MODUL MIKROBIOLOGI DAN VIROLOGI PROGRAM STUDI FARMASI

Transkripsi

1 MODUL MIKROBIOLOGI DAN VIROLOGI PROGRAM STUDI FARMASI

2 BAB I PENGANTAR MIKROBIOLOGI DAN VIROLOGI A. PENDAHULUAN Seperti ilmu pengetahuan lainnya, sejarah mempelajari mikrobiologi pun diawali oleh rasa ingin tahu manusia untuk mengenal sifat dan aktivitas mikroorganisme. Pada mulanya mikroorganisme tidak dianggap perlu untuk dipelajari, karena ukurannya yang sangat kecil dan tidak dapat dilihat dengan mata telanjang, namun pada akhir abad ke-19, penemuan Pasteur, Koch, dan Lister mengubah pendapat tersebut. Pada masa itulah manusia baru menyadari betapa pentingnya pengetahuan tentang mikroorganisme, sehingga keuntungan dan kerugian yang ditimbulkan oleh mikroorganisme mulai banyak dipelajari. Robert Koch dan beberapa ahli mikrobiologi lainnya mengembangkan banyak teknik dalam ilmu mikrobiologi yang berdampak sangat besar terhadap perkembangan mikrobiologi. Salah satu contoh teknik yang sampai saat ini masih banyak digunakan adalah teknik untuk menumbuhkan mikroorganisme sehingga dalam mempelajari mikrobiologi lebih ditekankan pada teknik-teknik yang digunakan daripada subjek yang ditelaahnya. Mikroskop merupakan peralatan yang mendukung pengembangan teknik tersebut. Perkembangan mikrobiologi berdampak pada lahirnya berbagai disiplin ilmu baru yang didalamnya memiliki kekhususan tersendiri, seperti bakteriologi, parasitologi, virologi (Sumarsih, 2011). B. RUANG LINGKUP Mikrobiologi merupakan salah satu cabang ilmu biologi yang mempelajari mikroorganisme. Beberapa ilmu dasar yang diperlukan untuk mendukung pemahaman mikrobiologi, antara lain ilmu kimia, fisika, dan biokimia. Mikrobiologi juga sering disebut sebagai ilmu praktik dari biokimia (Radji, 2010). Ruang lingkup dalam mempelajari mikrobiologi meliputi pengertian tentang sejarah penemuan mikroorganisme, macam-macam mikroorganisme di alam, struktur sel mikroorganisme dan fungsinya, metabolisme mikroorganisme secara umum, pertumbuhan mikroorganisme dan faktor lingkungan, dan mikrobiologi Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 1

3 terapan baik di bidang lingkungan maupun pertanian. Seiring dengan berjalannya waktu mikrobiologi telah mengalami perkembangan yang pesat menjadi beragam ilmu, antara lain virologi, bakteriologi, mikologi, mikrobiologi pangan, mikrobiologi tanah, dan mikrobiologi industri (Radji, 2010). Ilmu tersebut mempelajari mikroorganisme secara spesifik, rinci, dan menurut pemanfaatannya. Berbagai sifat mikroorganisme yang menjadikan dasar seringnya digunakan sebagai model penelitian di bidang genetika adalah memiliki sifat sangat sederhana, perkembangbiakan sangat cepat, dan adanya berbagai variasi metabolisme. Pada saat ini penelitian berkaitan dengan mikroorganisme dilakukan secara intensif untuk mengetahui dasar fenomena biologi (Radji, 2010). C. PENGERTIAN MIKROBA Jasad hidup yang ukurannya kecil sering disebut sebagai mikroba atau mikroorganisme atau jasad renik. Jasad renik disebut sebagai mikroba bukan hanya karena ukurannya yang kecil, sehingga sukar dilihat dengan mata biasa, tetapi juga pengaturan kehidupannya yang lebih sederhana dibandingkan dengan jasad tingkat tinggi. Mata biasa tidak dapat melihat jasad yang ukurannya kurang dari 0,1 mm. Ukuran mikroba biasanya dinyatakan dalam mikron (µ), 1 mikron adalah 0,001 mm. Sel mikroba umumnya hanya dapat dilihat dengan alat pembesar atau mikroskop, walaupun demikian ada mikroba yang berukuran besar sehingga dapat dilihat tanpa alat pembesar (Sumarsih, 2011). D. CIRI UMUM MIKROBA Mikroba di alam secara umum berperanan sebagai produsen, konsumen, maupun redusen. Jasad produsen menghasilkan bahan organik dari bahan anorganik dengan energi sinar matahari. Mikroba yang berperanan sebagai produsen adalah algae dan bakteri fotosintetik. Jasad konsumen menggunakan bahan organik yang dihasilkan oleh produsen. Contoh mikroba konsumen adalah protozoa. Jasad redusen menguraikan bahan organik dan sisa-sisa jasad hidup yang mati menjadi unsur-unsur kimia (mineralisasi bahan organik), sehingga di alam terjadi siklus unsur-unsur kimia. Contoh mikroba redusen adalah bakteri dan jamur (fungi) (Sumarsih, 2011). Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 2

4 Sel mikroba yang ukurannya sangat kecil ini merupakan satuan struktur biologi. Banyak mikroba yang terdiri dari satu sel saja (uniseluler), sehingga semua tugas kehidupannya dibebankan pada sel itu. Mikroba ada yang mempunyai banyak sel (multiseluler). Pada jasad multiseluler umumnya sudah terdapat pembagian tugas diantara sel atau kelompok selnya, walaupun organisasi selnya belum sempurna. Setelah ditemukan mikroskop elektron, dapat dilihat struktur halus di dalam sel hidup, sehingga diketahui menurut perkembangan selnya terdapat dua tipe jasad, yaitu: 1. Prokariota (jasad prokariotik/ primitif), yaitu jasad yang perkembangan selnya belum sempurna. 2. Eukariota (jasad eukariotik), yaitu jasad yang perkembangan selnya telah sempurna. Selain yang bersifat seluler, ada mikroba yang bersifat nonseluler, yaitu virus. Virus adalah jasad hidup yang bersifat parasit obligat, berukuran super kecil atau submikroskopik. Virus hanya dapat dilihat dengan mikroskop elektron. Struktur virus terutama terdiri dari bahan genetik. Virus bukan berbentuk sel dan tidak dapat membentuk energi sendiri serta tidak dapat berbiak tanpa menggunakan jasad hidup lain. E. SEJARAH MIKROBIOLOGI Terungkapnya dunia mikroorganisme berawal dari ditemukannya mikroskop oleh Anthony van Leeuwenhoek ( ). Pada mulanya, mikroskop temuan tersebut masih sangat sederhana, hanya dilengkapi satu lensa dengan jarak fokus yang sangat pendek, tetapi dapat menghasilkan bayangan jelas yang setara dengan perbesaran kali. Pengamatan yang dilakukan oleh Leeuwenhoek di antaranya pengamatan terhadap struktur mikroskopis biji, jaringan tumbuhan, dan invertebrata kecil. Penemuan terbesar pada zamannya dan diketahui sebagai dunia mikroorganisme, yang disebut sebagai animalculus atau hewan kecil. Animalculus adalah berbagai jenis mikroorganisme yang sekarang diketahui sebagai protozoa, algae, khamir, dan bakteri (Radji, 2010). Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 3

5 1) Konflik Generatio Spontanea Penemuan Leewenhoek tentang hewan kecil tersebut menjadi perdebatan sangat serius di kalangan ahli mikrobiologi. Berkaitan dengan temuan Leewenhoek muncullah dua silang pendapat, satu mengatakan bahwa munculnya hewan kecil karena proses pembusukan tanaman atau hewan, ataupun melalui proses fermentasi. Pendapat ini mendukung teori yang mengatakan bahwa makhluk hidup berasal dari benda mati atau abiogenesis, dan konsepnya dikenal dengan genaratio spotanea. Pendapat lain mengatakan bahwa hewan kecil tersebut berasal dari hewan kecil sebelumnya seperti halnya organisme tingkat tinggi. Pendapat atau teori yang mengatakan hal tersebut dikenal dengan biogenesis. Adanya perbedaan pendapat tersebut menyebabkan mikrobiologi tidak berkembang dan hal ini berlangsung sampai perdebatan terselesaikan dengan dibuktikannya kebenaran teori biogenesis. Pembuktian ini memerlukan berbagai macam eksperimen yang nampaknya sederhana tetapi memerlukan waktu lebih dari 100 tahun. a. Pembuktian Ketidakbenaran Abiogenesis Franscesco Redi ( ) dengan hasil eksperimennya membuktikan bahwa ulat yang terdapat pada daging busuk adalah larva yang berasal dari telur lalat, bukan berasal dari benda mati (teori Generatio Spontanea). Bagaimana dengan asal usul mikroorganisme yang hanya dapat dilihat dengan mikroskop? John Needham ( ) melakukan eksperimen dengan cara memasak sepotong daging untuk menghilangkan organisme yang ada, kemudian menempatkannya dalam toples terbuka. Berdasarkan pengamatannya ditemukan adanya koloni pada permukaan daging tersebut, sehingga disimpulkan bahwa mikroorganisme terjadi secara spontan dari daging. Pada tahun 1769, Lazarro Spalanzani ( ) melakukan eksperimen dengan cara merebus kaldu daging selama 1 jam dan menempatkannya pada toples yang ditutup rapat, hasil percobaan menunjukkan tidak ditemukannya mikroorganisme dalam kaldu tersebut. Jadi eksperimen Lazarro Spalanzani menentang teori Abiogenesis. Sebaliknya, Needham mengatakan bahwa berdasarkan eksperimennya sumber makhluk hidup berasal dari udara sementara pada percobaan Spalanzani tidak berinteraksi langsung dengan udara. Setelah Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 4

