KULIAH IIMIKROBIOLOGI FARMASI 2012

KEDUDUKAN MIKROORGANISMA DIANTARA HEWAN DAN TUMBUHAN KLASIFIKASI 3 DOMAIN

PROKARYOTTerdiri dari 2 Domain yaitu Archaea dan EubacteriaPerbedaan diantara keduanya terutama

didasarkan karakter berikut:

Klasifikasi dan TaksonomiTaksonomi:

Pengelompokan makhluk hidup dalam golongan-golongan

Sistim klasifikasi filogenetik:Pengelompokan menggambarkan kesamaan

genetik dan hubungan evolusiSistim klasifikasi fenetik:

Pengelompokan tidak mendasarkan pada hubungan genetik atau evolusi tetapi pada karakter yang sama dan mudah dikenali.

Tingkat TaksaTakson:

Suatu kelompok atau tingkatan klasifikasiSecara hirarki, kelompok besar dibagi menjadi

kelompok-kelompok kecil Domain Kingdom Phylum/Divisio Class Order Family Genus (plural: Genera) Species (Both singular & plural)

The basic taxonomic group is the species

1. Procaryotic species are not defined on the basis of sexual reproductive compatibility (as for higher organisms) but rather are based on phenotypic and genotypic differences; a procaryotic species is a collection of strains that share many stable properties and differ significantly from other groups of strains

2. A strain is a population of organisms that is distinguishable from at least some other populations in a taxonomic category; it is thought to have descended from a single organism or pure culture isolate a. Biovars-strains that differ biochemically or

physiologically

b. Morphovars-strains that differ morphologically

c. Serovars-strains that differ in antigenic properties

d. The type strain is usually the first studied (or most fully characterized) strain of a species; it does not have to be the most representative member

3. A genus is a well-defined group of one or more species that is clearly separate from other genera

In the binomial system of nomenclature devised by Carl von Linne (Carolus Linnaeus),

the genus name is capitalized while the specific epithet is not;

both terms are italicized (e.g., Escherichia coli);

after first usage in a manuscript the first name will often be abbreviated to the first letter (e.g., E. coli)

Bergey’s Manual of Systematic BacteriologyTahun 1927, David Bergey & kolega

memplubikasikan Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology, manual pengelompokan bakteri berdasarkan fenetik untuk pengenalan bakteri yang belum diketahui

Tahun 1984, diterbitkan lebih detail judul Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology masih didasarkan secara fenetik

DOMAIN BAKTERIA

Prokaryot

Bakteri termasuk di dalamnya sianobakteria atau bluegreen algae, dan Archaea termasuk jasad prokaryot.Pada masa lalu Arhaea dijadikan satu kelompok dengan bacteria.Prokaryot : yaitu organisma bersel tunggal yang belum memiliki inti yang sebenarnya (tidak ada membran inti).Prokaryot tidak memiliki organella yang bermembran, kromosomnya sirkular double helix .Bagian dalam sel terdapa sitoplasma dan nukleoplasmaSitoplasma : yaitu protoplasma sel di luar inti, bersifat granuler karena mengandung ribosoma kecil-kecil. Nucleoplasma : yaitu protoplasm inti sel bersifat fibriler (berbentuk fibril-fibril) mengandung DNA.

KEDUDUKAN TAKSONOMI BAKTERI DILAKUKAN DENGAN SKEMA BERIKUT:

Struktur dan Fungsi Sel Bakteria

CIRI KHAS:Bentuk Utama Sel dan TurunannyaBatang (bacil): batang pendek (coccobacilli), membentuk

rantai (streptobacilli), berpasangan (diplobacilli)kokus (coccus) atau bulat (spherical) atau oval (ovoid): bersel

tunggal kecil (micrococcus), berpasangan (diplococci), membentuk rantai (streptococci), bergerombol (staphylococci)

Spiral: spiral kaku (spiril), fleksibel (spirochaetae), atau kurva/lengkung (vibrio)

Ukuran sel: sel berbentuk batang umumnya panjang 4 μm dan diameter 1 μm. Yang berbentuk spiral kisaran

Struktur Sel Bakteri

Struktur sel bakteri

Dinding Sel bakteriDinding sel bakteri memiliki komponen peptidoglikan yang

mengandung asam muramat dan asam D-aminoDinding sel memiliki 2 fungsi pokok yaitu:

melindungi sel terhadap tekanan osmotik dan kerusakan mekanik memberi bentuk sel

Membran sel dan membran sitoplasma Mengandung lipid dan enzim Memiliki lipatan dan perluasan area permukaanLipid membran sitoplasma (pada Gram negatif) memiliki asam

lemak rantai panjang yang terikat pada gliserol oleh ikatan ester

Membran sitoplasma berperan dalam respirasi dan melakukan fotosintesa (pada bakteri fotosintetik)

Membran sitoplasma berperan dalam menjalankan fungsi perlindungan terhadap sel dan melakukan transport aktif

