Fisiologi Mikroba

Fisiologi Mikroba

Sel adalah unit paling dasar dari makhluk hidup. Makhluk hidup dibedakan menjadi dua berdasarkan jumlah selnya, yakni uniseluler yang merupakan makhluk hidup bersel satu dan juga multiseluler yang berarti makhluk hidup yang memiliki banyak sel. Semua sel diisi dengan cairan matriks dan dikelilingi oleh membrane sitoplasma, yang terutama terdiri dari lemak dan protein. Sel juga mengandung asam nukleat, yang berperan sebagai pembawa informasi genetik, bersama dengan ribosom yang mengambil bagian dalam sintesis protein. Sel dibagi menjadi dua menurut jenisnya, yakni prokaritik dan eukariotik. Prokariotik terdiri dari archae dan eubacteria. Sedangkan eukariotik terdiri dari jamur (fungi), protozoa, algae, tumbuhan, dan hewan.

Sel prokariotik biasanya memilki diameter berukuran kurang dari 5m, tetapi ada beberapa perkecualian untuk untuk bakteri laut, Thiomargarita namibiensis, yang memilki luas 100 kali. Prokariot jarang memiliki membran yang membatasi organel-organel dan memiliki sebagian kecil internal ultrastruktur yang dikenali,bagian dari tubuh inklusii (butiran dari senyawa organik maupun anorganik), bermacam-macam vakuola, dan beberapa invaginasi khusus dari membran sel. Kebanyakan sel prokariotik mengandung kromosom tunggal yang tersusun dari deoxyribonucleic acid (DNA), di mana terletak di bagian dari sel yang disebut sebagai nukleoid.

Kromosom berbentuk melingkar, meskipun beberapa berbentuk garis lurus. Ribosom dari prokariotik adalah 70 S (Svedberg Unit), di mana mengacu pada rerata sedimentasi sentrifugasi dan pengukuran dari ukuran mereka, meskipun massa jenis dan bentuk bisa memengaruhi nilai. Hampir semua prokariot memiliki dinding sel yang berlokasi di luar membran sitoplasma, di mana biasanya mengandung peptidoglikan. Di luar dinding sel, mereka memiliki kapsul dan flagel yang kurang kompleks daripada sel eukariotik. Sel eukarioti ukurannya lebih besar daripada prokariotik dan mengandung membran ikat organel, termasuk mitokondria, lisosom, badan Golgi, dan retikulum endoplasma. Sel fotosintesis juga mengandung kloroplas.

Ribosom dari eukariotik bernilai 80 S. Sel eukariotik membagi selnya dengan proses kompleks mitosis dan biasanya memiliki kehidupan seksual, termasuk meiosis. Proses ini membagi jumlah kromosom dari diploid (2n) menjadi haploid (n) di mana mengandung satu set kromosom, fasilitas gen rekombinan, dan menghasilkan gamet.

Prokariot

Prokariot dibagi menjadi dua berdasarkan hubungan filogenetik (evolusi). Yakni archaebacteria (bakteri kuno) dan eubacteria (bakteri sejati).

Archae

Prokariot ini cukup berbeda dari eubacteria dan memiliki beberapa fitur, terutama aspek yang berhubungan dengan sintesis protein yakni transkripsi dan translasi. Banyak archae hidup di lingkungan ekstrem yang memerlihatkan jika mereka memiliki kekuatan. 3 tipe dasar fisiologi yang ditemukan, antara lain halofil (beradaptasi di konsentrasi garam yang tinggi), metanogen (produser metana), dan thermofil (beradaptasi di temperature yang tinggi), dan ada beberapa yang barofil (beradaptasi di tekanan yang tinggi). Archae memiliki genom yang relatif kecil mengandung jumlah DNA setengah dari Eubacteria. Contohnya genom dari Methanococcus jannaschii yang mengandung 1760 gen yang terdiri dari 1700 kilobase pairs (kbp). Meskipun beberap aarchae digunakan untuk keperluan industry, mereka masih memungkinkan sebagai bahan yang dapat dieksploitasi untuk kegunaan bioteknologi pada kemudian hari. Enzim mereka merupakan bagian yang menarik untuk dikembangkan pada masa depan.

