Bakteri - Definisi, Struktur, Bentuk, Ukuran, Klasifikasi

Read Also

Bumi adalah rumah bagi berbagai makhluk hidup. Diperkirakan ada sekitar 8,7 juta spesies makhluk hidup saat ini di Bumi, di mana 1,2 juta spesies telah kita ketahui. Komponen biotik ini memiliki total biomassa sekitar 545,8 gigaton, dimana 12,8% adalah biomassa bakteri, sedangkan manusia hanya 0,01%.

Apa itu Bakteri?

• Bakteri adalah organisme mikroskopis, uniseluler, prokariotik. Mereka tidak memiliki organel sel yang terikat membran dan tidak memiliki nukleus sejati, karenanya dikelompokkan di bawah domain "Prokariota" bersama dengan Archae.

• Dalam sistem tiga domain, Bakteri adalah domain terbesar. (Makhluk hidup diklasifikasikan ke dalam domain Archae, Bakteri, dan Eukariota dalam sistem tiga domain.)

• Bakteri, bakteri tunggal, berasal dari kata Yunani Kuno “backērion” yang berarti “tongkat”, karena bakteri pertama yang diamati adalah basil.

• Studi tentang 'Bakteri' disebut 'Bakteriologi'; cabang dari 'Mikrobiologi'.

Evolusi Bakteri

• Bakteri dianggap sebagai bentuk kehidupan pertama yang muncul di Bumi sekitar 4 miliar tahun yang lalu. Semua bentuk kehidupan lainnya berevolusi dari bakteri.

• Sebuah hipertermofil sekitar 2,5 – 3,2 miliar tahun yang lalu adalah nenek moyang dari bakteri dan archaea yang ditemukan pada saat ini.

• Asosiasi endosimbiotik antara bakteri yang berbeda sekitar 1,6 – 2,0 miliar tahun yang lalu memunculkan sel proto-eukariotik pertama, yang secara bertahap memunculkan eukariota.

Ekologi (Habitat) Bakteri

• Bakteri berevolusi untuk beradaptasi dan bertahan hidup di semua jenis relung ekologi; dari lingkungan normal sampai ekstrim. Karenanya, mereka ada di mana-mana.

• Mereka ditemukan di setiap kemungkinan habitat di Bumi; tanah, udara, dan air. Mereka terkait dengan semua komponen biotik dan abiotik Bumi. Mereka adalah komponen penting dari setiap ekosistem.

• Mereka tidak hanya di habitat ekologi normal tetapi juga ditemukan di lingkungan yang ekstrim. Bakteri semacam itu disebut bakteri ekstremofilik. Mereka ditemukan di tempat yang sangat dingin (Psychrophiles), sangat panas (thermophiles), pH ekstrim (asidofil dan Alkaliphiles), tekanan ekstrim (barophiles), lingkungan anoxic (anaerobic), daerah gurun (xerophiles), daerah radiasi tinggi, limbah beracun, tandus. pasir dan batu, jauh di bawah tanah dan ujung gunung, dll.

• Tanah adalah tempat terhabituasi yang paling berat di mana mereka membentuk sekitar 0,5% W/W dari massa tanah. Satu gram tanah lapisan atas dapat mengandung sebanyak satu miliar sel bakteri.

• Diperkirakan ada sekitar 2×1030 bakteri di Bumi, tetapi hanya sekitar 2% dari mereka yang sepenuhnya dipelajari hingga saat ini. Oleh karena itu, ada kesenjangan penelitian yang sangat besar tentang keanekaragaman dan ekologi dari banyak spesies bakteri yang tidak diketahui.

• Berbagai macam bakteri hidup dalam tubuh semua makhluk hidup, termasuk tumbuhan tingkat tinggi, hewan, dan bahkan tubuh manusia. Dalam tubuh manusia rata-rata (normal), ada sekitar 1014 sel bakteri, sedangkan tubuh itu sendiri hanya terdiri dari 1013 sel manusia.

Struktur Sel Bakteri

Bakteri adalah uniseluler yaitu terdiri dari satu sel. Mereka adalah prokariota dan selnya berbeda dari sel hewan dan tumbuhan. Secara umum, struktur bakteri dapat dipelajari sebagai struktur eksternal dan internal;

Struktur Eksternal Bakteri

Ini termasuk dinding sel dan semua struktur di luar dinding sel.

1. Flagela (Flagellum)

• Flagela adalah struktur filamen seperti rambut panjang dengan panjang sekitar 4 – 5 µm dan diameter 0,01 – 0,03 µm. Mereka memberikan motilitas pada bakteri. Flagela dibagi menjadi tiga bagian; filamen, kait, dan badan basal.

• Filamen adalah bagian seperti benang yang memanjang di luar dinding sel. Ini terdiri dari protein flagelin.

• Kait adalah struktur melengkung pendek yang menghubungkan filamen dengan tubuh basal. Ini menghasilkan tolakan seperti baling-baling selama putaran flagela.

• Badan basal adalah seperangkat cincin yang tertanam di dinding sel dan membran plasma. Ini terdiri dari 2 pasang cincin pada bakteri Gram-Negatif dan 1 pasang cincin pada bakteri Gram-Positif. Ini mensintesis polimer flagel, menghasilkan energi untuk revolusi, dan mengatur pergerakan flagel.

Fungsi Flagela

• Bertanggung jawab atas motilitas
• Membantu dalam kemotaksis
• Membantu patogenisitas dan kelangsungan hidup bakteri

2. Pili/Fimbriae

• Mereka adalah struktur filamen pendek, berongga, non-heliks dengan panjang sekitar 0,5 µm dan diameter 0,01 mµ. Mereka secara eksklusif ditemukan pada bakteri Gram-Negatif.

• Mereka terdiri dari protein 'pilin' yang disusun secara non-heliks. Mereka pendek, banyak, dan lurus dari flagela.

• Pili seks adalah jenis pili khusus yang berperan dalam konjugasi bakteri. Mereka lebih besar dari pili biasa; panjang 10-20 µm. Jumlahnya sedikit, hanya 1-4. Mereka selanjutnya diklasifikasikan menjadi dua jenis; F-pili dan I-pili.