Dinding Sel Bakteri

Dinding sel Gram Positif dan NegatifPeptidoglikanEkso-polisakarida

Dinding sel Gram-PositifMengandung berlapis-lapis peptidoglikanMengandung asam teikhoat (teichoic acid) yang

tersusun aa\ntara lain oleh gliserol dan fosfatAsam teikhoat bermuatan negatif, ada 2 tipe:

asam lipoteikhoat merupakan transmembran yang berhubungan dengan membran

Teikhoat dinding sel yang berhubungan dengan peptidoglikan

Dinding Sel Gram-NegatifMemiliki 1-2 lapis peptidoglikanMemiliki membran luarPeptidoglikan berhubungan dengan lipoprotein

pada membran luarMembran luar mengandung:

lipopolisakaridaLipoproteinFosfolipid

Dinding Sel Acid Fast

Dinding sel mycobacteria sangat hidrofobik, memiliki lapisan kuat penghambat permeabilitas berupa asam-asam lemak rantai panjang (C60 - C90)(asam mikolat/mycolic acid), sehingga menjadi resisten terhadap beragam antibiotik. Molekul hidrofilik sebenarnya masih mampu masuk ke dalam sel melalui kanal yang terbentuk oleh protein porin sebagaimana pada Gram negatif. Pada mycobacteria jumlah kanal hanya 1/100 hingga 1/1000 jumlah porin bakteri Gram-negatif (Escherichia coli).

Tipe asam mikolat digunakan untuk pembeda spesies

Asam mikolat dan asam-asam lemak rantai pendek (lipid asil/ acyl lipid) menyusun membran luar palsu yang bertanggung jawab terhadap karakter pewarnaan sel (acid fast)

Kapsul Lapisan luar tersusun oleh polisakarida (misalnya glikokaliks) Melindungi dari kondisi yang kurang menguntungkan Lapisan melekat erat pada dinding sel

Slime atau lendir Massa yang tidak teratur yang menyelubungi sel tetapi tidak

dalam bentuk lapisan-lapisan

KAPSUL dan LENDIR:• tersusun oleh homopolimer tersusun oleh polisakarida (paling

umum) atau asam amino.• tersusun oleh heteropolimer misalnya heteropolisakarida

Pili penonjolan seperti rambut, berfungsi untuk pelekatan

Endospora Berdinding tebal, berisi khromosom Tahan lingkungan yang buruk Tahan lama

Manfaat Kapsul atau LendirPeran kapsul atau lendir antara lain:Melindungi sel dari kekeringan melalui pengikatan molekul

air Mencegah infeksi bakteriofag bacteriophages.Bersifat antifagositik terhadap predator (dalam hal bakteri

saprofitik/ hidup bebas di alam) maupun sel-sel makrofag/ sel fagosit pada hewan inang (dalam hal patogen)

Membantu pelekatan bakteri ke permukaan bagian tubuh inang atau permukaan benda ( dalam hal biofilm)

Pengecatan/Pewarnaan GramPengenalan komposisi dinding sel bakteri dan

bentuk sel dilakukan dengan pengecatan Gram

Reagen yang digunakan secara berurut::1. Pewarna Kristal violet (Gram A)

2. Iodine (mordant) (Gram B)

3. Alkohol (Gram C)4. Pewarna Safranin

Positif = purpleNegatif = pink

PROSES YANG TERJADI PADA PENGECATAN GRAM

Bakteri

Gram Positive

Bakteri

Gram Negative

Bakteri Gram variabel

Proses pengecatan dimulai dengan memindahkan kultur ke permukaan gelas benda yang diberi setetes air dan diratakan, dikeringanginkan dan difiksasi dengan melewatan di atas pijar api bunsen.

Fiksasi ditujukan untuk membunuh sel secara cepat tanpa merusak sel dan membantu agar sel melekat erat pada permukaan gelas benda

Hasil Pengecatan Gram menunjukkan perbedaan dinding sel (peptidoglikan) membran luar sel

Pengecatan GramMenentukan efisiensi antibiotikBereaksi berbeda terhadap disinfektanDapat digunakan untuk pendugaan macam

toksin yang dimiliki

Makromorfologi Bakteri

Meliputi pengamatan: Koloni:

Yaitu suatu grup bakteria yang tumbuh pada suatu tempat tertentu.

Koloni diasumsikan berasal perkembangan satu sel. Koloni bervariasi bentuk, ukuran, warna, tekstur, tepi koloni dan karakter lainnya tergantung spesies bakterinya.

