Departemen Biologi, FMIPA, IPB
PENDAHULUAN
Para ilmuwan sekarang ini hanya baru mulai mengerti
luasnya keragaman dari kehidupan mikroba.
Meskipun jutaan species prokariot dipercaya ada, hanya sekitar 6000 species
yang di kelompokan ke dalam 850 genera yang sudah dideskripsi dan
diklasifikasikan. Teknik isolasi dan kultur konvesional tidak mendukung
pertumbuhannya. Sehingga tidaklah mengherankan kalau sebagian besar usaha/hasil
studi tentang mikroba ini erat hubungannya dengan manusia, tertama yang
berkaitan dengan penyakit. Situasi ini
berubah seiring dengan perkembangan teknik molekuler yang membantu penememuan
dan diskripsi dari spesies mikroba yang sebelumnya tidak di kenali. Kekerabatan phylogenetic dari sekuen rRNA
menunjukan skema klasifikasi prokariot.
Beberapa mikroba yang sebelumnya dikelompak dalam satu group berasarkan
persamaan phenotifnya, sekarang dipisahkan kedalam group yang berbeda
berdasarkan perbendaan rRNA-nya. Genus Staphylococcus dan Micrococcus yang
sebelumnya di kelompokkan ke kedalam satu famili, sebagai contoh, sekarang
dipisahnya menjadi klas yang berbeda.
Beberapa organisme yang beberapa tahun diyakini tidak memiliki hubungan,
sekarang di kelompokkan kedalam kelompok yang berkerabat, misalnya Rhizobium
dan Rickettsia. Analisa rRNA juga
memungkinkan untuk melihat kekerabatan genetik dari mikroba yang tidak dapat
dikulturkan, sehingga memungkinkan untuk mempelajari kekerabatan yang lebih
luas lagi dari Archaea. Pada makalah ini
dijabarkan keragaman mikroba prokariot dengan titik berat pada kemampuan
mikroba hidup di lingkungan dan peranannya di biosfer kita ini.
Berdasarkan
cara memperoleh sumber energinya, mikroba di kelompokan menjadi Kemotrof dan
fototrof. Mikroba kemotrof memperoleh
energinya dari senyawa kimia, sedangkan fototrof memeperoleh energinya dari
cahaya. Kemoorganotrof adalah mikroba
yang mempeoleh energinya dari hasil oksidasi senyawa kimia organik, sedangkan
kemolitotrof memperoleh energinya dari hasil oksidasi senyawa kimia
anorganik. Prokariot juga mempunyai
keragaman dalam penggunakaan elektron acceptors. Respirasi aerobik menggunakan O2
sebagai penerima elektron terakhir.
Prokariot juga dapat melakukan respirasi anaerobik dengan menggunakan
molekul anorganik sebagai penerima elektron yang terakhir, seperti sulfur,
sulfat, nitrate, atau nitrite. Prokariot
lainnya dapat bersifat fermentatif, dengan menggunakan senyawa organik seperti
seperti pyruvat sebagai penerima elektron yang terakhirnya. Keragaman dari sumber energi dan penerima
elektron terakhir ini menunjukkan keragaman/tipe metabolisme dari organisme
prokariot tersebut.
KEMOTROF ANAEROBIK
Sekitar
1,5 miliyar tahun pertama prokariot menghuni bumi, atmosfer kondisinya anoksik
(tidak ada O2). Pada
lingkungan anaerobik ini, beberapa kemotrof pendahulu menggunakan proses
respirasi anaerobik dengan enggunakan CO2 atau elemental sulfur yang
banyak di lingkungan sebagai penerima elektronnya. Sedangkan yang lainnya
mungkin menggunakan proses fermentatif dengan menggunakan piruvat sebagai
penelima elektronnya. Kondisi lingkungan
anaerobik masih dapat ditemukan, di sedimen dan tanah padat yang tidak ada
difusi O2, dan lingkungan yang ada penetrsi O2 nya tepati
konsumsi O2 cepat.
Kemolitotrof Anaerobik
Kemolitotrof mengoksidasi senyawa kimia anorganik
tereduksi seperti H2 untuk memperoleh energi. Kemolitotrof anaerobik
menngunakan CO2 atau sulfur sebagai penerima elektron terakhirnya
(tidak bisa menggunakan O2).