Fungsi Pili/Fimbriae

• Membantu kepatuhan pada sel inang
• Pili seks membantu dalam transfer DNA bakteri selama konjugasi bakteri

3. Kapsul

• Ini adalah lapisan terluar kental yang mengelilingi dinding sel. Ini terdiri dari polisakarida atau polipeptida dari keduanya (~ 2%) dan air (~ 98%). Mereka hanya ada pada beberapa spesies bakteri. Kapsul terdiri dari 2 jenis; makro-kapsul (kapsul dengan ketebalan 0.2 m atau lebih) dan mikro-kapsul (kapsul dengan ketebalan kurang dari 0.2 mµ).

• Alih-alih menutupi kental, beberapa bakteri dikelilingi oleh bahan protein koloid amorf / parakristalin yang disebut lapisan lendir.

Fungsi Kapsul

• Membantu dalam kepatuhan
• Mencegah dari kekeringan
• Memberikan resistensi terhadap fagositosis
• Lapisan Slime melindungi dari enzim proteolitik

4. Selubung dan Prosthechea

• Selubung adalah struktur seperti tabung berongga yang melingkupi bakteri pembentuk rantai, sebagian besar bakteri air. Ini memberikan kekuatan mekanis pada rantai.

• Prosthecae adalah perpanjangan semi-kaku dari dinding sel dan membran plasma. Ini meningkatkan penyerapan nutrisi dan juga membantu dalam adhesi.

5. Dinding Sel

• Dinding sel adalah struktur kaku yang terdiri dari peptidoglikan yang mengelilingi membran plasma sebagai lapisan luar. Ketebalannya 10 -25 µm.

• Peptidoglikan adalah polimer ikatan silang dari subunit polisakarida N-Acetylmuramic Acid (NAM) dan N-Acetylglucosamine (NAG) yang berulang secara bergantian.

• Berdasarkan komposisinya, dinding sel bakteri diklasifikasikan menjadi 2 jenis; dinding sel Gram-positif, dan Gram-negatif.

Dinding sel gram positif

• Dinding sel gram positif adalah dinding sel tebal yang mengandung peptidoglikan dalam jumlah besar, sekitar 40 – 90% dari dinding sel, tersusun dalam beberapa lapisan. Jenis dinding sel ini juga mengandung gula asam seperti asam teichoic, asam teichuronic, dan gula netral seperti mannose, arabinose, rhamnose, dan glucosamine sebagai zat matriks.

• Asam teikoat terbuat dari poliribitol fosfat atau poligliserol fosfat. Mereka adalah antigen permukaan utama bakteri gram positif. Mereka terdiri dari dua jenis; asam teikoat dinding dan asam lipoteikoat.

• Asam teichuronic adalah polimer asam N-acetylmannuronic atau asam D-glucuronic.

• Jenis dinding sel ini mengambil pewarna kristal violet dan memberikan warna ungu pada bakteri gram positif pada pewarnaan Gram.

Dinding sel gram negatif

• Dinding sel gram negatif adalah dinding sel tipis dengan jumlah peptidoglikan yang jauh lebih sedikit. Ini relatif lebih kompleks daripada dinding sel gram positif. Ini mengandung lipoprotein, lipopolisakarida, dan membran luar selain peptidoglikan.

• Lapisan lipoprotein terdiri dari lipoprotein Braun. Itu tertanam di membran luar dan menstabilkan membran luar.

• Membran luar adalah struktur berlapis ganda yang mengandung lapisan dalam yang menyerupai membran plasma dalam komposisi, dan lapisan luar terdiri dari lipopolisakarida. Ini kaya akan berbagai protein seperti 'porin dan protein membran luar.

• Lipopolisakarida adalah molekul kompleks yang terdiri dari 3 komponen; Lipid-A, oligosakarida inti, dan O-polisakarida. Lipid-A terdiri dari disakarida glukosamin terfosforilasi, asam lemak rantai panjang, dan asam hidrosimetris. Oligosakarida inti terdiri dari dua gula; asam keto-deoksi oktanoat dan gula heptosa terikat bersama oleh Lipid A. O-polisakarida terdiri dari berbagai macam gula yang berbeda di antara strain bakteri. Ini menganugerahkan sifat antigenik yang berbeda untuk strain bakteri yang berbeda ini.

• Mereka kehilangan kristal violet selama langkah Dekolorisasi dan mengambil safranin selama counterstaining, sehingga memberikan warna pink karakteristik untuk bakteri Gram-Negatif.

Dinding sel Basil Tahan Asam

• Ini unik dengan sejumlah besar asam mikolat. Mereka menolak Dekolorisasi alkohol asam atau asam sulfat, karenanya disebut tahan asam.

Bakteri tanpa dinding sel

• Mycoplasma adalah bakteri kecil (50 -300 nm) tanpa dinding sel. Mereka tidak memiliki bentuk yang tetap. Selain bakteri alami ini, ada beberapa bentuk kekurangan dinding sel lainnya seperti protoplas, sferoplas, dan bentuk-L.

• Dinding Sel Gram-Positif vs Dinding Sel Gram-Negatif

Gram-Positive Cell-Wall	Gram-Negative Cell-Wall
Thick (20 – 80 nm)	Thin (10 – 15 nm)
Higher peptidoglycan content	Lower peptidoglycan content
Lower lipid content (2 – 5%)	Higher lipid content (15 – 20%)
The main components are peptidoglycan, teichoic acid, and teichuronic acid	The main components are peptidoglycan, lipoprotein, lipopolysaccharide, outer membrane
Very few amino acids without any aromatic amino acids	Wide variety of amino acids with different aromatic amino acids

Struktur Internal Bakteri

Ini termasuk membran sel dan semua struktur di dalam membran sel.

1. Membran sel / Membran plasma

• Ini adalah lapisan ganda fosfolipid terdalam, tepat di bawah dinding sel, membungkus sitoplasma. Ini adalah lapisan semipermeabel tipis (~ 5 -10 nm).

• Tidak seperti membran plasma eukariotik, mereka kekurangan sterol (kecuali pada Mycoplasma), dan secara komparatif memiliki proporsi protein yang lebih tinggi. Di tempat sterol, mereka memiliki senyawa seperti sterol, yang disebut 'hapanoids'. Mereka mengandung berbagai macam asam lemak seperti jenis jenuh dan tak jenuh biasa dan juga gugus metil, hidroksil, atau siklik juga.

