BAB II TINJAUAN PUSTAKA

A. Bakteri Escherchia coli

1. Sejarah

Escherichia coli pertama kali diidentifikasikan oleh dokter hewan

Jerman, Theodor Escherich dalam studinya mengenai sistem pencernaan pada

bayi hewan. Pada 1885, organisme ini digambarkan sebagai komunitas bakteri

coli (Escherich 1885) dengan membangun segala perlengkapan

patogenitasnya di infeksi saluran pencernaan. Nama “Bacterium coli” sering

digunakan sampai pada tahun 1991. Ketika Castellani dan Chalames

menemukan genus Escherichia dan menyusun tipe spesies E. coli (6).

2. Klasifikasi

Berdasarkan taksonomi bakteri Ecsherchia coli termasuk dalam (7) :

Superdomain : Phylogenetica

Filum : Proterobacteria

Kelas : Gamma Proteobacteria

Ordo : Enterobacteriales

Family : Enterobacteriaceae

Genus : Escherichia

Species: Escherichia coli

3. Morfologi

E. coli dari anggota family Enterobacteriaceae. Ukuran sel dengan

panjang 2,0 – 6,0 µm dan lebar 1,1 – 1,5 µm. Bentuk sel dari bentuk seperti

coccal hingga membentuk sepanjang ukuran filamentous. Tidak ditemukan

spora. E. coli batang gram negatif. Selnya bisa terdapat tunggal, berpasangan,

dan dalam rantai pendek, biasanya tidak berkapsul, bakteri ini aerobik dan

dapat juga aerobik fakultatif. E. coli merupakan penghuni normal usus,

seringkali menyebabkan infeksi (7,8,9).

Gambar 2.1. Koloni bakteri Escherichia coli dilihat dengan pemindai elektron (6).

Kapsula atau mikrokapsula terbuat dari asam-asam polisakarida.

Mukoid kadang-kadang memproduksi pembuangan ekstraselular yang tidak

lain adalah sebuah polisakarida dari speksitifitas antigen K tententu atau

terdapat pada asam polisakarida yang dibentuk oleh banyak E. coli seperti

pada Enterobacteriaceae. Selanjutnya digambarkan sebagai antigen M dan

dikomposisikan oleh asam kolanik (7,8,9).

Biasanya sel ini bergerak dengan flagella petrichous. E. coli

memproduksi macam-macam fimbria atau pili yang berbeda, banyak

macamnya pada struktur dan speksitifitas antigen, antara lain filamentus,

proteinaceus, seperti rambut appendages di sekeliling sel dalam variasi

jumlah. Fimbria merupakan rangkaian hidrofobik dan mempunyai pengaruh

panas atau organ spesifik yang bersifat adhesi. Hal itu merupakan faktor

virulensi yang penting (7,8,9).

E. coli merupakan bakteri fakultatif anaerob, kemoorganotropik,

mempunyai tipe metabolisme fermentasi dan respirasi tetapi pertumbuhannya

paling sedikit banyak di bawah keadaan anaerob. Pertumbuhan yang baik

pada suhu optimal 37oC pada media yang mengandung 1% pepton sebagai

sumber karbon dan nitrogen. E. coli memfermentasikan laktosa dan

memproduksi indol yang digunakan untuk mengidentifikasikan bakteri pada

makanan dan air (7,8,9).

E. coli berbentuk besar (2-3 µm), circular, konveks dan koloni tidak

berpigmen pada nutrien dan media darah. E. coli dapat bertahan hingga suhu

60oC selama 15 menit atau pada 55oC selama 60 menit (7,8,9).

B. Salinitas Air

Salinitas adalah tingkat keasinan atau kadar garam terlarut dalam air.

Salinitas juga dapat mengacu pada kandungan garam dalam tanah (10).