Relatif sedikit dari kelompok prokariot ini yang telah ditemukan, dan
umumnya adalah Domain Archaea.
Methanogen
Methanogen
adalah Archaea yang menghasilkan ATP dengan mengoksidasi H2, dan
menggunakan CO2 sebagai penerima elektron terakhirnya. Proses ini menghasilkan gas metan (CH4):
4
H2 + CO2 à CH4
+ H2O
Methanogen
ditemukan di lingkungan anaerobik yang banyak terdapat H2 dan CO2. Methanogen dapat diisolasi dari tempet
pembuangan limbah, rawa-rawa, sedimen laut, sawah, dan saluran pencernaan
hewan. Metan yang diproduksi dapat
terlihat sebagai gelembung-gelembung udara yang diproduksi di air rawa. Sebagai produk samping dari pengolahan
limbah, metan dapat di gunakan untuk pemenasan, memasak, atau menhasilkan
listrik.
Kemoorganotrof Anaerobik– Respirasi Anaerobik
Kemoorganotrof
mengoksidasi bahan organik seperti glukosa untuk memperoleh energi. Seperti kemolitotrof, kemoorganotrof
anaerobik menggunakan penerima elektron terakhir selain O2. Sulfur dan sulfat adalah senyawa anoranik
yang umum digunakan sebagai penerima elektron terakhir.
Bakteri Pereduksi Sulfur dan Sulfat
Ketika senyawa sulfur di gunakan sebagai penerima elktron
terakhir, senyawa tersebut tereduksi menjadi H2S, senyawa yang
bertanggung jawab untuk aroma bau telur busuk di beberapa lingkungan
anaerobik. Bau tidak sedap dari H2S
ini menjadi masalah di industri karena senyawa ini bereaksi dengan besi
membentuk besi sulfida, penyebab karat besi dan logam lainnya.
Bakteri
pereduksi sulfur dan sulfat umumnya hidup di lumpur yang kaya akan bahan
organik dan senyawa sulfur teroksidasi.
H2S yang di produksi menyebabkan lumpur dan air menjadi
berwarna hitam ketika bereaksi dengan molekul besi. Ada sekitar satu lusin genus yang sudah
diketahui, dan yang paling sering dipelajari adalah Desulfovibrio.
Beberapa
Archaea juga menggunakan senyawa sulfur sebagai penerima elektron terakhir,
tetapi Archaea umumnya menempati habitat yang berbeda. Bakteri pereduksi sulfur sebagian besar
adalah mesofil atau termofil, sedangkan Archaea pereduksi sulfur hipertermofil
yang hidup di lingkungan ekstrim seperti hydrothermal vents.
Kemoorganotrof Anaerobik– Fermentasi
Banyak tipe bakteri
anaerobik menhasilkan energi dengan proses fermentasi, memproduksi ATP hanya
dengan fosforilasi pada taraf substrat.
Produk akhir dari fermentasi adalah berbagai asam organik dan gas yang
merupakan ciri dari species sehingga dapat digunakan sebagai ciri untuk
identifikasi.
Clostridium
Clostridium
adalah bakteri Gram positif yang dapat membentuk endospora. Bakteri ini umumnya
bakteri penghuni tanah yang sel vegetatifnya hidup di lingkungan
anaerobik. Endospora bakteri ini besifat
dorman dan tahan terhadap panas, senyawa kimia, dan iradiasi yang dapat mematikan
sel vegetatif. Genus ini bertanggung
jawab untuk beberapa penyakit seperti tetanus (C. tetani), gas ganggrene
(C. perfringens), dan botulism (C. botulinum). Beberapa spesies juga ditemukan merupakan
penghuni normal saluran pencernaan manusia dan hewan.
Clostridium
memfermentasi beragam senyawa organik seperti glukosa, selulosa, dan
etanol. Beberapa produk akhirnya
memiliki nilai komersial seperti C. accetobutylicum dapat memproduksi
aceton dan butanol.
