Kuliah 9 Pertumbuhan - Cipto Suriantika I Cs I

Kuliah 9
PERTUMBUHAN & PEMBELAHAN SEL
FARMASI – UHAMKA
2013
Priyo Wahyudi
PERTUMBUHAN & PEMBELAHAN SEL
a. Bentuk sel
b.Pemanjangan, pembelahan
c. Faktor-faktor yang mempengaruhi
pertumbuhan (oksigen, nutrisi, pH,
temperatur, osmolaritas)
Figure 27.0 Bacteria on the point of a pin
Bacterial Morphology
• Macroscopic/ Colonial morphology
– Colony’s characteristics:
• Colony’s Shape, Size, Edge/ Margin, Chromogenesis/
pigmentation, Opacity, Elevation, Surface, Consistency,
Emulsifiability, Odor
– Observed on an agar plate
• Microscopic morphology
– Cellular morphology:
• Cell’s Shape, Size, Arrangement, Ultra-structure
– Observed under the microscope
Colonial Morphology
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Shape
Edge
Elevation
Size
Chromogenesis
Opacity
Surface
Consistency
Emulsifiability
Odor
Shape
Edge
Elevation
Bacillus subtilis
Colony shape and size: irregular
Margin (edge): undulate (wavy)
Elevation: umbonate
Color: white, dull
Texture: dry (or rough).
Staphylococcus aureus
Colony shape and size: circular
Margin (edge): entire
Elevation: corvex
Color: yellow
Texture: butyrous (buttery)
Bentuk Sel Bakteri
1. Bulat /Coccus
Bentuk Sel Bakteri
2. Batang / Basil
Bentuk Sel Bakteri
3. Spiral
Figure 27.3 The most common shapes of prokaryotes
*
*
*
rod-like (bacillus or bacilli)
spherical (coccus or cocci)
helical (spirillum or spirilla)
Bentuk Sel Bakteri
Bentuk Sel Bakteri
Bacillus:
Coccus:
Spirillum:
* Rod-shaped
* Sphere-shaped
* Spiral-shaped
Bacteria Arrangements
Diplo – paired cells
Strepto – chained cells
Staphylo – clustered cells
 diplococci
 streptococci
 staphylococci
Pertumbuhan Bakteri
•
•
•
Binary Fission
Kurva Pertumbuhan Bakteri
Pengukuran Pertumbuhan
–
–
•
Pengukuran Masa Sel
Pengukuran Jumlah Sel
Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan
–
–
–
–
pH
Suhu
Aw
Oksigen
16
Binary Fission
17
Binary Fission
Binary Fission
Kurva Pertumbuhan Bakteri
Jumlah sel hidup
Stasioner
Lag
Waktu
20
Kurva Pertumbuhan Bakteri
1. Fase Lag
• Merupakan fase adaptasi bagi mikroba yang berada pada
lingkungan baru. Terjadi sesaat setelah inokulasi sel mikroba ke
dalam medium yang baru. Jumlah selnya belum berubah, karena
belum terjadi perbanyakan/pembelahan sel. Namun demikian, sel
melakukan pertumbuhan (perbesaran) baik ukuran dan volume,
mensintesis ensim, protein dan peningkatan aktivitas metabolik, dll
yang diperlukan untuk tahap pembelahan sel.
• Lama fase lag tergantung : jumlah inokulum, waktu recover dari
kerusakan fisik atau shock saat transfer, waktu yang diperlukan
untuk mensintesis koensim esensial atau faktor pembelahan sel,
waktu yang diperlukan untuk mensintesis enzim baru (inducible)
yang diperlukan untuk memetabolis substrat yang ada di medium.
21
Kurva Pertumbuhan Bakteri
2. Fase Eksponensial / Logaritmik
• Fase eksponensial / logaritmik merupakan fase dimana sel
bakteri membelah diri (binary fission) dengan berlipat
ganda dalam waktu yang cepat sehingga membentuk pola
eksponensial (geometric progression).
• Sel akan membelah diri dengan laju yang cepat tergantung
pada komposisi medium pertumbuhan dan kondisi
inkubasi.
• Geometric progression: 1, 2, 4, 8, dst. Atau 20, 21, 22,
23.........2n ( n = jumlah generasi). Hal tersebut dinamakan
pertumbuhan eksponensial.
22
Kurva Pertumbuhan Bakteri
3. Fase Stasioner
• Pertumbuhan eksponensial tidak dapat berlanjut pada kultur
batch (sistem tertutup, spt: pada tabung). Pertumbuhan
populasi sel dibatasi oleh:
• Berkurangnya nutrien
• Akumulasi produk akhir atau metabolit yang bersifat
inhibitor
• Berkurangnya ruang "biological space"
• Selama fase stasioner jumlah populasi sel tetap (jumlah sel
yang mati sama dengan jumlah sel yang baru membelah)
• Pada fase stasioner ini bakteri mulai menghasilkan metabolit
sekunder dan membentuk spora
23
Kurva Pertumbuhan Bakteri
4. Fase Kematian
• Jika inkubasi dilanjutkan setelah fase stasioner yang terjadi
adalah fase kematian, dimana jumlah sel yang hidup
berkurang dengan cepat.