6 hampir 100 tahun percobaan Needham berlangsung dan tidak ada kepastian kebenaran di antara kedua eksperimen tersebut, muncullah dua peneliti yang mencoba memecahkan kontroversi tentang peran udara tersebut. Pada tahun 1836, Franz Schulze melakukan eksperimen dengan cara melewatkan larutan asam kuat ke dalam tabung tertutup yang berisi daging yang telah dimasak. Pada tahun 1837, Theodore Schwann melakukan eksperimen dengan cara mengalirkan udara melalui pipa panas ke dalam tabung tertutup yang bersisi kaldu. Keduanya tidak menemukan adanya mikroorganisme sebab mikroorganisme telah mati oleh adanya asam kuat maupun panas, tetapi para pendukung teori Generatio Spontanea berpendapat bahwa adanya asam kuat dan panas akan mengubah udara sehingga tidak mendukung pertumbuhan mikroorganisme. Akhirnya pada tahun 1954 muncul peneliti yang menyelesaikan perdebatan tersebut, dengan melakukan percobaan menggunakan tabung tertutup berisi kaldu yang telah dipanaskan. Kemudian ke dalam tabung tersebut dimasukkan pipa yang pada sebagiannya diisi dengan kapas dan ujungnya dibiarkan terbuka, dengan demikian mikroorganisme akan tersaring dan udara tetap bisa masuk. Hasilnya, tidak ditemukan mikroorganisme dalam kaldu daging tersebut, hal ini membuktikan bahwa teori Generatio Spontanea adalah salah. b. Bukti Teori Biogenesis Pada periode yang sama muncul ilmuwan baru dari Perancis Louis Pasteur ( ) seorang ahli kimia yang menaruh perhatian pada mikroorganisme. Pasteur tertarik untuk meneliti peran mikroorganisme dalam industri anggur, terutama dalam pembuatan alkohol. Salah satu pendukung teori Generatio Spontanea yang hidup pada masa Louis Pasteur adalah Felix Archimede Pouchet ( ). Pada tahun 1859 Pouchet banyak mempublikasikan tulisan yang mendukung teori Abiogenesis, namun ia tidak dapat membantah penemuanpenemuan Pasteur. Pasteur sebagai ilmuwan, untuk memastikan pendapatnya, melakukan serangkaian eksperimen. Salah satu eksperimen Pasteur yaitu menggunakan bejana leher panjang yang dibengkokkan dan dikenal dengan leher angsa (Gambar 1.1). Bejana ini diisi dengan kaldu kemudian dipanaskan. Pada kondisi tersebut udara dapat dengan bebas melewati tabung atau pipa leher angsa tetapi di daerah kaldu tidak ditemukan adanya mikroorganisme. Hasil analisis Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 5

7 menunjukkan bahwa mikroorganisme beserta debu akan mengendap pada bagian tabung yang berbentuk U sehingga tidak dapat mencapai kaldu. Pasteur melalui eksperimen yang sama, membawa tabung tersebut ke pegunungan Pyrenes dan Alpen. Hasil pengamatan menemukan bahwa mikroorganisme terbawa debu oleh udara, sehingga Pasteur menyimpulkan bahwa semakin bersih/murni udara yang masuk ke dalam bejana, semakin sedikit kontaminasi yang terjadi. Gambar 1.1. Botol Pasteur Berleher Angsa tetap Steril karena Lengkung pada Leher Menahan Partikel Debu Salah satu argumen klasik untuk menentang teori Biogenesis adalah panas yang digunakan untuk mensterilkan udara atau bahan dianggap dapat merusak energi vital, karena tanpa adanya vital force tersebut mikroorganisme tidak dapat muncul serta spontan. John Tyndall merespon argumen tersebut dengan mengatakan bahwa udara dapat mudah dibebaskan dari mikroorganisme melalui serangkaian percobaan yaitu 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 (Gambar 1.2). Terbukti bahwa meskipun udara luar dapat masuk ke dalam kotak yang berisi tabung dengan kaldu di dalamnya, namun tetap tidak ditemukan adanya mikroorganisme. Hasil percobaan Pasteur dan Tyndall memacu diterimanya konsep biogenesis. Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 6

8 Selanjutnya Pasteur mikroorganisme lebih dalam memfokuskan pembuatan anggur penelitiannya dan pada peran mikroorganisme yang menyebabkan penyakit. Gambar 1.2 Air Kaldu tetap Steril dalam Ruangan Inkubasi Tyndall yang Bebas Debu. Pada Kedua Kasus tersebut Kaldu Dihadapkan ke Udara, tetapi Bebas Debu 2) Teori Tentang Fermentasi Salah satu contoh proses fermentasi dapat terjadi jika jus anggur dibiarkan, pada proses tersebut terjadi serangkaian perubahan biokimia, alkohol, dan senyawa lain yang pada akhirnya dihasilkan anggur (wine). Alasan Pasteur, menentang pendapat Generatio Spontanea karena keyakinannya bahwa produk fermentasi anggur merupakan hasil dari mikroorganisme yang ada, bukan fermentasi menghasilkan mikroorganisme sebagaimana yang dipercaya pada waktu itu. Pada tahun 1850-an Pasteur memecahkan masalah yang muncul dalam industri anggur, yakni dengan melakukan penelitian terhadap anggur yang baik dan anggur kurang bagus maka ditemukan mikroorganisme yang berbeda. Mikroorganisme tertentu mikroorganisme tipe lain mendominasi mendominasi anggur yang anggur bagus, sementara kurang bagus. Pasteur menyimpulkan bahwa pemilihan mikroorganisme yang sesuai akan menghasilkan produk anggur bagus. Berdasarkan analisis tersebut Pasteur memusnahkan mikroorganisme yang terdapat dalam sari buah anggur dengan Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 7 cara

9 memanaskannya. Setelah dingin ke dalam sari buah tersebut diinokulasikan anggur yang berkualitas baik dengan kandungan mikroorganisme sesuai yang diinginkan. Hasilnya menunjukkan bahwa anggur yang diperoleh memiliki kualitas baik dan tidak mengalami perubahan aroma selama disimpan karena sebelumnya telah dipanasi selama beberapa menit pada suhu 50-60ºC. Proses ini dikenal dengan pasteurisasi yang saat ini sudah digunakan secara luas di bidang industri makanan. Padahal, sebelumnya orang meningkatkan produk fermentasi melalui trial and error, karena ketidaktahuan mereka bahwa kualitas produk tergantung pada mikroorganisme tertentu. 3) Penemuan Bakteri Berspora John Tyndall ( ), dalam suatu percobaannya juga mendukung pendapat Pasteur. Cairan bahan organik yang sudah dipanaskan dalam air garam yang mendidih selama 5 menit dan diletakkan di dalam ruangan bebas debu, ternyata tidak akan membusuk walaupun disimpan dalam waktu berbulan-bulan, tetapi apabila tanpa pemanasan maka akan terjadi pembusukan. Dari percobaan Tyndall ditemukan adanya fase termolabil (tidak tahan pemanasan, saat bakteri melakukan pertumbuhan) dan termoresisten pada bakteri (sangat tahan terhadap panas). Dari penyelidikan ahli botani Jerman yang bernama Ferdinand Cohn, dapat diketahui secara mikroskopis bahwa pada fase termoresisten, bakteri dapat membentuk endospora. Dengan penemuan tersebut, maka dicari cara untuk sterilisasi bahan yang mengandung bakteri pembentuk spora, yaitu dengan pemanasan yang terputus dan diulang beberapa kali atau dikenal sebagai Tyndallisasi. Pemanasan dilakukan pada suhu 100oC selama 30 menit, kemudian dibiarkan pada suhu kamar selama 24 jam, cara ini diulang sebanyak 3 kali. Saat dibiarkan pada suhu kamar, bakteri berspora yang masih hidup akan berkecambah membentuk fase pertumbuhan / termolabil, sehingga dapat dimatikan pada pemanasan berikutnya. 4) Peran Mikroorganisme dalam Transformasi Bahan Organik Suatu bahan yang ditumbuhi oleh mikroba akan mengalami perubahan susunan kimianya. Perubahan kimia yang terjadi ada yang dikenal sebagai fermentasi (pengkhamiran) dan pembusukan (putrefaction). Fermentasi merupakan proses yang menghasilkan alkohol atau asam organik, misalnya terjadi Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 8

