BAB V

PERTUMBUHAN MIKROBA

TIK :

TIK :

TIU : Setelah mengikuti perkuliahan ini, mahasiswa dapat               mempelajari pertumbuhan dan perkembangan mikroba.

1.    Setelah mengikuti perkuliahan ini, mahasiswa dapat memahami pengertian pertumbuhan dan perkembangan mikroba.

2.    Setelah mengikuti perkuliahan ini, mahasiswa dapat mendeskripsikan grafik pertumbuhan mikroba.

3.    Setelah mengikuti perkuliahan ini, mahasiswa dapat mengetahui faktor-faktor yang dapat mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan mikroba.

A.      Pertumbuhan Mikroba

Pertumbuhan adalah penambahan secara teratur semua komponen sel suatu jasad. Pembelahan sel adalah hasil dari pembelahan sel. Pada jasad bersel tunggal (uniseluler), pembelahan atau perbanyakan sel merupakan pertambahan jumlah individu. Misalnya pembelahan sel pada bakteri akan menghasilkan pertambahan jumlah sel bakteri itu sendiri. Pada jasad bersel banyak (multiseluler), pembelahan sel tidak menghasilkan pertambahan jumlah individunya, tetapi hanya merupakan pembentukan jaringan atau bertambah besar jasadnya. Dalam membahas pertumbuhan mikrobia harus dibedakan antara pertumbuhan masing-masing individu sel dan pertumbuhan kelompok sel atau pertumbuhan populasi.

Pertumbuhan multiseluler, dapat ditinjau dari dua segi, yaitu pertumbuhan sel secara individu dan pertumbuhan kelompok sebagai satu populasi. Pertumbuhan sel diartikan sebagai adanya penambahan volume serta bagian-bagian sel lainnya. Pertumbuhan populasi merupakan akibat dari adanya pertumbuhan individu, misal dari satu sel menjadi dua, dari dua menjadi empat, dan seterusnya hingga berjumlah banyak.

Pada mikroorganisme, pertumbuhan individu (sel) dapat berubah langsung menjadi pertumbuhan populasi. Karena apabila mikroorganisme mengalami pertumbuhan sel, maka secara langsung mikroorganisme itu telah mengalami pertumbuhan populasi akibat bertambah banyaknya jumlah indivudu.

B.       Binary Fission / Pembelahan Biner

Gbr 1. Proses pembelahan biner

Pertumbuhan mikroba ditentukan pula oleh kemampuan dalam mereproduksi sel. Perkembangbiakan mikroba dapat terjadi secara aseksual (yang paling umum) dan secara seksual (terjadi pada beberapa individu saja). Pada bakteri misalnya, perkembangbiakan secara aseksual terjadi secara pembelahan biner, yaitu sel induk membelah menjadi dua sel anak. Kemudian masing-masing sel anak akan membentuk dua sel anak lagi, dan seterusnya hingga makin membanyak. Selama sel membelah maka akan terjadi keselarasan replikasi DNA sehingga tiap-tiap sel anak akan menerima paling sedikit satu kopi (salinan) dari genom.

Perbanyakan sel dengan cara pembelahan ini, kecepatannya ditentukan oleh waktu generasi. Ada jenis yang mempunyai waktu generasi lambat atau lambat sekali. Ada pula yang waktu generasinya sangat singkat atau cepat.

      

Gbr 2. Mikroba yang sedang membelah

C. Pertumbuhan Populasi

Pertumbuhan dapat diamati dari meningkatnya jumlah sel atau massa sel (berat kering sel). Pada umumnya bakteri dapat memperbanyak diri dengan pembelahan biner, yaitu dari satu sel membelah menjadi 2 sel baru, maka pertumbuhan dapat diukur dari bertambahnya jumlah sel. Waktu yang diperlukan untuk membelah diri dari satu sel menjadi dua sel sempurna disebut waktu generasi. Waktu yang diperlukan oleh sejumlah sel atau massa sel menjadi dua kali jumlah/massa sel semula disebut doubling time atau waktu penggandaan. Waktu penggandaan tidak sama antara berbagai mikrobia, dari beberapa menit, beberapa jam sampai beberapa hari tergantung kecepatan pertumbuhannya. Kecepatan pertumbuhan merupakan perubahan jumlah atau massa sel per unit waktu.

