TUGAS MIKROBIOLOGI
OLEH :
L. SYAHRIAL PUTRAWIJAYA
G1A012021
PRODI BIOLOGI
FAKULTAS MIPA
UNIVERSITAS MATARAM
2012
Berdasarkan suhu optimum pertumbuhannya mikroorganisme dibedakan menjadi:
Psikrofilik: suhu optimum 15oC, tetapi dapat tumbuh lambat pada suhu refrigerator (4oC) dengan suhu kisaran hidup 0-30o. Kelompok mikroorganisme ini yang penting pada makanan kaleng adalah Clostridium botulinum tipe E dan strain non-proteolitik tipe B dan F.
Psikotropik : merupakan bakteri yang bisa bertahan atau bahkan tumbuh subur pada suhu lingkungan dingin. Mereka juga dapat ditemukan di tanah, di permukaan dan dan di kedalaman laut, di ekosistem Antarktik, dan pada makanan. Bakteri Psikrotropik merupkankonsentrasi utama pada perindustrian . Kebanyakan terbunuh dengan pasteurisasi, bagaimanapun juga mereka bisa ditemukan pada susu pada kontaminasi setelah pasteurisasi. Psikrotropik dapat tumbuh pada suhu kurang dari 7oC (44.6 F). Pada suhu yang membekukan pertumbuhannya tak banyak atau berhenti.
Mesofilik: suhu optimum 30-37oC. Suhu ini merupakan suhu normal gudang. Clostridium botulinum merupakan salah satu contoh mikroorganisme kelompok ini. dan hidup di tanah, air dan juga kompos atau membusuk bahan habis. Beberapa spesies, seperti yang hidup di sistem pencernaan kita, yang bermanfaat. Jenis-jenis bakteri mesofilik yang bersifat patogen bagi manusia termasuk staphylococcus aureus, salmonella dan listeri
Termofilik: suhu optimum kebanyakan termofilik pada suhu 45-60oC. Jika spora bakteri tidak dapat bergerminasi dan tidak tumbuh di bawah suhu 50oC, bakteri tersebut disebut obligat termofil. Jika tumbuh pada kisaran suhu 50-66oC atau pada suhu yang lebih rendah (38oC), bakteri ini disebut fakultatif termofilik. Beberapa obligat termofil dapat tumbuh pada suhu 77oC dan bakteri ini sangat resisten terhadap pemanasan (121oC selama 60 menit). Bakteri termofilik tidak memproduksi toksin selama pertumbuhannya pada makanan. Contoh bakteri dari kelompok ini adalah Bacillus stearother-mophilus. Bakteri termofilik, seperti Bacillus stearothermophilus menyebabkan busuk asam (flat sour) pada makanan kaleng berasam rendah dan B. coagulans pada makanan kaleng asam. Bakteri termofil lainnya, yaitu Clostridium thermosaccha-rolyticum menyebabkan penggembungan kaleng karena memproduksi CO2 dan H2. Kebusukan sulfida disebabkan oleh Clostridium nigridicans.
Hyperthermofilik : Mikroba thermofil yang dapat tumbuh pada suhu 65-113o dengan suhu optimum 88oC, Yang pertama diidentifikasi, Sulfolobus acidocaldarius, yang merupakan sebuah hyperthermophile dan acidophile, ditemukan pada akhir 1960-an di panas, musim semi asam di Yellowstone National Park, Wyoming. Sejak itu, lebih dari 50 hyperthermophiles telah diisolasi. Mayoritas adalah archaea, meskipun beberapa cyanobacteria dan bakteri fotosintetik anaerob tumbuh baik pada 70 sampai 75 ° C (158-167 ° F). Yang paling tahan panas dari semua hyperthermophiles dikenal adalah archaea anaerobik, termasuk anggota genus Pyrolobus, Pyrodictium, dan Pyrococcus. Misalnya, Pyrolobus fumarii, dari Crenarchaeota, nitrat-mengurangi chemolithotroph (organisme yang mendapatkan energi dari mineral), tumbuh di dinding ventilasi hidrotermal laut ("perokok"). Yang terbaik mengalikan sekitar 105 ° C (221 ° F), dapat mereproduksi sampai dengan 113 ° C (235 ° F) dan berhenti tumbuh di "dingin" lingkungan di bawah 90 ° C (194 ° F). Hyperthermophile lain yang hidup di ventilasi laut dalam, Methanopyrus, adalah kepentingan khusus karena yang kuno genetik make-up. Analisis gen yang menunjukkan bahwa mungkin telah di antara organisme paling awal di Bumi. Studi lebih lanjut dapat membantu menjelaskan bagaimana sel pertama selamat (lihat kehidupan.
