reza-makalah_biokim-biofilm.docx (1)

26
7/23/2019 Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1) http://slidepdf.com/reader/full/reza-makalahbiokim-biofilmdocx-1 1/26 MAKALAH “ PROSES BIODEGRADASI  DI LINGKUNGAN PERAIRAN DENGAN MENGGUNAKAN BIOFILM  Untuk Memenuhi Tugas Ter-struktur Ujian Akhir Semester Mata Kuliah Biokimia Dengan Bimbingan Dosen Pengampu : Bpk. Andi Kurniawan Oleh : Reza Adhitama Nugraha Hasan 145080107111002 PROGRAM STUDI MANAJEMEN SUMBERDAYA PERAIRAN JURUSAN MANAJEMEN SUMBERDAYA PERAIRAN FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG 2016

Upload: rezaadhitama

Post on 17-Feb-2018

223 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

7/23/2019 Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

http://slidepdf.com/reader/full/reza-makalahbiokim-biofilmdocx-1 1/26

MAKALAH

“ PROSES BIODEGRADASI DI LINGKUNGAN PERAIRAN DENGAN

MENGGUNAKAN BIOFILM ”

Untuk Memenuhi Tugas Ter-struktur Ujian Akhir Semester Mata Kuliah Biokimia

Dengan Bimbingan Dosen Pengampu : Bpk. Andi Kurniawan

Oleh :

Reza Adhitama Nugraha Hasan 145080107111002

PROGRAM STUDI MANAJEMEN SUMBERDAYA PERAIRAN

JURUSAN MANAJEMEN SUMBERDAYA PERAIRAN

FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG

2016

Page 2: Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

7/23/2019 Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

http://slidepdf.com/reader/full/reza-makalahbiokim-biofilmdocx-1 2/26

1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Berbicara mengenai biofilm seharusnya tidak asing lagi bagi kita semua. Biofilm

terdapat di sekitar kita, baik dalam tubuh kita maupun di lingkungan sekitar kita. Biofilm

merupakan kumpulan mikro organisme yang terus tumbuh di sebuah permukaan. Contoh

sederhana adalah karang yang tumbuh pada gigi kita merupakan salah satu bentuk

biofilm. Biofilm adalah suatu istilah yang digunakan untuk menggambar kan suatu

lingkungan kehidupan yang khusus dari sekelompok mikro organisme, yang melekat ke

suatu permukaan padat dalam lingkungan perairan. Hal ini membentuk mikro lingkungan

di mana mikro organisme dalam biofilm berbeda secara struktural maupun fungsional

dengan yang hidup bebas (planktonik).

Biofilm memberi dampak kepada berbagai kehidupan sehari-hari, oleh sebab itu

penelitian mengenai biofilm menjadi penting. Biofilm dapat tumbuh di berbagai

permukaan, termasuk batu dan air, gigi, makanan, pipa, alat-alat medis dan jaringan

implant. Walaupun biofilm biasanya mengakibatkan kerugian seperti infeksi, adakalanya

biofilm juga menguntungkan. Contohnya, biofilm dapat untuk memurnikan air dengan

cara menguraikan senyawa-senyawa berbahaya dalam perairan. Sedangkan efek negatif

biofilm diantaranya adalah kontaminasi air, makanan, gangguan terhadap alat

pendistribusian panas, dan kontaminasi peralatan medis serta jaringan implant seperti

infeksi jantung buatan. Dampak ini sudah menjadi perhatian banyak peneliti dari

negara-negara maju seperti Amerika, Australia, Inggris terutama bidang-bidang terkait

dengan mikro biologi untuk menggali proses terjadinya biofilm, keanekaragaman spesies,

faktor-faktor pemacu, akibat dan pengendalian biofilm.

Masalahnya sekarang seberapa jauh para peneliti menyadari fakta tentang biofilm

sehingga akan dapat memfokuskan penelitian-penelitian terutama mikro biologi dengan

merujuk kepada fakta yang sudah ada tentang biofilm. Karena akan dapat dikacaukan

oleh banyak penelitian selama ini yang berdasarkan kepada sel mikro organisme yang

planktonik terutama yang bertujuan untuk pengendalian serta pemanfaatan. Sedangkan

bentuk kehidupan yang dominan dari mikroba di alam adalah dalam bentuk biofilm

(lebih dari 90%). Selain itu biofilm mempunyai keunggulan di bandingkan sel

Page 3: Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

7/23/2019 Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

http://slidepdf.com/reader/full/reza-makalahbiokim-biofilmdocx-1 3/26

planktonik di mana dia lebih tahan terhadap bahan antimikroba, temperatur, pH dan

lainnya sampai beberapa ribu kali. Maka akan sangat efektif bila pengendalian dan

pemanfaatan mikroba dilakukan terhadap mikro lingkungan biofilm ini. Dewasa ini,

dalam pemanfaatan nya untuk lingkungan biofilm ternyata secara alamiah telah mendukung terjadinya proses perombakan molekul (degradasi) di suatu lingkungan

perairan.

Berdasarkan latar belakang di atas, dalam makalah untuk memenuhi tugas ter

struktur Biokimia ini akan dibahas lebih jauh manfaat biofilm khususnya bagaimana

proses biodegredasi di alam yang terjadi dengan bantuan biofilm ini. Selain itu, pada

makalah ini juga akan dibahas proses pembentukan, peranan dan dampak adanya biofilm

dalam kehidupan manusia dan lingkungan.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah di atas, maka dapat dikemukakan beberapa

masalah yang akan dikaji dalam tulisan ini, yaitu sebagai berikut.

1. Bagaimana proses biodegradasi dengan menggunakan biofilm?

2.

Bagaimanakah proses terbentuknya biofilm?

3.

Apakah penyusun dari biofilm?

4.

Apakah manfaat dan pengaplikasian biofilm bagi lingkungan perairan?

5. Apakah dampak yang ditimbulkan dari biofilm?

1.3 Tujuan

Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam pembuatan tulisan ini adalah sebagai

berikut.

1. Untuk mengetahui proses biodegradasi dengan menggunakan biofilm.

2. Untuk mengetahui proses terbentuknya biofilm.

3. Untuk mengetahui penyusun dari biofilm.

4. Untuk mengetahui manfaat dari pengaplikasian biofilm di lingkungan perairan.

5. Untuk mengetahui dampak-dampak yang di timbulkan dari biofilm.

Page 4: Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

7/23/2019 Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

http://slidepdf.com/reader/full/reza-makalahbiokim-biofilmdocx-1 4/26

2. PEMBAHASAN

2.1 Konsep Dasar Biofilm

Bakteri yang hidup bebas (planktonik) dalam perairan di alam akan cenderung

untuk melekat ( sesil ) ke berbagai macam permukaan baik abiotik maupun biotik.

Pelekatan ini didukung berbagai faktor

diantaranya oleh matrik ekstra selular. Di alam,

bakteri yang melekat ini jumlahnya jauh lebih

besar dari yang hidup bebas (Costerton, 1995).

Walaupun banyak bakteri dapat hidup dengan

bebas di alam, yang sering disebut dengan istilah

planktonik, tetapi terdapat pula bakteri melekat

pada suatu permukaan dengan memproduksi

substansi ekstraseluler polisakarida (Dearcon, 1997). Bakteri yang melekat ini akan

membentuk mikro koloni, yang akan mengatur perkembangan membentuk biofilm. Pada

awalnya mungkin hanya tersusun satu tipe bakteri saja, tetapi seiring perkembangannya akan tersusun beberapa tipe bakteri yang hidup dalam komunitas yang kompleks.

