MAKALAH
MIKROBIOLOGI
TENTANG
PERTUMBUHAN DAN PERKEMBANGAN MIKROBA
OLEH
ELLA SAFITRI (13 106 018)
LOLI CANIA (14
106 035)
NANDA AFRA AYU (14
106 045)
DOSEN
AIDHYA
IRHASH PUTRA, M.Si, M.P
JURUSAN
PENDIDIKAN BIOLOGI FAKULTAS TARBIYAH DAN ILMU KEGURUAN
INSTITUT
AGAMA ISLAM NEGERI (IAIN)
BATUSANGKAR
BAB I
PENDAHULUAN
A.
PENDAHULUAN
Pada dasarnya dalam kehidupan sehari-hari kita selalu melakukan
kontak atau hubungan secara langsung dengan jasad-jasad mikro atau yang dikenal
dengan sebutan mikroba. Dalam perut kita misalnya, jasad-jasad mikro berperan
baik secara positif maupun negatif dalam
proses dan sistem metabolisme yang berlangsung di dalam tubuh.
Populasi memiliki pola-pola khas seperti meningkatnyajumlah sel
yang dapat dilihat melalui keturunan mikroba atau kecepatan pertumbuhan pada
waktu tertentu. Bakteri, virus, dan fungi memiliki pola pertumbuhan yang
berbeda.
Dalam pertumbuhannya, mikiroba memiliki fase-fase pertumbuhan yang
biasa disebut dengan kurva pertumbuhan sigmoid. Dalam kurva tersebut namapa
jelas anatara fase satu dengan fase lainnya. Dari keempat fase tersebut
diantaranya, fase lag, fase log, fase stasioner dan fase kematian.
Pertumbuhan mikroba yang merupakan pertambahan juga dapat dihitung
menggunakan beberpa metode, dinatara metode terbuka seperti berat sel kering,
aktivitas metabolik dan viable count. Sedangkan metode tertutub seperti, Metode
Total Count, Turbidimetrik, Berat Kering, Plating Techique, filtrasi membran,
dan Elektronic Counter
B.
TUJUAN
1.
Mahasiswa
mampu memahami defenisi pertumbuhan mikroba
2.
Mahasiswa
mampu memahami kurva pertumbuhan mikroba
3.
Mahasiswa
mampu menentukan laju pertumbuhan mikroba
BAB II
PEMBAHASAN
A.
Defenisi Pertumbuhan Mikroba
Pertumbuhan secara umum dapat didefisinikan sebagai pertambahan
secara teratur semua komponen didalam sel hidup. Dengan demikian pertambahan
ukuran yang diakibatkan oleh bertambahnya air atau karena penumpukan lemak,
bukan merupakan pertumbuhan. Pertumbuhan makhluk hidup dapat juga ditinjau dari
2 sudut, yakni pertumbuhan individu (sel) dan pertumbuhan kelompok sebagai satu
populasi.
Pertumbuhan sel diartikan sebagai adanya penambahan volume sel
serta bagian-bagian lainnya, dapat juga diartikan sebagai penambahan kuantitas
isi dan kandungan di dalam sel. Sedangkan pertumbuhan populasi merupakan akibat
pertumbuhan individu. Misalnya, dari satu sel menjadi dua, dari dua sel menjadi
empat, dari sempat sel menjadi delapan sel.
Pada mikroorganisme, pertumbuhan individu (sel) dapat berubah
langsung menjadi pertumbuhan populasi. Sehingga batas antara pertumbuhan
populasi. Sehingga batas antara pertumbuhan sel l dan pertumbuhan populasi,
serta sebagai satu kesatuan populasi yang kemudian terjadi. Pertumbuhan dalam
keadaaan kesetimbangan bila terjadi secara teratur pada kondisi konstan,
sehingga jumlah pertambahan komponen kimia juga konstan.
Peranan mikroorganisme dibagi menjadi 2, yaitu peranan positif dan
peranan negatif. Dalam peranan positif antara lain : Menguntungkanmanusia,
hewan, tumbuhan, pengolahan pangan, pengendalian penyakit dan membantu
kesuburan tanah. Sedaangkan peranan negatif antara lain : Mencemari bahan
pangan dan menyebabkanpenyakit
Pertumbuhan pada bakteri didefinisikan sebagai pertumbuhan berat
sel. Karena berat sel relatif sama pada setiap siklus sel, maka pertumbuhan
dapat di definisikan sebagai pertambahan jumlah sel. Mempelajari pertumbuhan bakteri
merupakan faktor terpenting dalam mengetahui beberapa aspek fisiologi suatu
bakteri (Purwoko, 2007).
