Mikrobiologi Industri PDF

Preview

Summary

1 SEJARAH MIKROBIOLOGI Mikrobiologi didefenisikan sebagai ilmu yang mempelajari tentang organism mikroskopis. Mikrobiologi berasal dari bahasa Yunani, mikros=kecil, bios=hidup dan logos=ilmu. Ilmuwan menyimpulkan bahwa mikroorganisma muncul kurang lebih 4 juta tahun yang lalu dari senyawa organik ko...

Description

1 SEJARAH MIKROBIOLOGI

Mikrobiologi didefenisikan sebagai ilmu yang mempelajari tentang organism mikroskopis. Mikrobiologi berasal dari bahasa Yunani, mikros=kecil, bios=hidup dan logos=ilmu. Ilmuwan menyimpulkan bahwa mikroorganisma muncul kurang lebih 4 juta tahun yang lalu dari senyawa organik kompleks di lautan, atau mungkin dari gumpalan awan yang sangat besar yang mengelilingi bumi. Sebagai makhluk hidup pertama di bumi, mikroorganisma diduga merupakan nenk moyang dari semua makhluk hidup. Awal mula munculnya ilmu mikrobiologi pada pertengahan abad 19 pada waktu ilmuwan telah membuktikan bahwa mikroorganisma berasal dari mikroorganisma sebelumnya bukan dari tanaman ataupun hewan yang membusuk. Selanjutnya ilmuwan menunjukkan bahwa mikroorganisma bukan berasal dari proses fermentasi tetapi merupakan penyebab proses fermentasi buah anggur menjadi anggur dapat berubah. Ilmuwan juga menemukan bahwa mikroba tertentu menyebabkan penyakit tertentu. Pengetahuan ini merupakan awal pengenalan dan pemahaman akan pentingnya mikroorganisma bagi kesehatan dan kesejahteraan manusia. Selama awal abad 20 ahli mikrobiologi telah meneliti bahwa mikroorganima mampu menyebabkan berbagai macam perubahan kimia baik melalui penguraian maupun sintesis senyawa organik yang baru. Hal inilah yang disebut dengan ‘biochemical diversity’ atau keaneka ragaman biokimia yang menjadi ciri khas mikroorganisma. Disamping itu, yang penting lainnya adalah bahwa mekanisma perubahan kimia oleh mikroorganisma sangat mirip dengan yang terjadi pada organisma tingkat tinggi. Konsep ini dikenal dengan ‘unity in biochemistry’ yang artinya bahwa proses biokimia pada mikroorganisma adalah sama dengan proses biokimia pada semua makhluk hidup termasuk manusia. Bukti yang lebih baru menunjukan bahwa informasi genetik pada semua organisma dari mikroba hingga manusia adalah DNA. Karena sifatnya yang sederhana dan perkembangbiakan yang sangat cepat serta adanya berbagai variasi metabilma, maka mikroba digunakan sebagai model penelitian di bidang genetika. Saat ini mikroorganisma diteliti secara intensif untuk mengetahui dasar

fenomena biologi. Mikroorganisma juga muncul sebagai sumber produk dan proses yang menguntungkan masyarakat, misalnya: alkohol yang dihasilkan melalui proses fermentasi dapat digunakan sebagai sumber energi (gasohol). Strain-strain baru dari mikroorganima yang dihasilkan melalui proses rekayasa genetika dapat menghasilkan bahan yang penting bagi kesehatan manusia seperti insulin. Sebelumnya hanya insulin yang diekstrak dari pancreas lembu yang dapat menerimanya. Sekarang, insulin manusia dapat diproduksi dalam jumlah yang tak terhingga oleh bakteri yang telah direkayasa. Mikroorganisma juga mempunyai potensi yang cukup besar untuk membersihkan lingkungan, misal: dari tumpahan minyak di lautan atau dari herbisida dan insektisida di bidang pertanian.