10 pada bahan yang mengandung karbohidrat. Pembusukan merupakan proses peruraian yang menghasilkan bau busuk, seperti pada peruraian bahan yang mengandung protein. Pada tahun 1837, C. Latour, Th. Schwanndon, dan F. Kutzing secara terpisah menemukan bahwa zat gula yang mengalami fermentasi alkohol selalu dijumpai adanya khamir. Sehingga dapat disimpulkan bahwa perubahan gula menjadi alkohol dan CO2 merupakan fungsi fisiologis dari sel khamir tersebut. Teori biologis ini ditentang oleh Jj. Berzelius, J. Liebig, dan F. Wahler. Mereka berpendapat bahwa fermentasi dan pembusukan merupakan reaksi kimia biasa. Hal ini dapat dibuktikan pada tahun 1812 telah berhasil disintesa senyawa organik urea dari senyawa anorganik. Pasteur banyak meneliti tentang proses fermentasi ( ). Suatu saat perusahaan pembuat anggur dari gula bit, menghasilkan anggur yang masam. Berdasarkan pengamatannya secara mikroskopis, sebagian dari sel khamir diganti kedudukannya oleh sel lain yang berbentuk bulat dan batang dengan ukuran sel lebih kecil. Adanya sel-sel yang lebih kecil ini ternyata mengakibatkan sebagian besar proses fermentasi alkohol tersebut didesak oleh proses fermentasi lain, yaitu fermentasi asam laktat. Dari kenyataan ini, selanjutnya dibuktikan bahwa setiap proses fermentasi tertentu disebabkan oleh aktivitas mikroba tertentu pula, yang spesifik untuk proses fermentasi tersebut. Sebagai contoh fermentasi alkohol oleh khamir, fermentasi asam laktat oleh bakteri Lactobacillus, dan fermentasi asam sitrat oleh jamur Aspergillus. 5) Penemuan Kehidupan Anaerob Selama meneliti fermentasi asam butirat, Pasteur menemukan adanya proses kehidupan yang tidak membutuhkan udara. Pasteur menunjukkan bahwa jika udara dihembuskan ke dalam bejana fermentasi butirat, proses fermentasi menjadi terhambat, bahkan dapat terhenti sama sekali. Atas dasar pengamatan tersebut muncullah 2 istilah kehidupan mikroorganisme, yaitu (1) kehidupan anaerob, untuk mikroorganisme yang tidak memerlukan oksigen, dan (2) kehidupan aerob, untuk mikroorganisme yang memerlukan oksigen. Secara fisiologis adanya fermentasi dapat digunakan untuk mengetahui beberapa hal. Oksigen umumnya diperlukan mikroorganisme sebagai agensia Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 9

11 untuk mengoksidasi senyawa organik menjadi CO2. Reaksi oksidasi tersebut dikenal sebagai respirasi aerob, yang menghasilkan tenaga untuk kehidupan jasad dan pertumbuhannya. Mikroorganisme lain dapat memperoleh tenaga dengan jalan memecahkan senyawa organik secara fermentasi anaerob, tanpa memerlukan oksigen. Beberapa jenis mikroorganisme bersifat obligat anaerob atau anaerob sempurna. Jenis lain bersifat fakultatif anaerob, yaitu mempunyai dua mekanisme untuk mendapatkan energi. Apabila ada oksigen, energi diperoleh secara respirasi aerob, apabila tidak ada oksigen energi diperoleh secara fermentasi anaerob. Pasteur mendapatkan bahwa respirasi aerob adalah proses yang efisien untuk menghasilkan energi (Radji, 2010). F. PENGGOLONGAN MIKROBA DIANTARA JASAD HIDUP Secara klasik jasad hidup digolongkan menjadi dunia tumbuhan (plantae) dan dunia binatang (animalia). Jasad hidup yang ukurannya besar dengan mudah dapat digolongkan ke dalam plantae atau animalia, tetapi mikroba yang ukurannya sangat kecil ini sulit untuk digolongkan ke dalam plantae atau animalia. Selain karena ukurannya, sulitnya penggolongan juga disebabkan adanya mikroba yang mempunyai sifat antara plantae dan animalia. Menurut teori evolusi, setiap jasad akan berkembang menuju ke sifat plantae atau animalia. Hal ini digambarkan sebagai pengelompokan jasad berturut-turut oleh Haeckel, Whittaker, dan Woese. Berdasarkan perbedaan organisasi selnya, Haeckel membedakan dunia tumbuhan (plantae) dan dunia binatang (animalia), dengan protista. Protista untuk menampung jasad yang tidak dapat dimasukkan pada golongan plantae dan animalia. Protista terdiri dari algae atau ganggang, protozoa, jamur atau fungi, dan bakteri yang mempunyai sifat uniseluler, sonositik, atau multiseluler tanpa diferensiasi jaringan. Whittaker membagi jasad hidup menjadi tiga tingkat perkembangan, yaitu: (1) Jasad prokariotik yaitu bakteri dan ganggang biru (Divisio Monera), (2) Jasad eukariotikuniseluler yaitu algae sel tunggal, khamir dan protozoa (Divisio Protista), (3) Jasad eukariotik multiseluler dan multinukleat yaitu Divisio Fungi, Divisio Plantae, dan Divisio Animalia. Sedangkan Woese menggolongkan jasad Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 10

12 hidup terutama berdasarkan susunan kimia makromolekul yang terdapat di dalam sel. Pembagiannya yaitu terdiri Arkhaebacteria, Eukaryota (Protozoa, Fungi, Tumbuhan dan Binatang), dan Eubacteria (Radji, 2010). G. PERENCANAAN PEMBELAJARAN 1. Deskripsi singkat matakuliah Mikrobiologi dan Virologi. Mikrobiologi dan Virologi membahas tentang konsep perkembangbiakan bakteri dan jenis-jenis bakteri maupun virus. 2. Tujuan Pembelajaran Setelah menyelesaikan kuliah ini, diharapkan mahasiswa mampu menjelaskan konsep perkembangbiakan bakteri dan jenis-jenis bakteri maupun virus dengan baik. Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 11

13 BAB II STRUKTUR DAN MORFOLOGI SEL BAKTERI A. BENTUK SEL BAKTERI Bakteri mempunyai bentuk dan ukuran yang sangat beragam. sebagian besar sel bakteri memiliki diameter 0,2-2 mikron dan panjang 2-8 mikron. Berdasarkan bentuk, bakteri digolongkan menjadi tiga golongan utama, yaitu bentuk kokus (bulat), bentuk basil (batang), dan bentuk spiral. 1. Bakteri kokus : a) Monococcus, yaitu berupa sel bakteri tunggal. Misalnya : Neisseria gonorrhoeae, penyebab penyakit kencing nanah. b) Diplococcus, yaitu dua sel bakteri kokus berdempetan Misalnya : Diplococus pneumonia, penyebab penyakit pneumonia atau radang paru-paru. c) Tetrakokus, yaitu empat sel bakteri berdempetan berbentuk segi empat. d) Sarcinae, yaitu delapan sel bakteri kokus berdempetan membentuk kubus. e) Streptokokus, yaitu lebih dari dari empat sel bakteri kokus berdempetan membentuk rantai. Misalnya : strepcoccus pyrogenes, penyebab jengkering dan sakit tenggorokan, dan strepcoccus thermophilus (untuk membuat yoghurt) f) Staphylococcus, yaitu lebih dari empat sel bakteri kokus berdempetan seperti buah anggur. Misanya : stapilokokus aureus, stapilokokus haemolitikus. 2. Bakteri basil : a) Monobasil, yaitu berupa sel bakteri basil tunggal Misalnya : Salmonella thypi, E.Coli, dan Lactobacillius. b) Diplobacillus, yaitu berupa dua sel bakteri basil berdempetan. c) Streptobacillus, yaitu berupa sel basil berdempetan membentuk rantai. Misalnya : azotocbacter dan bacillusanthracis d) Cccobacillus Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 12

14 3. Bakteri Spiral : a) Vibrio, yaitu bakteri berbentuk batang yang melengkuang menyerupai bentu koma. Misalnya Vibrio Cholera (penyebab penyakit kolera) b) Spirilum, yaitu bakteri yag berbentuk spiral atau pilinan dengan sel yang kokoh. c) Spiroketa, yaitu baktei yang berbentuk spiral dan tubunya sangat lentur sehingga dapat bergerak secara bebas (Radji, 2010). B. STRUKTUR UTAMA MAKROMOLEKUL BAKTERI Komponen utama struktur bateri teriri atas makromolekul, yaitu DNA, RNA, protein, polisakarida, dan fosfolipida.makromolekul terdiri atas sub-unit primer, yaitu nukleotida, asam amino, dan karbohidrat. Struktur dan urutan makromolekul tersebut. Sebagai contoh, urutan nekleotida menentukan sifat genetik dari sel yang terdapat dalam kromosom DNA; ururtan asam amino menentukan sifat dan fungsi protein; urutan gula dalam lipopolisakaridamenentukan sifat dan fungsi spesifik pada golongan bakteri patogen. Secara keseluruhan, struktur utama makromolekul sangat mempengaruhi sifat-sifat suatu sel dan menentukan perbedaan fungsi sel itu dalam setiap sistem biologi (Radji, 2010). Beberapa jenis makromolekul dapat ditemukan di berbagai struktur sel bakteri, seperti yang tercantum pada tabel 2.1. Tabel 2.1. makromolekul penyusun materi sel bakteri. Makromolekul Asam nukleat Sub-unit primer Terdapat pada Nukleotida (DNA dan DNA RNA) : nukleoid (kromosom), plasmid. rrna : ribosom, mrna trna : Sitoplasma Protein Asam amino Flagela, pili, dinding sel, membran sitoplasma sitoplasma, ribosom, Polisakarida Karbohidrat Kapsul bakteri, bafan Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 13