Mempelajari pertumbuhan bakteri merupakan faktor terpenting dalam
mengetahui beberapa aspek fisiologi. Hal
itu karena karakteristik pertumbuhan mencerminkan kejadian fisiologis suatu
bakteri (Purwoko, 2007).
Istilah pertumbuhan yang di gunakan pada bakteri adalah perubahan
dalam pertambahan total masa sel dan bukan pertumbuhan dalam suatu individu
organisme saja. Karena massa sel relatif sama pada siklus sel, maka pertumbuhan
dapat juga didefinisikan sebagai pertambahan jumlah sel. Kondisi pertumbuhan
seimbang pada suatu pertumbuhan pertambahan semua komponen selular secara
teratur. Akibatnya pertumbuhan dapat ditentukan tidak hanya dengan cara mengukur
jumlah sel tetapi juga dengan mengukur jumlah berbagai komponen selular ( RNA,
DNA dan Protein) dan juga produk-produk metabolisme tertentu (Pelczar, 2005).
B.
Kurva Pertumbuhan Mikroba
Pertumbuhan dapat didefinisikan sebagai pertambahan jumlah atau
volume serta ukuran sel. Pada organisme prokariot seperti bakteri, pertumbuhan
merupakan pertambahan volume dan ukuran sel dan juga sebagai pertambahan jumlah
sel. Pertumbuhan sel bakteri biasanya mengikuti suatu pola pertumbuhan tertentu
berupa kurva pertumbuhan sigmoid.
Perubahan kemiringan pada kurva tersebut menunjukkan transisi dari
satu fase perkembangan ke fase lainnya. Nilai logaritmik jumlah sel biasanya
lebih sering dipetakan daripada nilai aritmatik. Logaritma dengan dasar 2
sering digunakan, karena setiap unit pada ordinat menampilkan suatu
kelipatan-dua dari populasi. Kurva pertumbuhan bakteri dapat dipisahkan menjadi
empat fase utama : fase lag (fase lamban atau lag phase), fase pertumbuhan
eksponensial (fase pertumbuhan cepat atau log phase), fase stationer (fase
statis atau stationary phase) dan fase penurunan populasi (decline). Fase-fase
tersebut mencerminkan keadaan bakteri dalam kultur pada waktu tertentu. Di
antara setiap fase terdapat suatu periode peralihan dimana waktu dapat berlalu
sebelum semua sel memasuki fase yang baru.
|
Gambar
1.1. Kurva Pertumbuhan Bakteri, menunjukkan empat fase pertumbuhan: a= fase
lag; b=fase eksponensial; c=fase stasioner dan d=fase kematian populasi
(sumber: Brock & Madigan,1991)
1.
Fase
Adapatasi (Lag phase)
Pada fase ini tidak ada pertambahan
populasi. Sel mengalami perubahan dalam komposisi kimiawi dan bertambah
ukurannya, substansi interaseluler bertambah (Perlazar, 2005).
Ketika sel dalam fase statis
dipindahkan ke media baru, sel akan melakukan proses adaptasi. Proses adaptasi
meliputi sintesis enzim baru yang sesuai dengan medianya dan pemulihan terhadap
metabolit yang bersifat toksik (misalnya asam,alkohol, dan basa) pada waktu
media lama(Purwoko, 2007).
Pada fase adaptasi tidak di jumpai
pertambahan jumlah sel. Akan tetapi terjadi pertambahn volume sel karena pada
fase statis biasanya sel melakukan pengecilan ukuran sel. Akan tetapi, fase
adaptasi dapat dihindari (langsung ke fase perbanyakan), jika sel di media lama
dalam kondisi fase perbanyakan dan dipindahkan ke media baru yang sama
komposisinya dengan media lama (Purwoko, 2007).
2.