Hal

ini

dikarenakan

mikroorganima

mempunyai

kemampuan

untuk

mendekomposisi/menguraikan senyawa kompleks. Kemampuan mikroorganisma yang telah direkayasa untuk tujuan tertentu menjadikan cabang Leeuwenhoek dan mikroskopnya Antony van Leeuwenhoek (1632 – 1723) sebenarnya bukan peneliti atau ilmuwan yang profesional. Profesi sebenarnya adalah sebagai „wine terster‟ di kota Delf, Belanda. Ia biasa menggunakan kaca pembesar untuk mengamati serat-serat pada kain. Sebenarnya ia bukan orang pertama dalam penggunaan mikroskop, tetapi rasa ingin tahunya yang besar terhadap alam semesta menjadikannya salah seorangpenemu mikrobiologi.Leewenhoek mwnggunakan mikroskopnya yang sangat sederhana untuk mengamati air sungai, air hujan, ludah, feses dan lain sebagainya. Ia tertarik dengan banyaknya benda-benda kecil yang dapat bergerak yang tidak terlihat dengan mata biasa. Ia menyebut benda-benda bergerak tadi dengan ‘animalcule’ yang menurutnya merupakan hewanhewan yang sangat kecil. Penemuan ini membuatnya lebih antusias dalam mengamati benda-benda tadi dengan lebih meningkatkan mikroskopnya. Hal ini dilakukan dengan menumbuk lebih banyak lensa dan memasangnya di lempengan perak. Akhirnya Leewenhoek membuat 250 mikroskop yang mampu memperbesar 200-300 kali. Leewenhoek mencatat dengan teliti hasil pengamatannya tersebut danmengirimkannya ke British Royal Society. Salah satu isi suratnya yang pertama pada tanggal 7 September 1674 ia menggambarkan adanya hewan yang sangat kecil yang sekarang dikenal dengan protozoa. Antara tahun 1963-1723 ia menulis lebih dari 300 surat yang melaporkan berbagai hasil pengamatannya. Salah satu diantaranya adalah bentuk batang, coccus maupun spiral yang sekarang dikenal dengan bakteri. Penemuan-penemuan tersebut membuat dunia sadar akan adanya bentuk kehidupan yang sangat kecil yang akhirnya melahirkan ilmu mikrobiologi.

Bukti teori biogenesis

Mikrobiologi Industri |

2

3

Mikrobiologi Industri Pada perioda yang sama muncul ilmuwan baru dari Perancis Louis Pasteur (1822 – 1895) seorang ahli kimia yang menaruh perhatian pada mikroorganisma. Oleh karena itu ia tertarik untuk meneliti peran mikroba dalam industri anggur dana pembuatan alkohol. Salah satu pendukung teori generatio spontanea yang hidup pada masa Louis Pasteur adalah Felix Archimede Pouchet (1800-1872). Pada tahun 1859 ia banyak mempublikasikan tulisan yang mendukung abiogenesis. Tetapi iatidak dapat membantah penemuan-penemuan Pasteur. Untuk memastikanpendapatnya, Pasteur melakukan serangkaian eksperimen. Ia menggunakan bejana dengan leher panjang dan dibengkokkan yang dikenal dengan leher angsa.

