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

2016

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

 = 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.