BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang Mikroorganisme merupakan semua makhluk yang berukuran beberapa mikron atau lebih kecil lagi. Yang termasuk golongan ini adalah bakteri, cendawan atau jamur tingkat rendah, ragi yang menurut sistematik masuk golongan jamur, ganggang, hewan bersel satu atau protozoa, dan virus yang hanya nampak dengan mikroskop elektron. Mikroorganisme umumnya terdapat di manamana, seperti di dalam tanah, di lingkungan akuatik, berkisar dari aliran air sampai lautan, dan atmosfer. Mikroorganisme sangat erat kaitannya dengan alam dan kehidupan manusia, beberapa diantaranya bermanfaat dan yang lain merugikan. Mikroorganisme adalah organisme hidup yang sangat kecil, yang tidak dapat dilihat tanpa menggunakan mikroskop. Mikroorganisme dapat merasakan dan beradaptasi dengan perubahan dalam lingkungan mereka. Ketika nutrisi yang dibutuhkan tersebut mulai habis, beberapa mikroorganisme tersebut dapat menjadi motil untuk mencari nutrisi, atau mereka dapat menghasilkan enzim untuk mengeksploitasi sumber daya alternatif. Bahkan untuk beberapa mikroorganisme, dapat bertahan dengan kondisi lingkungan yang ekstrim dengan cara adaptasi yang berbeda-beda pada setiap mikroorganisme. Interaksi antara mikroorganisme, baik dari penyebarannya dan kemampuan beradaptasinya dengan lingkungan yang ekstrim disebut mikrobiologi lingkungan ekstrim.
1.2 Rumusan masalah Berdasarkan latar belakang diatas, maka yang menjadi rumusan masalah adalah : 1. 2. 3. 4.
Apa yang dimaksud dengan Mikroorganisme Lingkungan Ekstrim ? Apasaja jenis-jenis Mikroorganisme pada Lingkungan Ekstrim ? Bagaimana pertahanan Mikroorganisme pada Lingkungan Ekstrim ? Apasaja peran Mikroorganisme pada Lingkungan Ekstrim ?
1.3 Tujuan Dari rumusan masalah tersebut, maka tujuan dari pembuatan makalah ini adalah : 1. 2. 3. 4.
Untuk mengetahui pengertian dari Mikroorganisme Lingkungan Ekstrim. Untuk mengetahui jenis-jenis Mikroorganisme pada Lingkungan Ekstrim. Untuk mengetahui pertahanan Mikroorganisme pada Lingkungan Ekstrim. Untuk mengetahui peran Mikroorganisme pada Lingkungan Ekstrim.
BAB II PEMBAHASAN 2.1 Mikroorganisme lingkungan ekstrim Mikrobiologi
lingkungan
ekstrim
mikroorganisme, baik dari penyebarannya
merupakan
interaksi
antara
dan kemampuan beradaptasinya
dengan lingkungan yang ekstrim. Kemampuan mikroorganisme dalam beradaptasi dalam lingkungan ekstrim tersebut sangat bervariasi dan faktor-faktor yang mempengaruhi dari lingkungan tersebut adalah temperatur (tinggi mendekati titik didih air dan rendah mendekati titik beku air), pH (Sangat asam dan sangat basa), konsentrasi garam, nilai ketersediaan air, tekanan, konsentrasi nutrient, dan kadar senyawa toksik. Lingkungan dengan temperatur yang ekstrim antara lain adalah hot springs, salt lake, dan desert soil. Mikroorganisme yang dapat hidup pada lingkungan ekstrim disebut dengan mikroorganisme termofilik. Kelompok mikroorganisme
tersebut
adalah
algae,
fungi,
protozoa,
cyanobacteria,
eubacteria, dan archaebacteria. Tabel 1. Karakteristik Pertumbuhan Mikroorganisme pada Lingkungan Ekstrim Perbandingan Temperature
Tekanan osmotik pH Asam pH Basa Rendahnya ketersediaan air
Kondisi Lingkungan Contoh Mikroorganisme 110-1150C, palung laut Methanopyrus kandleri yang dalam Pyrodictium abyssi 850C, mata air panas Thermus Sulfolobus 750C, air panas bersulfur Thermothrix thiopara 13-15% NaCl Chlamydomonas 25% NaCl Halobacterium Halococcus pH 3.0 atau lebih rendah Saccharomyces Thiobacillus pH 10.0 atas Bacillus Aw = 0.6-0.65 Torulopsis 0
Temperature dan pH 85 C, pH 1.0 rendah
Candida Cyanidium Sulfolobus acidocaldarum
Tekanan
500-1,035 atm
Colwellia hadaliensis (Presscot, 1993)