Tabel 2.1 Salinitas air berdasarkan presentase garam terlarut

No Jenis Air Salinitas

1 Air tawar < 0,05 %

2 Air payau 0,05 – 3 %

3 Saline 3 – 5 %

4 Brine > 5 %

Kandungan garam pada sebagian besar danau, sungai, dan saluran air

alami sangat kecil sehingga air di tempat ini dikategorikan sebagai air tawar.

Kandungan garam sebenarnya pada air ini, secara definisi kurang dari 0,05%. Jika

lebih dari itu, air dikategorikan sebagai air payau atau menjadi saline bila

konsentrasinya 3 sampai 5%. Lebih dari 5%, ia disebut brine (10).

Air laut secara alami merupakan air saline dengan kandungan garam

sekitar 3,5%. Beberapa danau garam di daratan dan beberapa lautan memiliki

kadar garam lebih tinggi dari air laut umumnya. Sebagai contoh, Laut Mati

memiliki kadar garam sekitar 30% (10).

Istilah teknik untuk keasinan lautan adalah halinitas, dengan didasarkan

bahwa halida-halida, terutama klorida adalah anion yang paling banyak dari

elemen-elemen terlarut. Dalam oseanografi, halinitas biasa dinyatakan bukan

dalam persen tetapi dalam “bagian perseribu” (parts per thousand , ppt) atau

permil (‰), kira-kira sama dengan jumlah gram garam untuk setiap liter larutan.

Sebelum tahun 1978, salinitas atau halinitas dinyatakan sebagai ‰ dengan

didasarkan pada rasio konduktivitas elektrik sampel terhadap "Copenhagen

water", air laut buatan yang digunakan sebagai standar air laut dunia (11). Pada

1978, oseanografer meredifinisikan salinitas dalam Practical Salinity Units (psu,

Unit Salinitas Praktis): rasio konduktivitas sampel air laut terhadap larutan KCL

standar (12,13). Rasio tidak memiliki unit, sehingga tidak bisa dinyatakan bahwa 35

psu sama dengan 35 gram garam per liter larutan (14).

C. Faktor Lingkungan Yang Mempengaruhi Pertumbuhan Bakteri

Populasi mikroorganisme dalam lingkungan perairan tergantung dari

berbagai faktor antara lain (1,2,3) :

1. Suhu

Suhu permukaan berkisar sekitar 30 – 40 oC di daerah ekuator.

Sebagian besar lingkungan air asin mempunyai suhu dibawah 5 oC sehingga

banyak ditemukan bakteri psikrofilik. Pada sumber air panas ditemukan

mikroorganisme dengan suhu optimum 70 – 72 oC, seperti Thermophilus

aquaticus. Penelitian mutakhir menunjukkan adanya mikroorganisme

didaerah geothermal di Lautan Pasifik. Mikroorganisme di lingkungan ini

tahan terhadap suhu 250 oC dan tekanan 265 atm (2).

Spesies mikroba yang berbeda membutuhkan suhu optimal yang amat

beragam untuk pertumbuhannya. Mikroba psikrofilik adalah mikroba yang

mampu tumbuh dengan baik pada kisaran suhu (15 – 20 oC), mesofilik (30 –

37 oC) dan termofilik (50 – 60 oC). Sebagian besar organisme bersifat

mesofilik, suhu 30 oC adalah suhu optimal untuk pertumbuhannya(3).

Disamping pengaruhnya pada laju pertumbuhan, suhu yang ekstrim, baik

terlalu panas maupun terlalu dingin akan membunuh mikroorganisme. Suhu

yang panas akan menyebabkan terjadinya denaturasi protein, pendinginan

cepat E. coli dari suhu 37 oC menjadi 5 oC dapat membunuh 90% sel

bakteri(3).