• Membran plasma dilengkapi dengan beberapa protein porin untuk transpor pasif nutrisi dan ion.

Fungsi membran sel/membran plasma

• Permeabilitas selektif mengatur aliran masuk dan keluar nutrisi, ion, dan metabolit
• Transpor elektron dan fosforilasi oksidatif

2. Sitoplasma

Ini adalah cairan kental, koloid, tidak berwarna dengan zat terlarut organik dan anorganik tersuspensi yang tertutup di dalam membran plasma.

Tidak seperti sitoplasma eukariotik, mereka tidak memiliki organel yang terikat membran. Mereka memiliki ribosom, mesosom, badan inklusi, asam nukleat yang mengambang di dalamnya.

2.1 Ribosom

Ribosom bakteri adalah tipe 70S dan cukup kecil dari tipe 80S eukariotik. Mereka terdiri dari 2 subunit, 50S, dan 30S. Peran utama mereka adalah untuk mensintesis protein bakteri dan enzim. Mereka adalah situs target untuk antibiotik yang berbeda seperti eritromisin, makrolida, aminoglikosida, dll.

2.2 Mesosom

Mereka adalah struktur vesikular atau bercabang yang dibentuk oleh invaginasi membran plasma. Mereka mewakili mitokondria eukariotik dalam fungsi dan merupakan tempat kerja enzim respirasi bakteri.

2.3 Badan inklusi

Mereka diyakini sebagai penyimpanan makanan. Mereka terdiri dari dua jenis; (i) badan inklusi organik, mengandung butiran glikogen atau polihidroksibutirat, dan (ii) badan inklusi anorganik, mengandung butiran polifosfat atau belerang.

3. Inti Bakteri

Mereka disebut nukleoid. Tidak seperti inti eukariotik, mereka tidak tertutup dalam membran inti dan kekurangan nukleolus dan nukleoplasma. Ini diwakili oleh molekul dsDNA baik dalam bentuk lingkaran tertutup atau dalam bentuk melingkar.

DNA bakteri ditemukan baik dalam nukleoid sebagai DNA kromosom atau di luar nukleoid sebagai plasmid.

Endospora bakteri

Beberapa bakteri di bawah tekanan membentuk tahap tidak aktif yang disebut endospora. Mereka diproduksi selama kondisi lingkungan yang tidak menguntungkan. Mereka tumbuh menjadi bentuk vegetatif ketika kondisinya menjadi menguntungkan.

Mereka memiliki empat komponen struktural yang berbeda; (i) inti, mengandung nukleoid dan sitoplasma kental, (ii) dinding spora, dinding terdalam peptidoglikan, (iii) korteks, dinding paling tebal dengan peptidoglikan yang tidak biasa, dan (iv) selubung protein, lapisan luar kedap yang terbuat dari keratin seperti protein.

Bentuk dan Susunan Bakteri

Pada dasarnya, bakteri terdiri dari empat bentuk yang berbeda, kokus, basil, spiral, dan berbentuk koma.

a. Bakteri berbentuk kokus

Mereka adalah bakteri berbentuk bola. Berdasarkan susunan sel mereka selanjutnya dikelompokkan sebagai;

• Monokokus; kokus tunggal. Misalnya. Mikrokokus luteus,

• Diplokokus; dua bakteri berbentuk bola tersusun berpasangan. Misalnya. Neisseria spp., Moraxella catarrhalis, Streptococcus pneumoniae, dll.

• Streptococci; bakteri berbentuk bola yang tersusun dalam rantai panjang. Misalnya. Streptococcus pyogenes, S. agalactiae, dll.

• Stafilokokus; bakteri berbentuk bola yang tersusun dalam kelompok yang tidak beraturan seperti seikat anggur. Misalnya. Staphylococcus aureus, S. saprophyticus, dll.

• tetrad; pengaturan dalam kelompok 4 cocci. Misalnya. Aerococcus urinae, Pediococcus spp., dll.

• Sarcinae; susunan kokus dalam kelompok 8. Mis. Sarcina spp., Clostridium maximum, dll.

b. Bakteri berbentuk basil

Mereka adalah bakteri berbentuk batang. Berdasarkan susunan sel mereka juga dikelompokkan sebagai;

• Bacillus / Mono–bacillus; bakteri berbentuk batang yang tidak terikat. Misalnya. Salmonella enterica serovar, Bacillus cereus, dll.

• Diplobasilus; basil tersusun berpasangan. Misalnya. Moraxella bovis, Bacillus licheniformis, dll.

• Streptobasilus; basil tersusun dalam rantai. Misalnya. Streptobacillus moniliform, dll.

• Palisade; basil tersusun dalam bentuk seperti pagar. Misalnya. Corynebacterium diptheriae, dll.

• Coccobacilli; basil dengan ujung membulat atau berbentuk oval. Misalnya. Chlamydia spp., H. influenzae, dll.

c. Bakteri berbentuk Spiral

Mereka adalah bakteri berbentuk heliks panjang atau bengkok. Misalnya. Spirila spp, Spirochetes spp. , dll.

d. Bakteri berbentuk koma

• Mereka adalah koma (,) seperti dalam struktur. Misalnya. Vibrio spp.

• Selain keempat bentuk dasar tersebut, beberapa bakteri ditemukan dalam bentuk lain seperti;

• Filamentous (Misalnya Actinobacteria, Candidatus savagella, dll.)

• Berbentuk bintang (Misalnya Stella vacuolata, Stella humosa, dll)

• Tambahan / Tunas (Misalnya Hypomicrobium, Rhodomicrobium, dll.)

• Pleomorfik (misalnya Mycoplasma spp.)

• Huruf Cina seperti (Misalnya Corynebacterium spp.)

• Lobed (Misalnya Sulfolobus spp.)

• Menguntit (Misalnya Caulobacter crescentus )

• Berselubung (Misalnya Leptothrix, Clonothrix)

Ukuran Bakteri

• Bakteri bersifat mikroskopis dengan berbagai ukuran dari 0,2 µm hingga 100 µm.

• Cocci umumnya berukuran 0,2 hingga 1,0 µm.

• Basil umumnya memiliki panjang 1,0 m 5 µm dan diameter 0,5 hingga 1,0 µm.

• Spirochetes umumnya memiliki panjang 20 µm dan diameter 0,1 hingga 1,0 µm.