D.      Pengukuran Pertumbuhan

Pertumbuhan diukur dari perubahan jumlah sel atau berat kering massa sel. Jumlah sel dapat dihitung dari jumlah sel total yang tidak membedakan jumlah sel hidup atau mati, dan jumlah sel hidup (viable count). Jumlah total sel mikrobia dapat ditetapkan secara langsung dengan pengamatan mikroskopis, dalam bentuk sampel kering yang diletakkan di permukaan gelas benda (slide) dan dalam sampel cairan yang diamati menggunakan metode counting chamber, misalnya dengan alat Petroff-Hausser Bacteria Counter (PHBC) untuk menghitung bakteri atau dengan alat haemocytometer untuk menghitung khamir, spora, atau sel-sel yang ukurannya relatif lebih besar dari bakteri.

Jumlah sel hidup dapat ditetapkan dengan metode plate count atau colony count, dengan cara ditaburkan pada medium agar sehingga satu sel hidup akan tumbuh membentuk satu koloni, jadi jumlah koloni dianggap setara dengan jumlah sel. Cara ini ada dua macam, yaitu metode taburan permukaan (spread plate method) dan metode taburan (pour plate method). Cara lain untuk menghitung jumlah sel hidup adalah dengan filter membran dan MPN (Most Probable Number) yang menggunakan medium cair. Sampel mikrobia yang dihitung biasanya dibuat seri pengenceran.

Pertumbuhan sel dapat diukur dari massa sel dan secara tidak langsung dengan mengukur turbiditas cairan medium tumbuh. Massa sel dapat dipisahkan dari cairan mediumnya menggunakan alat sentrifus (pemusing) sehingga dapat diukur volume massa selnya atau diukur berat keringnya (dikeringkan dahulu dengan pemanasan pada suhu 90-1100C semalam). Umumnya berat kering bakteri adalah 10-20 % dari berat basahnya.

E.       Pertumbuhan Populasi Mikroba

Suatu bakteri yang dimasukkan ke dalam medium baru yang sesuai akan tumbuh memperbanyak diri. Jika pada waktu-waktu tertentu jumlah bakteri dihitung dan dibuat grafik hubungan antara jumlah bakteri dengan waktu maka akan diperoleh suatu grafik atau kurva pertumbuhan. Pertumbuhan populasi mikrobia dibedakan menjadi dua yaitu biakan sistem tertutup (batch culture) dan biakan sistem terbuka (continous culture).

Pada biakan sistem tertutup, pengamatan jumlah sel dalam waktu yang cukup lama akan memberikan gambaran berdasarkan kurva pertumbuhan bahwa terdapat fase-fase pertumbuhan. Fase pertumbuhan dimulai pada fase persiapan/ fase lag, fase pertumbuhan yang dipercepat, fase pertumbuhan logaritma (eksponensial), fase pertumbuhan yang mulai dihambat, fase stasioner maksimum, fase kematian dipercepat, dan fase kematian logaritma.

Berikut ini adalah kurva dari pertumbuhan bakteri :

Gbr 3. Kurva pertumbuhan mikroba

Kurva di atas disebut sebagai kurva pertumbuhan bakteri. Terdapat empat fase pada pertumbuhan bakteri sebagaimana tampak pada kurva, yaitu :

1.    Fase lag (fase persiapan, fase adaptasi, adaptation phase)

Pada fase ini laju pertumbuhan belum memperlihatkan pertumbuhan ekponensial, tetapi dalam tahap masa persiapan. Hal ini tergantung dari kondisi permulaan, apabila mikroba yang ditanami pada substrat atau medium yang sesuai, maka pertumbuhan akan terjadi. Namun sebaliknya apabila diinokulasikan mikroba yang sudah tua meskipun makanannya cocok, maka pertumbuhannya mikroba ini membutuhkan masa persiapan atau fase lag.