Tekanan Hidrostatik

Tekanan hidrostatik antara air permukaan dengan air lautan yang

sangat dalam amatlah beda. Tekanan ini dipengaruhi oleh keseimbangan

kimiawi dan mengakibatkan penurunan pH air laut dan kelarutan nutrien

bikarbonat HCO3, selain itu tekanan hidrostatik juga mempengaruhi titik didih

air, sehingga tetap mempertahankan air dalam keadaan terlarut dalam suhu

panas dan tekanan tinggi. Tekanan ini meningkat dengan bertambahnya

kedalaman. Untuk setiap 10 m, maka peningkatan tekanan akan sebesar 1 atm.

Bakteri barofilik adalah bakteri yang tumbuh dalam tekanan hidrostatik tinggi.

Mikroorganisme ini pada umumnya juga bersifat psikrofilik.

Sebagian besar bakteri mampu menahan tekanan osmosis dan kuat ion

yang bervariasi, karena kemampuannya mengatur osmolalitas internal dan

konsentrasi ion. Osmolalitas diatur melalui angkutan aktif ion K+ ke dalam

sel, kuat ion internal dipertahankan agar konstan dengan mengekskresikan

putresin, poliamina organik yang bermuatan positif (3).

Cahaya

Kehidupan mikroorganisme dalam lingkungan air tergantung pada

mikroorganisme fotosintetik. Biasanya primary producers adalah kelompok

algae yang biasanya terdapat pada bagian permukaan air, karena cahaya dapat

menembus lapisan ini. Kedalam wilayah yang bercahaya tergantung pada

keadaan setempat, musim dan kekeruhan air (2).

Adanya cahaya akan mendukung terjadinya proses oksidasi dan

reduksi beberapa mikroorganisme, sebagai reduktan adalah air dan karbon

dioksida sehingga akan dihasilkan oksigen dan bahan organik (2).

Salinitas

Keanekaragaman salinitas dalam air mempengaruhi kehidupan biota

air melalui pengendalian berat jenis dan keragaman tekanan osmotik. Salinitas

menimbulkan tekanan osmotik, pada umumnya kandungan garam dalam sel

biota air cenderung mendekati kandungan garam dalam air tempat hidupnya.

Apabila suatu sel berada dalam lingkungan dengan salinitas yang berbeda

maka diperlukan mekanisme osmoregulasi untuk menjaga keseimbangan

kepekatan antara sel dan lingkungannya. Cara-cara osmoregulasi meliputi

perlindungan membran sel maupun mekanisme ekskresi untuk membuang

kelebihan air tawar keluar sel. Kemampuan untuk menghadapi fluktuasi

salinitas sangat bergantung dari jenis biota air, maupun kemampuan adaptasi

terhadap lingkungannya. Bakteri Coliform yang merupakan jenis bakteri yang

tidak dapat membentuk spora mempunyai kemampuan adaptasi yang rendah

dalam lingkungan, terutama perlindungan membran selnya apabila berada

dalam suatu cairan dengan tingkat osmose tinggi, yaitu terjadinya plasmolisa

yang dapat menyebabkan kematian sel bakteri (3).

Ruyitno & Soeminarti (1994) menyatakan bahwa derajat kematian

kelompok bakteri coli yang berada di lingkungan laut makin berkurang

dengan naiknya salinitas, suhu maupun intensitas cahaya matahari. World

Health Organization (1982) menyatakan bahwa bakteri kelompok coli

mempunyai resistensi yang makin menurun pada salinitas yang tinggi (15).

Air laut memiliki konsentrasi garam tinggi. Garam utama dalam air

adalah khlorida, sulfat, karbonat, kalium, kalsium, dan magnesium.

Konsentrasi ini biasanya lebih rendah dekat permukaan sungai dan laut

(muara). Biasanya mikroorganisme di laut bersifat halofilik dan mampu

tumbuh pada konsentrasi garam 2,5 – 4,0 % (2).

Kekeruhan

Bahan terlarut yang menyebabkan kekeruhan diantaranya adalah :

partikel mineral yang berasal dari darat, detritus, seperti selulosa,

hemiselulosa, dan khitin serta mikroorganisme terlarut.

