POKOK BAHASAN

1. POKOK BAHASAN PERTUMBUHAN MIKROORGANISME KOMPETENSI KHUSUS Mahasiswa mampu menjelaskan : definisi pertumbuhan, kurva pertumbuhan, pengukuran pertumbuhan mikroorgnaisme, kultur kontinyu mikroorganisme, pengaruh lingkungan terhadap pertumbuhan serta pertumbuhan mikroba pada lingkungan alami.

2. PERTUMBUHAN MIKROORGANISME POKOK BAHASAN A. Pertumbuhan B. Kurva Pertumbuhan C. Pengukuran Pertumbuhan Mikroorganisme D. Kultur Kontinyu Mikroorganisme E. Pengaruh Lingkungan terhadap Pertumbuhan F. Pertumbuhan Mikroba pada Lingkungan Alami

3. PERTUMBUHAN MIKROORGANISME • Pertumbuhan • Pertumbuhan adalah peningkatan unsur sel yang dapat menghasilkan peningkatan pada ukuran sel, jumlah sel atau keduanya. • Karena mengobservasi pertumbuhan satu sel sulit, maka mikrobiolgis biasanya mempelajari pertumbuhan populasi mikroba.

4. PertumbuhanPopulasiMikrobial Image: Pearson Education Inc. (2004) publishing as Benjamin Cummings

5. PERTUMBUHAN MIKROORGANISME • Kurva Pertumbuhan 1. PertumbuhanPopulasibiasanyadianalisispadasistemtertutup yang disebutbatch culture; inibiasanyadiplotkansebagailogaritmaantarajumlahseldenganmasainkubasi

6. Fase Lag – periodenyatainaktifdimanaselberadaptasipadalingkunganbarudanmenyiapkanuntukpertumbuhanreproduksi, biasnyadenganmensintesiskomponenbarusel; inisangatberbedalamanyatergantungpadakondisimikroorganismedan medium alamidalamhalkelengkapankimiadanfisikselamaperiodeini. • Fase Exponential (log) – periodedimanaorganismetumbuhpadakecepatanmungkinmaksimal yang diberikanpotensigenetiknya, medium alami, kondisidimanamerekatumbuh; populasilebihseragamdalamhalkelengkapankimiadanfisikaselamaperiodeini

7. Fase Stationer – periodedimanajumlahmikroorganisme yang hiduptetapkonstansalahsatunyakarenaaktivitasmetabolismeberhentibereproduksiataukarenakecepatanreproduksiseimbangdengankecepatankematiansel • Populasimikrobamemasukifasestasioneruntukbeberapaalasantermasukketerbatasnnutrisi, akumulasibuanganberacun, dankemungkinankepadatansel • Responkondisikelaparanmerupakanpraktekpentinguntukmikrobiolgimedikdanindustri; responinitermasukperubahanmorfologidanperubahanpadaekspresi gen danfisiologi • Fasekematian– periodedimanasel-selmatidengankecepataneksponensial

9. Matematika pertumbuhan mikroba dapat digambarkan dalam bentuk matematika tertentu: • Rata-rata kecepatan pertumbuhan konstan adalah jumlah generasi per unit waktu, terkadang diekspresikan sebagai generasi per jam • Rata-rata waktu generasi (penggandaan) adalah waktu yang dibutuhkan untuk populasi menjadi dobel • Waktu Generasi nyata berubah-ubah oleh spesies mikroorganisme dan kondisi lingkungan; mereka dapat berkisar 10 menit untuk beberapa bakteri hingga beberapa hari untuk beberapa mikroorganisme eukariot

10. Waktugenerasi pd kondisiyg optimal (37oC) OrganismeWaktuGenerasi(min) Bacillus cereus28 Escherichia coli 12.5 Staphylococcus aureus(causes many infections: toxic shock syndrome one example) 27-30 Mycobacterium tuberculosis (agent of Tuberculosis) 792 – 932 Treponemapallidum (agent of Syphilis) 1,980