Waktu yang diperlukan pada fase ini digunakan untuk mensintesa enzim. Sehingga mencapai konsentrasi yang cukup untuk melaksanakan pertumbuhan ekponensial. Fase ini berlangsung beberapa jam hingga beberapa hari, tergantung dari jenis mikroba serta lingkungan yang hidup.

Selama fase ini perubahan bentuk dan pertumbuhan jumlah individu tidak secara nyata terlihat. Karena fase ini dapat juga dinamakan sebagai fase adaptasi (penyesuaian) ataupun fase-pengaturan jasad untuk suatu aktivitas didalam lingkungan yang mungkin baru. Sehingga grafik selama fase ini umumnya mendatar.

2.    Fase logaritme (fase eksponensial, logaritma phase)

Setelah setiap individu menyesuaikan diri dengan lingkungan baru selama fase lag, maka mulailah mengadakan perubahan bentuk dan meningkatkan jumlah individu sel sehingga kurva meningkat dengan tajam. Peningkatan ini harus diimbangi dengan banyak faktor, antara lain:

a.    Faktor biologis yaitu bentuk dan sifat jasad terhadap lingkungan yang ada, serta assosiasi kehidupan di antara jasad yang ada kalau jumlah jenis lebih dari sebuah.

b.    Faktor non-biologis antara lain kandungan sumber nutrien di dalam media, temperatur, kadar oksigen, cahaya, dan lain sebagainya.

Fase ini menunjukkan kemampuan mikroorganisme berkembang biak secara maksimal. Setiap sel mempunyai kemampuan hidup dan berkembang biak secara tepat.

3.    Fase stasioner (Stationary phase)

Dalam fase ini, terjadi penumpukan racun akibat metabolisme sel dan kandungan nutrien mulai habis, akibatnya terjadi kompetisi nutrisi sehingga beberapa sel mati dan lainnya tetap tumbuh. Sehingga, jumlah sel menjadi konstan atau tetap.

4.    Fase kematian (Death phase)

Fase ini diawali setelah jumlah mikroorganisme yang di hasilkan mencapai jumlah yang konstan, sehingga jumlah akhir mikroorganisme tetap maksimum pada masa tertentu. Setelah masa dilampaui, maka secara perlahan-lahan jumlah sel yang mati melebihi jumlah sel yang hidup. Fase ini disebut fase kematian.

Fase kematian mengalami penurunan jumlah sel, karena jumlah sel mikroba mati. Namun penurunan jumlah sel tidak mencapai nol, sebab sebagian kecil sel yang mampu beradaptasi dan tetap hidup dalam beberapa saat waktu tertentu. Pada fase ini merupakan akhir dari suatu kurva dimana jumlah individu secara tajam akan menurun sehingga grafik tampaknya akan kembali ke titik awal lagi.

F.       Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan Mikroba

1.      Suhu

Suhu adalah satu faktor yang terpenting yang mempengaruhi pertumbuhan dan kelangsungan hidup dari semua organisme hidup. Suhu yang rendah umumnya memperlambat metabolisme seluler., sedangkan suhu yang lebih tinggi meningkatkan taraf kegiatan sel. Tetapi tiap organisme memiliki batas suhu terendah, batas suhu tertinggi, batas-batas terhentinya tumbuh, dan suhu optimum untuk pertumbuhan dan reproduksi. Ketiga batas suhu ini dinamakan suhu kardinal (titik kardinal).

a.    Suhu pertumbuhan minimum adalah suhu terendah organisme masih dapat hidup dan tumbuh.

