1. 1. MIKROBIOLOGI DASAR PERTUMBUHAN MIKROBA Riski Primadevi Aji Sanjaya Sunaryo . . Rofida
2. 2. PERTUMBUHAN MIKROBA Pertumbuhan artinya pertambahan substansi hidup yang tidak reversibel biasanya disertai pertambahan ukuran dan pembelahan sel. Pada organisme bersel banyak, ukurannya bertambah sedangkan pada organisme bersel satu jumlah selnya yang bertambah. Meskipn demikian pada organisme yang bersel satu harus dibedakan pertambahn jumlah atau bertambahnya massa sel. (Baskoro, 1994)
3. 3. Pertumbuhan individu adalah bertambahnya ukuran tubuh seperti panjang, luas, berat, volume, maupun kandungan tertentu. Kuantitas atau ukuran pertumbuhan mikroorganisme dapat diukur dari segi pertambahan dimensi satu, misalnya : panjang, diameter, jari-jari, dan jumlah sel ; segi pertambahan dimensi dua, misalnya : luas, dan segi pertambahan dimensi tiga, misalnya : volume, berat segar, berat kering. Pertumbuhan individu
4. 4. Bertambahnya kuantitas individu dalam suatu populasi atau bertambahnya ukuran koloni. Pertumbuhan koloni 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.
5. 5. Fase lag Jika mikroba dipindahkan ke dalam suatu medium, mulamula akan mengalami fase adaptasi untuk menyesuaikan dengan kondisi lingkungan di sekitarnya Fase lag Jika mikroba dipindahkan ke dalam suatu medium, mulamula akan mengalami fase adaptasi untuk menyesuaikan dengan kondisi lingkungan di sekitarnya Medium dan lingkungan pertumbuhan Jumlah inokulum
6. 6. Fase log Pada fase ini mikroba membelah dengan cepat dan konstan mengikuti kurva logaritmik. Pada fase ini kecepatan pertumbuhan sangat dipengaruhi oleh medium tempat tumbuhnya seperti pH dan kandungan nutrient, juga kondisi lingkungan termasuk suhu dan kelembaban udara. Pada fase ini mikroba membutuhkan energi lebih banyak dari pada fase lainnya. Pada fase ini kultur paling sensitif terhadap keadaan lingkungan. Akhir fase log, kecepatan pertumbuhan populasi menurun dikarenakan Nutrien di dalam medium sudah berkurang Adanya hasil metabolisme yang mungkin beracun atau dapat menghambat pertumbuhan mikroba
7. 7. Pada fase ini jumlah populasi sel tetap karena jumlah sel yang tumbuh sama dengan jumlah sel yang mati. Ukuran sel pada fase ini menjadi lebih kecil karena sel tetap membelah meskipun zat zat nutrisi sudah habis. Karena kekurangan zat nutrisi, sel kemungkinan mempunyai komposisi yang berbeda dengan sel yang tumbuh pada fase logaritmik. Pada fase ini sel-sel lebih tahan terhadap keadaan ekstrim seperti panas, dingin, radiasi, dan bahan-bahan kimia. Fase stationer
8. 8. Pada fase ini sebagian populasi mikroba mulai mengalami kematian karena beberapa sebab yaitu: Fase kematian 1. Nutrien di dalam medium sudah habis. Kecepatan kematian bergantung pada kondisi nutrien, lingkungan, dan jenis mikroba. 2. Energi cadangan di dalam sel habis.