11. PERTUMBUHAN MIKROORGANISME • Pengukuran Pertumbuhan Mikroba • Pengukuran jumlah sel • Metode hitung langsung tidak membedakan antara sel hidup dan mati, dan dapat diselesaikan dengan observasi mikroskopik langsung pada slide gores khusus (seperti ruang hitung Petroff-Hausser atau hemacytometers) atau dengan menggunakan penghitung elektronik (seperti Coulter Counters, yang menghitung mikroorganisme seperti aliran mereka melalui lubang atau mulut kecil)

12. Petroff-Hausser chamber

14. Menghitung sel hidup meliputi plating sampel dicairkan (menggunakan pour plate atau spread plate) ke dalam media pertumbuhan yang cocok dan melihat formasi koloni; tipe metode hitung ini hanya untuk sel yang aktif bereproduksi; karena tidak mungkin yakin bahwa setiap koloni tumbuh dari satu sel, hasil biasanya diekspresikan sebagai colony forming units (CFU); analisis sampel air sering dilakukan dengan menghitung koloni yang tumbuh pada membrane filters yang mempunyai pori-pori kecil cukup untuk menjebak bakteri

16. Plate Counts • After incubation, count colonies on plates that have 25–250 colonies (CFUs) Figure 6.16

17. Counting Bacteria by Membrane Filtration Figure 6.18

18. Most Probable Number • Multiple tube MPN test • Count positive tubes Figure 6.19

19. Most Probable Number • Compare with a statistical table. Figure 6.19

20. Pengukuran Pertumbuhan Mikroba • Pengukuran massa sel-dapat digunakan untuk memperkirakan jumlah mikroorganisme jika proporsional parameter cocok untuk jumlah mikroorganisme yang ada digunakan (parameter yang cocok dapat berupa berat kering, sejumlah kecil cahaya pada larutan cair, atau determinasi biokimia bahan-bahan sel khusus seperti protein, DNA, atau ATP)

21. PERTUMBUHAN MIKROORGANISME • Kultur Kontinyu Mikroorganisme • Digunakan untuk mengatur sel-sel pada fae pertumbuhan eksponensial pada konsentrasi biomassa konstan untuk periode waktu diperpanjang (kondisi ini ditemui dengan persediaan yang terus menerus nutrisi dan penyingkiran buangan) • Khemostat-perelengkapan kultur kontinyu yang mempertahankan kecepatan pertumbuhan konstan dengan mensuplai medium yang mengandung sejumlah kecil nutrien penting pada kecepatan tertentu dan dengan menyingkirkan medium yang mengandung mikroorganisme pada kecepatan sama • Turbidostat-perlengkapan kultur kontinyu yang megatur kecepatan alir medium melalui saluran dalam hal untuk mempertahankan turbiditas yang ditentukan sebelumnya atau kepadatan sel; dimana nutrien tidak terbatas

22. Schematic diagram of a chemostat, a device for the continuous culture of bacteria. The chemostat relieves the environmental conditions that restrict growth by continuously supplying nutrients to cells and removing waste substances and spent cells from the culture medium

24. PENGARUH FAKTOR LINGKUNGAN TERHADAP PERTUMBUHAN MIKROORGANISME • Kelarutan dan aktivitas air • Jika mikroorganisme ditempatkan pada larutan hypotonic (satu dengan konsentrasi larutan rendah), air akan memasuki sel dan menyebabkan sel pecah, kecuali jika mikroorganisme memiliki mekanisme perlindungan untuk mereduksi konsentasi osmosis sitoplasma • Jika mikroorganisme dtempatkan pada larutan hypertonic (satu dengan konsentrasi larutan tinggi), air akan meninggalkan sel menyebabkan dehidrasi, kecuali mikroorganisme memiliki mekanisme perlindungan untuk meningkatkan konsentrasi osmosis pada sitoplasma

25. Water activity (aw)/ aktivitas air adalah sejumlah air yang tersedia untuk mikroorganisme; ini direduksi oleh interaksi air dengan molekul terlarut; • Mikroorganisme osmotolerant dapat tumbuh baik pada larutan dengan aktivitas air tinggi atau rendah; • halophiles membutuhkan lingkungan dengan aktivitas air rendah (tekanan osmosis tinggi berhubungan dengan kondisi garam) untuk hidupnya