Faktanya hampir pada setiap permukaan yang terpapar cairan dan nutrien akan

ditumbuhi mikroorganisme. Contoh umum dari biofilm adalah pada gigi kita. yang

mengatur perkembangan lubang gigi (dental caries) ketika bakteri seperti Streptococcus

mutans

menguraikan senyawa gula menjadi asam-asam organik. Biofilm juga ditemukan

pada zat padat. Biofilm ditemukan pada permukaan tangki air, pipa, alat pembedahan,

dimana bakteri melekat kuat. Disinfektan tidak mampu dengan mudah menembus

matriks polisakarida (Dearcon, 1997).

Biofilm adalah lapisan yang merupakan koloni dari konsorsium mikroba yang

menempel dan menutupi suatu permukaan benda padat di lingkungan berair. Para ahli

mikrobiologi memperkirakan bahwa biofilm adalah cara hidup mikroorganisme yang

dominan dibandingkan dengan cara hidup melayang-layang di dalam cairan atau

planktonis (Helianti, 2007). Turner (2006) menjelaskan bahwa biofilm merupakan

sebuah struktur komunitas dari bakteri, algae atau jenis sel lainnya yang menghasilkan

Page 5: Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

7/23/2019 Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

http://slidepdf.com/reader/full/reza-makalahbiokim-biofilmdocx-1 5/26

matriks polimerik dan melekat pada permukaan. Bakteri kebanyakan hidup sesil (pada

suatu permukaan), membentuk komunitas kehidupan jika memungkinkan, yang dapat

memberikan keuntungan lebih dibanding hidup secara planktonik. Secara fisik,

keberadaan biofilm dapat dicirikan sebagai berikut (Bukhari, 2006)a) Jarak ketebalan dari beberapa mikron sampai lebih dari 1000 mikron.

b) Permukaan tidak rata (kasar)

c) Spesies heterogen

d) Tersusun dari dua bagian, yaitu dasar biofilm dan permukaan biofilm.

Jamilah (2003) menjelaskan bahwa biofilm merupakan sebuah kumpulan yang

kompleks dari mikroorganisme (bakteri) yang melekat pada substrat padat. Biofilm

biasanya ditandai dengan struktur yang beranekaragam, keberagaman genetik, interaksi

komunitas yang kompleks, dan matriks ektraselulernya berupa substansi polimerik.

Biofilm terdiri dari sel-sel mikroorganisme yang melekat erat ke suatu permukaan

sehingga berada dalam keadaan diam (sesil), tidah mudah lepas atau berpindah tempat

(irreversible

). Pelekatan ini seperti pada bakteri disertai oleh penumpukan bahan-bahan

organik yang diselubungi oleh matrik polimer ekstraseluller yang dihasilkan oleh bakteri

tersebut. Matrik ini berupa struktur benang-benang bersilang satu sama lain yang dapat

berupa perekat bagi biofilm.

Biofilm terbentuk khususnya secara cepat dalam sistem yang mengalir dimana

suplai nutrisi tersedia secara teratur bagi bakteri. Pertumbuhan bakteri secara ekstensif

disertai oleh sejumlah besar polimer ekstraseluller, menyebabkan pembentukan lapisan

berlendir (biofilm) yang dapat dilihat dengan kasat mata pada permukaan baik biotik

seperti daun dan batang tumbuhan air, kulit hewan-hewan air maupun abiotik seperti

batu-batuan, bagian bawah galangan kapal serta pada tempat lainnya.

Walaupun banyak bakteri dapat tumbuh pada keadaan bebas (

free

-living

) atau

planktonik, secara umum bakteri melekat ke suatu permukaan dengan menghasilkan

polisakarida ekstra seluller (EPS) atau pada beberapa kasus dengan menggunakan

holdfast . Pelekatan ini menghasilkan mikro koloni, sebagai awal perkembangan biofilm

yang dimulai dari satu sel tapi sering berkembang menjadi beberapa bakteri membentuk

multilayers dengan matrik yang hidup pada komunitas komplek. Dalam kenyataannya,

hampir semua permukaan berhubungan dengan cairan dan nutrisi akan dikoloni oleh

mikroorganisme.

Page 6: Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

7/23/2019 Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

http://slidepdf.com/reader/full/reza-makalahbiokim-biofilmdocx-1 6/26

Contoh klasik dari biofilm adalah yang terdapat pada gigi, mengawali

pembentukan gigi berlubang (dental caries ) bilamana bakteri seperti Streptococcus

mutan memecah gula menjadi asam-asam organik. Untuk dapat melihat biofilm lebih

dekat dapat dilakukan dengan cara tidak membersihkan pipa kamar mandi seminggu atau pada bebatuan pada aliran sungai di pegunungan. Biofilm juga biasa ditemukan pada

badan kapal, peralatan medis, kontak lensa (contact lenses), pipa pada industri minyak,

serta saluran-saluran yang tersumbat. Selain itu, biofilm juga ditemukan di tempat-tempat

(lingkungan) yang ekstrim, seperti di daerah kutub, lingkungan dengan kadar garam yang

sangat tinggi, daerah beracun atau kotor, sumber air panas serta di daerah dengan kadar

asam yang tinggi.

2.2 Proses Terbentuknya Biofilm

Bakteri di habitat alamiah umumnya dapat hidup dalam dua lingkungan fisik yang

berbeda:

1. Keadaan planktonik, berfungsi secara individu dan

2. Keadaan diam (sesil) dimana dia melekat ke suatu permukaan membentuk

biofilm dan berfungsi sebagai komunitas yang bekerjasama dengan erat.Kepadatan populasi yang rendah adalah karakteristik umum dari komunitas

planktonik pada ekosistem mikroba di alam. Keadaan oligotropik dari ekosistem ini

mendapatkan ketidakcukupan masukan nutrisi untuk mendukung aktivitas mikroba. Jika

kepadatan populasi rendah, kompetisi antara bakteri secara individu untuk tempat,

oksigen, serta faktor-faktor pembatas lainnya hanya sedikit. Pada keadaan planktonik,

kesempatan bagi induvidu untuk terpisah dari komunitas, khususnya oleh arus dalam

medium berair, relatif lebih besar. Hal ini juga dialami oleh bakteri yang motil,

termasuk respon kemotatis yang sesuai dengan gradien nutrisi.

Pada medium air, bakteri oligotropik tumbuh secara aktif walaupun lambat,

diantaranya tidak dapat mengambil makanan yang cukup untuk mendukung

pertumbuhan lalu hanya bertahan pada keadaan kekurangan nutrisi. Keadaan ini

memberikan beberapa kesimpulan adanya kemampuan bakteri untuk bertahan (revert )

dalam keadaan diam ( sesil ). Seringkali kekurangan nutrisi disertai oleh mengecilnya

ukuran dan respirasi

endogenous

, peningkatan

hidrofobisitas permukaan sel dan

Page 7: Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

7/23/2019 Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

http://slidepdf.com/reader/full/reza-makalahbiokim-biofilmdocx-1 7/26

meningkatkan pelekatan. Faktor ini membuat bakteri cenderung melekat ke permukaan

padat, dimana kesempatan untuk mendapatkan nutrisi lebih tinggi.

Secara sederhana, siklus hidup bakteri biofilm dapat dijelaskan sebagai berikut.

Pertama-tama terjadi penyisipan dari bakteri plaktonik pada suatu permukaan atau dari perpindahan atau pembelahan sel untuk menutupi suatu permukaan yang kosong.

Selanjutnya bakteri ini akan memproduksi kelompok senyawa polisakarida yaitu

substansi polimerik ekstraseluler (EPS) untuk perlekatan sel pada permukaan. Tahap

selanjutnya adalah terjadi penambahan secara terus produksi substansi polimertik

estraseluler (EPS). Selanjutnya sel bakteri akan melakukan pembelahan (reproduksi)

guna memperbanyak jumlah dan mempertebal komposisi biofilm. Tahap terakhir adalah

beberapa bakteri akan melakukan perpindahan untuk membentuk biofilm yang baru,

sehingga lama-kelamaan jumlah biofilm akan semakan banyak dan membesar.