• Basil terkecil adalah Pelagibacter ubique (panjang 370 – 890 nm dan diameter 120 – 200 nm).

• Cocci terkecil adalah Mycoplasma genitalium dengan diameter 200 – 300 nm.

• Bakteri terbesar adalah Thiomargarita namibiensis dengan diameter 0,75 mm.

Klasifikasi Bakteri

Ada skema yang berbeda untuk klasifikasi bakteri. Beberapa skema klasifikasi yang paling umum adalah:

a. Klasifikasi Bakteri Berdasarkan Pewarnaan Gram

Ini adalah mode klasifikasi yang paling umum digunakan secara luas dalam tujuan medis dan penelitian. Bakteri dikelompokkan menjadi dua kelompok sebagai;

1. Bakteri Gram-Positif

Bakteri yang memiliki lapisan peptidoglikan yang tebal dan mempertahankan warna ungu kristal violet selama pewarnaan Gram adalah bakteri Gram-positif. Misalnya. Staphylococcus, Streptococcus, Enterococcus, Corynebacterium, Streptomyces, Bacillus, Haemophilus, Clostridium, Listeria, dll.

2. Bakteri Gram-Negatif

Bakteri yang memiliki lapisan peptidoglikan tipis dan kehilangan kristal violet tetapi mempertahankan warna merah muda / merah dari counterstain safranin selama pewarnaan Gram adalah bakteri Gram-negatif. Misalnya. Escherichia, Salmonella, Shigella, Neisseria, Klebsiella, Proteus, Pseudomonas, Enterobacter, Citrobacter, dll.

Gram-Positive Bacteria	Gram-Negative Bacteria
Stains violet/purple during Gram staining Thick cell wall Thick peptidoglycan layer Higher mucopeptide and very low phospholipid Mesosomes present Fimbriae or pili absent Forms endospores Produce exotoxins Teichoic acid present, Lack an outer layer	Stains red/pink during Gram staining Thin cell wall Thin peptidoglycan layer Lower mucopeptide and very high phospholipid Mesosomes absent (rarely present) Fimbriae or pili present Forms exospores Produce endotoxins Teichoic acid absent, Presence of an outer layer

b. Klasifikasi Bakteri Berdasarkan Kebutuhan Oksigen

Bakteri diklasifikasikan menjadi 3 jenis sebagai;

1. Bakteri aerob

Mereka bernafas secara aerobik dan tidak dapat bertahan hidup di lingkungan anoksik. Misalnya. Pseudomonas aeruginosa, Nocardia spp., Mycobacterium tuberculosis, dll.

2. Aerob fakultatif

Mereka bertahan hidup di tingkat oksigen yang sangat rendah dan dapat bertahan hidup di lingkungan oksigen dan anoksik. Mereka adalah Mikroaerofil. Misalnya. E. coli, Klebsiella pneumoniae, Lactobacillus spp., Staphylococcus spp., dll.

3. Bakteri anaerob

Mereka bernafas secara anaerobik dan tidak dapat bertahan hidup di lingkungan yang kaya oksigen. Misalnya. Clostridium perfinges, Campylobacter, Listeria, Bifidobacterium, Bacteroides, dll.

c. Klasifikasi Bakteri Berdasarkan Suhu Optimal

Bakteri diklasifikasikan secara luas menjadi 3 jenis sebagai;

1. Psikofil

Mereka memiliki suhu pertumbuhan optimal pada 150°C atau di bawah. Misalnya. Chryseobacterium, Psychrobaceter, Polaromonas, Sphingomonas, Alteromonas, Hyphomonas, Listeria monocytogenes, dll.

2. Mesofil

Mereka memiliki suhu pertumbuhan optimal pada 15 – 45°C. Bakteri patogen termasuk dalam kategori ini. Misalnya. E. coli, Staphylococcus aureus, Salmonella Typhi, Streptococcus pyogenes, Klebsiella spp., Pseudomonas spp., dll.

3. Termofil

Mereka memiliki suhu pertumbuhan optimal di atas 45°C. Misalnya. Bacillus thermophilus, Methanothrix, Archaeglobus, Thermophilus aquaticus, Geogemma barosii (pada 122°C), Pyrolobus fumarii (pada 113°C), Pyrococcus spp., dll.

d. Klasifikasi Bakteri Berdasarkan Susunan Flagela

Bakteri diklasifikasikan menjadi 5 jenis sebagai;

1. Atrichous

Mereka adalah bakteri tanpa flagela. Misalnya. Lactobacillus spp., Bacillus anthracis, Staphylococcus spp., Streptococcus spp., dll.

2. Monotrik

Mereka adalah bakteri dengan hanya satu flagel di satu kutub. Misalnya. Campylobacter spp., Vibrio cholerae, dll.

3. Lophotrichus

Mereka adalah bakteri dengan banyak flagela di salah satu ujungnya. Misalnya. Spirillum, Helicobacter pylori, Pseudomonas fluoresensi, dll.

4. Peritrik

Mereka adalah bakteri dengan banyak flagela yang memproyeksikan ke segala arah. Misalnya. E.coli, Klebsiella, Proteus, Salmonella Typhi, dll.

5. Amfitrich

Mereka adalah bakteri dengan satu flagel di setiap kutub. Misalnya. Alcaligenes faecalis, Nitrosomonas, dll.

e. Klasifikasi Bakteri berdasarkan cara nutrisi

1. Bakteri autotrofik

Mereka adalah bakteri yang mampu mengasimilasi bahan anorganik menjadi bahan organik yaitu mampu menyiapkan makanan mereka seperti tanaman. Mereka terdiri dari 2 jenis;

Fotoautotrof; Mereka menggunakan energi dari sinar matahari untuk asimilasi. Ini termasuk cyanobacteria (Nostoc, Prochlorococcus, dll.), Bakteri sulfur ungu (Nitrosococcus, Thiococcus, Halochromatium, dll.), Bakteri non-sulfur ungu (Rhodopseudomonas spp.), Bakteri sulfur hijau (Chlorobium, Chromatium, dll.)

