Bakteri - Definisi, Struktur, Bentuk, Ukuran, Klasifikasi
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 |
Stains
red/pink during Gram staining |
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 |
Mycobacterium
tuberculosis |
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.
.jpg)
No comments