Louis Pasteur (1822 – 1895), seorang ilmuwan kimia yang juga berjasa besar terhadap perkembangan ilmu biologi Bejana ini diisi dengan kaldu kemudian dipanaskan. Udara dapat dengan bebas melewati tabung atau pipa leher angsa tersebut tetapi tidak ditemukan adanya mikroorganisma di kaldu tadi. Dalam hal ini mikroba beserta debu akan mengendap pada bagian tabung yang berbentu U sehingga tidka dapat mencapai kaldu. Ia jugamembawa tabung tersebut ke pegunungan Pyrenes dan Alpen. Pasteur menemukan bahwa mikroorganima terbawa debu oleh udara dan ia menyimpilkan bahwa semakin bersih/murni udara yang masuk ke dalam bejana, semakin sedikit kontaminasi yang terjadi. Pada tanggal 7 April 1864 ia mengatakan bahwa: “ For I have kept them and am still keeping from them, that one thing that is above the power of man to make; I have kept from them, the germ that float in the air, I have kept them from life.” Salah satu argumen klasik untuk menantang buiogenesis adalh bahwa panas yang digunakan untuk mensterilkan udara atau bahan juga dianggap merusak ‘vital force’. Mereka yang mendukung teori abiogenesis berpendapat bahwa tanpa adanya kekuatan vital force tersebut mikroorganisma tidka dapat muncul serta spontan. Untuk merespon argumen tersebut John Tyndall mengatakan udara dapat dengan mudah dibebaskan dari mikroorganisma dengan cara melakukan percobaab dengan meletakkan tabung reaksi berisi kaldu steril ke dalam kotak tertutup. Udara dari luar masuk ke dalam kotak melalui pipa yang sudah dibengkokkan membentuk dasar U seperti spiral. Terbukti bahwa meskipun udara luar dapat masuk ke dalam kotak yang berisi tabung dengan kaldu di dalamnya, 3

namun

tidak

ditemukan

adanya

mikroba.

Hasil

percobaan

Pasteur dan Tyndall memacu diterimanya konsep biogenesis. Selanjutnya Pasteur lebih memfokuskan penelitiannya pada peran mikroba dalam pembuatan anggur dan mikroba yang menyebabkan penyakit. Teori tentang fermentasi Fermentasi terjadi jika jus anggur kita biarkan. Melalui serangkaian perubahan biokimia, alkohol dan senyawa lain dihasilkan dari anggur tersebut. Salah satu alasan mengapa Pasteur ingin menentang pendapat generatio spontanea adalah keyakinannya bahwa produk fermentasi anggur merupakan hasil dari kikroorganisma yang ada, bukan fermentasi menghasilkan mikroorganisma sebagaimana yang dipercaya pada waktu tersebut. Pada tahun 1850 an pasteur memecahkan masalah yang timbul dalam industri anggur. Dengan meneliti anggur yang baik dan anggur yang kurang bagus Pasteur menemukan mikroorganisma yang berbeda. Mikroorganisma tertentu mendominasi anggur yang bagus sementara tipe yang lain mendominasi anggur yang kurang bagus. Dia menyimpulkan bahwa pemilihan mikroorganisma yang sesuai akan menghasilkan produk yang bagus. Untuk itu dia memusnahkan mikroba yang telah ada dalam sari buah anggur dengan cara memanaskannya. Setelah dingin ke dalam sari buah tersebut diinokulasi dengan anggur yangberkualita baik yang mengandung mikroorganisma yang diinginkan. Hasilnya menunjukkan bahwa anggur yang dihasilkan memiliki kualitas yang baik dan tidak mengalami perubahan aroma selama disimpan jika sebelumnya dipanasi dulu selama beberapa menit pada 50 – 60 ºC. Proses ini dikenal dengan pasteurisasi yang digunakan secara luas di bidang industri makanan. Sebelumnya orang meningkatkan produk fermentasi melalui trial and error dimana sebelumnya tidak tahu bahwa kualitas produk tergantung pada mikroorganisme tertentu. Perkembangan Mikrobiologi pada Abad ke-20 Pada abad ke-20 lapangan bidang mikrobiologi berkembang secara cepat menjadi dua arah, yaitu dasar dan terapan. Pada bidang terapan kemajuan praktis yang dibuat Koch mengarah pada meluasnya perkembangan dalam bidang kedokteran dan imunologi. Ditemukannya beberapa bakteri patogen baru pada awal abad ke-20, ditemukan prinsip bahwa patogen tersebut dapat menginfeksi tubuh dan selanjutnya tahan terhadap sistem kekebalan tubuh. Hal ini terjadi akibat penggunaan berbagaiantibiotik yang jumlah takaranya tidak tepat, sehingga menyebabkan terbentuknya proses kekebalan pada bakteri patogen. Pada akhir abad ke-20, aplikasi mikrobiologi terutama dalam bidang pertanian mengalami kemajuan yang pesat, dengan ditemukannya pengetahuan proses dasar mikroba dalam tanah yang bermanfaat dan berbahaya bagi pertumbuhan tanaman, seperti ditemukannya bakteri pengikat nitrogen bebas dari udara yang bermanfaat dalam upaya peningkatan kesuburan tanah. Disamping itu Mikrobiologi Industri |