Bakteri Asam laktat
Bakteri
Gram positif yang memproduksi asam laktat sebagai produk akhir utamanya dari
proses fermentasi di kelompokan ke dalam group yang di sebut bakteri asam
laktat. Termasuk ke dalam group ini adalah genus Streptococcus,
Enterococcus, Lactococcus, Laktobacillus, dan Leuconostoc. Umumnya bakteri ini dapat tumbuh di lingkuangan
aerobik, tetapi sebenarnya merupakan fermenter sehingga tidak mengambil
keuntungan dari O2. Kelompok
bakteri ini dapat segera dibedakan dengan bakteri lain yang tumbuh aerobik,
karena kekukarangan enzim katalase, enzim yang merubah H2O2
menjadi H2O dan O2.
Propionibacterium
Propionibacterium,Gram
positif batang pleomorfik bakteri, memproduksi asam propionat sebagai produk
akhir utama fermentasinya. Bakteri ini juga dapat memproduksi asam laktat. Bakteri ini sangat penting dalam dairy
industry dari Swiss cheese. Asam
propionat bertanggung-jawab terhadap aroma khas dari keju ini. CO2 yang di hasilkan dari proses
fermentasi juga menhasilkan tekstur keju yang berlubang lubang.
FOTOTROF ANOKSIGENIK
Organisme fotosintetik pertaman adalah fototrof
anoksigenik. Bakteri ini menggunakan H2S
atau bahan organik sebagai sumber elektronnya untuk membentuk tenaga pereduksi
dalam bentuk NADPH, sehingga tidak menghasilkan O2. Fototrof anoksigenik dapat di temukan di
lingkungan yang cukup penetrasi cahayanya dengan sedikit atau tidak ada O2,
dan umumnya ditemukan di lingkungan perairan.
Sistem
fotosintesis dari bakteri ini berbeda dengan tanaman, algae dan
cyanobateria. Bakteri ini memiliki jenis
klorofil yang unik yang disebut bakterioklorofil. Pigmen ini menyerap panjang gelombang cahaya
yang dapat berpenetrasi lebih dalam yang tidak digunakan oleh organisme
fotosintesis lainnya.
Bakteri Ungu
Bakteri
ungu besifat Gram negatif dan koloninya berwarna orange atau ungu karena
memiliki pigmen penangkap cahaya. Tidak
seperti fototrof anoksigenik lainnya, kompoten aparatus fotosistesisnya
terdapat dalam membran sitoplasma. Invaginasi dari membran sitoplasma
menigkatkan efektivitas luas permukaan
untuk proses fotosintesisnya.
Bakteri Ungu Sulfur
Bakteri sulfur
ungu kadang-kadan terlihat sebagai kumpulan yang berwarna di habitat yang kaya
sulfur. Selnya relatif besar,
diameternya bisa lebih dari 5 μm, sebagian motil dengan flagela. Bakteri ini lebih suka menggunakan H2S
untuk menghasilkan tenaga pereduksi, walaupun beberapa spesies dapat
menggunakan H2 atau bahan organik seperti piruvat. Beberapa spesies
adalah strict anaerobes dan fototrof, tetapi yang lainya dapat tumbuh tanpa
cahaya pada kondisi aerob dengan mengoksidasi senyawa anorganik atau organik
terduksi sebagai sumber energinya. Contoh
dari bakteri kelompok ini adalah Chromatium, Thiospirillum, dan Thiodiction.
Bakteri Ungu Non-Sulfur
Bakteri
ungu non sulfur dapat ditemukan di beragam lingkungan perairan. Satu ciri penting yang membedakannya dari
bakteri ungu sulfur adalah kesukaannya menggunakan beragam bahan organik (bukan
H2S) sebagai sumber elektron untuk tenaga pereduksi. Bakeri ini
dapat hidup seperti bakteri ungu sulfur dan juga secara kemotrof aerobik. Contoh bakteri kelompok ini adalah Rhodobacter
dan Rhodopseudomonas.
Bakteri Hijau
Bakteri hijau bersifat Gram
negatif dan koloninya berwarna hijau atau kecoklat-coklatan. Tidak seperti bakteri ungu, pigmennya
terdapat di struktur yang di sebut chlorosom, dan membran sitoplasmanya di
memiliki banyak invaginasi.
