi tentang bakteri metilotrof pada habitat mulut dan kaki manusia untuk daerah beriklim tropis, mengingat kondisi temperatur dan kelembaban yang berbeda, besar kemungkinan komunitas bakterinyapun berbeda. Dalam penelitian ini telah berhasil diisolasi sebanyak 31 isolat dari habitat mulut dan 20 isolat dari kaki. Uji Gram menunjukkan sebagian besar isolat merupakan Gram negatif dan sebagian besar juga menunjukkan oksidase positif. Seluruh isolat menunjukkan hasil positif pada uji katalase, empat isolat menunjukkan hasil positif pada deteksi gen mxaF dengan PCR. Uji aktivitas enzim metanol dehidrogenase menunjukkan isolat dengan aktivitas tiga tertinggi ialah M41L3 memiliki aktivitas 67.96, isolat M27G2 dengan aktivitas 42.78, isolat M28L1 dengan aktivitas 34.91. Hasil purifikasi enzim pada isolat M27G2, M27L3, dan M41L3 dengan menggunakan teknik pengendapan amonium sulfat dan AKTA FPLC menunjukkan peningkatan kemumian yang sangat baik, dimana nilai aktivitas pada isolat M27G2 meningkat 69,1 kali, isolat M27L3 meningkat 8,8 kali, dan isolat M4IL3 meningkat 14,6 kali. Penelitian ini perlu dilanjutkan dimana enzim dengan aktivitas tinggi dilakukan karakterisasi, purifikasi lanjutan, dan produksi enzim. Isolat dengan aktivitas enzim tertinggi dapat dikarakterisasi secara molekuler (Diana, 2011).
2.7
METABOLISME
Kelompok organisme ini dapat memenuhi kebutuhan energinya dengan oksidasi kelompok metil yang melekat pada atom-atom selain karbon. Diantaranya adalah metilotrof obligat, yang tumbuh hanya dengan menggunakan unsur-unsur yang tidak mengandung ikatan karbon-karbon (metan, metanol). Organisme lainnya adalah metilotrof fakultatif, yang sanggup tumbuh pada sumber-sumber karbon yang bervariasi, termasuk unsur-C1. Oksidasi metan menjadi karbondioksida berlangsung melalui serangkaian langkah-langkah oksidasi dua elektron. Pada metabolisme metan, formaldehid menempati posisi kunci, karena pada tingkat ini karbon terasimilasi menjadi biomassa, juga terdisimilasi menjadi karbondioksida sebagai sumber energi (Stevia, 2014).
BAB III PENUTUP Kesimpulan
1. Metilotrof adalah kelompok mikroorganisme yang memiliki kemampuan untuk tumbuh dan berkembang dengan menggunakan senyawa berkarbon tunggal. 2. Kelompok organisme ini dapat memenuhi kebutuhan energinya dengan oksidasi kelompok metil yang melekat pada atom-atom selain karbon. Diantaranya adalah metilotrof obligat, yang tumbuh hanya dengan menggunakan unsur-unsur yang tidak mengandung ikatan karbon-karbon (metan,metanol). 3. Selain di dalam saluran pencernaan, bakteri juga dapat ditemukan di permukaan kulit, mata, mulut, dan kaki manusia. Di dalam mulut dan kaki manusia terdapat kelompok bakteri yang dikenal dengan nama metilotrof. 4. Pada awal tahun 1960-an, digunakan sebagai model dalam pengkarakterisasian siklus serin dalam rangkaian asimilasi senyawa berkarbon tunggal.
DAFTAR PUSTAKA Anesti V, dkk. Isolation and molecular detection of methylotrophic bacteria occurring in the human mouth . Environ Microbiol. 2005
Anshori, Rohman. Pengantar Teknologi Fermentasi . Depdikbud Dirjen Perguruan Tinggi PAU Pangan dan Gizi. Bogor: IPB. 1989 Anthony C, Williams P. The structure and mechanism of methanol dehydrogenase . Biochim Biophys Acta. 2003 Anthony C. Bacterial oxidation of methane and methanol . Adv Microb Physiol. 1986 Anthony C. The Biochemistry of Methylotrophs . London: Academic Press. 1982 Chistoserdova L, dkk. Multiple formate dehydrogenase enzymes in the facultative methylotroph Methylobacterium extorquens AM1 are dispensable for growth on Methanol . J
Bacteriol. 2004 Diana Waturangi. 2011. Deteksi gen dan purifikasi metanol dehidrogenase bakteri metilotrof (methylotroph)
dari
kaki
dan
mulut
manusia.
https://lib.atmajaya.ac.id/default.aspx?tabID=61&src=k&id=198132 diakses pada 31 Mei 2016 pukul 15:35 WIB Evanendra. 2014. Bakteri. http://vannendra.weebly.com/bakteri.html diakses pada 31 Mei 2016 pukul 19:13 WIB Kusnadi.
2014.
Metabolisme
Mikroba.
http://file.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._BIOLOGI/196805091994031KUSNADI/BUKU_COMMON_TEXT_MIKROBIOLOGI,_Kusnadi,dkk/REV._BAB_5.pdf diakses pada 30 Mei 2016 pukul 19:32 WIB Machlin SM, Hanson R. Nucleotide sequence and transcriptional start site of the ’’Methylobacterium organophilum’’ X X methanol dehydrogenase structural gene . J Bacteriol
170(10):4739-4747. 1988
Stevia Ladisa. 2014. Fermentasi. http://stevialadisa.blogspot.co.id/2014/12/fermentasi.html (diakses pada 31 Mei 2016 pukul 09:15 WIB) The Metabolism of Methylotrophic bacteria. http://www.docstoc.com/docs/518893/themetabolism-of-methylotrophic-bacteria (diakses pada 30 Mei 2016 pukul 19:46 WIB