Kemoautotrof; Mereka menggunakan energi kimia untuk asimilasi. Ini termasuk bakteri sulfur (Beggiatoa, Thiobacillus, Thiothrix, Sulfolobus, dll.), bakteri nitrogen (Nitrosomonas, Nitrobacter, dll.), bakteri pengoksidasi hidrogen (H. pylori, Hydrogenbacter, Hydrogenvibrio marinus, dll.), methanotrophs (Methylomonas, Methylococcus , dll), bakteri besi (Thiobacillus ferroxidans, Ferrobacillus, Geobacter metallireducens, dll.)

2. Bakteri heterotrof

Mereka adalah bakteri yang memperoleh energi dengan mengonsumsi senyawa organik, tetapi mereka tidak mengubah senyawa organik menjadi anorganik. Mereka adalah jenis parasit atau simbiosis. Misalnya. E. coli, Rhizobium spp., Staphylococcus spp., Mycobacterium spp., Klebsiella pneumoniae, dll.

3. Bakteri saprofit

Mereka adalah bakteri yang menguraikan senyawa organik menjadi anorganik dan memperoleh energi. Mereka adalah pengurai dan memakan tumbuhan dan hewan yang mati. Misalnya. Cellulomonas, Clostridium thermosaccharolyticum, Pseudomonas denitrificans, Acetobacter, dll.

Makanan di Bakteri

Bakteri memakan beberapa senyawa organik atau anorganik. Makanan memasuki tubuh bakteri baik dengan fagositosis (transpor aktif) atau dengan osmosis dan difusi atau melalui saluran protein (transpor pasif). Mereka memperoleh energi baik dengan foto atau kemosintesis menguraikan senyawa organik atau memecah senyawa anorganik. Berdasarkan kebiasaan makan, mereka dikelompokkan sebagai autotrof, heterotrof, dan saprofit.

Reproduksi pada Bakteri

Bakteri memiliki waktu generasi yang sangat singkat yaitu mereka bereproduksi dengan sangat cepat. Reproduksi mereka adalah tipe aseksual dan dapat diklasifikasikan ke dalam tipe berikut;

1. Pembelahan biner

Ini adalah tipe yang paling umum. Dalam kondisi yang menguntungkan, setiap bakteri membelah menjadi dua bakteri yang identik. Sel-sel bakteri pertama-tama memperoleh nutrisi tumbuh pada ukuran maksimumnya dan mereplikasi DNA mereka. DNA baru yang direplikasi disebut nukleus baru jadi, bermigrasi ke arah kutub yang berlawanan. Septum transversal mulai berkembang dan memisahkan dua sel anak.

2. Pembentukan konidia

Ini sebagian besar terlihat pada bakteri berfilamen seperti yang ada di actinomycetes, mis. Streptomyces, Micromonospora, Rhodomicrobium, dll.

3. Budding

Sel-sel bakteri mengembangkan pembengkakan kecil, yang disebut tonjolan atau kuncup, di satu sisi. DNA bakteri bereplikasi dan satu salinan masuk ke dalam tunas. Tunas tersebut akhirnya terpisah dan berkembang menjadi sel anak. Misalnya. Planctomyces spp., Rhodomicrobium vannielia, Hyphomicrobium spp., dll.

4. Pembentukan endospora

Hal ini terlihat pada beberapa bakteri Gram-positif selama kondisi yang tidak menguntungkan dan tekanan lingkungan. Sitoplasma menjadi terkonsentrasi di sekitar DNA bakteri dan dinding tebal, keras, dan resisten berkembang di sekitarnya. Misalnya. Bacillus spp., Clostridium spp., Sporosarcina spp., dll.

5. Transformasi

Ini dianggap sebagai metode seksual. Dalam metode ini, DNA dari satu bakteri secara langsung masuk ke dalam sel bakteri lain dari spesies yang sama dan membentuk DNA rekombinan. DNA masuk melalui lingkungan ekstraseluler.

6. Konjugasi

Ini adalah metode seksual lain di mana transformasi DNA adalah dengan kontak langsung antara bakteri donor dan penerima melalui tabung konjugasi. Pili seks bertanggung jawab untuk konjugasi. Sel donor mengembangkan pilus seks dan menempel pada sel penerima. Sebuah tabung atau jembatan konjugasi terbentuk pada titik yang terhubung. Fragmen DNA berubah dari satu bakteri (donor) ke bakteri lain (penerima) melalui tabung ini.

7. Transduksi

Dalam metode ini, fragmen DNA diubah dari bakteri donor menjadi bakteri penerima oleh bakteriofag.

Metabolisme Bakteri

Ini mencakup semua aktivitas metabolisme / biokimia yang terjadi di dalam sel bakteri. Berdasarkan cara memperoleh karbon, metabolisme bakteri dapat diklasifikasikan sebagai metabolisme heterotrofik dan metabolisme autotrofik.

1. Metabolisme Heterotrofik

Pada tipe ini, bakteri menggunakan senyawa organik sebagai sumber karbon dan energi. Karbohidrat, lipid, dan protein biasanya dioksidasi untuk membentuk ATP dan molekul prekursor. Ada proses yang berbeda dimana bakteri melakukan metabolisme heterotrofik. Beberapa jenis penting adalah;

Respirasi pada Bakteri

Ini adalah proses memperoleh energi (ATP) dengan oksidasi lengkap makanan (glukosa) di dalam sel bakteri. Di sini, glukosa benar-benar terurai menjadi karbon dioksida dan air melepaskan sejumlah besar energi.

Respirasi dapat berupa respirasi aerob atau anaerob.

Dalam respirasi aerobik, bakteri menggunakan molekul O2 sebagai akseptor elektron terminal. Reaksi umum yang terjadi pada respirasi aerobik dapat dinyatakan sebagai; C6H12O6 + 6O2 = CO2 + 6H2O + energi (38 ATP)

Dalam respirasi anaerob, bakteri menggunakan nitrat (NO3–), sulfat (SO4-2), CO2, fumarat, dll sebagai akseptor elektron terminal. Bersamaan dengan CO2 dan air, H2S, dan NH3 juga diproduksi.

Proses respirasi lengkap mencakup tiga jalur biokimia dasar; yang pertama adalah Glycolytic (Embden-Meyerhof-Parnas / EMP pathway), yang kedua adalah Tricarboxylic acid (TCA) cycle (Kreb’s cycle), dan yang terakhir adalah oxidative phosphorylation (electron transport chain / ETC).

Selain ini, ada jalur kecil lainnya seperti jalur fosfoketolase, jalur pentosa fosfat oksidatif (HMP shunt), dan Entner-Doudoroff pathway (ED pathway).