Proses terbentuknya biofilm dibagi menjadi 5 tahap (Maier,2009) :

1. Tahap pelekatan awal : pada tahap ini mikroba meleket pada permukaan benda

padat dengan perantara fili (rambut halus). Contoh bakteri yang dapat melekat dan

membentuk koloni adalah Pseudomonas aeruginosa,

bakteri gram negatif dengan

molekul sinyal utama homoserin lakton. Pelekatan awal ini disebabkan oleh

hydrophobik (tidak larut air,larut diminyak) dan elektrostatik(medan listrik statik).

2. Tahap pelekatan permanen : mikroba semakin menempel dengan diprakarsai oleh

matriks polimer ekstraseluler

dengan bantuan eksopolisakarida

(EPS). Contoh : pada tahap 2

P.aeruginosa

akan berubah

menjadi fase flagella.

3. Maturasi I : Terjadi penarikan

pada bakteri lain membentuk

polisakarida ekstraseluler dan sel bakteri terus tumbuh dan berkembang. Pada tahap

ini ketebalan biofilm lebih dari 10 µm. Contoh : pada bakteri P.aeruginosa

akan

berubah menjadi Type IV pili flagella.

4. Maturasi II : Pada tahap ini ketebalan biofilm mencapai 100 mm. Bakteri yang

terakumulasi membentuk beberapa lapisan. Bakteri yang ada dilapisan dalam akan

lebih terlebih terlindungi dari pada bakteri yang berada pada lapisan luar. Koloni ini

Page 8: Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

7/23/2019 Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

http://slidepdf.com/reader/full/reza-makalahbiokim-biofilmdocx-1 8/26

akan membentuk nutriennya sendiri, karena bakteri yang mati dapat menjadi nutrien

bagi yang hidup.

5. Dispersi : Pada tahap ini biofilm yang sudah terbentuk dapat mengalami pelepasan

sel secara erosi atau sloghing. Erosi terjadi secara berkala karena geseran dari cairan yang mengalir. Sloughing adalah pelepasan banyak sel yang terjadi secara acak

karena adanya perubahan dalam medium pertumbuhan.

Beberapa sel pada populasi yang berbeda dari bakteri planktonik menempel ke

berbagai macam permukaan. Pada medium cair yang mengalir, bakteri yang melekat

memperoleh akses ke sumber nutrien yang berkelanjutan yang dibawa oleh aliran

medium. Di laboratorium ditemukan bakteri yang kekurangan nutrien, setelah melekat ke

permukaan, tumbuh menjadi ukuran yang normal kemudian memulai reproduksi sel.

Pelekatan kontinyu dan pertumbuhan mendukung pembentukan biofilm.

Biofilm terbentuk ketika mikroba perintis mulai menempel pada suatu permukaan

benda padat (plastik, bebatuan dan lain-lain) di lingkungan berair. Mikroba ini dapat

berupa spesies tunggal atau bermacam spesies yang kemudian menghasilkan zat polimer

yang kental dan lengket-seperti lem- ke luar sel. Inilah yang membuat mereka dapat

menempel kuat pada permukaan benda padat dan saling merekatkan diri satu sama lain.

Polimer yang lengket ini biasanya terdiri dari kelompok senyawa polisakarida.

Polisakarida ini tidak hanya berguna untuk menempel pada suatu permukaan, tetapi juga

dapat menjerat sekaligus mengkonsentrasikan zat makanan yang terkandung dalam air

yang mengelilingi permukaan biofilm. Polisakarida ini juga melindungi sel mikroba dari

toksik yang dapat membunuh mikroba biofilm. Karena itu dengan membuat biofilm,

mikroba menjadi lebih bisa bertahan terhadap lingkungan yang tidak menguntungkan

dari pada hidup secara planktonis. Kumpulan bakteri ini ibarat membangun masyarakat

sebuah kota yang tangguh dimana kebutuhan hidup mikroba tersebut seperti energi, zat

gizi, dan pertahanan tercukupi dengan saling tergantung satu sama lain. Mereka hidup

saling menempel dengan tingkat kepadatan yang tinggi dan mobilitas individu yang

hampir tidak ada.

Pertumbuhan biofilm ini bergantung pada substansi matriks bahan yang

digunakan. Matriks bahan yang digunakan ini akan menyediakan aseptor elektron bagi

mikroba untuk proses oksidasi dalam upaya menghasilkan energi. Selain itu,

Page 9: Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

7/23/2019 Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

http://slidepdf.com/reader/full/reza-makalahbiokim-biofilmdocx-1 9/26

pembentukan biofilm ini bergantung pada keragaman/variasi jenis mikroba yang tumbuh.

Biofilm dapat dibentuk dari satu jenis mikroba saja, namun secara alami hampir semua

jenis biofilm terdiri dari campuran berbagai jenis mikroba. Sebagai contoh fungi, algae,

yeast (ragi), amoeba, bakteri dan jenis mikroba lainnya. Semakin beragam mikroba yang tumbuh, maka biofilm yang terbentuk akan semakin cepat dan kompetitif. Bagi bakteri

yang bersifat aerob akan tumbuh di bagian luar, sedangkan bakteri yang bisa tumbuh

secara anaerob akan berada di lapisan bagian dalam. Semakin beragam bakteri, maka

interaksi antara bakteri semakin kompleks. Demikian halnya jenis mikroba yang lain.

Biofilm akan terbentuk pada permukaan yang lembab, hal ini disebabkan mikroba

dapat bertahan hidup jika mikroba tersebut mendapatkan kelembaban yang cukup. Pada

prosesnya biofilm mengekskresikan suatu bahan yang licin (berlendir) pada sebuah

permukaan, kemudian akan menempel dengan baik di permukaan tersebut jika keadaan

minimum bakteri tersebut terpenuhi. Beberapa lokasi yang dapat dijadikan tempat hidup

biofilm meliputi material alami di atas dan di bawah tanah, besi, plastik dan jaringan sel.

Selama kita dapat menemukan kombinasi nutrien, air dan sebuah permukaan yang tidak

mengandung senyawa beracun, disana sangat mungkin bisa temukan biofilm.

Biofilm menjaga kesatuan bentuknya dengan saling berikatan satu sama lain pada

rantai molekul gula yang disebut sebagai EPS atau

extracellular polymeri substance

,

yaitu terbentuknya polimer antar biofilm, sehingga kemungkinan untuk terlepas menjadi

sulit. Karena dengan mengekskresikan EPS ini, masing-masing biofilm sangat mungkin

saling mendukung untuk berkembang dalam dimensi yang kompleks dan sangat erat

(utuh). Matriks yang terbentuk dengan EPS ini akan melindungi sel dan memudahkan

komunikasi antar sel melalui pertukaran senyawa biokimia. Beberapa biofilm berada

dalam fase cair, dimana keadaan tersebut membantu sel dalam mendistribusikan zat yang

dibutuhkan dan memberi sinyal molekul pada sel. Matriks ini cukup kuat, oleh sebab itu

pada kondisi-kondisi tertentu, biofilm dapat berwujud padat. Masing-masing lapisan

dalam biofilm akan mempunyai ketebalan yang berbeda, hal ini sangat dipengaruhi oleh

keadaan lingkungan tumbuhnya.