Bakteri Hijau Sulfur
Habitat
dari bakteri ini sama dengan bakteri ungu sulfur, demikian juga preferensinya
dalam menggunakan H2S sebagai sumber elektronnya. Bakteri ini semuanya bersifat strict anaerob
dan tidak ada yang dapat melakakukan metabolisme kemotrof. Contoh bakteri kelompok ini adalah Chlorobium
dan Pelidictyon.
Bakteri Hijau Non Sulfur
Bakteri
hijau non sulfur di karakterisasi dengan pertumbuhan filamentausnya. Secara metabolik, bakteri ini mirip dengan
bakteri ungu non sulfur, seperi kesukaannya menggunakan bahan organik untuk
menghasilkan tenaga pereduksinya. Chloroflexsus
adalah satu-satunya genus di kelompok ini yang sudah berhasil ditumbuhkan dalam
kultur murni.
FOTOTROF OKSIGENIK
Sekitar 3
miliyar tahun yang lalu, atmosfer bumi mulai berubah ketika secara bertahap O2
di produksi dari kondisi yang sebelumnya yang anaerobik. Perubahan ini disebabkan oleh evolusi
cyanobacteria yang diyakini sebagai organisme fototrof aerobik pertama. Bakteri ini menggunakan air (H2O)
sebagai sumber elekton untuk tenaga pereduksinya, proses ini melepaskan O2.
6 CO2 + 6
H2O à C6H12O6 + 6 H2O
Sampai sekarang,
cyanobacteri masih memiliki peranan yang penting di biosfer. Sebagai produsen primer, mereka menangkap
energi cahaya matahari untuk merubah CO2 menjadi bahan organik. Awalnya bakteri ini dimasukan ke dalam algae
sebagai algae hijau-biru, sampai hasil mikroskop elektron membuktikan bahwa
mereka memiliki sel prokariotik.
Cyanobateria
Cyanobacteria hidup di lingkungan yang beragam seperti
freshwater, marine, tanah dan permukaan batu. Beberapa cyanobakteri dapat
memfikasi N2. Secara
morfologi, Cyanobacteria sangat beragam sebagian uniseluler ber bentuk batang
kokus dan spiral, yang lainya berupa asosasi multiseluler yang di sebut
trichomes. Trichome yang motil meluncur sebagai satu unit. Cyanobacteria yang hidup di perairan sering
memiliki vesikel gas yang memungkinkan mereka bergerak vertikal.
Sistem fotosistesis dari cyanobacteria mirip dengan algae
dan tanaman. Selain klorofil,
cyanobacteria mempunyai fikobiliprotein.
Pigmen ini menyerap egergi dari panjang gelombang cahaya yang tidak
diserap dengan baik oleh klorofil.
Dalam memfiksasi nitrogen, cyanobateria melindungi enzim
nitrigenase yang feka terhadap O2 dengan cara membentuk sel
berdinding tebal yang disebut heterocyst seperti yang terdapat pada Anabaena. Sel heterocyst tidak melakukan fotosintesis
sehingga tidak menghasilkan O2, di dalam sel inilah proses fiksasi
nitrogen terjadi.
Cyanobakteria juga memiliki karakteristik yang bisa
menguntungkan dan merugikan.
Cyanobacteria berfilamen bertanggung jawab menjaga struktur dan
produktivitas tanah di area gurun dingin.
Selubungnya di tanah merupakan filamen lengket yang mencegah erosi, dan
juga menghasilkan bahan organik dan
nutrien tanah lainnya. Selain itu
juga cyanobacteri juga dapat menyebabkan sumber air minum berbau tanah yang
tidak enak yang di sebabkan oleh senyawa kimia yang diproduksi oleh
cyanobakteria yang di sebut geomisin.
Beberapa cyanobacteria lainya seperti Microcystis aeruginosa
dapat memhasilkan toxin yang bersifat lethal ke hewan yang memakannya.
KEMOLITOTROF AEROBIK
Kemolitotrof aerobik menapatkan energinya dengan
mengoksidasi senyawa kimia anorganik tereduksi dengan menggunakan O2
sebagai penerima elektron terakhirnya.
Sumber energi paling umum adalah sulfur, ammonia, nitrite, dan H2.