2.2 Jenis-jenis Mikroorganisme pada Lingkungan Ekstrim Pada mikroorganisme, ada beberapa jenis mikroba yang dapat bertahan hidup pada situasi atau lingkungan yang ekstrim, yaitu termofilik, barofilik, xerofilik, dan halofilik. 1. Mikroorganisme Termofilik Mikroorganisme termofilik adalah organisme, terutama mikroorganisme y ang mampu beradaptasi tumbuh optimal pada suhu tinggi. Mikroorganisme termofil telah berhasil diisolasidari habitat terestrial maupun perairan dengan suhu tinggi misalnya daerah gunung berapi dansumber air panas. Berdasarkan temperatur optimum pertumbuhannya, maka termofilik dapat dijadikan dalam 3 kategori yaitu (Kathleen, 2008): a. Moderate thermophiles dengan temperatur pertumbuhan optimum berkisar antara 35-70ºC b. Extreme thermophiles,temperatur pertumbuhan optimum berkisar 55-85ºC c. Hyperthermophiles, temperatur pertumbuhan optimum berkisar 75-113ºC Sedangkan pengelompokan termofil menurut Prescott (2008) adalah: a. Obligate thermophiles, temperatur pertumbuhan optimum 65-75ºC, dan tidak mampu tumbuh dibawah 40ºC b. Facultative thermophiles, dapat tumbuh optimal pada temperature 50-60ºC,dan mampu tumbuh pada 37ºC c. Thermotolerant thermophiles, pertumbuhan maksimum pada temperatur 4550ºC, mampu tumbuh pada 30ºC Studi ekologis menunjukkan berbagai spesies mikroorganisme yang terdapat dalam lingkungan termofil adalah: Extreme thermophiles pada umumnya termasuk Bacillus, Clostridium, Thermoanaerobacter, Thermus, Thermotoga, dan Aquifex. Hyper thermophiles termasuk dalam domain Archaea, kingdom Crenarchacota
(Sulfolobus,
Pyrodictium,
Pyrolobus.),
dan
kingdom
Euryarchaeaota (Thermococcus, Pyrococcus), Methanogenes (Methanococcus, Methanobacterium), pereduksi sulfat dan halophiles. Salah satu karakter paling menarik dari termofil adalah kemampuannya dalam memproduksi enzim yang mampu mengkatalis reaksi pada suhu lebih tinggi dibandingkan organisme mesofilik. Properti stabilitas suhu yang lebih tinggi dan toleransi terhadap bahan kimiawi penyebab denaturasi seperti pelarut organik. Kenaikan temperatur dalam proses bioteknologi mempengaruhi ketersediaan dan solubitas senyawa organik seperti poliaromatik, hidrokarbon alifatik, dan substansi polimer. Kenaikan temperatur juga berhubungan dengan penurunan viskositas dan kenaikan koefisien difusi senyawa organik. Hal ini berakibat kecepatan reaksi akan lebih tinggi. Enzim termofil memiliki tingkat kontaminasi yang rendah, kecepatan reaksi lebih baik, dan stabil pada temperatur tinggi. Proses-proses biologis ketika dioperasikan dengan suhu diatas 60ºC akan mengurangi resiko kontaminan oleh organisme lain. Mikroba termofil mampu menghasilkan enzim termofil sehingga reaksi enzimatis dapat berjalan lebih cepat, mempercepat difusi, daya larut bahan semakin besar, memperkecil viskositas dan tegangan permukaan media. Kebanyakan mikroba mengalami penurunan efektivitas kerja setelah fermentasinya menghasilkan panas, tapi hal ini tidak terjadi pada mikroba termofil. Kemampuan mikroba termofilik untuk tumbuh pada temperatur tinggi, disebabkan oleh berbagai faktor, ialah sebagai berikut : 1) Memiliki kemampuan mensintesa makromolekul yang stabil terhadap panas. Perbedaan intrinsik struktur makromolekul dan kofaktor stabilisasi termal. Perbedaan struktural pada molekul protein, asam nukleat, lipid, dan enzim. Enzim bakteri termofil ikatannya mempunyai tingkatan asam amino hidrofobik yang lebih tinggi daripada mikroba mesofilik dan memiliki ion Mg2+ dengan stabilitas tinggi sehingga struktur ikatannya lebih erat dan lebih refraktif terhadap panas, tetap aktif, dan tidak alami denaturasi sampai temperatur lebih dari 60ºC. juga kemampuan mensintesa ribosom yang lebih stabil terhadap panas. Hal ini karena titik cair RNA-nya cukup tinggi, serta keteraturan dari pembungkusnya. Pembungkusnya terdiri atas komposisi dasar G-C dengan