15 inklusi, dinding sel Fosfolipida C. Asam lemak Membran sel STRUKTUR SEL BAKTERI Berdasarkan struktur selnya, bakteri masuk dalam golongan prokariot; sel prokariot memiliki struktur sel lebih sederhana dibandingkan dengan sel eukariot. Sel prokariot adalah sel yang tidak memiliki memberan inti sel. Ciri-ciri sel prokariot, yaitu materi genetik (DNA) sel ini tidak terstruktur dalam bentuk nukleus, tetapi dalam bentuk nukleoid yang tidak diselubungi oleh membran plasma. Struktur sel bakteri, terdiri dari tiga bagian penting, yaitu (1) struktur eksternal, (2) Struktur dinding sel, (3) Struktur internal sel. (1) Struktur eksternal sel bakteri Pada struktur eksternal sel, bagian-bagian penting dipermukaan sel adalah Kapsul dan lendir, Flagel, Fimbria, Pili. a. Kapsul dam lendir Beberapa bakteri mengakumulasi senyawa-senyawa yang kaya akan air, sehingga membentuk suatu lapisan di permukaan luar selnya yang disebut sebagai kapsul atau selubung berlendir. Fungsinya untuk kehidupan bakteri tidak begitu esensial, namun menyebabkan timbulnya sifat virulen terhadap inangnya. Keberadaan kapsul mudah diketahui dengan metode pengecatan negatif menggunakan tinta cina atau nigrosin. Kapsul akan tampak transparan diantara latar belakang yang gelap. Pada umumnya penyusun utama kapsul adalah polisakarida yang terdiri atas glukosa, gula amino, rhamnosa, serta asam organik seperti asam piruvat dan asam asetat. Ada pula yang mengandung peptida, seperti kapsul pada bakteri Bacillus sp. Lendir merupakan kapsul yang lebih encer. Adakalanya kapsul bakteri dapat dipisahkan dengan metode penggojokan kemudian diekstrak untuk menghasilkan lendir. b. Flagela dan Pilli Flagel merupakan salah satu alat gerak bakteri. Letak flagel dapar polar, bipolar, peritrik, maupun politrik. Flagel mengakibatkan bakteri dapat Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 14

16 bergerak berputar. Penyusun flagel adalah sub unit protein yang disebut flagelin, yang mempunyai berat molekul rendah. Ukuran flagel berdiameter nm dan panjangnya lebih dari 20 nm. Pada beberapa bakteri, permukaan selnya dikelilingi oleh puluhan sampai ratusan pili, dengan panjang 12 nm. Pili disebut juga sebagai fimbrae. Sex-pili berperan pada konjugasi sel dalam pemindahan materi gentik (DNA). Pada bakteri Escherichia coli strain K-12 hanya dijumpai 2 buah pili. c. Fimbria Fimbria terdapat di seluruh permukaan sel bakteri. Organ ini berperan dalam adhesi bakteri dengan sel hospes. Sebagai contoh, fimbria yang terdapat pada sel Neisseria gonorrhoeae berperan penting dala proses kolonisasi bakteri pada membran mukosa sehingga dapat menyebabkan penyakit. Jika tidak mempunyai fimbria, bakteri Neisseria gonorrhoeae tidak dapat menempel pada mukosa dan kolonisasi bakteri tidak terjadi sehingga tidak dapat menyebabkan penyakit. Pili biasanya lebih panjang daripada fimbria dan jumlahnya pada setiap sel bakteri hanya satu atau dua pilli. Sex-pili berperan pada konjugasi sel dalam pemindahan materi gentik (DNA). (2) Struktur dinding sel bakteri Dinding sel bakteri bersifat agak elastis. Dinding sel tidak bersifat permeabel terhadap garam dan senyawa tertentu dengan berat molekul rendah. Secara normal konsentrasi garam dan gula yang menentukan tekanan osmotik di dalam sel lebih tinggi daripada di luar sel. Apabila tekanan osmose di luar sel naik, air sel akan mengalir ke luar, protoplasma mengalami pengkerutan, dan membran akan terlepas dari dinding sel. Proses ini disebut dengan plasmolisis. Dinding sel bakteri mempunyai struktur yang sangat kompleks yang terdiri atas komponen yang kaku dan kuat serta berfungsi untuk mempertahankan bentuk dan kutuhan sel. Dinding sl bakteri harus mampu mempertahankan sel ketika tekanan osmotik di dalam lebih tinggi daripada di luar sel. Selain mempertahankan keutuhan sel, dinding sel bakteri berfungsi sebagai : berperan penting dalam proses pembelahan sel, dinding sel dapat melaksanakan biosintesis sendiri untuk membentuk dinding sel, beberapa lapisan tertentu pada Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 15

17 dinding sel merupakan determinan antigenik dari bakteri tersebut sehingga dapat memanfaatkan untuk mengidentifikasikan jenis bakteri secara serologi. Berasarkan perbedaan struktur dinding sel dan respon terhadap pewarnaan Gram, bakteri digolongkan menjadi bakteri Gram-Positif dan Gram-Negatif. Rangka dasar dinding sel bakteri: Rangka dasar dinding sel bakteri adalah murein peptidoglikan. Murein tersusun dari N-asetil glukosamin dan N-asetil asam muramat, yang terikat melalui ikatan 1,4-_-glikosida. Pada N-asetil asam muramat terdapat rantai pendek asam amino: alanin, glutamat, diaminopimelat, atau lisin dan alanin, yang terikat melalui ikatan peptida. Peranan ikatan peptida ini sangat penting dalam menghubungkan antara rantai satu dengan rantai yang lain. Komponen dan struktur dinding sel prokariot ini sangat unik, dan tidak dijumpai pada sel eukariotik. Dinding sel bakteri gram positif: Dinding sel bakteri gram positif terdiri 40 lapis rangka dasar murein, meliputi % berat kering dinding sel bakteri. Senyawa lain penyusun dinding sel gram positif adalah polisakarida yang terikat secara kovalen, dan asam teikoat yang sangat spesifik. Dinding sel bakteri gram negatif: Dinding sel bakteri gram negatif hanya terdiri atas satu lapis rangka dasar murein, dan hanya meliputi + 10% dari berat kering dinding sel. Murein hanya mengandung diaminopemelat, dan tidak mengandung lisin. Di luar rangka murein tersebut terdapat sejumlah besar lipoprotein, lipopolisakarida, dan lipida jenis lain. Senyawa-senyawa ini merupakan 80 % penyusun dinding sel. Asam teikoat tidak terdapat dalam dinding sel ini. (3) Struktur internal sel bakteri Struktur internal sel bakteri terdiri dari membran sitoplasma, sitoplasma, area nukleus, ribosom, dan mesosom. a. Membran sitoplasma Membran sitoplasma merupakan lapisan tipis yang berada tepat di dalam dinding sel yang melapisi sitoplasma. Fungsi penting membran sitoplasma adalah sawar selektif untuk keluar masuknya senyawa kimia dari luar dan dari dalam sel. Selain mengandung beberapa enzim yang dapat mencerna nutrisi da menghasilkan energi ATP, membran plasma juga Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 16

18 berfungsi untuk menjamin pemisah DNA ke sel anakan pada saat terjadi pembelahan selpada spesies bakteri aerob, membran sitoplasma merupakan tempat transfor elektron dan oksidasi fosforilasi. Membran sitoplasma merupakn 8_10%bobot kering sel, yang terdiri atas fosfoslipida san protein. b. Sitoplasma Sitoplasma merupakn substansi yang berada di dalam membran plasma dan mengandung 80%. Selain itu, sitoplasma mengandung protein, enzim, karbohidrat, lipid, ion-ion organik, dan berbagai senyawa berbobot molekul rendah. Struktur utama sitoplasma prokariot terdiri area nukleus yang mengandung DNA, ribosom, berbagai inklusi dan granul. c. Area nukleus Area nukleus sel bakteri mengandung DNA untai ganda berbentuk melingkar yang disebut dengan kromosom bakteri. Berbeda dari kromosom eukariot, kromosom bakteri tidak dikelilingi oleh mebran inti dan tidak mengandung protein histon. Selain kromosom, bakteri sering kali mengandung molekul DNA untai ganda berbentuk melingkar dan berukuran kecil yang disebut dngan plasmid.plasmid merupakan elemen materi genetik ekstrakromosomal yang tidak berhubungan dengan kromosom bakteri. Plasmid dapat bereplikasi secara otonum dan tidak bergantung pada kromosom bakteri. Plasmid biasanya mengandung sekitar gen yang tidak begitu berperan pda ketahanan hidup sel dan lingkungan tertentu. Namun, plasmid juga bermanfaat bagi bakteri. Plasmid dapat membawa gen yang menyebabkan resistensi terhadap antibiotik. Gen yang memberikan ketahanan terhadap sifat toksik logam berat tertentu, gen yang menghasilkan toksin, atau gen yang menyintesis berbagai jenis enzim. Plasmid dapat berpindah dari sel bakteri yang satu ke sel bakteri yang lain. d. Ribosom Organel yang tersebar dalam sitoplasma, tersusun atas protein dan RNA sehingga sitoplasma tampak bergranul. Dan juga berfungsi penting untuk sintesis protein. Ribosom pada prokariot berbeda dengan ribosom eukariot. Ribosom prokariot lebih kecil dibandingkan dengan ribosom eukariot. Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 17