Fermentasi pada Bakteri

Ini adalah proses di mana glukosa secara enzimatik dipecah menjadi produk akhir organik yang lebih sederhana seperti alkohol atau asam. Dehidrogenasi glukosa melepaskan energi (ATP) bersama dengan produk akhir.

Dalam proses homo-fermentasi, bakteri memfermentasi glukosa menjadi produk akhir tunggal. Sebagian besar jalur glikolitik diikuti untuk menghasilkan asam piruvat, yang selanjutnya dapat direduksi menjadi asetaldehida, -asetolaktat, asetil-SCoA, dan laktil-SCoA. Beberapa dapat menghasilkan asam laktat, asam butirat, etanol, dll.

Dalam proses hetero-fermentasi, bakteri memfermentasi glukosa menjadi campuran beberapa produk akhir seperti etanol, asam asetat, asam format, asam laktat, H2, dan CO2. Jenis fermentasi ini lebih sering terjadi pada flora bakteri alami.

Ada jenis lain dari metabolisme heterotrofik kecil seperti:

(a) metilotrofi, di mana bakteri menggunakan senyawa karbon C1 seperti metanol, formaldehida, metilamin, dll. sebagai sumber energi. Ini terlihat pada metanotrof seperti Methylobacter spp., Methylomonas spp., Methylococcus spp., dll. Metana diproduksi selama metanogenesis.

(b) syntrophy, di mana satu spesies bakteri menggunakan produk akhir metabolisme dari spesies bakteri lain. Di sini bakteri yang berbeda berpasangan untuk mencapai reaksi kimia, yang tidak dapat mereka lakukan secara individual.

2. Metabolisme Autotrofik

Dalam sistem ini bakteri langsung mengoksidasi senyawa anorganik (tanpa menggunakan energi matahari) untuk menghasilkan energi. Ini juga disebut chemolithotrophy atau chemoautotrophy atau chemotrophic. Jalur metabolisme yang paling umum termasuk jalur Calvin (pentosa fosfat reduktif), siklus TCA reduktif, dan jalur asetil-KoA.

Berdasarkan berbagai jenis senyawa anorganik yang digunakan sebagai substrat, terjadi reaksi oksidatif yang berbeda. Reaksi umum adalah; oksidasi hidrogen, oksidasi belerang, oksidasi besi, nitrifikasi, anammox, oksidasi mangan, dll.

3. Metabolisme Fototrofik

Dalam sistem ini, bakteri menggunakan energi cahaya untuk mengoksidasi senyawa anorganik dan menghasilkan energi (ATP). Ada dua jenis fototropisme pada bakteri; fototropisme oksigenik dan anoksigenik.

Dalam fototropisme Oksigenik, H2O dioksidasi menjadi O2 untuk mendapatkan elektron dengan menggunakan energi cahaya. Hal ini terlihat pada Cyanobacteria (BGA) yang mengandung pigmen kloroplas. Dua fotosistem (PS), PS-I dan PS-II terlibat dalam proses tersebut.

Dalam fototropisme anoksigenik, H2S atau S2 atau H2 atau senyawa organik lainnya digunakan sebagai donor elektron. Hal ini terlihat pada Bakteri Green Sulfur, Bakteri Green non-sulfur, bakteri ungu sulfur, dan bakteri ungu non-sulfur. Hanya satu fotosistem yang terlibat; PS-I pada bakteri hijau dan PS-II pada bakteri ungu.

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan Bakteri

• Ketersediaan Air / Aktivitas Air; bakteri memiliki kebutuhan aktivitas air normal 0,91 ke atas. Air diperlukan untuk menjaga tekanan osmotik, melakukan metabolisme, mengatur fisiologi, mengatur pH, dll.

• Tingkat Nutrisi; bakteri yang berbeda memiliki kebutuhan nutrisi yang berbeda. Bakteri yang membutuhkan kebutuhan nutrisi yang sangat tinggi disebut bakteri rewel. Bakteri yang bertahan hidup pada tingkat nutrisi yang sangat rendah disebut bakteri non-rewel. Seiring dengan peningkatan konsentrasi nutrisi, pertumbuhan bakteri meningkat sampai batas tertentu, tetapi peningkatan lebih lanjut tidak dapat meningkatkan laju pertumbuhan.

• Suhu; Bakteri yang berbeda memiliki suhu optimum yang berbeda untuk pertumbuhannya. Berdasarkan persyaratan suhu, bakteri diklasifikasikan sebagai Mesophiles, Thermophiles, dan Psychrophiles. Bakteri yang paling umum, termasuk patogen, adalah Mesophiles dengan suhu optimum sekitar 370C.

• Konsentrasi gas; sebagian besar O2 dan CO2 mempengaruhi pertumbuhan bakteri. Aeroba yang ketat membutuhkan kandungan O2 yang tinggi. Aerob fakultatif dapat tumbuh pada kandungan O2 yang sangat rendah. Anaerob tidak dapat bertahan hidup di lingkungan dengan O2.

• pH / Konsentrasi Ion Hidrogen; bakteri kebanyakan tumbuh pada pH sekitar netralitas (6,5 -7,5). Acidophiles memiliki persyaratan pH optimum pH di bawah 5. Alkaliphiles memiliki persyaratan pH optimum pH di atas 9. pH mempengaruhi sistem enzim, protein, dan integritas membran bakteri.

• Salinitas; konsentrasi garam juga mempengaruhi pertumbuhan bakteri dengan mempengaruhi homeostasis dan tindakan enzimatik. Halofil adalah organisme yang memiliki konsentrasi ion optimum yang sangat tinggi yang dibutuhkan untuk pertumbuhan.

• Intensitas cahaya; bakteri fototrofik membutuhkan cahaya untuk menyiapkan makanan.

Penyakit Bakteri

Bakteri yang dapat menyebabkan infeksi (penyakit) disebut bakteri patogen, dan penyakit seperti itu disebut penyakit bakteri. Sebagian besar bakteri yang kita kenal adalah non-patogen. Hanya <5% yang bersifat patogen. Untuk menjadi bakteri patogen, bakteri tersebut harus memenuhi Postulat Koch.

Beberapa penyakit bakteri umum dengan spesies penyebabnya tercantum dalam tabel di bawah ini.