4

5

Mikrobiologi Industri

ditemukan berbagai mikroorganisme patogen yang menyebabkan penyakit pada berbagai tanaman, sehinggadapat teridentifikasi cara pencegahannya. Penelitian mengenai mikrobiologi terapan dalam bidang kedokteran dan industri mengarah pada peran penggunaan mikroba dalam pembentukan antibiotik dan industrikimia. Hal ini terjadi setelah Perang Dunia I , dan mengarah pada bidang mikrobiologi industri. Selanjutnya disiplin mikrobiologi juga menjadi dasar untuk penelitian proses mikroba dalam air seperti; sungai, danau, laut. Bidang ini dibahas khusus pada suatu studi yang dikelompokkan ke dalam bidang mikrobiologi lingkungan akuatik.

Salah satu banner pada saat PD II berlangsung yang berisi ucapan terimakasih kepada obat penicillin. Penicillin menjadi antibiotic paling ampuh saat itu

Salah satu cabang mikrobiologi akuatik, mengembangkan proses yang menyediakan air yang aman untuk dikonsumsi manusia. Pengendalian limbah khususnya limbah domestik, membutuhkan perlengkapan proses rekayasa skala besar untuk pengolahan limbah yang sebagian besar menggunakan mikroba. Bidang mikrobiologi sanitasi, tidak hanya membutuhkan ahli biologi tetapi juga insinyur yang mampu merancang proses berskala besar. Mikrobiologi air minum bertugas untuk menyediakan air minum yang bebas mikroba patogen dan menghilangkan bakteri yang berbahaya dalam sumber air tersebut. Akhir abad ke-20 semua subdivisi mikrobiologi terapan dalam bidang tersebut dimasukkan dalam ekologi mikroba. Awal pertengahan abad ke-20, penemuan terpenting yaitu penemuan bakteri baru dan klasifikasinya (taxonomi bakteri). Klasifikasi bakteri membutuhkan penelitian tentang nutrisi yang dibutuhkan dan produk yang dihasilkannya, bidang fisiologi bakteri, dimana salah satu bagiannya melibatkan studi struktur fisik dan kimia bakteri, yang dibicarakan dalam sitologi bakteri. Perkembangan penting lainnya dalam bidang fisiologi bakteri adalah studi enzim yang dihasilkan oleh bakteridan reaksi kimia yang dihasilkannya. Sedangkan genetika bakteri melibatkan studi tentang hereditas dan variasi bakteri selama pertumbuhan dan perkembangannya.

5

Perkembangan penting lainnya melibatkan studi virus, terutama setelah ditemukannya alat bantu mikroskop elektron yang dapat melihat mikroba sampai detail. Meskipun virus ditemukan pada akhir abad ke-19, tapi hal tersebut belum berkembang sampai diketahui sifat virus sebenarnya pada pertengahan abad ke-20. Penelitian melibatkan virus yang menginfeksi bakteri (bakteriofaga). Perkembangan lain,bahwa infeksi virus analog terhadap transfer gene tik dan hubungan timbal-balik antara virus dengan elemen genetik lain yang merupakan awal penelitian bakteriofaga. Pengetahuan kita mengenai proses dasar fisiologi, biokimia, genetika bakteri memberi kemajuan, menyebabkan kita dapat memanipulasi materi genetik sel, menggunakan bakteri sebagai alat penelitian, juga memungkinkan untukmenggabungkan bahan genetik dari sumber asing ke bakteri, mengendalikan replikasi, dan karakteristiknya, hal ini mengarah pada bioteknologi. Meskipun pada awalnya bioteknologi muncul sebagai penelitian dasar, jika hal ini digunakan untuk kesejahteraan manusia membutuhkan aplikasi dari prinsip fisiologi dan mikrobiologi industri, sebagai contoh bagaimana memajukan ilmu dasar dan terapan secara bersama-sama?. Pertama dilakukan pengurutan asam nukleat dan menggunakannya sebagai alat, untuk mempelajari hubungan filogenetik antara sesama organisme prokariot yang mengarah pada konsep baru revolusioner pada bidang klasifikasi biologi, sehingga sejarah evolusi dapat dipahami.