26. Kelarutan dan aktivitas air

27. Plasmolysis

28. Cell in Hypotonic Environment In an environment that is hypotonic, the water concentration is greater outside the cell and the solute concentration is higher inside (the interior of the cell is hypertonic to the hypotonic surroundings). Water goes into the cell

29. Cell in Hypotonic Environment In an environment that is hypotonic, the water concentration is greater outside the cell and the solute concentration is higher inside (the interior of the cell is hypertonic to the hypotonic surroundings). Water goes into the cell

30. CELL IN HYPERTONIC ENVIRONMENT If the environment is hypertonic, the water concentration is greater inside the cell while the solute concentration is higher outside (the interior of the cell is hypotonic to the surrounding hypertonic environment). Water goes out of the cell

31. CELL IN HYPERTONIC ENVIRONMENT If the environment is hypertonic, the water concentration is greater inside the cell while the solute concentration is higher outside (the interior of the cell is hypotonic to the surrounding hypertonic environment). Water goes out of the cell

32. pH • pH adalahlogaritma negative darikonsentrasi ion hydrogen • Masing-masing species memilikikisaran pH pertumbuhandan pH optimum pertumbuhan • Acidophilestumbuhterbaikantara pH 0 dan 5.5 • Sulfolobus, Ferroplasma, Picropilus • Neutrophilestumbuhterbaikantara pH 5.5 dan 8.0 • Escherichia, Euglena, Paramaecium • Alkalophilestumbuhterbaikantara pH 8.5 dan 11.5 Bacillus alcalophilus • Extreme alkalophilestumbuhterbaikpada pH 10.0 ataulebihtinggi

33. Microorganisms biasanya dapat mengatur perubahan pH lingkungan dengan mempertahankan pH internal mendekati netral; beberapa bakteri juga dapat mensintesis protein pelindung (protein tahan asam) pada respon terhadap pH

35. Temperature • Temperatur memiliki pengaruh sangat besar bagi mikroorganisme; seperti meningkatnya temperatur, dimana meningkatnya kecepatan tumbuh disebabkan peningkatan kecepatan reaksi enzim; akhirnya temperature menjadi terlalu tinggi dan mikroorganisme dirusak oleh enzim denaturasi, ganguan membran, dan fenomena lain

36. Organisme menunjukkan temperatur kardinal berbeda (temperatur pertumbuhan minimal, maximal, dan optimal) • Psychrophiles dapat tumbuh baik pada 0°C, memiliki pertumbuhan optimum pada 15°C atau dibawahnya, dan biasanya tidak akan tumbuh dibawah 20°C • Psychrotrophs (facultative psychrophiles) dapat juga tumbuh pada 0°C, tetapi tumbuh optimum antara 20°C dan 30°C, dan tumbuh maksimum pada kira-kira 35°C • Mesophiles memiliki pertumbuhan optimum 20 hingga 45°C, minimum 15 hingga 20°C, dan maksimum kira-kira 45°C atau lebih rendah • Thermophiles memiliki pertumbuhan optimum 55 hingga 65°C, dan minimum sekitar 45°C • Hyperthermophiles memiliki pertumbuhan optimum 80 hingga 110°C dan minimum sekitar 55°C

38. Konsentrasi Oxygen • Organisme dapat tumbuh dengan adanya O2 adalah aerobe; lainnya yang tidak dapat adalah anaerobe • Obligate aerobes sangat tergantung pada O2 atmosfer untuk tumbuh • Facultative anaerobes tidak membutuhkan O2 untuk tumbuh, namun dapat pula tumbuh baik dengan adanya O2 • Aerotolerant anaerobes mengabaikan O2 dan tumbuh sama baiknya apakah ada atau tidak ada O2 • Obligate (strict) anaerobes tidak tahan O2 dan mati jika ada O2 • Microaerophiles membutuhkan level lebih rendah (2 to 10%) untuk tumbuh karena tingkat normal atmospher O2 (20%) merusak sel