• Hal ini disebabkan oleh keterbatasan 3 faktor tadi (makanan,
metabolit sekunder dan keterbatasan ruan)
• Kematian sel terjadi secara eksponensial juga pada fase ini.
24
Pengukuran Pertumbuhan Bakteri
Pengukuran Masa Sel
1.
2.
Pengukuran Langsung
1. Pengukuran fisik: berat kering atau berat basah dari volume sel
setelah sentrifugasi.
2. Pengukuran kimiawi: beberapa sifat kimiawi komponen sel
seperti total N, total protein, atau total DNA.
3. Pengukuran kekeruhan (turbiditas) terhadap suspensi sel.
Turbiditas atau OD (optical density) suspensi sel berkaitan
langsung dengan massa sel ataupun jumlah sel. Makin besar
massa sel/jumlah sel makin keruh (OD nya besar).
Pengukuran Tidak langsung
1. Pengukuran aktivitas kimiawi seperti laju konsumsi atau
produksi O2 production or consumption, produksi CO2 dll
25
Pengukuran Pertumbuhan Bakteri
Penghitungan Jumlah Sel
1.
2.
3.
Penghitungan mikroskopis langsung menggunakan counting
chambers. Sel mati tidak dapat dibedakan dengan yang hidup.
Penghitungan langsung menggunakan Electronic counting
chambers. Dengan alat ini penghitungan jumlah dan ukuran
distribusi sel dapat dilakukan dengan cepat
Penghitungan tidak langsung melalui teknik viable cell counts (plate
counts). Teknik ini dilakukan dengan menuang plating out
(spreading) sampel pada permukaan medium agar. Sampel dapat
dilarutkan dengan tingkat pengenceran yang memungkinkan
terhitungnya koloni bakteri yang tumbuh pada medium agar. Jumlah
bakteri yang tumbuh pada medium agar dihitung dan disebut
sebagai colony forming unit (cfu).
26
Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan
Bakteri
1. pH
• pH atau konsentrasi ion hidrogen [H+] pada lingkungan alamiah berkisar
antara 0,5 (pd tanah asam) sampai 10,5 (pada tanah kapur).
• Kisaran pH dimana mikroba dapat tumbuh dikenal dengan istilah tiga titik
kardinal pH :
• pH minimum, pH dimana di bawah nilai tersebut mikroba tidak dapat tumbuh
• pH maximum, pH dimana di atas nilai tersebut mikroba tidak dapat tumbuh
• pH optimum, pH dimana mikroba tumbuh paling baik
27
Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan
Bakteri
1. pH
• Pertumbuhan bakteri akan
meningkat pada rentang pH
minimum ke optimum, namun
akan menurun setelah melewati
nilai pH optimum menuju ke
maksimum, yang merefleksikan
pengaruh pH terhadap reaksi
enzimatis.
Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan
Bakteri
1. pH
Laju pertumbuhan relatif
• Sebagian besar pH optimum bakteri adalah pada pH netral (7,0).
Pengelompokan mikroba berdasarkan pH optimumnya:
• Acidofil: mikroba dengan pH optimum di bawah pH 7,0
• Neutrofil: mikroba dengan pH optimum pada pH netral (7,0)
• Alkalifil: mikroba dengan pH optimum di atas pH 7,0
Acidofil
1
Neutrofil
7
Nilai pH
Alkalifil
12
29
Mikroorganisme
Thiobacillus thiooxidans
Sulfolobus acidocaldarius
Bacillus acidocaldarius
Zymomonas lindneri
Lactobacillus acidophilus
Staphylococcus aureus
Escherichia coli
Clostridium sporogenes
Erwinia caratovora
Pseudomonas aeruginosa
Thiobacillus novellus
Streptococcus pneumoniae
Nitrobacter sp
pH Minimum
0.5
1.0
2.0
3.5
4.0-4.6
4.2
4.4
5.0-5.8
5.6
5.6
5.7
6.5
6.6
pH Optimum
2.0-2.8
2.0-3.0
4.0
5.5-6.0
5.8-6.6
7.0-7.5
6.0-7.0
6.0-7.6
7.1
6.6-7.0
7.0
7.8
7.6-8.6
pH Maximum
4.0-6.0
5.0
6.0
7.5
6.8
9.3
9.0
8.5-9.0
9.3
8.0
9.0
8.3
10.0
30
Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan
Bakteri
2. Suhu
• Suhu pada lingkungan alamiah berkisar antara suhu di bawah 0oC (pd
daerah kutub) sampai > 100oC (sumber air panas).
• Kisaran suhu dimana mikroba dapat tumbuh dikenal dengan istilah
tiga titik kardinal suhu :
• Suhu minimum, suhu dimana di bawah nilai tersebut mikroba tidak
dapat tumbuh
• Suhu maximum, suhu dimana di atas nilai tersebut mikroba tidak dapat
tumbuh
• Suhu optimum, suhu dimana mikroba tumbuh paling baik
• Pertumbuhan bakteri akan meningkat pada rentang suhu minimum ke
optimum, namun akan menurun setelah melewati nilai suhu optimum
menuju ke maksimum, yang merefleksikan pengaruh suhu terhadap
reaksi enzimatis.
31
Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan
Bakteri
2. Suhu
• Pengelompokan mikroba berdasarkan suhu optimumnya:
• Psikrofil: mikroba dengan suhu optimum antara 10 – 15oC
• Mesofil: mikroba dengan suhu optimum antara 27 – 37oC
• Termofil: mikroba dengan suhu optimum antara 45 – 70oC
• Hipertermofil: mikroba dengan suhu optimum antara 80 – 115oC
32
Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan
Bakteri
3. Aktivitas air (Aw)
• Air adalah komponen utama sel
• Keberadaan air menjadi faktor kritis yang mempengaruhi
pertumbuhan sel
• Keberadaan air untuk kebutuhan sel tergantung pada keberadaannya
di atmosfer (dikenal dgn kelembaban relatif) atau keberadaannya
dalam substrat (dikenal dgn water activity).
• Aktivitas air (Aw) dari H2O murni nilainya 1.0 (100% air).
• Aktivitas air dipengaruhi oleh adanya zat terlarut sperti garam atau
gula yang terlarut di dalam air. Makin tinggi konsentrasi zat terlarut
dalam air, nilai Aktivitas air (Aw) makin rendah.
• Mikroorganisme hidup pd kisaran Aw antara 1.0 sampai 0.7.
• Aw darah manusia = 0.99; air laut = 0.98; syrup = 0.90.
33
Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan
Bakteri
3. Aktivitas air (Aw)
• Zat terlarut yang umum di alam ini adalah garam NaCl. Mikroorganisme yang
membutuhkan garam NaCl untuk pertumbuhannya disebut mikroba
halofilik. Mild halofilik membutuhkan 1-6% garam, halofilik sedang
membutuhkan 6-15% garam; ekstrem halofilik membutuhkan 15-30% NaCl
• Bakteri yang dapat tumbuh pd konsentrasi garam yang sedang, namun
tumbuh lebih baik bila tidak ada NaCl, disebut halotoleran.
• Istilah Osmofilik dan Osmotoleran diberikan pada mikroorganisme yang
dapat hidup di lingkungan yang berkadar gula tinggi.
• Istilah Xerofilik diberikan pada mikroorganisme yang hidup di lingkungan
kering (gurun pasir, tepung).
• Konsep penurunan Aw merupakan salah satu cara untuk mencegah
pertumbuhan bakteri diaplikasikan pada proses pengawetan makanan
dengan cara pengeringan (sinar matahari atau evaporasi) atau dengan
penambahan gula atau garam dalam konsentrasi tinggi.
34
Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan
Bakteri
3. Aktivitas air (Aw)
• Osmolaritas ditentukan oleh
konsentrasi bahan terlarut (solute) di
lingkungan
• Osmolaritas berbanding terbalik
dengan water activity (Aw), dimana
makin tinggi konsentrasi bahan
terlarut (solute) berarti makin tinggi
osmolaritas, makin rendah Aw
• Keterangan: (a) bakteri nonhalofil spt
E. coli atau Pseudomonas. (b) bakteri
halotoleran spt Staphylococcus
aureus, (c) ekstrim halofil spt
Halococcus.
35
Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan
Bakteri
4. Oksigen
• Obligat aerob: membutuhkan O2 bebas untuk pertumbuhannya; O2 digunakan
sebagai aseptor elektron terakhir pada respirasi aerobik.
• Obligate anaerob (aerofob): tidak membutuhkan O2 untuk tumbuhnya. O2
bersifat toksik dan dapat membunuh atau menghambat pertumbuhan.
Prokariot obligate anaerob hidup secara fermentarif, respirasi anaerobik,
bacterial photosynthesis, atau secara methanogenesis.
• Fakultatif anaerob (fakultatif aerob): mikroba yang dapat menggnti
metabolisme antara aerobik dan anaerobik. Pada kondisi anerobik (no O2)
mereka tumbuh secara fermentasi atau respirasi anaerobik, tetapi bila ada O2
mereka dapat beralih ke respirasi aerobik.
• Aerotoleran anaerob : bakteri yang ekslusif anaeroik (metabolisme
fermentatif) namun mereka tidak begitu sensitif dengan adanya O2. Mereka
akan tetap bertahan dengan tumbuh secara fermentatif saat tidak ada atau
ada Oksigen.
36
Faktor yang mempengaruhi Pertumbuhan
Bakteri
4. Oksigen
Environment
Group
Aerobic
Anaerobic
O2 Effect
Obligate Aerobe
Growth
No growth
Required (utilized for
aerobic respiration)
Microaerophile
Growth if level not too
high
No growth
Required but at levels
below 0.2 atm
Obligate Anaerobe
No growth
Growth
Toxic
Facultative Anaerobe (Facultative
Aerobe)
Growth
Growth
Aerotolerant Anaerobe
Growth
Growth
Not required for
growth but utilized
when available
Not required and not
utilized
37