Turbiditas atau kekeruhan mempengaruhi penetrasi cahaya,

kemampuan penetrasi ini nantinya akan mempengaruhi wilayah fotosintetik.

Bahan atau partikel yang berfungsi sebagai substrat untuk pencantelan

(pelekatan) atau sebagai substrat yang dimetabolismekan. Bakteri yang

tumbuh sambil melekatkan diri ke permukaan disebut sebagai epibakteri atau

perifit (1).

pH

Mikroorganisme akuatik dapat ditumbuhkan pada pH 6,5 – 8,5. Untuk

mikroorganisme di laut, pH optimum sekitar 7,2 – 7,6. Mikroorganisme yang

hidup di danau atau sungai mempunyai kisaran pH optimum yang luas (2).

Sebagian besar organisme memiliki rentang pH optimal yang cukup

sempit, sebagian besar organisme tumbuh baik pada pH 6,0 – 8,0.

Mikroorganisme mengatur pH internalnya terhadap rentang pH eksternalnya,

pH internal diatur oleh rangkaian sistem pengangkutan proton dalam selaput

sitoplasma, termasuk pompa proton berpenggerak ATP primer dan penukar

Na+ dan H+ (3).

Bahan organik dan anorganik

Bahan kimia yang terdapat dalam air mempengaruhi jenis

mikroorganisme. Nitrat dan pospat merupakan bahan anorganik yang berperan

dalam pertumbuhan mikroorganisme. Senyawa organik diperlukan untuk

pertumbuhan bakteri saprofit dan fungi. Hg dan logam berat lainnya dalam

jumlah kecil juga dibutuhkan mikroorganisme, bahkan dapat ditemukan pula

mikroorganisme yang resisten terhadap bahan ini (2).

Berdasarkan cara memperoleh energi, mikroorganisme dibedakan

menjadi 2 (dua) kelompok. Organisme autotrof adalah organisme yang

mampu menggunakan energi matahari untuk mereduksi karbon dioksida dan

air sebagai sumber energi untuk kehidupannya. Sedangkan organisme yang

membutuhkan karbon organik untuk sumber energi termasuk dalam kelompok

heterotrof (3).

D. Kualitas air dan Coliform

Air adalah materi esensial di dalam kehidupan. Tidak ada satupun

makhluk hidup di dunia ini yang tidak membutuhkan air. Sel hidup misalnya, baik

tumbuh-tumbuhan ataupun hewan sebagian besar tersusun dari air, yaitu lebih

dari 75% sel tumbuh-tumbuhan atau lebih dari 67% isi sel hewan tersusun oleh air (16). Air sangat erat hubungannya dengan kehidupan manusia, air juga merupakan

suatu sarana utama untuk meningkatkan derajat kesehatan manusia, karena air

merupakan salah satu media dari berbagai macam penularan, terutama penyakit

perut. Sehingga melalui penyediaan air bersih baik dari segi kualitas maupun

kuantitasnya maka penyebaran penyakit menular diharapkan dapat ditekan

seminimal mungkin (17).

Kualitas air dapat ditentukan berdasarkan sifat fisik, kimia maupun

biologis (16). Karakteristik fisik yang umum dianalisis dalam penentuan kualitas

air meliputi parameter: kekeruhan, temperatur, warna, bau dan rasa. Dari aspek

kimiawi dapat dianalisis dari senyawa yang terkandung dalam air, baik senyawa

organik maupun senyawa anorganik termasuk golongan logam berat. Sedangkan

secara biologi adalah adanya jasad-jasad hidup yang mungkin ditemukan dalam

air, antara lain dari golongan bakteri, ganggang, cacing serta plankton. Kehadiran

bentuk-bentuk kehidupan ini tidak diharapkan dalam air, terutama karena dapat

merupakan sumber penyebaran suatu penyakit tertentu, antara lain tipus, disentri

dan kolera (16).

1. Air Minum.

Sebagai air minum maka fungsi air bagi tubuh manusia antara lain

adalah membantu proses pencernaan, metabolisme, mengangkut zat-zat

makanan dalam tubuh, mengatur keseimbangan suhu tubuh, dan menjaga

jangan sampai tubuh kekeringan. Apabila tubuh kehilangan banyak air maka

dapat menyebabkan kematian, sebagai contoh penderita penyakit kolera (17).

Melihat arti pentingnya air minum bagi kehidupan manusia, maka air minum

ditinjau dari aspek kualitasnya harus memenuhi syarat, antara lain (17):

a. Syarat fisik meliputi tidak berwarna, tidak berasa, tidak berbau, suhu

dibawah suhu udara dan jernih.

b. Syarat kimia, air minum tidak boleh mengandung racun, zat-zat mineral

atau zat-zat kimia tertentu dalam jumlah melampaui batas yang telah

ditentukan.

c. Syarat bakteriologi, air minum tidak boleh mengandung bakteri patogen

dan tidak boleh mengandung bakteri coli. Air yang mengandung bakteri

golongan coli dianggap telah terkontaminasi dengan kotoran manusia.

Tabel 2.2 Kadar bakteriologis pada persyaratan air minum

Parameter Satuan Kadar Maksimum yang diperbolehkan

a. Air Minum E.Coli atau fecal coli

Jumlah per

100 ml sampel

0

b. Air yang masuk sistem distribusi

E.Coli atau fecal coli Jumlah per 100 ml sampel

0

Total Bakteri Coliform Jumlah per 100 ml sampel

0

c. Air pada sistem distribusi

E.Coli atau fecal coli Jumlah per 100 ml sampel

0

Total Bakteri Coliform Jumlah per 100 ml sampel

0

Sumber : Kepmenkes RI No. 907 tahun 2002.

2. Air bersih.

Selain sebagai air minum, air juga digunakan sebagai air bersih, yaitu

sebagai media untuk membersihkan tubuh manusia (mandi) maupun untuk

mencuci. Sebagai air bersih maka air harus memenuhi beberapa persyaratan,

antara lain (17):

a. Kesadahan.

Tingkat kesadahan air bersih harus rendah, karena apabila tingkat

kesadahannya tinggi (mengandung Ca dan Mg) menyebabkan borosnya

pemakaian sabun karena terjadinya reaksi antara Ca maupun Mg dengan

sabun, sehingga sabun menjadi tidak berbusa. Kandungan Ca maksimal

dalam air bersih adalah 200 mg/l, sedangkan Mg adalah 150 mg/l.

b. Total solid.

Total solid merupakan bahan yang berupa padatan yang

terkandung dalam air, baik dalam bentuk terlarut maupun tersuspensi.

Tingginya total solid dalam air bersih akan mengganggu dalam proses

pembersihan apabila digunakan sebagai air bersih. Kandungan yang

diharapkan dalam air untuk keperluan air bersih adalah kurang dari 500

mg/l.

E. HIPOTESA

Peningkatan konsentrasi salinitas (Garam) akan menyebabkan berkurangnya

kemampuan pertumbuhan bakteri Coliform.

F. Kerangka Teori

Tekanan hidrostatik

Cahaya Salinitas PH Suhu Kekeruhan

Kesadahan Kualitas air

Kandungan zat kimia dalam air

Keadaan fisik air

Pertumbuhan bakteri Coliform

Total solid

Gambar 2.2 Kerangka Teori

Sumber : Modifikasi dari 1,2,3,4,5,16,17.

G. Kerangka Konsep

Variabel Terikat : Pertumbuhan bakteri Coliform

Variabel Terkendali - pH - Suhu - Media pertumbuhan

Variabel Bebas : Salinitas

Gambar 2.3 Kerangka Konsep