Beberapa kemolitotrof juga dapat mengoksidasi besi dan mangan.
Bakteri Pengoksidasi Sulfur berfilamen
Bakteri
Pengoksidasi Sulfur berfilamen hidup di sulfur sping, pembuangan limbah, dan di
permukaan sedimen seperti Beggiatoa dan Thiothrix. Beggiatoa
motil dengan cara meluncur yang mekanismenya masih belum dimengerti. Sebaliknya Thiothrix, bersifat
immobil, satu ujungnya menempel di bebatuan, ujung lainnya di permukaan.
Bakteri pengoksidasi sulfur Uniseluler
Thiobacillus
dapat ditemukan baik di habitat terestrial maupun akuatik. Kemampuannya dalam mengoksidasi sulfur yang
bertanggung jawab terhadap proses yang disebut bioleaching. Pada proses ini, besi sulfida yang tidak
larut dioksidasi menjadi bentuk terlarut, dan juga menghasilkan H2SO4. Beberapa spesies dapat memproduksi asam
sampai pH 1. Bioleaching dapat
mengakibatkan masalah lingkungan yang parah, sebagai contoh yang terjadi pada
tambang yang mengekspos sulfida logam yang kemudian dioksidasi oleh Thiobacillus,
dan menghasilkan H2SO4.
Sehingga mengakibatkan pegasaman aliran air di lingkungannya. Sebaliknya dalam kondisi terkontrol,
bioleaching dapat meningkatkan logam recoverynya, sebagai contoh emas dapat
diekstrak dari deposit emas sulfida.
Aktivitas metabolik dari Thiobacillus dapat juga dimanfaatkan
untuk mencegah hujan asam dengan mebiarkankan bakteri ini mengoksidasi sulfur
menjadi sulfat. Thiobacillus
ferooxidans dapat mengoksidasi besi seperti juga sulfur.
Bakteri Nitrifikasi
Nitrifier
memperoleh energi dengan mengoksidasi senyawa nitrogen anorganik seperti ammonia
dan nitrite. Kelompak bakteri ini berkaitan erat dengan sistem pertanian yang
menggunakan pupuk nitrogen berupa ammonium.
Potensi bertahan lamanya pupuk dipengaruhi oleh bakteri nitrifikasi yag
dapat merubah amonium menjadi nitrate. Ada
dua tipe bakteri nitrifikasi:
- ammonia oxydizer yang mengoksidasi ammonia menjadi nitrite, contohnya Nitrosomonas dan Nitrosobacter.
- Nitrit oxydizer yang mengoksidasi nitrit menjadi nitrate, contohnya Nitrobacter dan Nitrococcus.
Kelompok
yg kedua sangat penting untuk mencegah peningkaan nitrit di tanah yang
merupakan senyawa tosik yang dapak lepas ke perairan atau air tanah. Proses oksidasi amonium ke nitrate dinamakan
nitrifikasi.
Bakteri
Pengoksidasi Hidrogen
Aquifex dan Hydrogenobacter
adalah bakteri pengoksidasi H2 yang besifat kelitotrof obligat. Bakteri ini bersifat termofilik dan hidup di
sumber-sumber air panas. Aquifex
masih dapat hidup pada suhu 95oC.
Berdasarkan studi 16 S rRNA, bakteri ini merupakan salah satu bakteri
penghuni awal bumi. Sifatnya yang
bersifat aerobik kelihatanya seperti kontradiksi dengan kondisi awal bumi yang
anaeronik, akan tetapi kenyataan hanya dalam jumlah kecil O2 yang
dibutuhkan yang mungkin dapat dihasilkan dengan proses fotokimia pemecahan air
pada niche tertetu.
KEMOORGANOTROF AEROBIK
Kemoorganotrof aerobik menggunakan bahan organik sebagai sumber energi dengan O2 sebagai penerima elektron terakhirnya. Kelompok bakteri ini kergamannya sangat tinggi, olehkarena ini pada makalah ini hanya akan disampai beberapa genus yang mewakili dari kelompok ini.
Aerob Obligat
Aerob
obligat mendapatkan energinya hanya dengan proses respirasi dengan menggunakan
O2 sebagai penerima elektron terakhirnya. Tdak ada satupun dari kelompok ini dapat
melakukan proses fermentasi sebagai alternatif proses metabolismenya.