b.    Suhu pertumbuhan optimum adalah suhu yang diperlukan untuk multiplikasi dalam taraf yang tercepat. Untuk kebanyakan organisme pertumbuhan optimum terjadi dalam suatu jangka suhu (t-range), bukan pada suatu suhu yang pasti dan batas tertingginya hanya beberapa derajat di bawah suhu pertumbuhan maksimum.

c.    Suhu pertumbuhan maksimum adalah suhu tertinggi yang masih memungkinkan ada pertumbuhan. Seringkali kenaikan sedikit saja di atas suhu ini mengakibatkan kematian mikroorganisme karena ada enzim yang menjadi nonaktif. 

Suhu-suhu kardinal untuk berbagai macam mikroorganisme berbeda-beda. Jangka suhu terendah 5 sampai 10°C dan tertinggi dari 70 sampai 75°C. Kebanyakan mikroorganisme yang ditemukan dalam air, tanah, bahan-bahan yang sedang membusuk, maupun kebanyakan yang patogen suhu kardinalnya berada antara 10 - 45°C.

Berdasarkan pada perbedaan jangka suhu pertumbuhan inilah bakteri dapat diklasifikasikan dalam tiga golongan menurut sifat-sifatnya terhadap suhu.

v Golongan mesofil

Banyak spesies yang biasa hidup dalam tanah, air, dan tubuh vertebrata mereka dapat tumbuh pada suhu 10°C – 47°C. Tetapi suhu optimum pertumbuhannya adalah kira-kira 30°C - 45°C dan berbeda-beda pada masing-masing spesies. Spesies yang tumbuh baik dalam suhu ini dinamakan mesofil (meso : pertengahan ; philic : menyukai)

v Golongan psikrofil

Spesies yang termasuk dalam golongan psikrofil sanggup tumbuh pada suhu 0°C (psychros : dingin). Banyak mikroorganisme psikrofil dapat juga tumbuh baik pada suhu rendah dari golongan mesofil dan disebut psikrofil fakultatif. Sebaliknya, beberapa bakteri laut telah beradaptasi pada kehidupan dalam suhu kira-kira 4°C, suhu di tempat yang dalam sekali dan mati bila ditempatkan pada suhu kira-kira 30°C dalam beberapa menit. Bakteri ini dinamakan psikrofil obligat.

v Golongan termofil

Mikroorganisme yang tumbuh pada suhu di atas 45°C - 50°C seringkali dinyatakan sebagai termofil (thermo : panas). Spesies yang termofil hanya subur pada suhu tinggi (50°C dan diatasnya) dinamakan termofil obligat.

Golongan	Suhu pertumbuhan (Celcius)
	Minimum	Optimum	Maksimum
Mesofil	10 - 15	30 - 45	35 – 47
Psikrofil fakultatif	<5	25 - 30	30 – 35
Psikrofil obligat	>5	15 - 18	19 – 22
Termofil	40 - 45	55 - 75	60 – 85

Tabel 1. Klasifikasi bakteri berdasarkan suhu pertumbuhan

2.      Cahaya

Sebagian besar bakteri adalah chemotrophe, karena itu pertumbuhannya tidak tergantung pada cahaya matahari. Pada beberapa spesies, cahaya matahari dapat membunuhnya karena pengaruh sinar ultraviolet.

3.      Kelembapan

Air sangat penting untuk kehidupan bakteri terutama karena bakteri hanya dapat mengambil makanan dari luar dalam bentuk larutan (holophytis).

Mikroorganisme mempunyai nilai kelembaban optimum. Pada umumnya untuk pertumbuhan ragi dan bakteri diperlukan kelembaban yang tinggi diatas 85%, sedang untuk jamur dan aktinomiset diperlukan kelembaban yang rendah dibawah 80%.