9. 9. FAKTOR-FAKTOR YANG DAPAT MEMPENGARUHI PERTUMBUHAN MIKROBA Faktor Abiotik yang Mempengaruhi Mikroba Faktor-faktor Alam Faktor-faktor Kimia 1. Pengaruh Temperatur 2. Pengaruh Kebasahan dan Kekeringan 3. Pengaruh Perubahan Nilai Osmotik 4. Pengaruh Sinar 1. Penggunaan Antiseptik dan Disinfektan 2. Beberapa Disinfektan dan Antiseptik Logam-logam Berat Fenol dan Senvawa-senyawa Sejenis Fenol (asam karbol) Alkohol Aldehid Yodium Faktor- faktor biologi A. Netralisme B. Komensalisme C. Sinergisme D. Mutualisme (Simbiosis) E. Kompetisi F. Amensalisme (Antagonisme) G. Parasitisme Klor dan Senyawa Klor Peroksida Zat Warna Deterjen Suifonamida Antibiotikadf
10. 10. Faktor Alam 1. Suhu / Temperatur
11. 11. 2. Pengaruh Kebasahan dan Kekeringan Mikroba yang tahan kekeringan adalah yang dapat membentuk spora, konidia atau dapat membentuk kista. Tanah yang cukup basah baiklah bagi kehidupan bakteri. Banyak bakteri yang mati jika terkena udara kering. Meningococcus, yaitu bakteri yang menyebabkan meningitis, itu mati dalam waktu kurang daripada satu jam, jika digesekkan di atas kaca obyek. Sebaliknya,spora-spora bakteri dapat bertahan beberapa tahun dalam keadaan kering. Pada proses pengeringan, air akan menguap dari protoplasma. Sehingga kegiatan metabolisme berhenti. Pengeringan dapat juga merusak protoplasma dan mematikan sel. Tetapi ada mikrobia yang dapat tahan dalam keadaan kering, misalnya mikrobia yang membentuk spora dan dalam bentuk kista
12. 12. Berdasarkan tekanan osmose yang diperlukan dapat dikelompokkan menjadi : (1) mikroba osmofil, (2) mikroba halofil, (3) mikroba halodurik, 3. Pengaruh Perubahan Nilai Osmotik Tekanan osmosis sebenarnya sangat erat hubungannya dengan kandungan air. Apabila mikroba diletakkan pada larutan hipertonis, maka selnya akan mengalami plasmolisis, yaitu terkelupasnya membran sitoplasma dari dinding sel akibat mengkerutnya sitoplasma. Apabila diletakkan pada larutan hipotonis, maka sel mikroba akan mengalami plasmoptisa, yaitu pecahnya sel karena cairan masuk ke dalam sel, sel membengkak dan akhirnya pecah
13. 13. 4. Kadar Ion Hidrogen (pH) Mikroorganisme yang alkalifilik, yaitu jasad yang dapat tumbuh pada pH antara 8,4-9,5 Atas dasar daerah-daerah pH bagi kehidupan mikroorganisme dibedakan menjadi 3 golongan besar yaitu: Mikroorganisme yang asidofilik, yaitu jasad yang dapat tumbuh pada pH antara 2,0-5,0 Mikroorganisme yang mesofilik (neutrofilik), yaitu jasad yang dapat tumbuh pada pH antara 5,5-8,0
14. 14. Pengaruh sinar Dengan penyinaran pada jarak dekat sekali, bakteri bahkan dapat mati seketika, sedang pada jarak yang agak jauh mungkin sekali hanya pembiakannya sajalah yang terganggu. Spora-spora dan virus lebih dapat bertahan terhadap sinar ultra-ungu. Kebanyakan bakteri tidak dapat mengadakan fotosintesis, bahkan setiap radiasi dapat berbahaya bagi kehidupannya
15. 15. Faktor faktor kimia yang mempengaruhi pertumbuhan mikroorganisme C. Depresi dan ketegangan permukaan Sabun dapat mengurangi ketegangan permukaan oleh karena itu dapat menyebabkan hancurnya bakteri. Pada umumnya kerusakan bakteri dapat dibagi menjadi 3 golongan yaitu : A. Oksidasi Zat zat seperti H2O2,Na2BO4 mudah benar melepaskan O2 untuk menimbulkan oksidasi. Klor didalam air menyebabkan bebasnya O2, sehingga zat ini merupakan desinfektan. B. Koagulasi atau penggumpalan protein Zat seperti perak, tembaga dan zat-zat organik seperti fenol, etanol menyebabkan terjadinya penggumpalan protein. Dan protein yang menggumpal itu telah mengalami denaturasi dan tidak dapat berfungsi lagi.