19 e. Mesosom Dibeberapa tempat tertentu pada membran plasma, terdapat cekungan atau lekukan ke dalam yang relatif besar yang di sebut dengan mesosom. Lekukan membran plasma ini dapat memperluas permukaan membran dan berfungsi sebagai tempat kerja enzim yang terlibat dalam respirasi dan transfor elektron. Mesosm, yang merupakan tempat menempelnya kromosom bakteri, juga berfungsi dalam proses pembelahan sel (Radji, 2010). Tabel 2.2.Struktur, Fungsi Dan Makromolekul Penyusun Sel Bakteri Bagian sel Fungsi Makromolekul Flagel Pergerakan bakteri Pili seks Mating,transfer, Protein DNA Protein secara konjugasi. Fimbria Alat menempel pada Protein permukaan sel hospes. Kapsul Bakteri, Alat menempel glikokaliks, dan lapisan permukaan lendir sel mencegah pada Polisakarida, polipeptida hospes, fagositosis, sebagai cadangan nutrisi, dan untuk bertahan terhadap kekeringan. Dinding sel Gram-positif bakteri Mempertahankan keutuhan isi sel Peptidoglikan, asam dan teikoat bentuk sel, mencegah lisis sel Dinding sel Gram-negatif bakteri Mempertahankan keutuhan isi sel Lipopolisakrida, dan fosfolipida, protein, bentuk sel, mencegah lisis Peptidoglikan. sel Mebran plasma Sawar tempat permeabilitassel, Fosfolipida dan protein transportasi larutan, produksi energi Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 18

20 dan berbagai jenis enzim. Ribosom Tempat translasi protein Inklusi Tempat RNA dan protein penyimpanan Karbohidrat, nutrisi protein, dan lemak, senyawa organik Kromosom Materi genetik sel Plasmid Matei DNA genetik DNA ekstrakromomal D. ENDOSPORA Struktur endospora terdiri atas bagian-bagian berikut: 1) Core, yang merupakan sitoplasma dari endospopra yang didalamnya mengandung semua unsur yang dibutuhkan untuk kehidupan bakteri, seperti DNA, ribosom, enzim, RNA dalam jumlah yang sedikit, dan senyawa-senyawa lain. 2) Dinding spora, yaitu lapisan paling dalam endospora yang terdiri atas lapisan peptidoglikan yang akan menjadi dinding sel ketika endospora mengalami sporogenesis menjadi sel vegetatif kembali. 3) Korteks, yaitu lapisan tebal yang melapisi endospora. 4) Coat, yaitu lapisan yang mengandung keratin yang melindungi spora dari pengaruh buruk di lingkungan 5) Eksosporium, yaitu membran lipoprotein yang terdapat pada lapisan paling luar. Endospora menarik banyak perhatian dalam bidang kesehatan dan industri makanan karena endospora sangat resisten terhadap proses-proses secara normal dapat membunuh sel vegetatif, antara lain pemanasan, pengeringan, pembekuan, penggunaan bahan kimia pengawet, atau radiasi. Spora mati diatas suhu 1200C (Radji, 2010). Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 19

21 BAB III PERTUMBUHAN BAKTERI A. PERTUMBUHAN BAKTERI Pertumbuhan adalah penambahan secara teratur semua komponen sel suatu jasad. Pembelahan sel adalah hasil dari pembelahan sel. Pada jasad bersel tunggal (uniseluler), pembelahan atau perbanyakan sel merupakan pertambahan jumlah individu. Misalnya pembelahan sel pada bakteri akan menghasilkan pertambahan jumlah sel bakteri itu sendiri. Pada jasad bersel banyak (multiseluler), pembelahan sel tidak menghasilkan pertambahan jumlah individunya, tetapi hanya merupakan pembentukan jaringan atau bertambah besar jasadnya (Radji, 2010). B. FAKTOR LINGKUNGAN UNTUK PERTUMBUHAN MIKROBA Aktivitas mikroba dipengaruhi oleh faktor-faktor lingkungannya. Perubahan lingkungan dapat mengakibatkan perubahan sifat morfologi dan fisiologi mikroba. Beberapa kelompok mikroba sangat resisten terhadap perubahan faktor lingkungan. Mikroba tersebut dapat dengan cepat menyesuaikan diri dengan kondisi baru tersebut. Faktor lingkungan meliputi faktor-faktor abiotik (fisika dan kimia), dan faktor biotik (Radji, 2010). 1. FAKTOR ABIOTIK (fisika dan kimia) Selain H2O, unsur penting yang dibutuhakan untuk prtumbuhan mikroorganisme adalah unsur kimia, antara lain karbon, nitrogen, sulful, fosfor dan unsur, dan unsur kelumit (misalnya Cu, Zn, dan Fe). Bakteri juga membutuhkan sejumlah kecil unsur mineral (misalnya K, Mg, Ca, Fe, Cu, Zn, dan Mo) sebagai kofaktor, yang merupakan unsur penting untuk memfungsikan beberapa jenis enzim. Unsur-unsur ini terdapat dalam air dan komponen media lain secara alamiah. a. Suhu 1) Suhu pertumbuhan mikroba Pertumbuhan mikroba memerlukan kisaran suhu tertentu. Kisaran suhu pertumbuhan dibagi menjadi suhu minimum, suhu optimum, dan suhu maksimum. Suhu minimum adalah suhu terendah tetapi mikroba Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 20

22 masih dapat hidup. Suhu optimum adalah suhu paling baik untuk pertumbuhan mikroba. Suhu maksimum adalah suhu tertinggi untuk kehidupan mikroba. Berdasarkan kisaran suhu pertumbuhannya, mikroba dapat dikelompokkan menjadi mikroba psikrofil (kriofil), mesofil, dan termofil. Psikrofil adalah kelompok mikroba yang dapat tumbuh pada suhu 0-300C dengan suhu optimum sekitar 150C. Mesofil adalah kelompok mikroba pada umumnya, mempunyai suhu minimum 150C suhu optimum C dan suhu maksimum C. Mikroba yang tahan hidup pada suhu tinggi dikelompokkan dalam mikroba termofil. Mikroba ini mempunyai membran sel yang mengandung lipida jenuh, sehingga titik didihnya tinggi. Selain itu dapat memproduksi protein termasuk enzim yang tidak terdenaturasi pada suhu tinggi. Di dalam DNA-nya mengandung guanin dan sitosin dalam jumlah yang relatif besar, sehingga molekul DNA tetap stabil pada suhu tinggi. Kelompok ini mempunyai suhu minimum 40 0C, optimum pada suhu C dan suhu maksimum untuk pertumbuhannya 75 0C. Untuk mikroba yang tidak tumbuh dibawah suhu 30 0 C dan mempunyai suhu pertumbuhan optimum pada 60 0C, dikelompokkan kedalam mikroba termofil obligat. Untuk mikroba termofil yang dapat tumbuh dibawah suhu 30 0C, dimasukkan kelompok mikroba termofil fakultatif. Bakteri yang hidup di dalam tanah dan air, umumnya bersifat mesofil, tetapi ada juga yang dapat hidup diatas 50 0C (termotoleran). Contoh bakteri termotoleran adalah Methylococcus capsulatus. Contoh bakteri termofil adalah Bacillus, Clostridium, Sulfolobus, dan bakteri pereduksi sulfat/sulfur. Bakteri yang hidup di laut (fototrof) dan bakteri besi (Gallionella) termasuk bakteri psikrofil. 2) Suhu tinggi Apabila mikroba dihadapkan pada suhu tinggi diatas suhu maksimum, akan memberikan beberapa macam reaksi. (1) Titik kematian thermal, adalah suhu yang dapat mematikan spesies bakteri dalam waktu 10 menit pada kondisi tertentu. (2) Waktu kematian thermal, adalah Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 21