jumlah yang lebih banyak dan A-U lebih sedikit. DNA termofil juga mempunyai reverse DNA gyrase yang mampu memproduksi superkoil positif. Perbedaan kenaikan melting point pada DNA mempengaruhi stabilitas pada temperatur tinggi. 2) Kemampuan termostabilitas pada membran sel, karena banyak mengandung lemak jenuh sehingga mikroba tahan terhadap temperatur tinggi. Termofil memproduksi protein yang dinamakan chaperonin yang membantu menyusun kembali bentuk awalnya seteleh denaturasi. Komposisi membran sel termofil asam lemak jenuh yang menyediakan linngkungan hidrofob bagi sel. Archaea yang mayoritas hipertermofil mempunyai ikatan ether pada lipid di dinding sel. 3) Mensintesa senyawa poliamin unik, seperti thermion dan thermospermin yang menstabilkan perangkat sintesa protein dan melindungi makromolekul terhadap temperatur tinggi. Termofil memproduksi protein dinamakan chaperonin yang membantu menyusun kembali bentuk awalnya seteleh denaturasi. 4) Perubahan komposisi asam amino pada protein menyebabkan peningkatan interaksi elektrostatik, pembentukan ikatan hidrogen dan disulfida, peningkatan interaksi hidrofobik atau kekompakan struktur. Residunya lebih sedikit dan hampir tidak ditemukan pada enzim termofil. Inaktivasi sering disebabkan oleh oksidasi grup SH, kandungan sistein yang lebih sedikit dapat memproteksi proses inaktivasi. Lokalisasi residu sistein juga menentukan stabilitas protein. Contoh enzim alkohol dehidrogenase pada Bacillus stearothermophilus mempunyai residu sistein yang sama dengan mesofilik tetapi grup SH terletak di dalam globula protein sehingga lebih tahan terhadap suhu tinggi. 5) Substitusi asam amino juga dapat menyebabkan kenaikan hidrofobisitas internal sehingga lebih tahan suhu tinggi. Substitusi dalam enzim termofillik seperti Lys menjadi Arg, Ser menjadi Ala, dan Ser menjadi Thr. Suhu lingkungan sangat mempengaruhi mikroorganisme, seperti halnya untuk semua organisme yang lain. Mikroorganisme biasanya rentan karena suhu mereka bervariasi pada lingkungan eksternal. Faktor paling penting yang mempengaruhi adalah pengaruh suhu pada pertumbuhan, dimana sensitivitas temperatur pada reaksi enzim-katalis. Setiap enzim memiliki suhu dalam fungsi optimal. Pada beberapa suhu di bawah optimal, menjadikan proses katalik
berhenti. Kenaikan suhu dari suhu rendah, tingkat kenaikan katalisis yang teramati sama untuk suhu yang optimal. Kecepatan reaksi kira-kira akan berlipat ganda untuk setiap kenaikan 10 °C suhu. Sel-sel mikroba tidak dapat mengontrol suhu mereka dan karena itu menganggap suhu lingkungan sebagai habitat alami mereka. Kelangsungan hidup mikroba tergantung pada kemampuan beradaptasi pada berbagai variasi suhu yang ditemui di habitanya. Suhu kisaran untuk pertumbuhan mikroba dapat dinyatakan sebagai tiga suhu kardinal. Suhu minimum adalah suhu terendah yang memungkinkan metabolisme mikroba dan di bawah suhu tersebut aktivitasnya terhambat. Suhu maksimum adalah suhu tertinggi dimana pertumbuhan dan metabolisme dapat dilanjutkan. Jika suhu naik atas maksimum, pertumbuhan akan berhenti, tapi jika terus naik melampaui titik itu, enzim dan asam nukleat akhirnya akan menjadi permanen tidak aktif atau dikenal sebagai denaturasi, dan sel akan mati. Berdasarkan hal tersebut diketahui mengapa panas bekerja dengan baik sebagai agen untuk mengendalikan mikroba. Suhu optimum mencakup rentang kecil, menengah antara minimum dan maksimum, yang menunjukkan tingkat tercepat pertumbuhan dan metabolism. Pada sebagian besar mikroorganisme pertumbuhan mencapai optimal pada suhu sekitar 20-45 °C yang disebut mesofilik. Lain halnya untuk termofilik yang telah menyesuaikan tidak hanya kemampuannya untuk bertahan, tetapi berkembang pada temperatur yang lebih tinggi. Termofilik akan mampu tumbuh dalam rentangan suhu sekitar 40-80 °C, dengan pertumbuhan optimal pada kisaran suhu 50-65 °C. Termofilik ekstrim memiliki suhu optimal lebih dari termofil, dan dapat bertoleransi pada suhu lebih dari 100 °C. Pada tahun 2003, anggota dari kelompok bakteri primitif yang disebut Archaea, diketahui dapat tumbuh pada suhu 121 °C, hal tersebut merupakan sebuah rekor dunia baru. Psichrofil menempati rentangan suhu ekstrim yang lain, mereka dapat tumbuh pada suhu 0 °C, dengan pertumbuhan optimal yang terjadi pada suhu 15 °C atau dibawahnya. Organisme tersebut tidak dapat tumbuh pada suhu di atas 25 °C atau lebih.