16. 16. Metode-metode untuk Mengukur Pertumbuhan Mikroba METODE PENERAPAN Hitungan mikroskopik Perhitungan bakteri dalam susu dan vaksin Hiitungan cawan Perhitungan bakteri dalam susu,air,makanan,tanah,biakan dll Membran atau filter molekular Perhitungan bakteri dalam susu,air,makanan,tanah,biakan dll Pengukuran kekeruhan Uji mikrobiologis, pendugaan hasil panen sel dalam kaldu, biakan, ata suspensi berair Penentan nitrogen Penentuan panen sel dari suspensi biakan kental untuk digunkan pada penelitian mengenai metabolisme Penentuan berat Penentuan panen sel dari suspensi biakan kental untuk digunkan pada penelitian mengenai metabolisme Pengukran aktivitas biokimiawi Uji mikrobiologis
17. 17. Penghitungan Waktu Generasi Dari hasil pembelahan sel secara biner: 1 sel menjadi 2 sel 2 sel menjadi 4 sel 21 menjadi 22 atau 2x2 4 sel menjadi 8 sel 22 menjadi 23 atau 2x2x2 Dari hal tersebut dapat dirumuskan menjadi: N = N02n N: jumlah sel akhir, N0: jumlah sel awal, n: jumlah generasi Waktu generasi = t / n , t: waktu pertumbuhan eksponensial, n: jumlah generasi
18. 18. Dalam bentuk logaritma, rumus N = N02n menjadi: log N = log N0+ n log 2 log N log N0= n log 2 n = log N log N0 = log N log N0 log 2 0,301
19. 19. Contoh 1: N = 108 , N0= 5x107 , t = 2 Dengan rumus dalam bentuk logaritma: n = log 108 log (5x 107) = 8 7,6 =1 0,301 0,301 Jadi waktu generasi = t/n = 2/1 = 2 jam Waktu generasi juga dapat dihitung dari slope garis dalam plot semilogaritma kurva pertumbuhan eksponensial, yaitu dengan rumus, slope = 0,301/ waktu generasi. Dari grafik pertumbuhan tersebut diketahui bahwa slope = 0,15, sehingga juga diperoleh waktu generasi = 2 jam
20. 20. Analisis Pertumbuhan Eksponensial Rumus matematika pertumbuhan menggunakan persamaan diferensial: dX / dt = X (1) X: jumlah sel / komponen sel spesifik (protein) : konstanta kecepatan pertumbuhan rumus yang menggambarkan aktivitas populasi mikrobia dalam biakan sistem tertutup adalah: ln X = ln X0+ (t) (2) X0: jumlah sel pada waktu nol, X: jumlah sel pada waktu t, t: waktu pertumbuhan diamati. Dalam bentuk antilogaritma menjadi: X = X0e t (3)
21. 21. Untuk memperkirakan kerapatan populasi pada waktu yang akan datang dengan sebagai konstante pertumbuhan yang berlaku. Parameter penting untuk konstante pertumbuhan populasi secara eksponensial adalah waktu generasi (waktu penggandaan). Penggandaan populasi terjadi saat X / X0=2, sehingga rumus (3) menjadi: 2 = e (t generasi) (4) Dalam bentuk logaritma dengan bilangan dasar e: = ln 2 / t generasi = 0,693 / t generasi (5) Waktu generasi (t generasi) dapat digunakan untuk mengetahui parameter lain, seperti k ( konstante kecepatan pertumbuhan) sebagai berikut: k = 1 / t generasi (6) Untuk biakan sistem tertutup, kombinasi persamaan 5 dan 6 menunjukkan bahwa 2 konstante kecepatan pertumbuhan dan k saling berhubungan: = 0,693 k (7)
22. 22. dan k, keduanya menggambarkan proses pertumbuhan yang sama dari peningkatan populasi secara eksponensial. Perbedaan diantaranya adalah, merupakan konstante kecepatan pertumbuhan yang berlaku, yang digunakan untuk memperkirakan kecepatan pertumbuhan populasi dari masing-masing aktivitas sel individual dan dapat digunakan untuk mengetahui dinamika pertumbuhan secara teoritis, sedang k adalah nilai rata-rata populasi pada periode waktu terbatas, yang menggambarkan asumsi rata-rata pertumbuhan populasi.
23. 23. Contoh perhitungan k Bilangan dasar yang digunakan untuk kerapatan populasi sel adalah 10, sehingga persamaan (3) apabila dirubah menjadi bentuk logaritma berdasarkan bilangan 10 (log 10) dan k disubstitusi dengan , rumusnya menjadi: k = log10Xt X0 0,301 t Contoh 1: X0= 1000 = 103, log10 dari 1000 = 3 Xt= 100.000 = 105, log10 dari 100.000 = 5 t = 4 jam k = (5-3) / (0,301 x 4) = 2/1,204 = 1,66 generasi / jam waktu generasi (t generasi) = 0,60 jam = 36 menit Contoh 2: X0= 1000 = 103, log10 dari 1000 = 3 Xt= 100.000.000 = 108,log 10dari 100.000.000 = 8 t = 120 jam k = (8-3) / (0,301 x 120) = 5/36,12 = 0,138 generasi / jam waktu generasi (t generasi) = 7,2 jam = 430 menit
24. 24. PERTUMBUHAN Agar mikroorganisme dapat tumbuh dan berkembang dengan baik di dalam media diperlukan persyaratan tertentu, yaitu: Bahwa di dalam media harus terkandung semua unsur hara yang diperlukan untuk pertumbuhan dan perkembangbiakan mikroorganisme. Bahwa media harus dalam keadaan steril. MIKROBA
25. 25. THANK YOU THANK YOU THANK YOU