Semua prokariot pada dasarnya dibagi menurut karakteristik mereka pada prosedur Gram, yang ditentukan oleh struktur dinding sel/selubung sel. Komposisi dinding sel archae Komposisi dinding sel archaea bervariasi, beberapa muncul Gram-positif sedangkan yang lain Gram-negatif. Pembentuk dinding sel dari archae berbeda dengan eubacteria, di mana mereka mengandung polimer yang unik, methanochondroitin, dan pseudomurein. Mereka juga memiliki membrane khas lipid. Archae dibagi menjadi 3 kingdom :

1. Euryarchaeota, terutama methanogens, seperti methanobacterium dan methanosarcina dan halophil, seperti halobacterium dan halococus.

2. Crenarchaeota, yang paling banyak ditemukan pada barofil dan thermofil, termasuk di dalamnya Pyrodictium, Pyrolobus, Sulfolobus, dan Thermoproteus.3. Korarchaeota yang merupakan hyperthermofil di mana belum dapat diidentifikasi sepenuhnya.Eubacteria

Eubacteria merupakan grup yang beragam yang dapat dibagi menjadi 12 subgrup. Bagaimanapun, hamper semua bakteri industry membagi mereka menjadi dua, yakni proteobacteria dan eubacteria Gram positif.

1. Proteobacteria adalah kindom yang utama dari bakteri Gram negative yang dibagi menjadi 5 grup, yakni , , , ,. Mereka termasuk bakteri fotosintetik ungu dan kerabat non-fotosintetik, terutama Enterobacteriaceae (misalnya Escherichia coli), bersama dengan Hyphomicrobium, Nitrobacter, Pseudomonas, Thiobacillus dan Vibrio.2. Bakteri Gram positif, dibagi menjadi dua subdivisi utama :

(a) Guanin rendah (G) + sitosin (C) kelompok, yang mengacu pada proporsi pasangan basa ini dalam organisme DNA dan termasuk Bacillus, Clostridium, Lactobacillus, Leuconostoc, Staphylococcus, Streptococcus dan Mycoplasma;

(b) Kelompok G + C tinggi, yang berisi actinomycetes (bakteri filamen, misalnya Streptomyces), Corynebacterium, Mycobacterium dan Micrococcus. Subgrup lainnya yang mengandung beberapa contoh bakteri industry antara lain :

3. Cyanobacteria dan kerabat, yang oksigenik phototrophs, misal Anabaena, Nostoc dan Spirulina.4. Chlamydia, sekelompok intraseluler obligat parasite.

5. Planctomyces dan Pirella, bakteri kurang peptidoglikan; beberapa dengan membran-terikat nucleoid.6. Bacteroides dan Flavobacteria, subkelompok yang berisi campuran jenis fisiologis.

7. Bakteri belerang hijau, seperti Chlorobium, sebuah phototroph anaerobik.

8. Spirochetes dan kerabat yang Gram-negatif bakteri melingkar.9. Deinococci, micrococci radioresisten dan kerabat, mis Radiodurans Deinococcus dan Thermusaquaticus.10. Bakteri hijau non-sulfur dan anaerobic fototrop.

11. Thermotoga dan Thermosulfobacteria, thermophiles dari mata air panas dan sedimen laut. 12. Aquiflex, sekelompok chemolithotrophic wajib dan hyperthermophiles autorof.

Eschericia coli

Eschericia coli ditemukan pada 1885 oleh seorang ahli bakteri dari Jerman, Theodor Escherich. Bakteri ini hidup di usus besar manusia dan hewan yang berdarah panas. Bakteri ini dapat menyebabkan penyakit yang disebut dengan diare. Hal ini disebabkan karena memaska daging belum matang ataupun meminum susu yang belum diproses terlebih dahulu (susu mentah). Bakteri ini, merupakan bakteri yang digunakan sebagai model untuk memelajari molekular biologi dan merupakan tempat yang ideal untuk percobaan pengloningan gen. Konsekuensinya, telah terbukti jika bakteri ini berguna untuk memproduksi protein heterolog yang berasal dari organisme lain. Bagaimanapun sekresi protein E. coli adalah problematika. E. coli adalah Gram-negatif anaerob, sepanjang ke keluarga Enterobacteria. Selnya berbentuk batang pendek, luasnya kira-kira 0,3-1,0 m dan panjangnya 1-3 m. Anggota dari gen Esherichia biasanya meproduksi laktase, asetat, succinate, dan format.