4.      pH

pH sangat berpengaruh terhadap pertumbuhan mikroorganisme. Umumnya asam mempunyai pengaruh buruk terhadap pertumbuhan bakteri. Lebih baik hidup dalam suasana netral (pH 7,0 ) atau sedikit basa (pH 7,2-7,4), tetapi pada umumnya dapat hidup pada pH (6,6 – 7,5).

Berdasarkan pada perbedaan pH, mikroorganisme dibedakan adanya tiga golongan besar, yaitu:

a.    Mikroorganisme asidofilik, yaitu jasad yang dapat tumbuh pada pH antara 2 – 5.

b.    Mikroorganisme yang mesofilik (Neutrofilik), yaitu jasad yang dapat tumbuh pada pH antara 5,5 - 8,0

c.    Mikroorganisme yang alkalifilik, yaitu jasad yang dapat tumbuh pada pH antara 8,4 - 9,5.

5.      Oksigen dari Udara

Berdasarkan responnya terhadap oksigen bebas, maka bakteri dibagi dalam tiga golongan yaitu :

a.    Bakteri aerob (obligate aerob)

Yaitu bakteri yang hanya hidup dalam lingkungan yang mengandung oksigen bebas. Misalnya : Vibroiro cholera, Corynebacterium diphtheriea

b.    Bakteri anaerob (obligate anaerob)

Yaitu bakteri yang hanya dapat hidup di dalam lingkungan yang tidak mengandung oksigen bebas. Misal: Clostridium tetani, Treptonema pallida.

c.    Fakultatif aerob

Yaitu bakteri yang hidup di dalam lingkungan yang mengandung oksigen bebas maupun tidak. Misal : Salmonella typhi, Neisseria mengitidis. Bakteri-bakteri fakultatif aerob pada umumnya lebih baik tumbuh pada pada lingkungan yang sedikit mengandung oksigen bebas. Karena itu lebih tepat bila dinamakan bakteri microaerophil.

6.      Tekanan Osmotik

Air keluar masuk sel bakteri melalui proses osmosis, karena perbedaan tekanan osmotik antara cairan yang ada di dalam dengan sel yang ada di luar bakteri. Protoplasma selalu mengandung zat yang terlarut di dalamnya, karena itu tekanan osmotiknya selalu tinggi dari air murni.

Bila bakteri dimasukkan dalam aquades, maka air akan masuk ke dalam sel bakteri. Hal ini menyebabkan bakteri menggembung, mungkin pecah dan mati. Peristiwa ini disebut Plasmoptysis.

Sebaliknya bila bakteri dimasukkan ke dalam cairan hipertonis akan menyebabkan plasma dari dinding sel dan kematian bakteri. Peristiwa ini disebut Plasmolisa.

G.      Media Biak bagi Pertumbuhan Mikroba

Gbr 4. Media Biak Mikroba

Untuk menumbuhkan dan mengembangbiakan mikroorganisme, diperlukan suatu substrat yang disebut media. Media itu sendiri sebelum dipergunakan harus dalam keadaan steril, artinya tidak ditumbuhi oleh mikroorganisme lain yang tidak diharapkan.

Salah satu syarat untuk pertumbuhan mikroorganisme adalah kadar ion hidrogen yang ada dilingkungannya. Alasan inilah yang amat penting untuk menggunakan nilai pH awal yang optimum dan mempertahankannya sepanjang pertumbuhan. Organisme hidup paling baik pada pH 7.

Berdasarkan komposisi atau susunan bahannya sesuai dengan fungsi fisiologis dari masing-masing komponen (unsur hara) yang terdapat di dalam media, maka susunan media pada semua jenis mempunyai kesamaan isi, yaitu:

a.    Kandungan air

b.    Kandungan nitrogen, baik berasal dari protein, asam amino, dan senyawa lain yang mengandung nitrogen.

c.    Kandungan sumber energi/unsur C, baik yang berasal dari karbohidrat, lemak, protein, ataupun senyawa-senyawa lain.

d.   Faktor pertumbuhan, umumnya vitamin dan asam amino.

LEMBAR KEGIATAN SISWA (LKS) MIKROBIOLOGI

PERTEMUAN V PERTUMBUHAN DAN PERKEMBANGAN MIKROBA

1.        Apa perbedaan pertumbuhan pada organisme multiseluer dengan pertumbuhan pada organisme uniseluler ?

2.        Jelaskan mekanisme dari pembelahan biner atau binary fission !

3.        Sebutkan fase-fase pada pertumbuhan mikroba !

4.        Faktor apa saja yang mempengaruhi pertumbuhan mikroba ? jelaskan!

5.        Berdasarkan perbedaan pH, mikroba digolongkan menjadi berapa golongan ? sebutkan !

6.        Berdasarkan perbedaan suhu, mikroba digolongkan menjadi berapa golongan ? sebutkan !

7.        Bagaimana reaksi bakteri apabila dimasukkan ke dalam larutan hipotonis dan larutan hipertonis ?

A.      Jawablah pertanyaan di bawah ini dengan cara mengurutkan huruf-huruf yang diacak !

1.        Tiap organisme memiliki batas suhu terendah, batas suhu tertinggi, batas-batas terhentinya tumbuh, dan suhu optimum untuk pertumbuhan dan reproduksi. Ketiga batas suhu ini dinamakan suhu ...

NIDARLAK                               =          KARDINAL

2.        Mikroorganisme yang dapat tumbuh pada pH antara 8,4 - 9,5 disebut dengan istilah ...

LALILAFIKIK               =          ALKALIFILIK

3.        Salah satu bakteri yang hidup di dalam lingkungan yang mengandung oksigen bebas maupun tidak dan menyebabkan penyakit adalah ...

LALONLEMAS_PYHIT           = SALMONELLA TYPHI

4.         Bila bakteri dimasukkan larutan hipotonis, maka air akan masuk ke dalam sel bakteri. Hal ini menyebabkan bakteri menggembung, mungkin pecah dan mati. Peristiwa ini disebut dengan ...

MISSTOPSYPAL                       =          PLASMOPTYSIS

5.        Salah satu faktor pertumbuhan bakteri yang umumnya terdapat dalam media biak adalah ...

TIVINAM                                   =          VITAMIN

SOAL EVALUASI

1.        Fase pertumbuhan bakteri dimana laju pertumbuhan belum memperlihatkan pertumbuhan ekponensial, tetapi dalam tahap masa persiapan. Fase ini termasuk ke dalam ... FASE LAG

2.        Fase pertumbuhan bakteri dimana pertumbuhan bakteri sudah optimal sehingga laju pertumbuhannya tetap disebut dengan fase ... FASE STASIONER

3.        Bakteri yang dapat tumbuh dalam sumber air panas termasuk ke dalam golongan bakteri ... TERMOFIL

4.        Bila bakteri dimasukkan ke dalam cairan hipertonis akan menyebabkan plasma dari dinding sel dan kematian bakteri disebut dengan peristiwa ... PLASMOLISA

5.        Apabila bakteri dapat tumbuh pada pH yang asam, maka bakteri ini termasuk ke dalam golongan ... ASIDOFILIK

1. Bakteri aerobik obligat berkumpul di bagian atas tabung reaksi untuk dapat menyerap oksigen dengan maksimal.
2. Bakteri anaerob obligat berkumpul di bawah untuk menghindari oksigen.
3. Bakteri anaerob fakultatif berkumpul terutama di atas, karena respirasi aerobik yang menguntungkan, namun tidak adanya oksigen tidak menghambat mereka sehingga dapat ditemukan di sepanjang tabung.
4. Mikroaerofil berkumpul di bagian atas tabung reaksi tetapi tidak pada bagian atas. Mereka membutuhkan oksigen, tetapi pada konsentrasi yang lebih rendah.