Adapun faktor-faktor yang dapat mempengaruhi terbentuknya dan perkembangan

biofilm adalah terdapat empat faktor penting, yaitu:

Page 10: Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

7/23/2019 Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

http://slidepdf.com/reader/full/reza-makalahbiokim-biofilmdocx-1 10/26

a. Material pada permukaan

Material pada permukaan memiliki efek yang sedikit atau bahkan tidak ada

terhadap perkembangan biofilm. Mikroba akan dapat menempel pada suatu

permukaan yang mengandung nutrient. Mikroba dapat menempel pada

staenless steel atau pada permukaan plastik dengan daya yang hampir sama.

b. Areal Permukaan

Areal permukaan merupakan satu faktor utama yang mempengaruhi

perkembangan biofilm.

c. Permukaan yang licin

Walaupun permukaan yang licin dapat menghambat pertumbuhan awal dari

penyisipan bakteri, kelicinan tidak mempunyai efek yang sangat signifikan

terhadap jumlah total biofilm pada suatu permukaan setelah beberapa hari.

d. Kecepatan aliran

Aliran yang tinggi tidak akan dapat mencegah penyisipan bakteri, tidak akan

mampu menghilangkan biofilm secara keseluruhan, tetapi ketebalan biofilm akan

mengalami keterbatasan.

e. Ketersediaan nutrisi

Sama halnya dengan makhluk hidup yang lainnya, bakteri juga memerlukan

nutrisi untuk pertumbuhan dan reproduksi. Ketersediaan nutrisi merupakan faktor

pembatas dari pertumbuhan bakteri. Biofilm yang terdapat pada daerah yang

memiliki aliran (misalnya sungai atau sistem pipa), nutrisi akan diperoleh dari

aliran tersebut.

2.3 Penyusun Biofilm

Secara kimia, biofilm tersusun atas polimerik ekstra seluler (EPS). EPS ini terdiri

dari sebagian besar hidroksil dan kelompok karboksilat (OH

-, COO

-). EPS sangat penting

bagi kehidupan biofilm. EPS dapat menyediakan makanan bagi biofilm, terlibat dalam

mekanisme pertahanan inang, dan membantu dalam agregasi dan pelekatan permukaan.

Perlindungan EPS menyebabkan biofilm untuk bertahan pada kondisi dimana sel

planktonik sudah tidak mampu bertahan hidup.

Biofilm tersusun atas mikroba dan EPS (extracellular polymer substance

) yang

terdiri atas 50 – 90% dari total karbon organik dari biofilm itu sendiri dan dapat

Page 11: Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

7/23/2019 Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

http://slidepdf.com/reader/full/reza-makalahbiokim-biofilmdocx-1 11/26

dinyatakan sebagai materi utama dari biofilm. EPS dapat berupa senyawa kimia

utamanya polisakarida. Polisakarida yang ada bersifat netral atau disebut polyanionik

khususnya EPS pada bakteri gram negatif. Kehadiran asam uronat (seperti D-Glukoronat,

D-Galaktonat, Asam Manuronat) atau keton yang terikat pada piruvat, membentuk bagian anionik. Bagian ini merupakan bagian yang penting karena merupakan jalur

asosiasi dari ion-ion seperti kalsium, magnesium, yang terlihat melintas berikatan dengan

polimer dan menyediakan ikatan yang kuat yang terbentuk pada biofilm. Pada bakteri

gram positif, seperti staphylococcus

, komposisi kimia dari EPS terlihat cukup berbeda

utamanya pada ion kation. Hal ini dilihat dari kondisi endapan koagulasi bakteri terdiri

dari asam teichioc yang tercampur pada protein dalam kadar yang rendah.

EPS memiliki daya hidrasi yang tinggi karena dapat mengabsorbsi air dalam

jumlah yang besar kedalam struktur ikatan hidrogen. EPS sebagian besar hidropobik,

meskipun banyak tipe EPS dapat berupa hidropobik dan hidrofilik. EPS juga tergantung

pada kondisi kelarutannya. Ada dua bagian penting dari EPS sebagai efek penanda pada

biofilm. Pertama, komposisi dan struktur dari polisakarida mengindikasikan konformasi

utama mereka. Sebagai contoh, beberapa bakteri EPS memiliki ikatan 1,3-β-heksosa atau

1,4-β-heksosa residu dan cenderung untuk lebih kaku, lebih sedikit deformabel, dan pada

kasus-kasus tertentu sulit terlarut atau tidak dapat larut. Molekul EPS lain mungkin lebih

mudah terlarut dalam air. Kedua, EPS dari biofilm secara umum tidak sama tergantung

kondisi dari bakteri itu sendiri. Ikatan khusus dari lektin pada gula sederhana digunakan

untuk menguji perkembangan bakteri biofilm pada organisme berbeda. Penelitian

menunjukan bahwa organisme berbeda menunjukan produksi EPS yang berbeda pula

serta jumlah EPS dapat meningkatkan umur biofilm itu sendiri. EPS dapat berasosiasi

dengan ion metal, kation divalent dan makro melekul yang lain (seperti protein, DNA,

dan lemak). Produksi EPS diketahui berasal dari kondisi nutrient pada medium

pertumbuhan; ditemukannya karbon, nitrogen, potasium atau pospat dapat menghambat

sintesis EPS. Perlambatan pertumbuhan bakteri juga mengubah produksi EPS. Karena

EPS sifatnya yang sangat hidraktif, maka kondisi kekeringan dapat dicegah pada biofilm

alami. EPS juga berkontribusi pada bagian resistensi antimikroba biofilm yang

merintangi tranportasi utama dari antibiotik pada biofilm, biasanya dengan ikatan

langsung pada agen pembawa.

Page 12: Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

7/23/2019 Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

http://slidepdf.com/reader/full/reza-makalahbiokim-biofilmdocx-1 12/26

Gambar Matriks yang terbentuk dari bakteri dan Struktur Kimia EPS

Biofilm terbentuk karena adanya interaksi antara bakteri dan permukaan yang

ditempeli. Interaksi ini terjadi dengan adanya faktor-faktor yang meliputi kelembaban

permukaan, makanan yang tersedia, pembentukan matrik ekstraseluller (exopolimer

)

yang terdiri dari polisakarida, faktor-faktor fisikokimia seperti interaksi muatan

permukaan dan bakteri, ikatan ion, ikatan Van Der Waals, pH dan tegangan permukaan

serta pengkondisian permukaan. Artinya terbentuknya biofilm adalah karena adanya daya

tarik antara kedua permukaan (psikokimia) dan adanya alat yang menjembatani pelekatan

(matriks eksopolisakarida).

Biofilm adalah suatu bentuk mekanisme pertahanan sel. Berdasarkan studi

invitro, biofilm dapat menghindari serangan pertahanan inang. Sebagai contoh adalah sel

fagosit sulit untuk menelan bakteri dalam bentuk biofilm. Biofilm juga lebih resisten

dibandingkan dengan sel planktonik terhadap agen antibakteri. Contohnya khlorinasi

biofilm sering tidak berhasil sebab biosidal hanya membunuh bakteri pada lapisan luar

biofilm, sedangkan bakteri bagian dalam tetap hidup dan biofilm dapat berkembang.

Page 13: Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

7/23/2019 Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

http://slidepdf.com/reader/full/reza-makalahbiokim-biofilmdocx-1 13/26

Penggunaan ulang agen antibakteri diantara biofilm meningkatkan resistensinya terhadap

biosida.

Sel bakteri pada permukaan biofilm berbeda dari sel dengan matrik biofilm. Sifat

sel yang terselubung dalam matrik dapat berubah sejalan dengan perubahan ketebalannya. Sel permukaan cenderung untuk sel permulaan biofilm muda yang aktif

secara metabolisme. Sel permukaan membelah dan meningkatkan ketebalan biofilm.

Oksigen yang tersedia bagi sel dalam matrik lebih sedikit oleh sebab itu mereka lebih

kecil dan tumbuh dengan lambat. Bakteri akan menjadi sedikit dorman, dan menjadi aktif

bila lapisan luarnya dibunuh.