Fase
Perbanyakan (Logaritma atau eksponensial)
Pada fase ini pembiakan bakteri
berlangsung paling cepat. Jika kita ingin mengadakan piaraan yang cepat tumbuh,
maka bakteri dalam fase ini baik sekali untuk dijadikan inokolum
(Dwidjuseputro, 1998).
Sel akan membelah dengan laju yang
konstan massa menjadi dua kali lipat dengan laju yang sama, aktivitas metabolit
konstan dan keadaan pertumbuhan yang seimbang (Pelczar, 2005).
Setelah memperoleh kondisi ideal
dalam pertumbuhannya, sel melakukan pembelahan. Karena pembelahan sel merupakan
persamaan ekponensial, maka fase itu disebut juga fase eksponensial. Pada fase
perbanyakan jumlah sel meningkat pada batas tertentu (tidak terdapat
pertumbuhan bersih jumlah sel), sehingga memasuki fase statis. Pada fase
perbanyakan sel melakukan konsumsi
nutrien dan proses fisiologis lainnya. Pada fase itu produk senyawa yang
di inginkan oleh manusia terbentuk, karena senyawa terbentuk merupakan senyawa
yang di inginkan pada fase perbanyakan adalah etanol, asam laktat dan asam
organik lainnya (Purwoko, 2007).
3.
Fase
Statis/Konstan
Pada
fase ini terjadi penumpukan produk beracun dan atau kehabisan nutrien.
Beberapa sel mati sedangkan yang lain
tumbuh dan membelah. Jumlah sel hidup menjadi tetap (Pelczar, 2005).
Fase ini menunjukan jumlah bakteri
yang berbiak sama dengan jumlah bakteri yang mati, sehingga kurva menunjukan
garis yang hampir horizontal (Dwidjoseputro, 1998).
Alasan bakteri tidak melakukan
pembelahan sel pada fase statis bermacam-macam. Beberapa alasan yang dapat
dikemukan akan adalah :
a.
Nutrien
habis
b.
Akumulasi
metabolit toksik (misalnya alkohol,asam, dan basa)
c.
Penurunan
kadar oksigen
d.
Penurunan
nilai aw (ketersediaan air)
Bentuk kasus kedua dijumpai pada
fase fermentasi alkohol dan asam laktat, untuk kasus ketiga dijumpai pada
bakteri aerob dan untuk kasus keempat dijumpai pada fungi/jamur (Purwoko,
2007).
Pada fase statis biasanya sel
melakukan adaptasi terhadap kondisi yang kurang menguntungkan. Adaptasi ini
dapat menghasilkan senyawa yang di inginkan manusia misalnya antibiotika dan
antioksidan (Purwoko, 2007).
4.
Fase
Kematian
Pada fase ini sel menjadi mati lebih
cepat dari pada terbentuknya sel-sel baru, laju kematian mengalami percepatan
menjadi eksponensial bergantung pada spesiesnya, semua sel mati dalam waktu
beberapa hari atau beberapa bulan (Pelczar, 2005).
Penyebab utama kematian adalah
autolisis sel dan penurunan energi seluler. Beberapa bakteri hanya mampu bertahan
beberapa jam selama fase statis dan akhirnya masuk ke dalam fase kematian,
sementara itu beberapa bakteri hanya mampu bertahan sampai harian dan mingguan
pada fase statis dan akhirnya masuk ke fase kematian. Beberapa bakteri bahkan mampu bertahan sampai
puluhan tahun sebelum mati, yaitu dengan mengubah sel menjadi spora (Purwoko,
2007).
C.
Laju Pertumbuhan Mikroba
Pengetahuan mengenai kecepatan pertumbuhan bersifat penting dalam
menentukan
keadaan atau status kultur sebagai kesatuan.
Kecepatan
pertumbuhan (μ ) 
n0 =
jumlah sel / ml awal
n =
jumlah sel / ml setelah waktu t
t0 =
waktu awal
t =
waktu akhir
Waktu
generasi (tg) :
Waktu yang dibutuhkan oleh suatu kultur untuk memperbanyak jumlah /
massa / komponen sel sebanyak 2x lipat, disebut juga waktu lipat dua
tg
Jika sejumlah sel mikroba (Xo) dibiakkan dalam waktu (t) pada suatu
medium, maka sel akan membelah dan jumlahnya akan bertambah menjadi Xt.