Manfaat Bakteri Berdasarkan Resistensi Hidup Pada Suhu Tertentu
Gas metana dapat diproduksi pada tiga range temperatur sesuai dengan bakteri yang hadir. Bakteri psyhrophilic 0 – 7 oC, bakteri mesophilic pada temperatur 13 – 40 oC sedangkan thermophilic pada temperatur 55 – 60 oC Temperatur yang optimal untuk digester adalah temperatur 30 – 35 oC, kisaran temperatur ini mengkombinasikan kondisi terbaik untuk pertumbuhan bakteri dan produksi methana di dalam digester dengan lama proses yang pendek. Bakteri mesophilic adalah bakteri yang mudah dipertahankan pada kondisi buffer yang mantap (well buffered) dan dapat tetap aktif pada perubahan temperatur yang kecil, khususnya bila perubahan berjalan perlahan. Apabila bakteri bekerja pada temperatur 40oC produksi gas akan berjalan dengan cepat hanya beberapa jam tetapi untuk sisa hari itu hanya akan diproduksi gas yang sedikit. Perubahan temperatur tidak boleh melebihi batas temperatur yang diijinkan. Untuk bakteri psychrophilic selang perubahan temperatur berkisar antara 2 oC/ jam, bakteri mesophilic 1 oC/jam dan bakteri thermophilic 0.5 oC/jam (Fry, 1973).
Oleh sebab itu bakteri-bakteri ini dapat menjadi energi alternatif. Gas CH4 (metana) terbentuk karena proses fermentasi secara anaerobik oleh bakteri metana atau disebut juga bakteri anaerobik dan bakteri biogas yang mengurangi sampah-sampah yang banyak mengandung bahan organik sehingga terbentuk gas metana (CH4) yang apabila dibakar dapat menghasilkan energi panas. Sebetulnya di tempat-tempat tertentu proses ini terjadi secara alamiah sebagaimana peristiwa ledakan gas yang terbentuk di bawah tumpukan sampah di Tempat Pembuangan Sampah Akhir (TPA) Leuwigajah, Kabupaten Bandung, Jawa Barat. Gas metana sama dengan gas LPG (Liquidified Petroleum Gas), perbedaannya adalah gas metana mempunyai satu atom C, sedangkan elpiji lebih banyak. (Rahman, 2005).
Mekanisme Pertahanan Mikroba Thermofilik Terhadap Suhu Panas Ekstrim :
Terbentuknya Hapanoid
Selama beberapa waktu, diketahui bahwa membran plasma bakteri (prokariot) terdiri dari campuran protein dan lipid. Adapun lipid yang membentuk membran sel terdiri dari 65 % fosfolipid, 25% kolesterol dan 10% lipid lain. Membran plasma bakteri diketahui tidak mengandung sterol, yaitu kelas lipid yang biasanya ditemukan pada semua membran plasma mikroorganisme eukariot yang berperan sebagai stabilisator membran.
Posisi sterol diduga digantikan oleh kelompok lipid lain yang dikenal sebagai hopanoid. Hal ini diperkuat oleh Mycoplasma mycoides adalah prokariotik yang menggunakan kholesterol dalam membrannya. Peran sterol ini dapat diganti dengan diplopterol. Fakta ini didasarkan pada hasil percobaan yang menunjukkan kesamaan pola pertumbuhan sel antara biakan yang mengandung cholesterol dan diplopterol. Dalam Bacillus acidocaldarius, konsentrasi hopanoid meningkat dengan kenaikan temperatur dan penurunan pH hopanoid disini berperan dalam menetralkan efek destabilisasi membran pada temperatur yang tinggi atau pH yang sangat asam. Dalam Zymomonas mobilis, konsentrasi yang tinggi dari hopanoid memberikan karakter toleransi terhadap kadar alkohol seluler yang tinggi. Dengan demikian hopanoid terlibat dalam mekanisme adaptasi membran akibat pengaruh lingkungan. Hopanoid merupakan turunan triterpen pentasiklik yang banyak ditemukan dalam eubakteria. Hopanoid berfungsi sebagai penstabil membran sel bakteri yang memiliki ciri struktural yang mirip dengan sterol yang terdapat pada membran sel eukariotik (Sahm dkk., 1992). Kemiripan pola struktur utama pembentuk sterol dan hopan adalah sama-sama memiliki sisi polar dan sisi non polar. Sisi polar pada sterol adalah gugus hidroksinya sedangkan pada hopan adalah gugus asam atau juga hidroksi disepanjang rantai alkilnya.Sisi non polar pada kedua macam senyawa tersebut juga memiliki kemiripan yakni terbentuk oleh beberapa cincin siklik yang kaku (rigid) sehingga merupakan komponen yang kokoh dalam pembentukan membrane sel. Distribusi senyawa hopanoid banyak ditemukan pada kelompok bakteri Gram positif maupun Gram negatif. Bacillus Acidocaldarius adalah bakteri Gram positif yang dapat hidup pada kondisi asam menghasilkan senyawa hopanoid diantaranya hopan, hop-22(29)ene, hop-17(21)ene dan glikosil homohopanoid (Taylor dan Richard, 1984). Sedangkan kelompok senyawa hopanoid yang dari bakteri Gram negative diantarnya Acetobacter rancens (A.pasteurianum) menghasilkan hopan-22-ol,hop-22(29)ene, homohopanoid. Pseudomonas sp. yang merupakan kelompok bakteri Gram negatif mempunyai kandungan hopanoid, yaitu hopan-22-ol dan hop-22(29)ene. Kelompok bakteri Gram negatif lain yang juga merupakan penghasil hopanoid adalah Metylococcus capculatus, Rhodomicrobium vannielli, Methanotropicbacteria, Acetobacter sp, Zymomonas mobilis,Bradyrhizobium japonicum, Azetobacter vinelandi, Beijerincki sp, Zymomonas mobilis merupakan bakteri Gram negatif yang mampu beradaptasi pada medium alkoholik. Kemampuan adaptasi ini dikarenakan adanya senyawa hopanoid yang terdapat dalam membran plasma yang berperan dalam memelihara kestabilan membran dengan meningkatkan kekakuan (rigidity) dalam matriks lipid. Kompleks hopanoid merupakan komponen utama dari membran lipid yang dimiliki oleh Zymomonas mobilis. Diduga, produksi hopanoid bakteri disebabkan karena perannya dalam mereduksi tekanan-tekanan dari luar. Produksi hopanoid oleh bakteri sesungguhnya digunakan untuk mencegah mencairnya lipid terhadap suhu yang tinggi dari lingkungan yang artinya permeabilitas membran untuk melangsungkan proses transport tetap terjaga. Hasil penelitian sebelumnya dengan menggunakan bakteri Zymomonas mobilis yang merupakan bakteri asam didapatkan bahwa kandungan hopanoid mencapai 30 mg/g berat sel kering atau 40-50 % dari total kandungan lipid apabila pada medium pertumbuhan Zymomonas mobilis ditambahkan etanol. Angka tersebut merupakan angka tertinggi yang dimiliki oleh bakteri. Selain itu pada membran sel bakteri Zymomonas mobilis terdapat komponen asam lemak unsaturated (seperti asam palmitoleat, asam oleat, asam vassenic) yang mampu menetralkan efek negatif dari etanol. Penetralan ini dilakukan dengan cara meningkatkan fluiditas membran plasma, untuk menggantikan efek penurunan fluiditas yang disebabkan oleh etanol. Hopanoid yang dihasilkan oleh bakteri Zymomonas mobilis seperti terlihat pada gambar:
Gambar Hopanoid dari Zymomonas mobilis, (I) hopene; (2)
diplopterol; (3) bakteriohopanetetrol; (4) bakteriohopanetetrol
eter; (5) glucosaminyl
Studi yang dilakukan berkenaan dengan hubungan bakteri penghasil hopanoid dan lingkungan tempat ia hidup telah dilakukan oleh beberapa peneliti sebelumnya. Semuanya menunjukkan bahwa hopanoid kebanyakan diproduksi oleh bakteri yang hidup dalam lingkungan tertekan. Allycyclobacillus misalnya hidup pada pH rendah. Bacillus acidocaldarius hidup pada suhu tinggi. Zymomonas mobilis merupakan bakteri yang produksi hopanoidnya dipengaruhioleh kondisi keasaman yang tinggi dari lingkungan yaitu medium alkoholik.
Terbentuknya spora
Mikroorganisme penghasil lipase tersebar luas di alam, termasuk sumber air panas, karena telah ditemukan beberapa bakteri yang memiliki sifat termostabil. Ketahanan beberapa jenis bakteri pada suhu tinggi karena mampu membentuk spora (endospora). Endospora genus Bacillus memunculkan dugaan bahwa Bacillus termasuk salah satu kelompok mikroorganisme sel purba, karena sebarannya amat luas di muka bumi dan ada beberapa jenis Bacillus yang dapat tumbuh baik pada suhu tinggi.Habitatnya yang luas kemungkinkan genus ini mudah ditemukan baik di udara, air maupun ditanah
Terbentuknya Heat-shock Protein (Hsp)
Salah satu mekanisme bakteri dapat bertahan pada suhu tinggi maupun suhu ekstrim adalah dengan menghasilkan gen yang mengkode chaperone GroE dan DnaK (homolog bakteri, Hsp60 dan Hsp70) yang terletak di bagian operon. Hsp merupakan jenis promotor yang tahan terhadap perubahan suhu lingkungan yang ekstrim (Heat-shock protein). Respon bakteri terhadap perubahan suhu tinggi, tidak terbatas pada responnya terhadap temperatur saja dan respon stress yang umum, seperti penambahan etanol, kandungan logan berat, tekanan osmotik tinggi, keberadaan polutan, dan interaksi dengan inang eukariotik. Heat-shock protein, termasuk chaperon dan enzim protease, dapat mencegah denaturasi protein. Efek dari respon ini meningkatkan sifat thermotoleran, salt-tholerance dan ketahanan terhadap keberadaan logam berat.