Infeksi mikroba dapat terbentuk pada biomaterial yang secara total berada dalam

tubuh manusia atau sebagian terbuka ke luar. Spesies

E.coli, Staphylococci dan

Pseudomonas diantaranya adalah penginvansi yang umum. Banyak bagian

gastrointestinal (rongga pencernaan) manusia dan hewan dikoloni oleh kelompok

spesifik bakteri (mikrobiota normal) memberi kesempatan terhadap biofilm alami yang

memberikan sejumlah proteksi terhadap spesies patogenik. Penggunaan alat-alat prostetik

dengan memasukkan ke tubuh manusia sering menyebabkan pembentukan biofilm pada

permukaan alat-alat tersebut oleh Stahylococcus epidermidis , Stahylococci koagulase

negatif yang lain dan bakteri Gram negatif penghuni normal kulit ini memiliki derajat

pelekatan yang tinggi ke alat prostetik. Bakteri dalam biofilm terlindung dari antibiotik

yang memacu biofilm secara kontinyu menyebarkan sumber infeksi ke bagian lain tubuh

dengan terjadinya pelepasan (detachment ) sel.

Setelah biomaterial dicangkok, baik jaringan sel atau mikroorganisme akan

mengkoloninya. Jika sel jaringan mengkoloni pertama kali cangkokan kemungkinan

besar akan berhasil. Jika bakteri mengkoloni pertama kali, banyak mikroorganisme dapat

melekat ke permukaan cangkokan. Bakteri ini dapat mengkoloni dan memulai

pembentukan biofilm. Karena resisten terhadap agen antibakteri, biofilm sering tidak

dapat ditanggalkan dari peralatan medis, dengan demikian dibutuhkan operasi tambahan.

Komponen biomedis yang rentan terhadap kolonisasi biofilm termasuk jantung buatan,

pengganti sendi, kontak lensa, katup jantung, cangkokan gigi, intravascular catheter

.

Dengan kemajuan teknologi modern banyak manusia menjadi inang bagi biomaterial,

dan menjadi beresiko terhadap infeksi biofilm.

Page 14: Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

7/23/2019 Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

http://slidepdf.com/reader/full/reza-makalahbiokim-biofilmdocx-1 14/26

2.4 Manfaat Biofilm dalam Lingkungan Perairan

Biofilm ternyata juga bisa memberi keuntungan bagi manusia dan dapat

dimanfaatkan sebagai solusi alternatif untuk stabilisasi bangunan yang berdiri di atas

tekstur tanah yang rentan terhadap bencana gempa bumi. Penelitian ini dilakukan oleh para peneliti dari Lafayette College, Amerika Serikat. Biofilm yang diaplikasikan ini

adalah koloni dari bakteri Flavobacterium johnsoniae yang secara alami terdapat di

tanah. Bakteri ini dipilih karena bersifat non-patogenik, terdapat secara alami pada aliran

(pembuangan) air tanah, tidak perlu zat nutrien tinggi, bahkan dapat menguraikan

molekul makro yang banyak terdapat dalam limbah seperti kitin, dan membentuk

biofilm. Penggunaan bakteri ini diharapkan dapat secara alami membentuk polimer

biofilm pada lapisan tanah yang rentan terhadap gempa tempat bangunan berdiri lewat

aliran air tanah.

Selain itu, manfaat dari biofilm juga dapat diaplikasikan dalam dunia industri,

seperti:

a. Biodegradasi

Biodegradasi merupakan pengembangan dari bidang bioteknologi lingkungan

dengan memanfaatkan proses biologi dalam mengendalikan pencemaran dengan cara

menghancurkan molekul-molekul pencemar di alam. Biodegradasi bukanlah konsep

baru dalam mikrobiologi terapan, karena mikroba telah banyak digunakan

selama bertahun-tahun dalam mengurangi senyawa organik dan bahan beracun baik

yang berasal dari limbah rumah tangga maupun dari industri.

Selama beberapa dekade terakhir, perhatian luas telah dibayarkan pada

pengelolaan pencemaran lingkungan disebabkan oleh polutan berbahaya seperti

logam berat dan berbagai senyawa xenobiotik. Biofilm terstruktur komunitas mikroba

di mana sel-sel mikroba ireversibel menempel pada permukaan atau antarmuka dan

menjadi tertanam dalam matriks polimer ekstraseluler zat yang diproduksi oleh

sel-sel ini.

Biofilm telah ditemukan untuk menjadi cocok untuk degradasi polutan karena

biomassa mikroba yang tinggi dan memiliki kemampuan untuk melumpuhkan

polutan. Penelitian biofilm dalam lingkungan alam tanah, pasir, sedimen dan vegetasi

lahan basah telah mengungkapkan potensi biofilm memiliki kemampuan untuk

Page 15: Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

7/23/2019 Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

http://slidepdf.com/reader/full/reza-makalahbiokim-biofilmdocx-1 15/26

mengobati air limbah bantalan beberapa polutan. Sistem biofilm sangat cocok untuk

pengobatan senyawa bandel karena biomassa mikroba yang tinggi dan kemampuan

untuk melumpuhkan senyawa polutan.

Lingkungan darat dan perairan yang terkontaminasi dengan berbagai jenis polutan . Di antaranya , Jumlah hidrokarbon minyak bumi ( TPHs ) , hidrokarbon

aromatik polisiklik ( PAH ) dan pestisida dari antropogenik sumber menimbulkan

risiko bagi kesehatan manusia. Ada contoh sukses dari penggunaan positif biofilm

yang disebut biofilm menguntungkan yang menawarkan sel anggota mereka beberapa

manfaat , di antaranya perlindungan lingkungan dari efek berbahaya dari polutan

beracun berdiri pertama. Reaktor biofilm berbasis umumnya digunakan untuk

pengobatan volume besar air limbah industri dan kota .

Bakteri seperti, Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter calcoaceticus,

Arthrobacter sp.,Streptomyces viridans, dan lain-lain menghasilkan senyawa

biosurfaktan / bioemulsi yangdapat menyerap berbagai jenis logam berat seperti Cd,

Cr, Pb, Cu dan Zn dari tanah yang terkontaminasi. Berbagai jenis Baccillus yang

membentuk biofilm pada permukaan perairan dapatmenyerap Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, dan

Zn dari dalam air. Mikroba yang membentuk film dalam ekosistem perairan juga

memiliki peranan yang penting dalam bioremediasi logam seperti Saccharomyces

cerevisiae dan Candida sp dapat mengakumulasi Pb dari dalam perairan, Citrobacter

san Rhizopus arrhizus memiliki memampuan menyerap uranium (Roane, et all.

1998).

Selain itu, biosorpsi kromium heksavalen menggunakan biofilm E. Coli

didukung pada pasir karbon aktif juga dapat menghilangkan ion Cr lingkungan

berair. Ilmuwan telah mengembangkan strain hasil rekayasa genetika, yaitu

Escherichia coli yang bermanfaat untuk pembersihan merkuri dan logam berat

lainnya. Beberapa bakteri hasil rekayasa genetika dapat mengabsorbsi merkuri secara

langsung, sementara yang mengikat merkuri dari suplai air dapat tumbuh pada

biofilm. Biofilm harus diganti secara periodik untuk menghilangkan bakteri yang

mengandung merkuri. Hal yang sama terjadi pada sel tunggal alga yang diubah secara

genetik yang mengandung gen metallothioniein dan bakteri yang disebut

Cyanobakteri, yang telah menunjukkan kemampuan untuk mengabsorbsi cadmium,

Page 16: Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

7/23/2019 Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

http://slidepdf.com/reader/full/reza-makalahbiokim-biofilmdocx-1 16/26

yaitu logam berat lain yang bersifat toksik yang dapat menyebabkan masalah

kesehatan yang serius pada manusia.

b

. Biofiltrasi

Biofiltrasi adalah sebuah cara pemurnian limbah dengan bantuan bahan

pengendali biologis yang sangat efektif dan tidak membahayakan perairan maupun

mencemari perairan. Teknik biofiltrasi merupakan salah satu alternatif yang tepat

untuk dikembangkan dalam upaya penyisihan polutan. Teknik ini memanfaatkan

kemampuan aktifitas mikroba dalam mendegradasi/ mengeliminasi senyawa polutan.