Pertambahan jumlah sel berhubungan dengan laju pertumbuhan serta waktu generasi
sel tersebut membelah. Kurva pertumbuhan tersebut dapat dilu-kiskan dengan
persamaan matematika sebagai berikut:
Xt = 2ktx Xo atau 
= 2kt
= 2kt
= log2 2kt = kt
log10
Xt/Xo = kt (logXt –log Xo) = kt
k = logXt –log Xo atau k = 
Waktu generasi tg = 1/k atau tg= 0,69/k
Koefisien konversi atau rendemen produktivitas
Yx/s = 
Yp/s = 
Waktu generasi dan laju pertumbuhan spesifik berbagai organisme:
|
Organisme
|
Tg (jam)
|
k (jam
 ) |
|
Bakteri
|
0,3
|
2,3
|
|
Khamir
|
1,5
|
0,46
|
|
Kapang
|
3,0
|
0,23
|
|
Sel tanaman
|
24
|
0,0287
|
Untuk mengetahui pertumbuhan mikrobia dilakukan dengan cara
membiakan mikrobia. Dimana terdapat dua sistem pembiakan mikrobia, yaitu:
1.
Biakan Sistem
Tertutup (Batch Culture)
merupakan Pengamatan jumlah sel
dalam waktu yang cukup lama
akan memberikan gambaran
berdasarkan kurva pertumbuhan. Pada kurva pertumbuhan terdapat
beberapa fase pertumbuhan, yaitu Fase
Permulaan, Fase Pertumbuhan
yang dipercepat, Fase Pertumbuhan
logaritma (eksponensial), Fase
Pertumbuhan yang mulai
dihambat, Fase Stasioner maksimum, Fase Kematian dipercepat, dan Fase Kematian
logaritma.
a.
Metode
Total Count Turbidimetrik Berat Kering Plating Techique filtrasi membran
Elektronic Counter
Pada metode ini sampel ditaruh di suatu ruang hitung (seperti
hemasitometer) dan jumlah sel dapat ditentukan secara langsung dengan bantuan
mikroskop (Hadioetomo, 1993).
Jika setetes kultur dimasukkan kedalam wadah (misalnya
hemasitometer) yang diketahui volumenya, maka jumlah sel yang dapat dihitung.
Akan tetapi cara tersebut memiliki keterbatasan, yaitu tidak dapat membedakan
sel hidup atau mati dan tidak dapat digunakan pada jumlah sel yang sangat
sedikit (kurang dari 102 sel/ml)
(Purwoko, 2007).
Kelemahan lainnya ialah sulitnya menghitung sel yang berukuran
sangat kecil seperti bakteri karena kekebalan hemositometer tidak memungkinkan
digunakannya lensa objektif celup minyak. Hal ini dibatasi dengan cara mencernai
sel sehingga menjadi lebih mudah dilihat. Kelemahan lain lagi ialah
kadang-kadang cenderung bergerombol sehingga sukar membedakan sel-sel individu.
Cara mengatasinya ialah mencerai-beraikan gerombolan sehinggga tersebut dengan
menambahkan bahan anti gumpalan seperti dinatrium etilanadiamina tetra asetat
dan tween-80 sebanyak 0,1%. Keuntungan metode ini ialah pelaksanaannya cepat
dan tidak memerlukan banyak peralatan (Hadioetomo, 1993).
b.
Metode
Turbidimetrik
Bila kita harus memeriksa kosentrasi sel jumlah besar biakan, maka
metode cawan bukanlah pilihan yang baik karena tidak hanya memakan waktu tetapi
juga memerlukan media dan pecah-belah dalam jumlah besar. Untuk kasus demikian
tersedia metode yang lebih cepat dan praktis, yaitu pengukuran kekeruhan biakan
dengan fotokilometer (Hadioetomo, 1993).
Secara rutin jumlah sel bakteri dapat dihitung dengan cara
menghitung kekeruhan (turbiditas) kultur. Semakin keruh suatu kultur, semakin
banyak jumlah sel. Prinsip dasar metode turbidimeter adalah jika cahaya mengenai sel, maka
sebagian cahaya diserap dan sebagian cahaya diteruskan. Jumlah cahaya yang
diserap propisional (sebanding lurus dengan jumlah sel bakteri). Ataupun jumlah
cahaya yang diteruskan berbanding terbalik dengan jumlah sel bakteri. Semakin banyak
jumlah sel, semakin sedikit cahaya yang diteruskan. Metode ini memiliki
kelemahan tidak dapat membedakan antara sel mati dan sel hidup (Purwoko, 2007).
c.