Mikrobiologi Industri |

6

7

Mikrobiologi Industri

2 PENGGOLONGAN DAN JENIS-JENIS MIKROBA

Mikroba adalah organisme berukuran mikroskopis yang antara lain terdiri dari bakteri, fungi dan virus. Bakteri merupakan mikroba prokariotik yang rata-rata selnya berukuran 0,5-1 x 2-5 μm, berbentuk elips, bola, batang atau spiral. Fungi adalah organisme eukariotik, bersifat heterotrof, dinding selnya mengandung kitin, tidak berfotosintesis, mensekresikan enzim ekstraseluler ke lingkungan dan memperoleh nutrien dengan cara absorpsi. Berdasarkan penampakannya, fungi dikelompokkan ke dalam kapang (mold), khamir (yeast), dan cendawan (mushroom). Cendawan/jamur merupakan fungi yang berukuran makroskopis, sedangkan kapang dan yeast adalah fungi yang berukuran mikroskopis.

Penggolongan Dunia mikroorganisme terdiri dari berbagai kelompok jasad renik. Kebanyakan bersel satu atau uniseluler. Ciri utama yang membedakan kelompok organism tertentu dari mikroba yang lain adalah organisasi bahan selulernya. Dunia mikroba terdiri dari Monera (Virus dan sianobakteri), Protista, dan Fungi. Mikroorganisme tersebut diantaranya adalah bakteri, jamur, dan virus. Secara umum, bakteri, jamur, dan virus mempunyai morfologi dan struktur anatomi yang berbeda. Di dalam kehidupannya beberapa mikroorganisme seperti bakteri, jamur, dan virus selalu dipengaruhi oleh lingkungannya dan untuk mempertahankan hidupnya mikroorganisme melakukan adaptasi dengan lingkungannya. Adaptasi ini dapat terjadi secara cepat serta bersifat sementara waktu dan dapat pula perubahan itu bersifat permanen sehingga mempengaruhi bentuk morfologi serta struktur anatomi dari bakteri, jamur, dan virus.

Untuk mengidentifikasikan suatu mikroorganime dapat dilakukan

dengan mengetahui morfologi dan struktur anatominya. Oleh karena itu kita perlu mengetahui bentuk morfologi dan struktur anatomi dari bakteri, jamur, dan virus. Bentuk umum mikroorganisme terdiri dari satu sel (uniseluler), seperti yang umum didapatkan pada bakteri, ragi, dan mikroalga. Bentuk mikroorganisme dapat juga berbentuk filamen 7

atau serat, yakni rangkaian sel yang terdiri dari 2 sel atau lebih yang berbentuk rantai, seperti yang umum didapatkan pada fungi. Bentuk filamen paa kenyataannya dapat berupa filamen semu bila hubungan antara sel satu dengan lainnya tidak nyata atau tidak ada. Sedangkan bentuk filament benar, kalau hubungan antara satu sel dengan lainnya terdapat hubungan yang jelas, baik hubungan secara morfologis (bentuk) maupun secara fisiologi (fungsi sel).