23 waktu yang diperlukan untuk membunuh suatu spesies bakteri pada suatu suhu yang tetap. Faktor-faktor yang mempengaruhi titik kematian thermal ialah waktu, suhu, kelembaban, spora, umur bakteri, ph dan komposisi medium. Contoh waktu kematian thermal (TDT/ thermal death time) untuk beberapa jenis bakteri dapat dilihat dari Tabel 3.1. Nama mikrobia Escherichia coli Waktu (menit) Suhu (0C) Staphylococcus aureus Spora Bacilus subtilis Spora Clostridium botulinum 3) Suhu rendah Apabila mikroba dihadapkan pada suhu rendah dapat menyebabkan gangguan metabolisme. Akibat-akibatnya adalah (1) Cold shock, adalah penurunan suhu yang tiba-tiba menyebabkan kematian bakteri, terutama pada bakteri muda atau pada fase logaritmik, (2) Pembekuan (freezing), adalah rusaknya sel dengan adanya kristal es di dalam air intraseluler, (3) Lyofilisasi,adalah proses pendinginan dibawah titik beku dalam keadaan vakum secara bertingkat. Proses ini dapat digunakan untuk mengawetkan mikroba karena air protoplasma langsung diuapkan tanpa melalui fase cair (sublimasi). b. Kandungan air (pengeringan) Setiap mikroba memerlukan kandungan air bebas tertentu untuk hidupnya, biasanya diukur dengan parameter aw (water activity) atau kelembaban relatif. Mikroba umumnya dapat tumbuh pada aw 0,998-0,6. bakteri umumnya memerlukan aw 0,90-0,999. Mikroba yang osmotoleran dapat hidup pada aw terendah (0,6) misalnya khamir Saccharomyces rouxii. Aspergillus glaucus dan jamur benang lain dapat tumbuh pada aw 0,8. Bakteri umumnya memerlukan aw atau kelembaban tinggi lebih dari 0,98, Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 22

24 tetapi bakteri halofil hanya memerlukan aw 0,75. Mikroba yang tahan kekeringan adalah yang dapat membentuk spora, konidia atau dapat membentuk kista. c. Tekanan osmose Tekanan osmose sebenarnya sangat erat hubungannya dengan kandungan air. Apabila mikroba diletakkan pada larutan hipertonis, maka selnya akan mengalami plasmolisis, yaitu terkelupasnya membran sitoplasma dari dinding sel akibat mengkerutnya sitoplasma. Apabila diletakkan pada larutan hipotonis, maka sel mikroba akan mengalami plasmoptisa, yaitu pecahnya sel karena cairan masuk ke dalam sel, sel membengkak dan akhirnya pecah. Berdasarkan tekanan osmose yang diperlukan dapat dikelompokkan menjadi (1) mikroba osmofil, adalah mikroba yang dapat tumbuh pada kadar gula tinggi, (2) mikroba halofil, adalah mikroba yang dapat tumbuh pada kadar garam halogen yang tinggi, (3) mikroba halodurik, adalah kelompok mikroba yang dapat tahan (tidak mati) tetapi tidak dapat tumbuh pada kadar garam tinggi, kadar garamnya dapat mencapai 30 %. Contoh mikroba osmofil adalah beberapa jenis khamir. Khamir osmofil mampu tumbuh pada larutan gula dengan konsentrasi lebih dari 65 % wt/wt (aw = 0,94). Contoh mikroba halofil adalah bakteri yang termasuk Archaebacterium, misalnya Halobacterium. Bakteri yang tahan pada kadar garam tinggi, umumnya mempunyai kandungan KCl yang tinggi dalam selnya. Selain itu bakteri ini memerlukan konsentrasi Kalium yang tinggi untuk stabilitas ribosomnya. Bakteri halofil ada yang mempunyai membran purple bilayer, dinding selnya terdiri dari murein, sehingga tahan terhadap ion Natrium. d. Kadar ion hidrogen (ph) Mikroba umumnya menyukai ph netral (ph 7). Beberapa bakteri dapat hidup pada ph tinggi (medium alkalin). Contohnya adalah bakteri nitrat, rhizobia, actinomycetes, dan bakteri pengguna urea. Hanya beberapa bakteri yang bersifat toleran terhadap kemasaman, misalnya Lactobacilli, Acetobacter, dan Sarcina ventriculi. Bakteri yang bersifat asidofil misalnya Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 23

25 Thiobacillus. Jamur umumnya dapat hidup pada kisaran ph rendah. Apabila mikroba ditanam pada media dengan ph 5 maka pertumbuhan didominasi oleh jamur, tetapi apabila ph media 8 maka pertumbuhan didominasi oleh bakteri. Berdasarkan ph-nya mikroba dapat dikelompokkan menjadi 3 yaitu (a) mikroba asidofil, adalah kelompok mikroba yang dapat hidup pada ph 2,05,0, (b) mikroba mesofil (neutrofil), adalah kelompok mikroba yang dapat hidup pada ph 5,5-8,0, dan (c) mikroba alkalifil, adalah kelompok mikroba yang dapat hidup pada ph 8,4-9,5. 2. FAKTOR BIOTIK Di alam jarang sekali ditemukan mikroba yang hidup sebagai biakan murni, tetapi selalu berada dalam asosiasi dengan jasad-jasad lain. Antar jasad dalam satu populasi atau antar populasi jasad yang satu dengan yang lain saling berinteraksi. a. Interaksi dalam satu populasi mikroba Interaksi antar jasad dalam satu populasi yang sama ada dua macam, yaitu interaksi positif maupun negatif. Interaksi positif menyebabkan meningkatnya kecepatan pertumbuhan sebagai efek sampingnya. Meningkatnya kepadatan populasi, secara teoritis meningkatkan kecepatan pertumbuhan. Interaksi positif disebut juga kooperasi. Sebagai contoh adalah pertumbuhan satu sel mikroba menjadi koloni atau pertumbuhan pada fase lag (fase adaptasi). Interaksi negatif menyebabkan turunnya kecepatan pertumbuhan dengan meningkatnya kepadatan populasi. Misalnya populasi mikroba yang ditumbuhkan dalam substrat terbatas, atau adanya produk metabolik yang meracun. Interaksi negatif disebut juga kompetisi. Sebagai contoh jamur Fusarium dan Verticillium pada tanah sawah, dapat menghasilkan asam lemak dan H2S yang bersifat meracun. b. Interaksi antar berbagai macam populasi mikroba Apabila dua populasi yang berbeda berasosiasi, maka akan timbul berbagai macam interaksi. Interaksi tersebut menimbulkan pengaruh positif, negatif, ataupun tidak ada pengaruh antar populasi mikroba yang satu dengan yang lain. Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 24

26 1) Mutualisme (Simbiosis) Mutualisme adalah asosiasi antara dua populasi mikroba yang keduanya saling tergantung dan sama-sama mendapat keuntungan. Mutualisme sering disebut juga simbiosis. Simbiosis bersifat sangat spesifik (khusus) dan salah satu populasi anggota simbiosis tidak dapat digantikan tempatnya oleh spesies lain yang mirip. Contohnya adalah Bakteri Rhizobium sp. Yang hidup pada bintil akar tanaman kacang-kacangan. Contoh lain adalah Lichenes (Lichens), yang merupakan simbiosis antara algae sianobakteria dengan fungi. Algae (phycobiont) sebagai produser yang dapat menggunakan energi cahaya untuk menghasilkan senyawa organik. Senyawa organik dapat digunakan oleh fungi (mycobiont), dan fungi memberikan bentuk perlindungan (selubung) dan transport nutrien / mineral serta membentuk faktor tumbuh untuk algae. 2) Amensalisme (Antagonisme) Satu bentuk asosiasi antar spesies mikroba yang menyebabkan salah satu pihak dirugikan, pihak lain diuntungkan atau tidak terpengaruh apapun. Umumnya merupakan cara untuk melindungi diri terhadap populasi mikroba lain. Misalnya dengan menghasilkan senyawa asam, toksin, Acetobacter atau yang antibiotika. mengubah Contohnya etanol menjadi adalah bakteri asam asetat. Thiobacillus thiooxidans menghasilkan asam sulfat. Asam-asam tersebut dapat menghambat pertumbuhan bakteri lain. Bakteri amonifikasi menghasilkan ammonium yang dapat menghambat populasi Nitrobacter. 3) Parasitisme Parasitisme terjadi antara dua populasi, populasi satu diuntungkan (parasit) dan populasi lain dirugikan (host / inang). Umumnya parasitisme terjadi karena keperluan nutrisi dan bersifat spesifik. Ukuran parasit biasanya lebih kecil dari inangnya. Terjadinya parasitisme memerlukan kontak secara fisik maupun metabolik serta Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 25

27 waktu kontak yang relatif lama. Contohnya adalah bakteri Bdellovibrio yang memparasit bakteri E. coli. Jamur Trichoderma sp. memparasit jamur Agaricus sp. C. MEDIA PERBENIHAN Media perbenihan adalah media nutrisi yang disiapkan untuk menumbuhkan bakteri didalam skala laboratorium. Beberapa bakteri dapa tumbuh dengan baik pada setiap media perbenihan, sedangka yang lain membutuhkan media khusus. Media perbeihan harus dapat menyediakan energi yang dbutuhkan untuk pertumbuhan bakteri. Media harus megandung sumber karbon, nitrogen, sulfur, fosfor dan pertumbuhan pertumuhan organik. Sejumlah bakteri yang diinokulasikan pada sebuah media perbenihan disebut inokulum.bakteri yang tumbuh dan berkembang biak dalam media perbenihan itu disebut biakan bakteri. Jika ingin menumbuhkan bakteri pada media padat, agar ditambahka kdalam media pertumbuhan. Agar adalah kompleks polisakarida yang diperoleh dari ganggang laut. Beberapa mikroba mampu mengsintesis senyawa agar sehingga membentuk padatan. Agar mencair pada suhu sekitar 1000C dan tetap cair sampai suhu 400C. Dilaboratorium, media agar dipanaskan dalam tangas air bersuhu 500C. Pada suhu ini, media agar cair tersebut dapat dituang diatas bakteri dan tidak akan mematikan bakteri. Agar yang telah membeku dapat digunakan untuk menginkubasi bakteri yang dapat tumbuh pada suhu mendekati 1000C. Pada suhu ini, agar belum mencair kembali. Sifat ini sangat berguna untuk menumbuhkan bakteri termofilik. Media agar biasanya dimasukkan kedalam tabung reaksi atau kedalam cawan petri. Agar yang ditempatka didalam tabung reaksi dengan posisi tabung dimiringkan disebut dengan agar miring (slant). Agar miring mempunyai luas permukaan yang lebih luas untuk pertumbuhan dibandingkan agar tegak. 1) Jenis-jenis media pertumbuhan bakteri a. Media sintetik Media ini digunakan untuk menumbuhkan bakteri kemoheterotrof. Organisme yang membutuhakan banyak faktor pertumbuhan disebut Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 26