Kecepatan pertumbuhan: pada jasad bersel satu seperti bakteri sama dengan waktu generasi yaitu waktu yang dibutuhkan sel untuk berkembang dari satu menjadi dua sel.Kecepatan pertumbuhan bakteri beragam: Escherichia coli membelah diri setiap 20 menitMycobacterium tuberculosis setiap 24 jamMycobacterium leprae setiap 36 jam

Gambaran koloni beragam bakteri pada media padat dalam petridish

ReproduksiUmumnya dengan pembelahan binerSejumlah bakteri berbentuk batang menghasilkan spora,

misalnya genus Bacillus dan Clostridium

Pengkayaan materi genetik:Transformasi: sel bakteri mendapatkan pengkayaan materi

genetik dengan mengambil fragmen DNA dari lingkungan hidupnya

Konjugasi: sel bakteri mendapatkan pengkayaan materi genetik melalui tukar menukar dengan sel bakteri lain (F+ dan F-) melalui pili

Transduksi: pengkayaan materi genetik yang terjadi melalui bantuan bakteriofag

MOTILITAS/LOKOMOSI/PERGERAKAN BAKTERI:Bakteri ada yang motil (bergerak) dan non motil (tidak bergerak)Pergerakan dilakukan oleh flagellum/flagella.Bakteri motil sesuai spesiesnya memiliki jumlah dan letak flagella yang berbeda-beda

KEBUTUHAN AKAN SUMBER C DAN SUMBER ENERGI

Bakteria sebagian besar hidup bebas, sebagian yang lain hidup berasosiasi dengan hewan (termasuk manusia) dan tumbuhan.

Secara garis besar kebutuhan energi dapat berasal dari:1. energi matahari yaitu bagi bakteri fotosintetik2. Energi dari senyawa kimia anorganik3. Energi berasal dari senyawa kimia organik

Adapun jika dilihat dari kebutuhannya akan sumber C maka bakteri dapat memperoleh sumber C dari:1.Senyawa kimia organik (seperti karbohidrat, lemak dan protein atau turunannya)2.Berasal dari CO2

Dari kebutuhan tersebut maka dapat ditentukan tipe nutrisi bakteri

Tipe Nutrisi Utama Sumber energi, hidrogen/ elektron, dan karbon

Contoh mikroba

Photoautotroph (Photolithotroph)

Light energy, inorganic hydrogen/electron(H/e-) donor, CO2 carbon source

Algae, Purple and green bacteria, Cyanobacteria

Photoheterotroph (Photoorganotroph)

Light energy, inorganic H/e- donor, organic carbon source

Purple nonsulfur bacteria, Green sulfur bacteria

Chemoautotroph(Chemolithotroph)

Chemical energy source (inorganic), inorganic H/e- donor, CO2 carbon source

Sulfur-oxdizing bacteria, Hydrogen bacteria,Nitrifying bacteria

Chemoheterotroph(Chenoorganotroph)

Chemical energy source (organic), organic H/e- donor, organic carbon source

Most bacteria, fungi, protozoa

TIPE NUTRISI MIKROBA

Metoda IdentifikasiCiri morfologi:

berguna untuk identifikasi eukaryota

Pewarnaan diferensial: pewarnaan gram, acid-fast

Uji biokimia: menentukan kehadiran enzim-enzim bakteri

Identifikasi cepat dengan API 20E Bio-Mireux

Dasar identifikasi adalah reaksi enzimatis/biokimiawi

Identifikasi cepat dengan API 50-CH Bio-Mireux

Dasar identifikasi adalah reaksi enzimatis/biokimiawi

Bakteri Khusus Sejumlah bakteri memiliki sifat khusus yang sangat berbeda dari

bakteri pada umumnya. Salah satu yang penting dalam kaitannya dengan kefarmasian yaitu Actinobacteria yang dikelompokkan dalam bakteria Gram + dengan rasio G+C tinggi.

Actinomycetes merupakan kelompok utama di dalamnya, ditandai dengan pembentukan miselium (karakteristik mirip fungi) yang ditandai secara morfologi membentuk filamen dan konidiospora. Contoh genusnya: Actinomyces dan Streptomyces.

Actinomycetes memiliki nilai ekonomi, banyak spesies merupakan produsen antibiotik, contoh: Streptomyces nodosus : Amphotericin B Streptomyces venezuelae : Chloramphenicol Streptomyces aureofaciens : Chlorotetracycline dan

tetracycline. Streptomyces erythraeus : Erythromycin Strepromyces fradiae : Neomycin Streptomyces noursei : Nystatin Streptomyces griseus : Streptomycin

Klasifikasi Actinobacteria

Domain Archaea Asal ~3,5 milyar juta tahun Ciri khas

Bentuk beragam: batang, bulat, spiral, pipih dsb., tersusun tunggal atau berkelompok

Membran sel Tanpa asam lemak Mengandung gliserol

Dinding sel tanpa peptidoglikan Gram positif atau negatif Tahan berbagai antibiotik

Macam spesies: methanogens, halobacteria, thermoplasma, pereduksi sulphate, thermofilik ekstrim dan mikroorganisma S0 metabolizers

Methanogenik Menggunakan hidrogen sebagai sumber energi Mereduksi karbondioksida jadi metana

Ekstrim (spesies-spesies Archaea dapat dijumpai pada berbagai lingkungan ekstrim), tergantung spesiesnya, maka Archaea dapat dijumpai pada lingkungan: Ekstrim panas (60-80oC) (spesies-spesies termofilik ) salinitas 15-30% (spesies-spesies halofilik) Ekstrim asam ada yang hidup pada pH 0,7 dan ekstrim basa ada yang hidup

pada pH 11