39. Hubungan berbeda dengan O2 disebabkan beberapa faktor termasuk inaktifnya protein dan pengaruh racun O2 derivatif (radikal superoxida, hydrogen peroxide, dan radikal hydroxyl), yang mengoksidasi dan menghancurkan unsur sel; banyak mikroorganisme memiliki enzim yang melindungi melawan racun O2 derifat (superoxide dismutase dan catalase)

40. PERTUMBUHAN MIKROORGANISME • Pengaruh Faktor Lingkungan terhadap Petumbuhan • Konsentrasi Oxygen

42. Tekanan • Organisme Barotolerant melawan pengaruh tekanan dengan meningkatkan tekanan, namun tidak seperti sama sekali organisme nontolerant • Barophilic organisms membutuhkane, atau tumbuh lebih cepat dengan adanya tekanan, tekanan ditingkatkan

43. 6. Radiasi • Ada beberapa tipe radiasi electromagnetic, termasuk cahaya tampak, ultraviolet light (UV), sinar infra red, gelombang radio, dan radiasi ionisasi; beberapa diantaranya dapat berbahaya bagi organisme • Radiasi Ionisasi seperti sinar X atau sinar gamma sangat berbahaya bagi mikroorganisme; tingkat rendah menghasilkan mutasi dan dapat hasil tidak langsung kematian, dimana tingkat tinggi secara langsung letal dengan kerusakan langsung hingga makromolekul sel atau melalui produksi oksigen bebas radikal • Radiasi Ultraviolet merusak sel dengan menyebabkan formasi timin dimer pada DNA; kerusakan ini dapat diperbaiki melalui photoreactivation (memperbaiki thymine dimers dengan pemisahan langsung ketika sel terkena cahaya biru) atau reactivasi gelap (memperbaiki thymine dimers dengan eksisi dan penggantian tidak adanya cahaya)

44. PERTUMBUHAN MIKROORGANISME DALAM LINGKUNGAN ALAMI • Keterbatasanpertumbuhanolehfaktorlingkungan • Ligkunganmikrobakomplek, perubahansecarakonstan, dandapatmenampakkanmikroorganismegradienoverlapingnutriendanfaktorlingkungan • Hukum minimum Liebigísmenyatakanbahwa total biomassadariorganismeakandapatditentukanolehadanyanutrienpadakonsentrasirelatifterendahyang dibutuhkanorganisme. • HukumtoleransiShelfordísmenyatakanbahwaadabatasuntukfaktorlingkunganbawahdanatasdimanamikroorganismetidakdapatbertahanhidupdantumbuh, tanpamemperhatikanpersediaannutriendalamrespontingkatnutrienrendah (lingkunganoligotrophic) dankompetisihebat, banyakmicroorganismemerubahmorfologinyaataufisiologinyaataukedua-duanya

45. Menghitung yang hidup namun prokariot vegetatif tidak dapat dikultur • Ketika mikroorganisme tertekan mereka dapat hidup namun kehilangan kemampuan untuk tumbuh pada media secara normal digunakan untuk kultivasi mereka (dapat hidup namun sel tidak dapat dikultur) • Kebanyakan prosedur microscopic dan isotopic untuk mengidentifikasi dan menghitung yang hidup namun sel yang tidak dapat dikultur telah dapat dikembangkan

46. Quorum sensing dan populasi microba • Quorum sensing (autoinduction) adalah proses dimana bakteri dapat berkomunikasi dan berkelakuan bekerjasama • Signal kimia disekresikan oleh bakteri dan digunakan untuk komunikasi satu dengan lainnya; bakteri gram-negative menggunakan acyl homoserine lactones (HSLs) sebagai sinyal; bakteri gram-positive sering mengunakan sinyal oligopeptide

47. Chapter Web Links Microbial Population Explosion from the Why Files.htm Factors that Influence Bacterial Growth.htm

48. Good luck….

49. CELL IN AN ISOTONIC ENVIRONMENT In an isotonic environment, both the water and solute concentration are the same inside and outside the cell and water goes into and out of the cell at an equal rate

50. CELL IN AN ISOTONIC ENVIRONMENT In an isotonic environment, both the water and solute concentration are the same inside and outside the cell and water goes into and out of the cell at an equal rate