Pengembangan teknik biofiltrasi, memerlukan jenis media serta mikroba yang handal

sehingga pemilihan biofilm tepat untuk digunakan dalam proses biofiltrasi.

Contohnya: proses biofilter untuk menghilangkan senyawa amonia dengan

menggunakan biofilm sebagai media penyangga.

Secara sederhana proses tersebut dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Sumber : Said, 2006

Lapisan terluar dari media penyangga adalah lapisan tipis zona aerobik.

Senyawa amonia dioksidasi dan diubah ke dalam bentuk nitrit. Sebagian dari

senyawa nitrit yang ada diubah menjadi gas dinitrogen dioksida (N2O). Proses

tersebut disebut nitrifikasi. Semakin lama lapisan biofilm yang tumbuh dalam media

penyangga semakin tebal sehingga oksigen tidak dapat masuk sehingga terbentuk

Page 17: Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

7/23/2019 Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

http://slidepdf.com/reader/full/reza-makalahbiokim-biofilmdocx-1 17/26

zona anaerobik. Pada zona anaerobik senyawa nitrat yang diubah menjadi nitrit

kemudian dilepaskan menjadi gas Nitrogen (N2).

c. Bioreaktor

Bioreaktor atau dikenal juga dengan nama fermentor adalah sebuah peralatan

atau

sistem yang mampu menyediakan sebuah

lingkungan biologis yang dapat

menunjang terjadinya reaksi biokimia dari bahan mentah menjadi bahan yang

dikehendaki. Reaksi biokimia yang terjadi di dalam bioreaktor melibatkan

mikroorganisme atau komponen biokimia aktif ( enzim) yang berasal dari

mikro organisme tertentu, baik secara aerobik maupun anaerobik . Dengan kata lain,

sebuah bioreaktor adalah tempat berlangsungnya proses

kimia yang melibatkan

mikroorganisme atau enzim yang dihasilkan oleh suatu mikroorganisme.

Gambar Bioreaktor untuk skala lab (kiri) dan skala industri (tengah) dan Bagian

Bioreaktor (kanan)

Sumber :

Komponen utama bioreaktor terdiri atas

tangki

,

sparger ,

impeller ,

saringan halus

atau

baffle dan

sensor untuk mengontrol parameter. Tangki berfungsi untuk menampung

campuran substrat, sel mikroorganisme, serta produk. Volume tanki skala laboratorium

berkisar antara 1 – 30 L, sedangkan untuk skala industri dapat mencapai lebih dari 1 000

L. Sparger terletak di bagian bawah bioreaktor dan berperan untuk memompa udara , dan

mencegah pembentukan

gelembung oksigen.

Impeller berperan dalam

agitasi dengan

mengaduk campuran substrat dan sel. Impeller digerakkan oleh rotor . Baffle juga

berperan untuk mencegah terjadinya efek

pusaran air akibat agitasi yang dapat

Page 18: Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

7/23/2019 Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

http://slidepdf.com/reader/full/reza-makalahbiokim-biofilmdocx-1 18/26

mengganggu agitasi yang seharusnya. Sensor berperan untuk mengontrol lingkungan

dalam bioreaktor. Kontrol fisika meliputi sensor

suhu

,

tekanan

, agitasi,

foam, dan

kecepatan aliran. Sedangkan, kontrol kimia meliputi sensor pH , kadar oksigen, dan

perubahan komposisi medium.

2.5 Dampak Negatif Dari Biofilm

1. Industri Makanan

Biofilm dikhawatirkan dalam industri makanan, dalam hal ini biofilm dapat

muncul dari bahan mentah, permukaan, manusia, hewan, dan udara. Ketika makanan atau

permukaan pada pabrik pemprosesan makanan terkontaminasi, bakteri dapat membentuk

koloni, akhirnya membentuk biofilm. Sebagai contoh adalah papan iris yang digunakan

untuk memotong daging dapat terinfeksi dengan mikroorganisme. Mikroorganisme lain

dapat menempel pada mikroorganisme yang duluan melekat dan biofilm dapat terbentuk.

Pembersih yang digunakan untuk mengusap papan iris dapat membunuh planktonik,

bakteri yang hidup lepas, tapi terkadang tidak mampu menembus biofilm. Makanan

yang bersentuhan dengan papan iris dapat terkontaminasi.

Biofilm mikroba adalah suatu lapisan tipis yang terbentuk hasil enkapsulasi

mikroorganisme yang dipadatkan (agregat) dalam sebuah matrik cair yang terbentuk dari

campuran protein, asam nukleat dan polisakarida. Di dalam lapisan biofilm, mikroba

cenderung tumbuh dan berkembang dengan pesat hingga membentuk koloni terutama

pada permukaan bahan yang lembab dan kaya akan nutrisi (Tarver, 2009).

Dalam industri makanan, kehadiran biofilm juga menyebabkan masalah yang

potensial. Kekhawatiran terjadi bila bakteri patogen melekat pada alat pemerosesan

makanan. Kalau biofilm tidak dibersihkan, organisme yang melekat dalam

perkembangannya dapat terlepas dari permukaan dan mengkontaminasi produk sebelum

produksi. Masalah yang ditimbulkan oleh adanya kontaminasi ini adalah terjadinya

pembusukan makanan yang akan memperpendek masa simpan ( shelf-life) maupun

penyebaran penyakit melalui makanan ( foodbom desease).

Lebih dari 60 tahun sejak kasus pertama yang dilaporkan (Zobell, 1943), biofilm

menjadi masalah yang banyak mendapat perhatian industri pangan, lingkungan maupun

Page 19: Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

7/23/2019 Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

http://slidepdf.com/reader/full/reza-makalahbiokim-biofilmdocx-1 19/26

biomedis (Sihorkar and Vyas, 2001; Maukonen et al ., 2003). Hingga saat ini, biofilm

bahkan merupakan persoalan serius yang ditemukan pada beberapa sektor industri

pangan, seperti pada industri minuman bir, proses pengolahan susu, produk buah dan

sayuran segar, pengolahan produk unggas dan daging (Jessen and Lammert, 2003; Somers and Wong, 2004; Chen et al ., 2007). Beberapa laporan penelitian menyebutkan

biofilm berperan nyata pada munculnya resistensi terhadap produk anti mikroba

(Langsrud et al ., 2003; Simoes et al ., 2006; Simoes and Viera, 2009).

Bakteri yang berasal dari golongan Enterobacter, Lactobacillus, Listeria,

Micrococcus, Streptococcus, Bacillus serta Pseudomonas

umumnya banyak ditemukan

pada proses pengolahan susu (Wiedmann et al ., 2000; Waak et al ., 2002; Salo et al .

2006).

Wong (1998) melaporkan adanya mikroba kontaminan seperti:

Lactobacillus

curvatus and Lactobacillus fermentum yang tertinggal pada residu susu pada pabrik

pembuat keju meskipun telah dilakukan proses pencucian berulang.

Bacillus spp.

khususnya Bacillus cereus merupakan bakteri perusak pangan dan berkontribusi hingga

12% dari total komposisi bakteri penyusun biofilm (Sharma and Anand, 2002). B. cereus

dapat menyebar ke seluruh area selama proses pengolahan pangan. Oleh karenanya

kontaminasi B. Cereus seringkali tidak terlacak, terlebih spora bakteri tersebut juga tahan

terhadap kondisi lingkungan yang ekstrim dan bersifat hidrofobik.

B. cereus umumnya

juga ditemukan pada peralatan pengolahan pangan (Lindsay et al ., 2006).

Golongan bakteri lainnya, yakni :

Escherichia colli O157:H7,

Salmonella spp.

Dan Listeria monocytogenes termasuk kelompok bakteri penyebab keracunan pangan

yang mampu membentuk biofilm pada produk unggas maupun ternak, serta buah dan

sayuran segar (Dewanti and Wong, 1995; Stepanovic et al

., 2003; Mahmoud et al ., 2008.

Salmonella

spp. khususnya Salmonella enterica ternyata bisa menyebabkan

terjadinya penyakit

Salmonellosis.

Gejala umum penyakit ini adalah terjadinya kram

pada dada, diare dan demam selama kurang lebih 4-7 hari (CDC, 2008a). Ternak dan

unggas biasanya mudah terinfeksi

S. enterica, namun beberapa binatang lainnya seperti

kucing dan tupai dapat pula menjadi media pembawa penyakit ini. Hal yang perlu

diwaspadai adalah bakteri ini dapat memicu terbentuknya biofilm pada melon ketika

disimpan pada 10-20 C selama 24 jam (Annous et al ., 2004; Annous et al ., 2005). Bahan

– bahan sanitasi juga tidak efektif ketika digunakan untuk mengeluarkan atau

menginaktivasi biofilm S. Enterica pada melon, khususnya ketika patogen tersebut telah

Page 20: Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

7/23/2019 Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

http://slidepdf.com/reader/full/reza-makalahbiokim-biofilmdocx-1 20/26

tersebar pada buah selama lebih dari 24 jam (Ukuku and Sapers 2001). Namun demikian,

pola pembentukan biofilm oleh

Salmonella spp. dipengaruhi interaksi dinamis antara

faktor pasokan nutrisi dan ketersediaan oksigen (Gerstel and Romling, 2001).

Gambar 2.4.

Tampilan fisik melon dipenuhi koloni bakteri E.colli (Mahmoud et all, 2008)

2. Sistem Perairan

Dalam suatu survei pada aliran sampah, populasi bakteri sesil (biofilm) melebihi

sel planktonik sebanyak 200 unit logaritma. Kandungan nutrisi yang tinggi tersedia

dalam sistem limbah, merangsang pertumbuhan biofilm. Biofilm yang melekat pada pipa

logam dapat menyebabkan korosi. Potensi korosi dibangun antara permukaan logam

yang tidak dikoloni dan permukaan logam yang dikoloni oleh biofilm. Perbedaan pH

sekitar 1,5 unit dapat terjadi pada zona yang lebih rendah dari biofilm yang tumbuh pada

permukaan metalik.

Di lingkungan laut, suksesi kerusakan secara ekologi pada permukaan

benda/substrat misalnya karet, pastik, kayu, dan besi, diinisiasi oleh perlekatan secara

permanen mikroba laut yang bersifat heterotrofik (Disalvo dan Daniels,

dalam

Atlas1975). Selanjutnya, akan diperparah oleh inveretebrata seperti cacing teredo,

molusca, bernacle, polycaheta, brachopoda, sponges,

dan bryozoa. Dibawah kondisi

Page 21: Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

7/23/2019 Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

http://slidepdf.com/reader/full/reza-makalahbiokim-biofilmdocx-1 21/26

euphotik, mikroalga dan makroalga juga berperan dalam kerusakan tersebut (Sieburth

dalam Atlas, 1993).

Biofilm dapat tumbuh dengan baik pada shower karena didukung oleh

lingkungan yang berubah lembab dan hangat dari air yang mengalir. Biofilm juga dapat terbentuk pada bagian dalam pipa sehingga mengakibatkan penyumbatan dan korosi.

Pada sistem pembuangan atau pengolahan limbah, terdapat berbagai macam

organisme termasuk bakteri, protozoa, dan rotifera. Biasanya sistem tersebut

dilengkapai oleh penyaring. Penyaring tersebut seringkali ditutupi oleh biofilm. Bakteri

yang terdapat dalam biofilm berperan dalam menangkap materi organik dan

menguraikannya, sedangkan protozoa dan rotifera berperan dalam menguraikan dan

membuang suspensi padat, termasuk patogen dan mikroba.

Gambar Berbagai dampak Biofilm bagi lingkungan perairan

3. Dampak Bagi Kesehatan

Dalam kehidupan sehari-hari biofilm banyak dijumpai di sekitar kita. Salah satu

contohnya adalah karang gigi. Karang gigi biasanya adalah lapisan biofilm dari bakteri

Streptococcus. Biofilm yang dapat terdiri dari multi lapisan ini menempel pada

permukaan gigi dan dapat menyebabkan caries gigi. Penelitian biofilm pada gigi ini berdampak luas pada ilmu kedokteran gigi dan kesehatan mulut. Biofilm juga terdapat

pada bagian tubuh manusia lainnya.

Biofilm dalam tubuh manusia biasanya menjadi masalah ketika terjadi

pencangkokan organ buatan. Koloni mikroorganisme patogen dalam bentuk biofilmlah

yang biasanya menyebabkan infeksi dan penolakan penanaman organ baru tersebut ke

tubuh pasien. Mikroba penghuni biofilm yang menutupi permukaan organ buatan itu sulit

dijangkau oleh antibiotik dan dapat menebarkan infeksi yang berujung pada penolakan

Page 22: Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

7/23/2019 Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

http://slidepdf.com/reader/full/reza-makalahbiokim-biofilmdocx-1 22/26

tubuh terhadap organ yang dicangkok. Dalam prespektif industri, biofilm juga dipandang

sebagai gangguan. Sebagai contoh, biofilm yang terdapat pada pipa-pipa minyak atau

saluran air dapat menyebabkan korosi pipa secara pelan tetapi pasti, sehingga

menyebabkan kebocoran pipa.Biofilm meningkat

resitance Antibiotik. Dengan mikroorganisme sangat resisten

terhadap pengobatan antimikroba dan gigih terikat ke permukaan. Bio film campur dalam

Terapi Antibiotik

Bakteri yang tumbuh dalam biofilm sangat resisten terhadap

antibiotik, hingga 1.000 kali lebih tahan daripada

bakteri yang sama tidak tumbuh dalam biofilm.

Dalam menangani Biofilm dibutuhkan

konsentrasi yang lebih tinggi dari Antibiotik.

Biofilm adalah sangat sulit untuk diobati dengan

antimikroba . Antimikroba mungkin mudah

dilemahkan atau gagal untuk menembus ke dalam

biofilm . Selain itu, bakteri dalam biofilm telah

meningkat ( hingga 1000 kali lipat lebih tinggi )

resistensi terhadap senyawa antimikroba.

Sekitar 80% dari semua penyakit infeksi mikrobial pada manusia diketahui

berhubungan dengan biofilm (http://grants.nih.gov.html ). Misalnya, infeksi saluran urin,

infeksi catheter, infeksi telinga tengah, pembentukan dental plaque dan gingivitis

(Karatan and Watnick, 2009), terbentuknya lapisan pada lensa kontak (Imamura et al ,

2008), endocarditis, infeksi cystic fibrosis, dan infeksi permanen pada sambungan

prostheses dan

heart valves (Lewis, 2001; Parsek and Singh, 2003). Pada hampir 80%

dari seluruh pasien pengidap sinusitis kronis, ditemukan biofilm pada jaringan sampel

operasinya yang ditandai dengan cilia dan sel goblet yang tidak normal (cenderung

seperti hilang/lebih pendek) (Sanclement et al , 2005).

Sejumlah besar orang yang terkena infeksi biofilm yang berkembang pada

perangkat medis implan dalam tubuh seperti kateter ( tabung yang digunakan untuk

melakukan cairan dalam atau keluar dari tubuh ), sendi buatan , dan katup jantung

mekanik.

Mikroorganisme dapat melampirkan dan mengembangkan biofilm pada

komponen katup jantung mekanis dan jaringan sekitar jantung , yang mengarah ke

Page 23: Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

7/23/2019 Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

http://slidepdf.com/reader/full/reza-makalahbiokim-biofilmdocx-1 23/26

kondisi yang dikenal sebagai katup prostetik endokarditis . Mikroorganisme yang

bertanggung jawab untuk kondisi ini adalah Sthaphylococcus epidermidis , S. aureus ,

Streptococcus spp . , Basil gram negatif , diphtheroid

, enterococci , dan Candida spp .