Metode
Berat Kering
Cara yang paling cepat mengukur jumlah sel adalah metode berat
kering. Metode tersebut relatif mudah dilakukan, yaitu kultur disaringan atau
disentrifugasi, kemudian bagian yang disaring atau yang mengendap hasil
sentrifugasi dikeringkan. Pada metode ini juga tidak dapat membedakan sel yang
hidup dan mati. Akan tetapi keterbatasan itu tidak mengurangi manfaat metode
tersebut dalam hal mengukur efesiensi fermentasi, karena pertumbuhan diukur
dengan satuan berat, sehingga dapat diperhitungkan dengan parameter konsumsi
substrat dan produksi senyawa yang diinginkan (Purwoko, 2007).
d.
Metode
Elektronic Counter
Pada pengukuran ini, suspensi mikroorganisme dialirkan melalui
lubang kecil (orifice) dengan bantuan aliran listrik. Elektroda yang
ditempatkan pada dua sisi orifice mengukur tekanan listrik (ditandi dengan
naiknya tekanan) pada saat bakteri melalui orifice. Pada saat inilah sel
terhitung. Keuntungan metode ini adalah hasil bisa diperoleh dengan lebih cepat
dan lebih akurat, serta dapat menghitung sel dengan ukuran besar. Kerugiannya
metode ini tidak bisa digunakan untuk menghitung bakteri karena adanya gangguan
derbit, filamen, dan sebagainya, serta tidak dapat membedakan antara sel hidup
dan sel mati (Pratiwi, 2008).
e.
Metode
Plating Techique
Metode ini merupakan metode perhitungan jumlah sel tampak (visible)
dan di dasarkan pada asumsi bahwa bakteri hidup akan tumbuh, membelah dan
memproduksi satu koloni tunggal. Satuan perhitungan yang dipakai adalah CFU
(colony forming unit) dengan cara membuat seri pengenceran sampel dan
menumbuhkan sampel pada media padat. Pengukuran dilakukan pada plat dengan
jumlah koloni berkisar 25-250 atau 30-300. Keuntungan metode ini adalah
sederhana, mudah dan sensitif karena menggunakan colony counter sebagai alat
hitung dapat digunakan untuk menghitung mikroorganisme pada sampel makanan, air
ataupun tanah. Kerugiannya adalah harus digunakan media yang sesuai dan perhitungannya yang kurang
akurat karena satu koloni tidak selalu berasal dari satu individu sel (Pratiwi,
2008).
f.
Metode
filtrasi membran
Pada metode ini sampel dialirkan pada suatu sistem filter membran
dengan bantuan vaccum. Bakteri yang terperangkap selanjutnya ditumbuhkan pada
media yang sesuai dan jumlah koloni dihitung. Keuntungan metode ini adalah
dapat menghitung sel hidup dan sistem perhitungannya langsung, sedangkan
kerugiannya adalah tidak ekonomis (Pratiwi, 2008).
2.
Biakan
Sistem Terbuka (Continuous Culture), pada sistem ini sel dipertahankan terus
menerus pada fase pertumbuhan eksponensial atau logaritma.
Ukuran populasi dan
kecepatan pertumbuhan dapat
diatur pada nilai konstan menggunakan khemostat. Untuk mengatur proses
di dalam khemostat,
diatur kecepatan aliran medium
dan kadar substrat
(nutrien pembatas). Sebagai nutrien pembatas dapat menggunakan sumber C
(karbon), sumber N, atau faktor tumbuh. Ada aliran keluar untuk mempertahankan
volume biakan dalam khemostat
sehingga tetap konstan
(misal V ml), jika aliran masuk
ke dalam tabung biakan adalah W ml/jam, maka kecepatan
pengenceran kultur (Dilution rate) adalah:
D = W/V per jam
Populasi sel
dalam tabung biakan dipengaruhi
oleh peningkatan populasi
sebagai hasil pertumbuhan dan pengenceran kadar sel akibat
penambahan medium baru dan pelimpahan aliran keluar tabung biakan. Kecepatan
pertumbuhannya dirumuskan sebagai berikut:
dX/dt = µ X – DX = (µ - D) X
Pada keadaan
mantap (steady state):
maka µ = D, sehingga dX/dt = 0
Metode
pengukuran pertumbuhan mikroorganisme secara tidak langsung dapat dilakukan
dengan beberapa metode sebagai berikut :
a.
Metode
Viable Count
Kultur diencerkan sampai batas yang
di inginkan. Kultur encer ditumbuhkan
kembali pada media, sehingga di harapkan setiap sel tumbuh menjadi 1 koloni
beberapa saat berikutnya, biasanya 4-12 jam. Akan tetapi cara ini memiliki keterbatasan, yaitu jumlah
sel terhitung biasanya lebih dari sebenarnya
(kemungkinan besar 1 koloni dapat berasal dari 2 sel) dan tidak dapat di
aplikasikan pada bakteri yang tumbuh lambat. Pada metode tersebut yang perlu
diperhatikan adalah jumlah sel bakteri harus mendekati kelipatan 10 pada setiap
pengencerannya. Jika tidak pengenceran di anggap gagal. Misalnya cawan yang
dapat dihitung jumlah selnya adalah yang mempunyai jumlah sel sekitar 2-4 untuk
sampel pengenceran (10-x ), 20-40 untuk sampel pengenceran (10(x+1)) dan
200-400 untuk sampel pengenceran (10-(x+2)) (Purwoko, 2007).
b.
Metode
Aktivitas Metabolik
Metode ini di dasarkan pada asumsi
bahwa produk metabolit tertentu, misalnya asam atau CO2, menunjukkan jumlah
mikroorganisme yang terdapat di dalam media. Misalnya pengukuran produksi asam
untuk menentukan jumlah vitamin yang di hasilkan mikroorganisme (Pratiwi,
2008).
c.
Metode
Berat Sel Kering
Metode ini umum digunakan untuk
mengukur pertumbuhan fungi berfilamen. Miselium fungi dipisahkan dari media dan
dihitung sebagai berat kotor. Miselium
selanjutnya dicuci dan dikeringkan dengan alat pengering (desikator) dan
ditimbang beberapa kali hingga mencapai berat yang konstan yang dihitung
sebagai berat sel kering (Pratiwi, 2008).
BAB
III
PENUTUP
A.
KESIMPULAN
Pertumbuhan sel diartikan sebagai adanya penambahan volume sel
serta bagian-bagian lainnya, dapat juga diartikan sebagai penambahan kuantitas
isi dan kandungan di dalam sel. Sedangkan pertumbuhan populasi merupakan akibat
pertumbuhan individu. Misalnya, dari satu sel menjadi dua, dari dua sel menjadi
empat, dari sempat sel menjadi delapan sel.
Perubahan kemiringan pada kurva tersebut menunjukkan transisi dari
satu fase perkembangan ke fase lainnya. Fase-fase tersebut mencerminkan keadaan
bakteri dalam kultur pada waktu tertentu. Di antara setiap fase terdapat suatu
periode peralihan dimana waktu dapat berlalu sebelum semua sel memasuki fase
yang baru.
Jika sejumlah sel mikroba (Xo) dibiakkan dalam waktu (t) pada suatu
medium, maka sel akan membelah dan jumlahnya akan bertambah menjadi Xt.
Pertambahan jumlah sel berhubungan dengan laju pertumbuhan serta waktu generasi
sel tersebut membelah.
DAFTAR
PUSTAKA
Dwidjoseputro.1998. Dasar-Dasar
Mikrobiologi. Djambatan : Jakarta.
Hadioetomo, Sri Ratna. 1993. Mikrobiologi
Dasar Dalam Praktek. PT.Gramedia :Jakarta.
Pelczar, Michael. 2005. Dasar-Dasar
Mikrobiologi. UI-Press : Jakarta.
Pratiwi, Slyvia T. 2006.
Mikrobiologi Farmasi. Erlagga : Jakarta.
Purwoko,Tjahjadi. 2007. Fisologi
Mikroba. Bumi Aksara : Jakarta.
 |