Bentuk tubuh bagian luar untuk bakteri Gram-negatif sering seperti amplop. Mereka memiliki dinding sel lebih kompleks daripada Gram-positif. Mereka biasanya terdiri dari 2 bagian yang melindungi selnya dan memberikan bentuk yang kaku. Bagian terluar disebut membran luar, di mana memiliki ketebalan rata-rata 7-8nm, mengandung lipopolisakarida dan mukopeptida. Lipoposakarida sangat efektif menjaga sel dari detergen dan agen antimikrobial yang lain. Protein membran paling luar adalah Brauns lipoprotein, di mana meluas melalui membran terluar dan berhubungan dengan peptidoglikan. Di E. coli, flagella melingkari seluruh sel. Setiap flagela memiliki panjang beberapa mikrometer, terdiri dari flagellin protein, dan menempel pada lapisan membran luar melalui basal tubuh, terdiri dari empat cincin. Selain itu, fibril (fimbriae atau pili), dapat melekat pada membran luar, yang rambut seperti proyeksi pendek, diameternya 5-7 nm dan panjangnya 400 nm. Peptidoglikan dan ruang periplasma Dalam membran luar bakteri Gram-negatif, dan kovalen melekat padanya melalui lipoprotein, adalah lapisan tipis peptidoglikan sekitar 2-3 nm tebal. Peptidoglikan meluas ke dalam mendasari ruang periplasma, yang kira-kira 12-15 nm lebar. Wilayah ini tidak kosong, berisi berbagai protein, protein, kemoreseptor dan berbagai mengikat enzim. Di bawah ruang periplasma terletak inner cell (sitoplasma) membran yang membungkus matriks sitoplasma. Struktur ini sangat selektif, mengendalikan masuknya nutrisi dan sekresi ion dan senyawa yang lebih besar. Kromosom berada di wilayah nucleoid yang menempati sekitar 10% dari volume sel. Struktur lapisan bakteri gram negatif ditunjukkan seperti gambar di bawah:

Sumber: Industrial Microbiology: An Introdution, Michael J. Waites

Gambar 1. Struktur lapisan bakteri gram negatif

Bakteri Gram Positif

Genus Bacillus merupakan bakteri gram positif yang berbentuk basil atau lonjong. Sel bakteri jenis ini biasanya lebih besar daripada bakteri E. Coli dengan lebar 0,5-2,5 m dan panjang 1,2-10 m. Bakteri Basillus memiliki kemampuan untuk membentuk endospora untuk mempertahankan hidup ketika berada pada lingkungan yang tidak diinginkan.Bacillus Subtilis merupakan mikroorganisme yang dapat menguraiakan sisa-sisa mahluk hidup. Di dunia industri, B. Subtilis digunakan untuk memproduksi enzim seperti amilase dan protease, dan dapat menghasilkan bahan-bahan kimia esensial seperti vitamin, asam amino, dan nukleosida.

Perbedaan utama antara bakteri E. Coli dan B. Subtilis adalah struktur dinding sel dan kemampuannya dalam membentuk spora. Dinding sel pada bakteri gram positif (B. Subtilis) lebih kompleks daripada bakteri gram negatif. Dinding sel B. Subtilismemiliki ketebalan 20-50 nm dan terdiri atas 25 lapisan peptidoglikan. Pada bakteri gram positif, terdapat asam teichoic yang menempel pada peptidoglikan di sepanjang membran sel. Komponen tersebut merupakan pembeda dengan bakteri gram negatif. Diluar dinding sel, terdapat kapsul yang terbuat dari polipeptida, dan flagela yang mendukung pergerakan sel. Struktur sel lapisan bakteri gram positif adalah sebagai berikut:

Sumber: Industrial Microbiology: An Introdution, Michael J. Waites

Gambar 2. Struktur lapisan bakteri gram positif

Perbedaan lain dengan bakteri gram negatif adalah kemampuannya menghasilkan spora. Sel tumbuh dan berkembang dengan pembelahan biner secara terus-menerus hingga nutrisi yang ada menjadi terbatas. Keadaan ini menstimulasi terjadinya pembentukan spora. Pembelahan sel yang terjadi mengalami perbedaan ukuran, dengan sel yang lebih besar disebut sebagai sel induk dan yng lebih kecil disebut spora. Sel induk kemudian akan memakan spora. Mula-mula dinding dari peptidoglikan menyelimuti permukaan spora, kemudian berkembang menjadi dinding sel ketika spora tersebut tumbuh. Dinding sel tersebut kemudia dinamakan sebagi korteks. Ketika sel induk mati, sel akan mengalami lisis dan sel spora dilepaskan. Spora tersebut mengalami masa dormansi, tidak terpengaruh keadaan lingkungannya, sehingga dapat bertahan hidup dalam waktu yang lama. Ketika keadaan lingkungan telah stabil, spora akan tumbuh menjadi sel vegetatif.