Bakteri termofilik dikelompokkan ke dalam beberapa genus yang merupakan bekteri aerob dan yang lainnya merupakan bakteri anaerob. Beberapa kelompok yang termasuk ke dalam bakteri termofilik diantaranya (Perry, J.J., dkk., 2005: 510) yaitu : a) Aquificae (Aquifx, Hidrogenobakter, dan Desulfobakterium) Aquificae, bakteri yang termasuk di dalamnya kebanyakan merupakan bakteri termofilik moderat. Suhu maksimum untuk beberapa spesies mendekati 95°C, yang dikelompokkan dalam hipertermofilik. Semua kultur yang telah dibiakkan tidak tumbuh pada bahan organik, karena merupakan bakteri autotrof obligat. Aquificae merupakan genus yang paling banyak dipelajari, merupakan bakteri hipertermofilik sejati yang dapat hidup pada suhu maksimum 95 °C, mengikat karbondioksida lewat siklus asam sitrat reduktif. Selain menggunakan H2 sebagai sumber energi, bakteri ini juga dapat menggunakan tiosulfat dan sulfur, yang kemudian dioksidasi menjadi asam sulfat, juga menggunakan nitrat sebagai aseptor elektron dan menghasilkan nitrit dan gas N2. Hidrogenobakter, mempunyai metabolisme yang serupa dengan Aquifex, yaitu dengan siklus tricarboxylic acid (TCA) reduktif. Desulfobakterium, tumbuh dengan cara kemoautotrof dengan mengoksidasi hidrogen sebagai sumber energi dan mereduksi tiosulfat, S, atau sulfit menjadi H 2S, merupakan bakteri anaerob obligat. b) Thermodesulfo bakteria Bakteri
lonjong
pereduksi
sulfat,
merupakan
bakteri
heterotrof,
menggunakan laktat dan piruvat sebagai sumber energi dan sulfat atau tiosulfat sebagai aseptor elektron. Molekul H2S dibentuk dari metabolisme reduksi sulfat. Asam-asam organik tidak sepenuhnya dioksidasi menjadi asam asetat dan CO2 Bakteri ini banyak terdapat pada sumber air panas dan ladang minyak. c) Thermotogae (Thermotogae dan Thermosipho) Merupakan organisme anaerob yang diisolasi dari lingkungan bersuhu tinggi dasar laut. Thermotogae memfermentasi gula seperti glukosa menjadi
laktat, asetat, CO2 dan H2, Thermoshipo tumbuh pada media yang lebih kaya seperti yeast ekstrak. d) Nitrospirae Kelompok bakteri ini mencakup berbagai jenis bakteri, kebanyakan diantaranya mesofilik, satu-satunya genus yang merupakan termofilik adalah Thermodesulfovibrio. e) Thermodesulfovibrio Thermodesulfovibrio, seperti namanya kelompok bakteri ini merupakan bakteri pereduksi sulfat, yang menggunakan sumber karbon organik sebagai sumber energi dan mereduksi sulfat, tiosulfat, dan sulfit, menjadi H2S. laktat dan piruvat digunakan sebagai sumber energi. Suhu optimal untuk pertumbuhan adalah 65°C. f) Defferibakter (Defferibakter dan Geovibrio) Kelompok bakteri yang dikenali mempunyai respirasi aerob dengan aseptor elektron ion logam atau nitrat. Genus termofilik moderat mempunyai suhu optimal pertumbuhan 50-65°C. Geovibrio, merupakan bakteri vibrioid anaerob yang mempunyai metabolisme serupa dengan Defferibakter. Mengoksidasi asetat dengan ion logam sebagai aseptor electron. g) Thermomicrobium (Thermomicrobium) Thermomicrobium merupakan bakteri aerob yang tumbuh pada suhu 74°C. Thermomicrobium tumbuh pada media komplek dengan konsentrasi nutrien. Genus Diktioglomus merupakan bakteri anaerob, dengan sel berbentuk lonjong, tumbuh pada sumber air panas dengan rentang suhu pertumbuhannya antara 5080°C. Merupakan bakteri fermentatif yang menggunakan berbagai gula sebagai sumber energi. h) Deinococcus dan Thermus Deinococci merupakan bakteri mesofilik, tidak termasuk dalam termofilik karena suhu optimal pertumbuhannya 25-35°C. Mempunyai permukaan berwarna
merah muda sampai merah yang merupakan karotenoid. Deinococci merupakan bakteri yang resistan terhadap radiasi sinar gamma. Thermus berbeda dengan Deinococci, merupakan bakteri non-motil aerob, koloninya biasa berwarna merah muda, jingga, atau merah, yang merupakan karotenoid. Thermus tersebar luas dan telah diisolasi dari semua kondisi lingkungan panas dari seluruh dunia. Kondisi optimal untuk pertumbuhan Termus adalah 70-75°C. Habitat Mikroorganisme Termofilik Termofilik adalah mikroba yang tumbuh optimal pada suhu lebih tinggi dari 45 °C. Habitat bakteri termofilik adalah pada tempat-tempat yang mempunyai kondisi lingkungan panas, dapat hidup dan berkembang biak pada lingkungan yang ekstrem. Beberapa habitat ekstrem bagi bakteri termofilik diantaranya adalah sumber air panas, kawah gunung berapi, dan di celah hidrotermal kedalaman air laut. Celah tersebut merupakan rekahan permukaan bumi di bawah laut tempat magma merembes dan memanaskan air. Bakteri termofilik pertama kali ditemukan pada tahun 1960 oleh Thomas Brock di sumber air panas Yellow Stone. Termofilik bervariasi dalam persyaratan panas, dengan kisaran umum pertumbuhan 45-80 °C. Pada sebagian besar eukariotik tidak dapat bertahan di atas suhu 60 °C, tetapi beberapa bakteri termofilik disebut hipertermofil, tumbuh antara kisaran suhu 80 °C dan 110 °C (saat ini suhu dianggap membatasi enzim dan struktur sel). Pada mata air panas, karena air mendidih sehingga meluap dan tepi mata air mengalir jauh dari sumbernya, secara bertahap mendingin, menyiapkan gradien termal. Seiring gradien ini, berbagai mikroorganisme tumbuh, dengan rentang suhu yang berbeda. Dengan mempelajari distribusi spesies di sepanjang gradien termal tersebut dan dengan memeriksa sumber air panas dan habitat termal lainnya di temperatur berbeda di seluruh dunia, memungkinkan untuk menentukan batas suhu atas untuk setiap jenis organism. 2.
Mikroorganisme Barofilik
Mikroorganisme barofilik merupakan mikroorganisme yang hidup di ligkungan dengan tekanan yang tinggi. Lingkungan yang memiliki tekanan hidrostatik tinggi pada umumnya ditemukan di perairan dalam dan di pengeboran sumur dalam. Pada lingkungan akuatik, tekanan nya akan meningkat +1 atm untuk setiap kedalaman 10 meter. Pembagian mikroorganisme barofilik bedasarkan tekanan adalah (Setter, 1996): a) Tekanan 400-500 atm: Barofilik b) Tekanan 1- < 400 atm: Eurybaric/Baroduric (Barotolerant) Pada lingkungan laut dalam, biomassa yang dihasilkan rendah dan keperluan O2 juga rendah yaitu sekitar 3-4 ml/lt (Kushner, 1993). Kebanyakan mikroorganisme baroduric dicirikan oleh sifat-sifat psikrofiliknya. Pada habitat nya tidak hanya terbatas pada laut dalam. Bakteri baroduric yang tumbuh pada tekanan 850 atm dapat diisolasi dari tanah biasa. Contohnya adalah bakteri Pseudomonas bathycetes yang mampu mentoleransi tekanan hingga 1000 atm. Di lingkungan laut dalam terdapat korelasi antara tekanan dan temperatur yaitu apabila tekanan meningkat, pertumbuhan kisaran pada temperatur cenderung menghentikan
keduanya
atau
pengaruh
kenaikan
temperatur
cenderung
dihilangkan oleh kenaikan tekanan. Jadi dapat dilihat bahwa tekanan dan temperatur masing-masing saling berkompetisi dalam pengaruhnya bagi mikroba. Contohnya adalah bakteri Desulfovibrio yang dapat tumbuh pada suhu 104 oC di bawah tekanan 100 atm. Mikroba laut dalam mentoleransi tekanan tinggi pada kisaran temperatur jauh lebih rendah daripada temperatur pertumbuhan minimum aslinya. Aktivitas metabolisme dalam kisaran temperatur pertumbuhan asli suatu mikroba dihambat pada tekanan tinggi, tetapi jika temperatur di bawah temperatur pertumbuhan minimum nya, aktivitas tersebut akan dibebaskan dari penghambatan. 3.
Mikroorganisme Xerofilik
Mikroorgannisme xerofilik adalah kelompok mikroorganisme yang menyukai lingkungan yang memiliki kondisi yang kering. Jenis-jenis mikroba yang termasuk dalam mikroorganisme xerofilik adalah bakteri, yeast, fungi, alga yang selain mikroba halofilik ekstrim. Laju pertumbuhan mikroba xerofilik biasanya lebih lambat dan waktu germinasi spora lebih pendek daripada mikroba non-xerofilik. Contohnya adalah Torulopsis halonitratophila yang diisolasi dari fermentasi kecap merupakan yeast halofilik yang bersifat obligat pada suhu 30 oC tetapi dia juga ditemukan halotolerant pada suhu 20o C. Dalam lingkungan dengan konsentrasi larutan yang sangat tinggi (aw rendah), kebanyakan mikroba non-xerotolerant kehilangan air dari sitoplasma yang mengakibatkan kehancuran aktivitas sel nya. Pada mikroba halotolerant, mereka mengakumulasi larutan spesifik dalam selnya agar menaikkan konsentrasi garam di lingkungannya, dengan cara ini menjaga aw intraseluler sama dengan aw ekstraseluler. Menurut Ray (2001), pertumbuhan mikroba secara umum akan terhambat pada Aw kurang dari 0.6 dan sebagian besar bakteri patogen kecuali S. aureus, pertumbuhan akan terhambat pada Aw kurang dari 0.86. Perlakuan Aw rendah menyebabkan sel mikroba menjadi 'sakit' (bersifat reversible) atau mati. Jika Aw produk diturunkan, maka sel bakteri akan melepaskan air bebasnya untuk mempertahankan kondisi kesetimbangan. Kehilangan air menyebabkan kejutan osmotik dan plasmolisis sehingga pertumbuhan sel terhambat dan sel menjadi 'sakit' atau mati. Tetapi, walaupun kondisi Aw yang rendah dapat menghambat pertumbuhan bakteri, ternyata kondisi didalam produk dan kemampuan bakteri untuk menyesuaikan diri terhadap kondisi stress yang terjadi masih memungkinkan sel-sel bakteri tersebut bertahan selama periode waktu tertentu. Beberapa penjelasan mengenai dugaan mekanisme yang menyebabkan peningkatan ketahanan Salmonella terhadap kondisi kering dapat didekati dari beberapa dugaan berikut: a.
Beberapa mikroba mentranspor padatan terlarut ke dalam sel atau memetabolisme
padatan
terlarut
untuk
mengatasi
plasmolisis
dan
mempertahankan turgor sel. Menurut Ray (2001), mekanisme ini dimiliki oleh mikroba yang bisa tumbuh pada Aw rendah seperti kapang xerofilik dan b.
kamir osmofilik. Hiramatsu (2005) yang mensitasi dari beberapa sumber menyimpulkan bahwa sukrosa dan trehalosa dapat menghambat kerusakan struktur protein termasuk membran dengan cara menggantikan air membran bakteri, pada kondisi kering. Peningkatan resistensi setelah pengeringan pada lingkungan yang mengandung sukrosa diduga terkait dengan kemampuan bakteri untuk
c.
mengakumulasi sukrosa dan/atau trehalosa. Nilai Aw sel bakteri diduga memberikan efek peningkatan resistensi bakteri kering terhadap panas. Kondisi Aw yang sangat rendah menyebabkan pergerakan molekul air menjadi sangat terbatas dan menghambat terjadinya denaturasi protein pada suhu tinggi (Hiramatsu, et al (2005) dari beberapa sumber).
4. Mikroorganisme Halofilik Mikroorganisme halofilik adalah mikroorganisme yang hidup di lingkungan yang sangat asin. Semua mikroorganisme halofilik, kebanyakan dari mereka adalah bakteri, sementara beberapanya merupakan eukariota primitif. Eukariota adalah organisme yang lebih kompleks dengan inti dan organel yang terikat membrane. Halofilik dapat ditemukan terutama di domain Archaea, tetapi ada beberapa di bakteri dan domain Eukarya. Domain Archaea mengandung sel tunggal mikroorganisme prokariotik yang primitif. Ini berarti mereka semua terdiri dari satu sel dan tidak memiliki inti atau organel membran-terikat dalam sel. Domain bakteri mengandung organisme yang lebih baru dalam sejarah bumi dan mereka bisa dalam berbagai bentuk dan prokariotik juga. Sedangkan domain Eukarya mengandung organisme yang paling berkembang yang memiliki nukleus dan organel yang terikat membran. Halofilik biasanya masuk kategori sedikit, sedang, atau ekstrim berdasarkan jumlah garam yang dapat mereka tolerir di lingkungan mereka.
Lingkungan berkadar garam tinggi antara lain danau air asin (Great Salt, Lakes,Utah), kolam penguapan di ladang pemanenan garam dari air laut, tanah atau gurun berkadar garam tinggi, bahkan makanan yang diawetkan dengan penggaraman, contohnya ikan asin, keju, ikan sarden, hering dan ikan cod. Kadar garam dilingkungan bakteri halofilik tersebut berkisar antara 2% hingga 30% sedangkan pertumbuhan optimalnya di kadar garam 3%hingga 15%. Bakteri
halofilik
merupakan
salah
satu
mikroorganisme
yang
pertumbuhannya tergantung pada kadar NaCl, oleh karena itu bakteri halofilik dengan mudah dapat ditemukan di lingkungan yang berkadar garam. Kadar NaCl habitat bakteri halofilik berkisar antara 2% (setara dengan 0,3 M) hingga 30% (setara dengan 5 M) (Ventosa dan Nieto, 1995). Tempat-tempat yang memiliki kadar NaCl dengan kisaran 2% hingga 30% antara lain, permukaan tanah yang terletak di dekat Laut Merah memiliki kadar NaCl sebesar 2% (Ventosa et al., 1998), Bledug Kuwu memiliki air asin (air untuk pembuatan garam) dengan kadar NaCl 5%-6% dan lumpurnya mengandung kadar NaCl 8% (Pangastuti et al., 2002). Kadar NaCl 9% dapat ditemui misalnya di Danau Mono (California) sedangkan kadar NaCl 19% misalnya di ikan bachalao yang diawetkan dengan penggaraman. Kadar NaCl jenuh (lebih dari 20%) dapat ditemui di kedalaman danau air asin di daerah Vestfold Hills, Antartika dan Great Salt Lakes, Utah. Faktor-Faktor yang mempengaruhi keberadaan Bakteri halofilik salah satunya yaitu konsentrasi NaCl. Bakteri halofilik membutuhkan konsentrasi NaCl minimal tertentu untuk per- tumbuhannya. Kebutuhan garam untuk pertumbuhan optimum bervariasi, yaitu 5-20 % untuk bakteri halofilik sedang, dan 20-30 % untuk bakteri halofilik ekstrem. Spesies yang tumbuh baik pada medium yang mengandung 2-5% garam disebut halofilik ringan. Beberapa bakteri halotoleran (tahan garam), yaitu bakteri yang dapat tumbuh dengan atau tanpa garam. Bakteri halofilik dan halotoleran sering ditemukan pada makanan berkadar garam tinggi atau didalam larutan garam. Bakteri-bakteri tersebut diantaranya tergolong dalam jenis Halo- bacterium, Halococcus, Sarcina, Micrococcus, Pseudomonas, Vibrio, Pedio- coccus dan Alcaligenes. Bakteri laut 95% adalah gram negatif,