Micrococcus
Bakteri ini bersifat Gram negatif yang
dapat ditemukan di tanah, debu, benda lain, dan kulit. Baktei ini menghasilkan pigmen sehingga
koloninya berwarna yang memudahkan untuk indentifikasi. Umumnya berwarna kuning seperti M. luteus,
toleran pada kondisi kering dan dapat tumbuh pada kadar garam 7,5 %.
Pseudomonas
Pseudomonas sangat terseber luas menghuni tanah dan
air. Sebagian besar tidak berbahaya,
sebagian lagi dapat menyebabkan penyakit pada tanaman dan hewan. Bakteri ini
memiliki kemampuan biokimia yang sangat beragam. Beberapa dapat menggunakan
lebih dari 80 jenis substrat yang berbeda termasuk gula-gula tidak umum, asam
amino, senyawa aromatik. Oleh karena itu
bakteri ini memegang peranan penting dalam degradasi bermacam-macam senyawa
sintetik dan alami yang tahan terhadap degradasi oleh organisme umum
lainnya. Kemampuan degradasi ini umumnya
di sandikan oleh gen yang dibawa oleh plasmid.
Thermus dan Deinococcus
Thermus
dan Deinococcus memiliki nilai komersial di bidang scientifik yang cukup
tinggi. Thermus bersifat termofil
menhasilkan enzim Taq polimerase yang digunakan dalam teknik PCR (Polymerase
Chain Reaction) yang stabil terhadap panas.
Sedangkan Deinococcus memiliki keunikan yang tidak umum, dia
tahan terhadap radiasi sinar gamma, sebagai contoh D. radiodurans masih
tetap dapat hidup setelah di ekspos sinar gamma dengan dosis beberapa kali dari
dosis yang dapat mematikan manusia. Dosis yang dapat memutus-mutus genom
menjadi beberapa fragmen DNA, akan tetapi enzim bakteri ini dapat memperbaiki
kerusakan genom yang parah ini. Sehingga
dengan rekayasa genetik, bakteri ini diyakini dapat membantu membersihkan tanah
dan air yang terkontaminasi oleh 10 juta kubik yards limbah radio aktif yang sudah terkupul di USA.
Anaerob Fakultatif
Anaerob
fakultatif lebih suka menggunakan respirasi aerobik jika O2 ada,
akan tetapi mereka juga dapat menggunakan fermentasi sebagai alternatif
metabolismenya.
Corynebacterium
Corynebacterium umumnya menghuni tanah, air, dan permukaan tanaman, merupakan bakteri gram positif, berbentuk batang pleomorfik, dan kadang-kadang membentuk organisasi sel berbentuk V atau palisade. Banyak spesies bakteri ini tidak berbahaya, tetapi C. diptheriae menyebabkan penyakit difteri.
Enterobacteriaceae
Nama Enterobacteriaceae menunjukkan habitat umum dari kelompak bakteri ini yaitu di saluran pencernaan hewan atau manusia, walaupun beberapa spesies hidup baik di tanah yang kaya nutrien. Bakteri yang merupakan flora normal usus adalah Enterobacter, Klebsiella, Proteus, dan sebagian besar galur E. coli. Sedangkan beberapa spesies yang menyebabkab penyakit diare diantaranya Shigella, Salmonella, dan beberapa galur E. coli.
Bakteri ini yang dapat
memfermentasi laktosa disebut bakteri koliform. Ini adalah pengelompokan
informal dar bakteri yang umum menghuni usus seperti E.coli yang dapat
dengan mudah dideteksi di makanan dan air. Keberadaan bakteri ini di gunakan
sebagai indikator untuk pencemaran
feces. Jumlah/konsentarsi bakteri koliform
ditentukan dengan metode filtrasi atau MPN (Most Propable Number).
BUKU BACAAN
Nester, E.W. et al. 2004. Microbiology,
a human perspective, fourth edition. Mc Graw Hill. Boston.
Madigan,
M.T. et.al. 2000. Brock Biology of
Microorganisms. Prentice Hall
International Inc. New Yersey.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar