Materi 2.PA. Ekologi Mikroba

MATERI 2:
EKOLOGI MIKROBA
Oleh: Prof. Dr. Poniah Andayaningsih, MS.
Laboratorium Mikrobiologi , Jurusan Biologi F-MIPA, Universitas Padjadjaran
Microbial Ecology
Ekologi Mikroba adalah studi tentang hubungan antara
mikroba dan lingkungannya, termasuk organisma lain dan
lingkungan abiotis.
Istilah Mikrobial ekologi pada umumnya untuk menjelaskan
mikroorganisma dan distribusinya pada lingkungan.
Microbial ecology ≠ microbiology Lingkungan
Mikrobiologi Lingkungan terutama berhubungan
dengan fungsi dan kontribusi mikroba pada
lingkungannya, juga aplikasinya dalam hala
pengelolaan dan bioremediasi.
2
3
Mikroba mempengaruhi Ekosistem
A. Dalam lingkungan yang miskin nutrien ,
memungkinkan terjadinya kompetisi antar m.o.
B. M.o dapat meningkatkan permukaan areal untuk
menjadikan efisiensi dalam mendapatkan nutrien.
C. M.o dapat melekat pada permukaan yang mungkin
mempunyai konsentrasi nutrisi yang lebih tinggi
untuk membentuk biofilm
D. Senyawa kimia dapat menghambat pertumbuhan
mikroba pada lingkunagan miskin nutrien.
4
Peranan Mikroorganisma dalam Lingkungan
•
Kemoautrotrof
•
Fotoautotrof
•
Kemoheterotrof
Peranan m.o lainnya:
a. Sebagai penyedia sumber makanan
bagi organisma lainnya.
b. Menghasilkan subtansi inhibitor yang
dapat mengurangi aktivitas mikroba
lainnya , dan dapat membantu
meningkatkan fungsi tanaman atau
hewan.
5
Classification of population interaction
EFFECT OF INTERACTION
NAME OF
INTERACTION
Neutralism
Commensalism
Synergism
Mutualism
Competition
Amensalism
Parasitism
Predation
POPULATION
A
POPULATION
B
0
0
+
+
0 or +
+
+
0
+
+
+
-
0, No effect; +, positive effect; -, negative effect.
6
Mycorrhizas
Mikoriza secara harfiah berarti "cendawan
akar" dan mengacu pada asosiasi simbiotik
bahwa ada interaksi antara akar tanaman dan
jamur. Mungkin akar dari mayoritas tanaman
terestrial adalah mycorrhizal. Ada dua kelas
dari mycorrhizae:
•ectomycorrhizae, di mana sel-sel fungal
membentuk satu sarung pelindung yang luas
di sekitar bagian luar dari akar dan sedikit
yang penetrasi ke dalam jaringan/tisu akar
diri sendiri, dan
•endomycorrhizae, di mana miselium fungal
menempel di dalam jaringan/tisu akar.
8
EKOLOGI MIKROBA
EKSTREAMOFILIK
9
Mikroba Extremophiles:

Mikroba yang dapat hidup dalam kondisi
ekstrim.
-

Thermophiles
Psychrophyle
Acidophyle, Alkaliphyle
Halophyle
Barophyle
Kondisi lingkungan yang ekstrim tersebut adalah
kondisi yang dianggap steril untuk mikroba
10
Thermophiles
Tumbuh pada temperature > 45oC
 Mikroba termofil pertama ditemukan di hot
springs di Yellowstone
(Thermus aquaticus: Taq is basis for PCR)

Mikroba hyperthermophiles dapat tumbuh pada
: 80oC - 100oC!
 Mikroba hyperthermophile pertama ditemukan :
Sulfolobus acidocaldarius, di hot acid spring.

11
Celah Hydrothermal
12
Celah Hydrothermal
Pyrolobus fumarii tumbuh pada daerah
yang sangat panas/
 Tumbuh baik pada 105oC, -113oC
 Tidak dapat tumbuh pada 90oC!
•
 Theoretical
limit pertumbuhan sampai:
~150oC
13
Zonasi pada Hot Springs (sumber
air panas)
14
15
16
Psychrophiles
Tumbuh di bawah 20oC
 Tumbuh optimal pada 20oC
 Rata-rata suhu air laut 1-3oC
 Laut Antarctic terbentuk dari es
membekusepanjang tahun: dapat dihuni
oleh eukariot fotosintetik seperti halnya
prokariot bakteri.
 Polaromonas vacuolata dapat tumbuh
optimal pada 4oC , tidak dapat tumbuh di
atas12oC!

17
Acidophiles



Lingkungan normal pada umumnya netral
Acidophiles adalah m.o yang hidup di bawah
pH 5
Lingkungan asam dapat menghasilkan
aktivitas geokimia.
◦ Pada Celah hydrothermal; Beberapa some hot
springs menghasilkan gas sulfur ;produce
sulfurous gases; puing pertambangan batubara.

Aktivitas metabolisme bakteri acidofilik
berkontribusi pada timbulnya keasaman pada
lingkungan.
18
Acidophiles
pH asam dapat mendenaturasi DNA
 Sel dapat memelihara kenetralan bagain
dalam sel.

◦ extremozymes bekerja pada pH rendah
◦ Pembatasan masuknya senyawa pH rendah

Extremozymes telah diisolasi dari dinding
sel / membran yang berfungsi di bawah
pH 1
19
20
Alkaliphiles
 Dapat hidup pada habitat di di atas pH 9.
Pada tanah kaya carbonate, kandungan soda
 Beberapa molekules, misal RNA, rusak di atas
pH 8
 alkaliphiles juga dapat memlihara interior secara
netral.
◦ extremozymes berada dekat dinding sel dan
disekresikan

21
Halophiles
Sel di lingkungan hipertonik akan
dehidrasi.
 Halophiles menyimpan air dengan
mengakumulasikan di bagian dalam sel
dengan cara active transport

•
Halobacterium salinarum dapat
mengkonsentratkan KCl
◦ cytoplasmic enzymes memerlukan KCl
untuk meningkan aktifitasnya.
22
Barophiles
Toleran dan memerlukan tekanan yang
tinggi ekstrim dan ditemukan di
kedalaman tanah atau lautan.
 Dapat tumbuh di bawah ribuan tekanan
atmosfir.

◦ Kedalaman sampai 7000 kaki di bawah
permukaan laut.
23
Estuaries
Titik di mana sungai
bertemu dengan laut.
 Pertemuan antara air
tawar dan air asin.
 Kondisi lingkungan
sangat berubah-ubah.
 Sangat Variable pada
pH, O2

24
BIOFILM -
25
Biofilms
Komunitas m.o yang melekat pada
permukaan suatu lingkungan.
 Sel yang berada di dalamnya mensekretkan matriks exopolysaccharides.
 Dimanapun, kelembaban lingkungan cukup
untuk pertumbuhan m.o. untuk
membentuk biofilm

26
Mixed-Species Biofilm
Pseudomonas aeruginosa, P. fluorescens,
Klebsiella pneumoniae
27
Lapisan Mikroba pada Biofilm
Komunitas
mikroba khusus.
 Terutama Terdiri
dari prokariot
photosynthetic

28
Biofilm Substrates
Permukaan yang padat yang terkena
kondisi lembab
 Permukaan jaringan lunak dari organisma
 Batas anatar cairan dan udara
 Marine biofilms terbentuk diatas
bebatuan dan permukaan baik air laut
ataupun air tawar.

29
Karies Gigi sebagai bentuk dari
biofilm
I, gigi Plaque terekspos sampai 5%
sukrosa selama 5 menit; kanan gigi seri
diperlakukan dengan Gram's iodine
 Noda coklat : á-1, 4 glucans (glikogen,
amylose) - luas paparan asam laktat, yang
menggerus enamel

30
SEM (Scanning Microscope Electron) Plaque
10  m
31
Aquatic Alpine Biofilms
Heterotrophic
bacteria
Photosynthetic
algae
EPS matrix
32
Water Pipe - Galvanized Iron
33
Water Pipe - Enlarged View
34
Biofilm Structure - Water
Channels
35
Biofilm Structure - Water Channels
36
Lapisan Penyumbat Septic
System
Biofilm yang
terbentuk pada
butir pasir
 Menghilangkan
bakteri
pathogen
 Mengurangi
materi organik
pada air limbah

150  m
37
Formasi Biofilm
38
Pembentukan Matriks Biofilm
39
Pematangan Biofilm
40
Pita-pita Biofilm = Streamer
Hasil SEM-Streamer
Pseudomonas aeruginosa PANO67
41
Eradikasi= Pemusnahan Biofilm
biofilm menunjukkan peningkatan
ketahanan/resistensi terhadap antibiotik
dan biocides
 biofilm tahan terhadap respon imun
 terutama karena sifat protektif eps
matriks
 MBEC > MBC > MIC

42
0 mins
DAPI: stains
DNA
Tetrazoleum
chloride
(TTC/CTC):
30 mins stains respiring
cells
Treatment:
chloramine
43
60 mins
DAPI: stains
DNA
90 mins
Tetrazoleum
chloride
(TTC/CTC):
stains
respiring cells
Treatment:
chloramine
44
Biofilm berpengaruh pada kesehatan
dan Industri
Menyebabkan penyebab utama kematian
akibat cystic fibrosis
 Infeksi yang sulit di obati.
 Mengkontaminasi instalasi pengolah air,
sistem filtrasi .
 Menyebabkan korosi dan timbulnya
sumbatan minyak pada perpipaan ,
ladang minyak.
 Biofouling dari penggilingan pulp kertas.

45
Kasus: Biofilm pada Lensa Kontak
mix of bacteria, fungi, amoebae
 common in up to 80% of contact lens wearers

46
Alat Medis

Alat-alat bedah implant, IUD, pipa
kateter
47