28 fastidious, misalnya Lactobacillus. Bakteri ini kadang kala digunakan untuk menetukan kadar vitamin tertentu dalam sebuah bahan. Pada uji kadar vitamin secara mikrobiologis, media yang digunaka mengandung semua faktor pertumbuhan yang dibutuhkan ole bakteri kecuali vitamin yang di uji. Media, bahan diuji, dan bakteri kemudian disatukan. Selanjutnya bakteri diamati, pertumbuhan bakteri yang sebanding dengan dengan kadar asamlaktat yang dihasilkan bakteri akan sebanding dengan jumlah vitamin dalam bahan uji. Semakin banyak sel Lactobacillus yang tumbuh, semakin banyak asam laktat yang dihasilkan, semakin tinggi kadar vitamin yang di uji yang terkandung didalam media. b. Media kompleks Media perbenihan ini biasanya digunakan secara rutin di laboratorium. Media ini mengandung nutrisi tinggi, yang terdiri atas ekstrak ragi, ekstrak daging atau tumbuhan, ataupun protein sederhana daru sumber lain protein merupakan sumber energi bagi bakteri, yaitu dengan mengubah protein menjadi asam amino dengan menggunakan enzim atau asm sehingga protein dapat dicerna oleh bakteri. Media kompleks yang berbentuk cairan disebut nutrient broth, sedangkan yang ditmbahkan agar disebut nutrient agar. c. Media anaerob Penanaman bakteri anaerob harus menggunakan media spesial yang dikenal dengan reducing media. Media ini mengandung natrium tiogglikolat. Di dalam tabung reaksi berisi media anaerob, ada bagian yang mengandung oksigen dan ada bagian yang tidak mengandung oksigen, yaitu di bagian dasar tabung. Sebelum digunakan, media ini dipanaskan terlebih dahulu perlahan-lahan untuk menghilangkan oksigen yang diserap. d. Media selektif dan diferensialdalam mikrobiologi kesehatan klinik, media selektif dan diferensial diguanaka untuk mendeteksi ada tidaknya bakteri spesifik yang berhubungan dengan penyakit ata sanitasi yang buruk. Media slektif dirancang untuk menekan pertumbuhan bakteri Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 27

29 yang tidak diiinginkan dan mendukung pertumbuhan bakteri yang diinginkan.sbagai contoh, bismuth sulfite agar digunakan untuk mengisolasi bakteri Salmonella thypi dari tinja. Bismuth sulfit tidak hanya menghambat bakteri Gram-positif, tetapi juga sebagian besar bakteri intestin Dram-negatif. Media diferensial memudahkan pembedaan koloni bakteri yang diinginkan dari koloni lain yang tumbuh pada lempeng media yang sam.media lain yang bersifat selektif dan difernsial adalah MacConkey agar. Media ini mengandung asam empedu dan kristal violet yang menghambat pertumbuhan bakteri Gram-positif. Karena media ini juga mengandung laktosa dapt dibedakan bakteri Gram-negatif yang menghasilkan asam dari metabolisme laktosa dapat dibedakan dari bakteri sejenis yang tidak meragi laktosa. Kemampuan untuk membedakan bakteri yang meragi laktosa dari bakteri yang tidak meragi laktosa sangat sangat berguna untuk membedakan salmonella patogen dari bakteri yang lain berkerabat. 2) Cara memperoleh biakan murni Spesimen kliniksperti tanah, sputum. Urine, dan tinja, mengandung berbagai jenis mikroorganisme, demikian pila dengan sampel tanah, air, dan makanan.secara teoretis, koloni bakteri yang tumbuh berasal dari spora tunggal atau sel vegetatif ataupun sekelompok bakteri yang sama dan saling berdekatan. Metode isolasi yang umum digunakan untuk mendapatkan biakan murni adalah penanama diatas media agar menurut metode lempeng gores (streak plate method). Sengkelit inokulasi digunakan untuk membuat goresan diatas media dengan sedemikian rupa sehingga setelah diinkubasi akan menghasilkan pertumbuhan koloni bakteri yang terpisah-pisah. Koloni yang terpisah tersebut dipindahkan kedalam media baru sehingga diperoleh biakan murni yang hanya terdiri atas satu jenis bakteri. 3) Penyimpanan biakan bakteri Cara yang umum dilakukan untuk menyimpan dan mengawetkan biakan bakteri untuk jangka panjang adalah liofilisasiatau penyimpnan didalam deep freezer. Deep freezing adalah suatu proses pembekuan cepat, yaitu biakan bakteri Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 28

30 dibekukan pada suhu -500C samapi dengan -900C. Liofilisasi dilakukan dengan membekukan biakan bakteri pada suhu -540C sampai -720C dan air biakan dihilangkan dengan vakum tinggi (sublimasi). Serbuk bakteri yang telah mengalami proses liofilisasi dapat bertahan tahunan. Bakteri tersebut dapat dihidupkan kembali kapan saja dengan melakukan hidrasi menggunakan media cair yang sesuai (Radji, 2010). D. SIKLUS PERTUMBUHAN BAKTERI 1. Pembelahan bakteri Pertumbuhan bakteri menunjukan pertambahan jumlah bakteri, bukan pertambahan ukuran sel. Bakteri bereproduksi dengan pembelahan biner. Beberapa spesies bakteri bereproduksi dengan membentuk sel anakan (budding). Sel anakan ini dibentuk dan membesar sampai berukuran sama dengan sel induknya, kemudian memisah. Beberapa bakteri berfilamen bereproduksi dengan membuat rantai konidiospora pada ujung filamen. Beberapa spesies berfilamen membentuk fragma sederhana dan fragmen tersebut menandakan adanya pertumbuhan sel baru. 2. Waktu generasi Waktu generasi atau watu perbanyakan bakteri adalah waktu yang dibutuhakan waktu oleh satu sel bakteri untuk membelah dari satu sel menjadi dua sel. Reproduksi pembelahan sel tersebut adalah pembelahan biner, yang sejauh ini merupakan mekanisme yang umum terjadi. Waktu yang dibutuhkan oleh sebuah sel untuk membelah sangat bervariasi di antara organisme dan sangat bergantung pada kondisi lingkungan, antara lain suhu.sebagian besar bakteri mempunyai waku prbanykan 1-3 jam, tetapi ada juga yang membutuhkan waktu lebih dari 24 tiap generasi.jika penggandaan terjadi setiap 20 menit, sebagaimana yang terjadi pada Escherichia coli, setelah 20 generasi, sebuah sel awal akan meningkat menjadi lebih dari 1 juta sel, dalam waktu kurang lebih 7 jam. Dalam 30 generasi atau selama 10 jam, populasi bakteri akan menjadi 1 milliar dan dalam 24 jam akan berkembang menjadi Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 29

31 3. Fase pertumbuhan setelah bakteri diinokulasikan kedalam media pertumbuhan cair, jumlah populasi bakteri dapat dihitunng pada interval tertentu. Dengan demikian, dapat dibuat kurva pertumbuhan sel bakteri pada interval waktu tertentu. Fase pertumbuhan bakteri terdiri atas fase lag, fase log, fase stasioner dan fase kematian (Radji, 2010). Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 30