Disease

Causative Bacteria

Tuberculosis Pneumonia Urinary Tract Infection (UTI) Meningitis Gastroenteritis Typhus, Rocky Mountain Spotted Fever Typhoid Cholera Tetanus  Syphilis Influenza Cellulitis or wounds

Mycobacterium tuberculosis Klebsiella pneumoniae, Streptococcus pneumoniae, etc. E. coli, Klebsiella, Proteus, Staphylococcus, etc. Neisseria meningitidis, Streptococcus pneumoniae, etc. E. coli, Clostridium, Salmonella, Shigella,  Rickettsia spp. Salmonella Typhi and Salmonella Paratyphi Vibrio cholerae  Clostridium tetani  Treponema pallidum  Haemophilus influenzae  Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes, etc.

Identifikasi Bakteri

Ini adalah metode untuk mengidentifikasi genera dan spesies bakteri yang diisolasi yaitu untuk mengidentifikasi bakteri mana yang diisolasi. Ada beberapa metode yang dirancang dan digunakan untuk identifikasi bakteri.

a. Metode Kultur untuk Identifikasi Bakteri

Ini adalah metode mengidentifikasi bakteri dengan mempelajari karakter kultur mereka dalam media kultur tertentu. Beberapa media selektif dan indikator digunakan untuk identifikasi bakteri. Dalam metode ini, kami mempelajari karakter kolonial seperti;

• Bentuk koloni (melingkar, tidak beraturan, rizoid, dll)

• Ukuran koloni (mikro, kecil, sedang, besar, dll)

• Pigmentasi

• Ketinggian koloni (cekung, cembung, datar)

• Batas koloni (halus, kasar, penyok, bergelombang, dll.)

b. Pewarnaan dan Mikroskopi untuk Identifikasi Bakteri

• Ini adalah metode lain yang berguna dan umum digunakan untuk identifikasi bakteri.

• Pewarnaan Gram adalah jenis yang paling penting dari metode pewarnaan yang digunakan dalam mikrobiologi untuk identifikasi bakteri. Ini adalah teknik pewarnaan diferensial yang digunakan untuk membedakan bakteri menjadi dua kelompok; Gram Positif dan Gram Negatif, dan untuk mempelajari morfologi bakteri. Crystal Violet digunakan sebagai pewarna utama, Gram's Iodine digunakan untuk memperbaiki noda CV, Aseton/Etanol digunakan sebagai penghilang warna dan Safranine digunakan sebagai counter stain.

• Selain itu ada teknik pewarnaan lain seperti pewarnaan sederhana, pewarnaan negatif, pewarnaan Acid Fast (ZN), pewarnaan Giemsa, pewarnaan Flagella, pewarnaan Endospora, dll.

• Mikroskop cahaya, mikroskop Fluorescent, mikroskop Medan Gelap, dan mikroskop Elektron digunakan.

c. Tes Biokimia untuk Identifikasi Bakteri

• Tes ini adalah metode untuk mengidentifikasi bakteri berdasarkan aktivitas biokimia mereka. Di sini, kami mempelajari kemampuan bakteri untuk memanfaatkan substrat atau menghasilkan metabolit dan bahan kimia tertentu. Ini adalah metode tradisional dan masih banyak digunakan untuk identifikasi fenotipik bakteri.

• Deteksi visual pertumbuhan bakteri dan perubahan warna media adalah kunci untuk mengidentifikasi bakteri. Prinsip tes biokimia adalah bahwa bakteri yang berbeda memiliki fisiologi dan metabolisme yang berbeda, sehingga menunjukkan reaksi biokimia yang berbeda.

• Tes biokimia mudah, sederhana, murah, dan metode yang paling banyak digunakan. Namun, mereka memiliki kelemahan dari kemungkinan hasil positif palsu dan negatif palsu yang tinggi.

Reaksi biokimia yang paling umum digunakan adalah;

Tes indol; adalah uji kualitatif yang mendeteksi kemampuan bakteri untuk menghasilkan 'indole' dengan deaminasi dan hidrolisis 'tryptophan' dengan menghasilkan enzim 'tryptophanase'. Ini digunakan untuk membedakan anggota keluarga Enterobacteriaceae. Media yang mengandung triptofan seperti kaldu triptofan, kaldu kedelai triptik, media Sulfida Indole Motility (SIM), dll. umumnya digunakan dalam metode ini. Bakteri ditumbuhkan dalam media yang mengandung triptofan dan diinkubasi selama 24 jam. Setelah inkubasi, reagen indol ditambahkan dan perubahan warna dicatat. Perkembangan warna merah atau merah muda menunjukkan produksi indol.

Uji Methyl-Red (MR); digunakan untuk mendeteksi produksi asam dengan fermentasi glukosa dalam medium. Kaldu MR-VP digunakan dalam tes ini. Bakteri diinokulasi dalam kaldu MR-VP dan diinkubasi semalaman. Setelah inkubasi, indikator metil merah ditambahkan. Jika bakteri memfermentasi glukosa dalam medium penghasil asam, maka medium akan berubah menjadi merah.

Tes Voges Proskauer (VP); digunakan untuk mendeteksi kemampuan bakteri untuk menghasilkan produk netral seperti acetoin atau 2,3-butanediol. Bakteri diinokulasi dalam kaldu MR-VP dan diinkubasi semalaman. Setelah inkubasi, reagen VP I dan II ditambahkan dan perubahan warna diamati. Perkembangan warna cherry red/pink menunjukkan reaksi positif.

Uji sitrat; digunakan untuk mendeteksi kemampuan bakteri dalam memanfaatkan sitrat sebagai sumber karbon. Agar sitrat Simon banyak digunakan.

Uji urease; digunakan untuk mendeteksi kemampuan bakteri dalam memfermentasi urea menjadi amonia dengan menghasilkan enzim urease. Urea yang mengandung media seperti Christensen Urea Agar digunakan.

Uji Triple Sugar Iron (TSI); digunakan untuk mendeteksi kemampuan bakteri dalam memfermentasi glukosa dan laktosa atau sukrosa dan melepaskan gas H2S. Agar TSI digunakan untuk tes ini. Perubahan warna miring dan pantat miring agar TSI dipelajari. Perubahan warna dari merah menjadi kuning menandakan fermentasi gula. Jika warna miring berubah menjadi kuning, itu menunjukkan fermentasi glukosa saja. Jika warna pantat juga berubah menjadi kuning, itu menunjukkan fermentasi baik sukrosa, laktosa, atau keduanya. Jika terbentuk warna hitam, itu menandakan produksi H2S.