Klasifikasi Mikroba Klasifikasi ialah suatu istilah yang berkaitan dengan dan terkadang digunakan secara dapat dipertukarkan dengan taksonomi. Taksonomi ialah ilmu mengenai klasifikasi atau penataan sistematik organisme ke dalam kelompok atau katagori yang disebut taksa (tunggal : takson). Akan tetapi, penyusunan taksonomik mikroorganisme mensyaratkan mereka diidentifikasi sebagaimana mestinya dan diberi nama. Kegiatan seluruhnya pengklasifikasian, penamaan, dan pengidentifikasian disebut sistematika mikrobe. Ketiga proses ini sebagaimana dijelaskan berikut ini, amat saling bergantungan. 1. Taksonomi (klasifikasi) : Penataan teratur unit-unit ke dalam kelompok satuan yang lebih besar. Hal ini dapat diibaratkan dengan permainan kartu. Kartu-kartu ini dapat dipilih mula-mula berdasarkan rupanya, kemudian di dalam setiap rupa, kartu-kartu itu dapat disusun menurut nomor urutnya, dengan kartu yang bergambar muka (raja, ratu dan pangeran) ditempatkan berurutan. 2. Nomenklatur : Penamaan satuan-satuan yang dicirikan dan dibatasioleh klasifikasi. Dapat digunakan analogy yang sama. Kartu-kartu yang bergambar muka diberi nama dan mungkin bahkan lebih dari satu nama. Misalnya jack atau knave menunjukkan kartu yang sama. Untunglah, nomenklatur ilmiah dalam semua bahasa itu sama. 3. Identifikasi : Penggunaan kriteria yang ditetapkan untuk klasifikasi dan nomenklatur tersebut di atas untuk mengidentifikasi mikroorganisme dengan membanding-bandingkan ciri-ciri yang ada pada satuan yang belum diketahui dengan satuan-satuan yang sudah dikenal. Identifikasi mikroorganisme yang baru diisolasi memerlukan pencirian, deskripsi, dan pembandingan yang cukup, dengan deskripsi yang telah dipublikasikan untuk jasad-jasad renik lain yang serupa. Sebelum tahun 1700, organisme yang dapat tampak dengan mata bugil diklasifikasikan sebagai tumbuhan atau binatang saja. Dalam tahun 1750-an kedua dunia itu dibagi lagi menjadi pengelompokan yang dapat diidentifikasi dan yang berkerabat oleh Carolus Linnaeus, seorang naturalis dari Swedia. Suatu ciri yang amat penting pada skema Linnaeus ini masih digunakan sampai kini yaitu nomenklatur system biner (dua bagian). System klasifikasi biologi didasarkan pada hirarki taksonomi atau penataan kelompok atau kategori yang menempatkan spesies pada satu ujung dan dunia di ujung lainnya dalam urutan sebagai berikut:

Mikrobiologi Industri |

8

9

Mikrobiologi Industri

- Spesies : sekelompok organisme berkerabat dekat (untuk tujuan kita jasad renik) yang individuindividunya di dalam kelompok itu serupa dalam sebagian terbesar ciri-cirinya.

- Genus : Sekelompok spesies yang serupa - Famili : Sekelompok genus yang serupa - Kelas : Sekelompok famili yang serupa - Filum atau divisi : sekelompok kelas yang berkerabat - Dunia : seluruh organisme di dalam hierarki ini.

Mikroorganisme sebagaimana bentuk-bentuk kehidupan yang lain, diberi nama menurut nomenklatur sistem biner. Tujuan utama suatu nama ialah memberi cara pengacuan suatu mikroorganisme, dan bukanlah untuk memeriksanya. Setiap organisme ditandakan dengan nama genus dan istilah biasa atau deskriptif yang disebut epitet spesies, keduanya itu bahasa Latin atau dilatinkan. Nama genus selalu ditulis dengan huruf besar, epitet spesies selalu dengan huruf kecil. Kedua komponen tersebut bersama-sama disebut nama ilmiah (genus dan epitet spesies) dan selalu dicetak miring misalnya Neisseria gonorrhoeae, bakteri yang menyebabkan penyakit gonorea. Agar memperoleh penamaan yang konsisten dan seragam bagi organisme, telah ditentukan peraturan yang diterima secara internasional ntuk penamaan organisme dan diikuti oleh para biologiwan di semua negara. Peraturan seperti itu untuk tumbuhan dan hewan ditetapkan pada awal tahun 1900 oleh para ahli botani dan zoologi. Sandi internas...