sebagian aktif bergerak, 70% mengandung pigmen dan mempunyai toleransi yang besar terhadap suhu tetapi sensitif pada suhu tinggi Meskipun tidak banyak spesies yang dikenal sebagai halofilik, mereka yang telah ditemukan cukup beragam. Salah satu contoh umum dari halofilik adalah halobakterium, yang merupakan anggota dari domain Archaea dan ditemukan di badan air dengan konsentrasi garam yang tinggi. Bakteri ini berbentuk bulat atau berbentuk batang dan dapat diwarnai merah atau ungu. Halobacterium telah ditemukan di Great Salt Lake serta Laut Mati. Astrobiologis juga mempelajari kemungkinan organisme yang ditemukan di Mars. Mereka percaya bahwa mereka bisa bertahan hidup di sana karena banyaknya garam yang telah ditemukan. Mereka percaya bakteri bisa bertahan jika mengelupasi dirinya dalam garam untuk menghindari paparan ultraviolet hidup. Hal ini membuat bakteri yang primitif memberikan peran yang signifikan dalam dunia modern. Contoh lain dari Halofili dapat ditemukan di danau asin Botswana. Di danau tersebut terdapat bakteri dengan genus Nitzschia dan Diatom eukariotik. Diatom adalah jenis Protista yang mengambang bebas, sering disebut sebagai ganggang. Studi Nitzschia telah menunjukkan bahwa mereka tidak dapat mereproduksi dalam lingkungan yang tidak mengandung jumlah garam yang sedang. Peranan Peranan Bakteri halofilik dapat bersifat merugikan tetapi dapat juga dikembangkan potensi enzim dan compatible solute-nya. Bakteri halofilik dapat merusak makanan yang diawetkan dengan penggaraman, misalnya ikan asin, keju atau medium untuk menumbuhkan mikroorganisme (cultur media) (Ford, 1993). Bakteri halofilik juga menyebabkan penurunan kualitas pada bisnis kulit (Meral dan Cenk, 2003). Potensi enzim dan compatible solute bakteri halofilik juga banyak diteliti dan dimanfaatkan dalam bidang bioteknologi. Untuk kepentingan industri, enzim ekstraseluler yang dihasilkan oleh bakteri halofilik merupakan produk yang bernilai komersial, terlebih lagi enzim tersebut mampu beraktivitas optimal pada kondisi kadar garam tinggi. Enzim
ekstraseluler adalah enzim yang dikeluarkan dari dalam sel yang kemudian berdifusi ke lingkungan atau diangkut ke organ lain pada makhluk hidup bersel banyak (Suhartono, 1989). Enzim-enzim tersebut merupakan enzim hidrolase, yaitu amilase, nuklease fosfatase, protease dan polisakaridase. Enzim-enzim tersebut berperan sebagai biokatalis dalam proses industri yang berlangsung pada kondisi ekstrem, kondisi yang melibatkan salinitas tinggi, misalnya industri pembuatan detergen atau kondisi dengansumber karbon yang sedikit, misalnya industri oli, industri kosmetik, dan industri obat-obatan. Enzim lain, organophosphorus acid anhydrase, dapat digunakan untuk mendegradasi ikatan toksik organo-phosphorus. Bakteri halofilik juga menghasilkan enzim yang dapat mendegradasi selulosa. Dalam industri makanan, Tetragenococcus halophilus digunakan sebagai starter dalam pembuatan kecap dengan kadar NaCl 3 M. Adanya mikroorganisme tersebut dapat menaikkan kekentalan kecap dengan kandungan sel bakteri hingga 10 8 CFU/ml. Compatible solute yang diakumulasi oleh bakteri halofilik juga dimanfaatkan dalam bioteknologi sebagai stabilisator dalam teknologi enzim (teknologi biosensor, PCR, dll.) dan untuk industri kosmetik (Ventosa dan Nieto, 1995). Ventosa et al (1998) menyebutkan bahwa glycine betain dan ectoindigunakan sebagai stabilisator pada industri obat-obatan. Mekanisme akumulasi compatible solute pada bakteri halofilik juga menjadi model untuk mempelajari adaptasi osmotik prokariota secara molekuler. Rekayasa genetika memanfaatkan gen bakteri halofilik (gen yang mengkode sifat dapat beradaptasipada salinitas tinggi) untuk ditransfer ke tanaman yang akan ditumbuhkan ditanah berkadar garam atau air payau, seperti gandum, padi, atau barley. Selain sifat tersebut, gen bakteri halofilik dimanfaatkan untuk rekayasa genetika karena bakteri halofilik mudah tumbuh dalam lingkungan laboratorium yang memiliki kondisi aseptik minimum. 2.3 Pertahanan Mikroorganisme pada Lingkungan Ekstrim Mikroorganisme dapat merasakan dan beradaptasi dengan perubahan dalam lingkungan mereka. Ketika nutrisi yang disukai habis, beberapa bakteri
dapat menjadi motil untuk mencari nutrisi, atau mereka dapat menghasilkan enzim untuk mengeksploitasi sumber daya alternatif. Salah satu contoh dari strategi kelangsungan hidup ekstrim yang digunakan oleh bakteri Gram-positif tertentu adalah dengan pembentukan endospora. Proses perkembangan yang kompleks ini sering
dimulai
sebagai
tanggapan
terhadap
kekurangan
gizi.