Uji katalase; digunakan untuk mendeteksi kemampuan bakteri dalam menghasilkan enzim katalase.

Uji oksidase; digunakan untuk mendeteksi kemampuan bakteri dalam menghasilkan enzim sitokrom oksidase.

Uji Fermentasi Gula; digunakan untuk mempelajari kemampuan bakteri untuk memfermentasi berbagai jenis gula (glukosa, laktosa, sukrosa, manitol, sorbitol, arabinosa, dll.)

Ada beberapa tes lain yang digunakan seperti; Uji DNAse, Uji reduksi Nitrat, Uji hidrolisis Esculin, Uji Microdase, Uji hidrolisis gelatin, Uji PYR, Uji ONPG, Uji dekarboksilase, Uji koagulase, Uji reduksi belerang, Uji hidrolisis pati, Uji fenilalanin deaminase, Uji CAMP, Uji kelarutan empedu, dll .

d. Metode Molekuler untuk Identifikasi Bakteri

• Tes ini mencakup studi genom bakteri dan sekuens genomik. Ini adalah metode paling canggih dan akurat yang digunakan ketika diperlukan identifikasi yang sangat tepat. Kita dapat mengklasifikasikan bakteri ke dalam sub-spesies, strain, serotipe, atau tingkat patovar menggunakan metode molekuler. Metode ini meliputi Polymerase Chain Reactions (PCR), tes probe DNA/RNA, Microarray, Elektroforesis, Proteomik, dll.

e. Metode Imunologi untuk Identifikasi Bakteri

• Metode ini terbatas pada identifikasi bakteri patogen saja. Dalam metode ini, kami mengidentifikasi antibodi atau antigen spesifik bakteri dalam tubuh orang yang terinfeksi. Antibodi atau antigen yang teridentifikasi berkorelasi dengan identifikasi bakteri yang menginfeksi.

• Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA), Radio-immunoassay (RIA), Fluoro Immuno Assay (FIA), Immuno chromatography, dll adalah tes yang umum digunakan.

 

Pentingnya, Kegunaan dan Aplikasi Bakteri

• Mereka bertanggung jawab untuk mendaur ulang beberapa nutrisi seperti nitrogen, karbon, belerang, fosfor, oksigen, dll. Mereka memainkan peran paling penting dalam asimilasi dan disimilasi senyawa organik selama siklus biogeokimia.

• Mereka memainkan peran yang sangat penting dalam mengatur kadar oksigen atmosfer. Bakteri fotosintesis (Cyanobacteria, bakteri Green Sulphur) memainkan peran yang sangat penting dalam produksi oksigen selama fotosintesis.

• Mereka bertanggung jawab untuk biodegradasi, pengomposan, dekomposisi, dan bioremediasi. Mereka memainkan peran yang sangat penting dalam pengelolaan limbah organik dan organisme mati dan bagian-bagiannya.

• Beberapa bakteri digunakan secara industri untuk produksi beberapa enzim. Enzim-enzim ini digunakan dalam proses industri, keperluan medis, pengolahan makanan, dll. Amilase, lipase, selulase, protease, hemiselulase, zimase, penisilinase, polimerase, dll. diproduksi oleh bakteri.

• Bakteri dimodifikasi secara genetik dan digunakan dalam aplikasi bioteknologi untuk menghasilkan hormon seperti insulin dan enzim.

• Mereka digunakan dalam proses fermentasi anaerobik untuk menghasilkan biogas (metana) yang digunakan sebagai bahan bakar.

• Genus Actinomycetes dan bakteri lain yang berbeda merupakan sumber antibiotik yang digunakan untuk keperluan farmasi.

• Beberapa spesies bakteri seperti Bifidobacterium, E.coli, Lactobacillus, dll digunakan sebagai probiotik.

• Bakteri digunakan dalam memproduksi produk makanan fermentasi seperti produk susu fermentasi, sosis, jus buah fermentasi, dll.

• Mereka digunakan dalam bioremediasi tumpahan minyak, xenobiotik, limbah radiasi, limbah logam berat, limbah bio-berbahaya, limbah beracun, dan limbah organik dan anorganik lainnya.

• Bakteri digunakan dalam rekayasa genetika dan penelitian molekuler. Gen mereka digunakan dalam memproduksi Organisme yang Dimodifikasi Secara Genetik (GMO) yang berbeda.

• Sel bahan bakar bakteri adalah teknologi baru untuk mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Mereka dapat digunakan sebagai sumber energi alternatif.

• Di bidang pertanian, mereka digunakan sebagai bio-pestisida, pupuk hayati, dan bio-insektisida.

• Bakteri adalah pelopor bentuk kehidupan di tanah tandus seperti gurun, batu, dll. Setiap organisme hidup yang hidup saat ini berevolusi dari beberapa eukariota yang dikembangkan dari bakteri sekitar 2,0 miliar tahun yang lalu.

• Bakteri hadir sebagai flora normal dalam tubuh kita. Mereka membantu melawan patogen yang menyerang, meningkatkan respons kekebalan, dan membantu dalam proses pencernaan.

Kekurangan dan Keterbatasan Bakteri

• Bakteri patogen yang berbeda bertanggung jawab atas berbagai macam penyakit manusia dari yang sederhana hingga yang mengancam jiwa. Penyakit bakteri bertanggung jawab atas ribuan kematian setiap tahun.

• Pembusukan bakteri pada makanan dan produk farmasi adalah kerugian lain. Industri makanan dan farmasi harus menanggung kerugian besar akibat pembusukan bakteri.

• Beberapa bakteri seperti bakteri denitrifikasi, bakteri pengoksidasi sulfur, dll. bertanggung jawab untuk menurunkan kesuburan tanah, yang pada akhirnya mengurangi hasil panen.

• Bakteri dapat menyebabkan penyakit pada tanaman tanaman dan hewan peliharaan. Hal ini akan mengurangi produksi pertanian.

• Bakteri menyebabkan kerusakan dan degradasi produk organik yang berguna seperti furnitur, tekstil, dll.