Organisme ini mungkin berasal dari kulit , peralatan seperti kateter, vena sentral,atau perawatan gigi .

Kateter urin adalah lateks atau silikon perangkat tubular , bila dimasukkan dapat

dengan mudah memperoleh biofilm pada permukaan dalam atau luar. Mikroorganisme

yang biasa mencemari perangkat ini dan mengembangkan biofilm adalah

Sthaphylococcus epidermidis , Enterococcus faecalis , E. coli , Proteus mirabilis , P.

aeruginosa , K. pneumoniae , dan organisme gram - negatif lainnya. Semakin lama

kateter kemih tetap di tempat , semakin besar kecenderungan organisme untuk

mengembangkan biofilm dan mengakibatkan infeksi saluran kemih.

Contoh yang paling sering mengemuka mengenai hubungan biofilm dengan

penyakit gigi adalah dental caries. Polimer air ludah dan produk ekstraseluler bakteri

biofilm akan membentuk dental plaque pada gigi semua jenis hewan. Gigi yang terkena

dental plaque dan tidak segera dibersihkan, akan cepat mengalami tooth decay

/ dental

caries/ cavity yaitu penyakit yang disebabkan oleh bakteri dengan cara merusak bagian

gigi yang keras seperti

enamel, dentin,

dan cementum sehingga terbentuk lubang pada

gigi. Streptococcus mutans dan Lactobacillus merupakan dua kelompok bakteri yang

berperan dalam inisiasi caries. Selain itu dental plaque akan berakibat pada gum disease

yaitu

g

ingivitis atau inflamasi pada gusi, dan

p

eriodontitis atau sakit pada jaringan

periodontium

yang mengelilingi dan memperkuat gigi.

Neisseria gonorrhoeae

merupakan patogen manusia yg sangat spesifik, dapat

membentuk biofilm pada permukaan gelas dan sel manusia. Bakteri ini. diketahui sebagai

penyebab

dermatitis-arthritis syndrome, penyakit

conjunctivitis

,

pharyngitis,

proctitis

atau

urethritis,

prostatitis

dan

orchitis

serta infeksi genital seperti

pelvic inflammatory.

Gejala infeksinya berbeda-beda tergantung dari bagian tubuh yang terinfeksi (Apicella et

al , 2010).

Legionellosis adalah penyakit yg disebabkan oleh Legionella

, biasa menginfeksi

pekerja pada tower pendingin, orang yang beraktivitas di ruangan ber-AC, dan pengguna

shower yang tidak didesain, dikonstruksi, dan dipelihara dengan baik sehingga tercemar

oleh

Legionella

(Murga et al , 2001).

Page 24: Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

7/23/2019 Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

http://slidepdf.com/reader/full/reza-makalahbiokim-biofilmdocx-1 24/26

Biofilm juga dapat terbentuk pada permukaan dan dalam jaringan tumbuhan dan

mengakibatkan penyakit tumbuhan (http://www.cs.montana. edu.htm). Contoh penyakit

tumbuhan yang berhubungan dengan biofilm antara lain Citrus Canker pada jeruk,

Pierce's Disease pada anggur, dan

Bacterial Spot

pada banyak tumbuhan termasuk tomat dan cabai (http://grants.nih.gov.html).

Gambar berbagai penyakit yang ditimbulkan oleh Biofilm

Page 25: Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

7/23/2019 Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

http://slidepdf.com/reader/full/reza-makalahbiokim-biofilmdocx-1 25/26

3. PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Berdasarkan pembahasan diatas, maka dapat penulis simpulkan sebagai berikut.

1. Biofilm merupakan sebuah struktur komunitas dari bakteri, algae atau jenis sel

lainnya yang menghasilkan matriks polimerik dan melekat pada permukaan.

2. Proses pembentukan biofilm dapat dibedakan menjadi tiga tahapan besar yaitu,

tahap invasi, tahap kolonisasi serta tahap pertumbuhan.

3. Penyusun utama biofilm adalah

ekstra polymeric substance

(EPS) yang

merupakan kelompk dari senyawa polisakarida. EPS ini di ekskresikan oleh sel

yang memiliki berbagai fungsi dalam kehidupan sel.

4. Biofilm memiliki beberapa manfaat dalam kehidupan manusia, seperti sebagai

biofiltrasi, biodegradasi, biobarrier, serta bioreaktor.

5. Selain memiliki manfaat, biofilm juga memiliki dampak negative terhadap

kehidupan manusia, seperti dapat merusak makanan, penyebab pipa korosi,

menganggu kesehatan manusia, serta dampak lainnya.

3.2 Saran

Pemanfaatan biofilm harus lebih di tingkatkan lagi terkhusus dalam bidang

penelitian yang berkaitan dengan aktifitas manusia. Pemanfaatan Biofilm dalam

mengontrol polutan di alam dapat sangat bermanfaat bagi manusia sendiri. Proses

Biodegradasi, Biofiltrasi dan Bioreaktor yang dijelaskan pada makalah ini adalah salah

satu contohnyata manfaat dari koloni mikroba di alam ini. Sebagai mahasiswa MSP,

hendaknya kita menjadikan studi ini sebuah tantangan yang dapat memakmurkan

kehidupan manusia kelak.

.

Page 26: Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

7/23/2019 Reza-Makalah_BIOKIM-BIOFILM.docx (1)

http://slidepdf.com/reader/full/reza-makalahbiokim-biofilmdocx-1 26/26

DAFTAR PUSTAKA

Barbara, V., Miao, C., Russell, J., Crawford, dan Elena, P. I..,2009,

Bacterial

Extracellular Polysaccharides Involved in Biofilm Formation

, Molecules

journal,

2535 – 2554; doi :10.3390 / molecules 14072535, www.mdpi.com,

diunduh pada tanggal 2 Januari 2016

Campbell, Neil A. 2004. Biologi Edisi Kelima Jilid III. Jakarta: Erlangga

Desouky, A.E.H., Usama, B., Abdu, O. A, Hassan, M. dan Sahar, Z., 2003, Effects of

mixed nitrogen sources on biodegradation of phenol by immobilized

Acinetobacter sp. strain W-17 , African Journal of Biotechnology

.

Joseph A. Moss, Andreas Nocker, Joe E. Lepo, and Richard A. Snyder*, 2006

,

Stability and Change in Estuarine Biofilm Bacterial

Community Diversity Center for

Environmental Diagnostics and Bioremediation,

APPLIED AND

ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY, University of West Florida,

Pensacola, Florida 32514, Copyright © 2006, American Society for

Microbiology. All Rights Reserved.

Pelczar.1988. Microbiology an Introduction. Fourth Ed : The Benjamin Cummings

Publishing Company, Inc.

Ristiati, Ni Putu. 2008. Mikrobiologi Lingkungan . Denpasar : Bagian Ilmu Faal Fakultas

Kedokteran Udayana

Rheinhemer, 1991. Laboratory Experiments in Microbiology

. California :

Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc.

Sanny, iqbal.

2010.

Peranan Bakteri dalam Kehidupan

. (Online)

(http://communityerosi.blogspot.com) diakses tanggal 2 Januari

2016

Suriawira U, 1995. Pangantar Mokrobiologi Umum

. Bandung: Angkasa

Tim Perkamusan Ilmiah, 2005. Kamus Pintar Biologi. Surabaya: Citra Wacana

Uherek, Elmar. 2008. Siklus Belerang

. http://www.atmosphere.mpg.de/ (diakses 2

Januari 2016)

Wirawan, Denny. 2011. Peran Mikroorganisme Dalam Kehidupan.

(Online)

(http://denny9f.blogspot.com) diakses tanggal 2 Januari

2016.