Hal
ini
memungkinkan bakteri untuk menghasilkan sel aktif dan sangat tahan untuk melestarikan materi genetik sel pada saat mengalami tekanan yang ekstrim. Beberapa jenis bakteri dapat bertahan hidup meskipun kondisi lingkungan kurang menguntungkan, yaitu dengan membentuk endospora di dalam sel. Endospora merupakan bentuk bakteri yang tidak aktif (istirahat). Bentuk endospora ada yang bulat dan ada yang bulat-panjang. Ukuran endospora ada yang lebih kecil atau lebih besar dan diameter selnya. Endospora bersifat sedikit impermeabel, sehingga lebih tahan terhadap disinfektan, kekeringan, sinar, suhu panas, dan suhu dingin. Namun, bila kondisi lingkungan membaik, maka endospora akan berkecambah menjadi sel vegetatif baru. Endospora juga dapat terbentuk bila terjadi penumpukan zat-zat sisa metabolisme hasil ekskresi bakteri yang mengganggu di sekitar sel. Bakteri yang dapat membentuk endospora sebagian besar adalah golongan bakteri Gram positif. Contoh bakteri yang dapat membentuk endospora, antara lain Bacillus mycoides, Bacillus anthracis, Bacillus cereus,
Bacillus
thuringiensis(patogen
perfringens(menyebabkan
keracunan
pada
serangga), Clostridium makanan), Clostridium
botulinum, dan Clostridium tetani. Ketahanan suatu endospora dapat dijelaskan sebagian oleh struktur selular yang unik. Lapisan protein luar sekitar spora menyediakan banyak bahan kimia dan ketahanan enzimatik. Di bawah mantel ini berada lapisan yang sangat tebal peptidoglikan khusus yang disebut korteks. Pembentukan korteks yang tepat diperlukan untuk dehidrasi dari inti spora, yang membantu dalam ketahanan terhadap suhu tinggi. Sebuah dinding sel germinal berada di bawah korteks. Lapisan peptidoglikan akan menjadi dinding sel bakteri setelah endospora berkecambah.
Membran bagian dalam, di bawah dinding sel germinal, merupakan penghalang dengan permeabilitas besar terhadap beberapa bahan kimia yang berpotensi merusak. Pusat endospora itu, inti, ada dalam keadaan yang sangat dehidrasi dan rumah DNA sel, ribosom dan sejumlah besar asam dipicolinic. Kimiawi-endospora khusus ini dapat terdiri dari hingga 10% dari berat kering spora dan tampaknya memainkan peran dalam mempertahankan dormansi spora. Protein kecil (SASPs) juga hanya ditemukan di endospora. Protein ini mengikat erat dan memadatkan DNA, dan sebagian bertanggung jawab untuk ketahanan terhadap sinar UV dan bahan kimia yang merusak DNA. Struktur dan bahan kimia yang terkait dengan endospora yang spesifik tiap spesies lainnya termasuk batang, kristal toksin, atau lapisan glikoprotein luar tambahan yang disebut dengan exosporium.
2.4 Peran Mikroorganisme Lingkungan Ekstrim Mikroba dari lingkungan ekstrem memiliki prospek dalam bidang teknologi. Beberapa bidang seperti produksi enzim, pertambangan, serta pengolahan limbah telah memanfaatkan peran mikroba dari lingkungan ekstrim, sebagai berikut : a) Siklus Karbon, Nitrogen, dan Sulfur Nitrogen umumnya digunakan dalam bentuk garam mineral dan mengalami siklus secara oksidoreduksi. Nitrogen yang muncul dapat berbentuk amonium maupun nitrat. Beberapa proses yang berlangsung pada siklus nitrogen, antara lain amonifikasi, nitrifikasi, asimilasi, dan disimilasi reduksi nitrat. Sulfur relatif lebih banyak terdapat di alam, dalam bentuk sulfur oksida dan nitrogen sulfida. b) Siklus Fosfor, Besi, dan Biogeokimia Organisme, sehingga disebut sebagai siklus biogeokimia. Siklus unsur dapat memberi manfaat bagi organisme karena menjamin tersedianya nutrien,
akan tetapi di sisi lain proses yang terjadi dapat pula sangat merugikan, antara lain karena menyebabkan kerusakan bahan bangunan. Aktivitas manusia telah menyebabkan beberapa reservoir unsur yang semula dalam keadaan imobilisasi menjadi imobil dan masuk ke siklus unsur. Akibat mobilisasi tersebut, antara lain menipisnya cadangan bahan bakar fosil, peningkatan senyawa NOx dan SOX yang berperan dalam terjadinya hujan asam dan timbulnya efek rumah kaca.
BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan Berdasarkan tujuan dari pembuatan makalah ini maka dapat disimpulkan yaitu sebagai berikut : 1. Mikrobiologi lingkungan ekstrim merupakan interaksi antara mikroorganisme, baik dari penyebarannya dan kemampuan beradaptasinya dengan lingkungan yang ekstrim. 2. Pada mikroorganisme, ada beberapa jenis mikroba yang dapat bertahan hidup pada situasi atau lingkungan yang ekstrim, yaitu mikroorganisme termofilik, mikroorganisme barofilik, mikroorganisme xerofilik, dan mikroorganisme halofilik. 3. Mikroorganisme dapat merasakan dan beradaptasi dengan perubahan dalam lingkungan mereka. Beberapa jenis bakteri dapat bertahan hidup meskipun kondisi lingkungan kurang menguntungkan, yaitu dengan membentuk endospora di dalam sel. 4. Peran Mikroorganisme Lingkungan Ekstrim, yaitu : a. Siklus Karbon, Nitrogen, dan Sulfur b. Siklus Fosfor, Besi, dan Biogeokimia