32 BAB IV METABOLISME BAKTERI A. METABOLISME Metabolisme adalah semua proses kimia yang terjadi didalam sel hidup. Karena semua reaksi kimia yang terjadi membutuhkan atau melepaskan energi, metabolisme dapt digambarkan sebagai suatu keseimbangan energi yang dibutuhkan oleh makhluk hidup. Metabolisme terdiri atas dua jenis reaksi kimia, yaitu proses kimia yang menghasilkan energi dan proses kimia yang membutuhkan energi. Dalam sel hidup, proses reaksi kima yang menghasilkan energi disebut dengan katabolisme, sedangkan proses reaksi kimia yang membutuhkan energi disebut dengan anabolisme. Reaksi katabolik umumnya merupakan reaksi hidrolisis yang memecahkan senyawa organik kompleks menjadi senyawasenyawa yang lebih sederhana, misalnya reaksi pemecahan senyawa gula menjadi menjadi kardioksi dan air. Reaksi ini disbut juga dengan reaksi katabolisme karbohidrat. Sebaliknya, reaksi anabolik atau reaksi biosintesis merupakan proses yang menbangun molekul organik kompleksdari snyawa-senyawa yang lebih sederhana. Contoh reaksi anabolik dalah pembentukan molekul protein dari asam amino, pembentukan nukleotida dari asam nukleat, dan pembentukan polisakarida dari monosakarida. Proses biosintesis ini sangat dibutuhkan dalam pertumbuahan sel (Radji, 2010). B. METABOLISME KARBOHIDRAT Pada umumnya, mikroorganisme mengoksidasi karbohidrat sebagai sumber utama energi seluler. Katabolisme karohidrat yang nelibatkan reaksi penguraan molekul karbohidrat untuk menghasilkan energi ATP merupaka proses yang penting dalam metabolisme sel. Glukosa merupakan jenis karbohidrat yang paling sering dimanfaatkan oleh mikroorganisme sebagai energi. Untuk memproduksi energi dari glukosa, mikroorganisme menggunakan dua jalur proses, yaitu fermetasi dan respirasi. Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 31

33 Kedua proses tersebut biasanya berawal dari satu langkah pertama yang sama, yaitu glikolisis, yang kemudian disusul dengan jalur metabolisme yang berbeda untuk respirasi dan fermentasi. Respirasi glukosa terjadi dalam tiga tahap, yaitu tahap glikolisis, tahap krebs, dan rabtai transfor elektron. Pada tahap glikolisis, terjadi oksidasi glukosa menjadi asam piruvat yang menghasilkan energi ATP dan NADH. Pda siklus krebs, juga akan duhasilakan energi ATP dan NADH, yang kemudian akan diteruskan kedalam sistem transpor elektron. Sistem transfor elektron dapat memproduksi lebih bayak energi ATP. Glikolisis merupakan langkah awal roses katabolisme karbohidrat menjadi asam piruvat. Glikolisis juga dikenal dengan jalur metabolisme EmbdenMeyerhof. Jalur ini merupakan mekanisme umum untuk mengubah glukosa menjadi asam piruvat. Setelah glukosa dipecah menjadi asam piruvat, asam piruvat diproses kembali melalui proses fermentasi atau proses respirasi seluler. 1. Fermentasi Fermentasi dalah suatu proses metabolisme yang dapat menghailkan energi dari karbihidrat atau molkul organik lain tanpa memerlukan oksigen melalui proses transfor elekton dan menggunakan molekul organik sebagai penerima elektron terakhir. Beberapa ciri proses metabolisme fermentasi adala sebagai berikut. a) Energi dilepaskan dari karbihidrat atau molekul organik, seperti asam amino, asam organik, purin dan pirimidin. b) Tidak memerluka oksigen walaupun kadang-kadang dapat terjadi dengan addnya oksigen. c) Menggunakan molekul organik sebagai akseptor elekton terakhir. d) Hanya mmproduksi satu atau dua molekul ATP dari setiap molekul sbstrat. Pada proses fermentasi, asam piruvat dapat dipecah menjadi alkohol, asam laktat, asam butirat, asam propionat, dan asam asetat, bergantung pada jenis bakteri. Beberap jenis mikroorganisme dapat memfermentasikan berbagai substrat. Oleh karena itu, analisis kimia identifikai produk akhir Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 32

34 fermentasi sering mikroorganisme. digunakan Produk akhir untuk dan mengidentifikasi jenis mikrooorganisme spesies yang menghasilkan produk akhir tersebut dapa dilihat pada Tabel 4.1. Tabel 4.1. Produk Akhir Fermenetasi Asam Piruvat oleh Beberapa jenis mikroorganisme. Jenis bakteri Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus Produk akhir Asam laktat Saccharomyces Etanol dan CO2 Propionibacterium Asam propionat, asam asetat, CO2, H2 Clostrdium Escherichia, Salmonella Enterobacter Asam butirat, butanol, aseton, isporpil alkohol, dan CO2 Etanol, asam laktat, asam suksinat, asam asetat, CO2 dan H2 Etanol, asam laktat, asam format, CO2 dan H2 2. Respirasi seluler Respurasi seluler atau lebih dikenal dengan istilah respirasi merupakan suatu rangkaian proses untuk memproduksi energi ATP. Asam piruvat yang diperoleh dari perubahan glukosa akan masuk kedalam proses selanjaunya, yaitu proses respirasi seluler. Proses respirasi diawali denga serangkaian reaksi biokimia yang disebut dengan siklus krebs. Selanjutnya, melauli proses transfor elektron, akan dihasilkan molekul energi ATP dalam jumlah yang lebih besar di banding pada proses fermetasi. Resoirasi ada dua jenis, bergantung pada sifat mikroorganisme, yaitu respirasi aerob dan respirasi anaerob. Respirasi aerob menggunakan oksigen sebagai penerima elektron terakhir, sedangkan respirasi anaerob menggunaka senyawa-senyawa anorganik lain sebagai penerima elektron terakhir (Radji, 2010). Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 33

35 C. METABOLISME LEMAK DAN PROTEIN Kita telah mempelajari bahwa karbohidrat, khususnya glukosa, merupakan sumber utama pembentukan energi bagi mikroorganisme. Namun demekian, mikroorganisme juga dapat mememtabolisme nutrisi lain, seperti lemak dan protein. Sebagaimana telah kita ketahui, lemak terdiri atas asam lemak dan gliserol. Mikroorganisme dapat membuat enzim lipase, yaitu enzim ekstraseluler yang dapat mengurai lemak menjadi asam lemak dan gliserol. Masing-masing komponen ini kemudian akan di metabolisme lebih lanjut dalam sklus krebs. Bahwa gliserol dipecah mejnadi dihidroksi aseton fosfat, kemudian dikatabolisme melauli glikolisis dan silus krebs. Sementara asam lmak dioksidasi membentuk gugus asetil, yang kemudian bergabung dengn koenzim-a membentuk asetil CoA. Selanjutnya, asetil CoA dikatabolisme melalui pross Krebs. Protein merupakan senyawa yang juga yang dapat dimanfaatkan sebagi sumber nergi oleh miroorganisme. Enzim protease dan peptidase yang dikeluarkan oleh mikrooorganisme dapat memecah protein menjadi asam amino. Sebelum dikatabolisme, asam amino harus terlebih dahulu diubah menjadi suatu senyawa yang adapat masuk kedalam siklus krebs. Proses deaminasi merupakan salah satu mekanisme untuk memperoleh senyawa tersebut, yaitu gugus amino dari asam amino dilepaskan dan diubah menjadi ion amonium (NH4+) sehingga asam organik twesbut dapat masuk kedalam siklus krebs. Proses lain untuk mengonversi asam amino adalah reaksi dekarboksilasi dan dehigrogenasi (Radji, 2010). D. IDENTIFIKASI JENIS BAKTERI BERDASARKAN SIFAT BIOKIMIA Sifat biokimia sering djadikan dasar untuk mengidentifikasikan jenis bakteri karena setiap spesies bakteri dapat memproduksi jenis enzim yang berbeda. Keberadaan jenis enzim tertentu dalam suatu bakteri dapt dimanfaatkan untuk mengidentifikasi jenis bakteri tersebut dengan menggunakan uji fermentasi. Bakteri dimasukan dala larutan media yang mengandung protein, karbohidrat Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 34

36 tertentu (misalnya glukosa, laktosa, sukrosa, manitol, atau inositol), adan indikator ph seta tabung Durham untuk mengetahui terbentuknya gas selama proses fermetasi. Bakteri uang diinokulasi kedalam media tersebut akan menggunakan protein atau karbohidrat sebagai sumber karbon dan energi (Radji, 2010). Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 35

37 BAB V STERILISASI A. PENGERTIAN STERILISASI Steril merupakan keadaan dimana alat-alat/bahan yang digunakan sudah terbebas dari bakteri yang mengkontaminasi. Sedangkan sterilisasi adalah proses penghilangan semua jenis organisme hidup, dalam hal ini adalah mikroorganisme (protozoa, fungi, bakteri, mycoplasma, virus) yang terdapat dalam suatu benda. Proses ini melibatkan aplikasi biocidal agent atau proses fisik dengan tujuan untuk membunuh atau menghilangkan mikroorganisme. Sterilisasi didesain untuk membunuh atau menghilangkan mikroorganisme. Target suatu metode inaktivasi tergantung dari metode dan tipe mikroorganisme yang tergantung dari asam nukleat, protein atau membran mikrooorganisme tersebut. Agen kimia untuk sterilisasi disebut sterilant (Pratiwi, 2008) Steralisasi adalah suatu cara untuk membebaskan sesuatu (alat, bahan, media, dan lain-lain) dari mikroorganisme yang tidak diharapkan kehadirannya baik yang patogen maupun yang a patogen. Atau bisa juga dikatakan sebagai proses untuk membebaskan suatu benda dari semua mikroorganisme, baik bentuk vegetative maupun bentuk spora (Jawetz, 1986). Proses sterilisasi dipergunakan pada bidang mikrobiologi untuk mencegah pencernaan organisme luar, pada bidang bedah untuk mempertahankan keadaan aseptis, pada pembuatan makanan dan obat-obatan untuk menjamin keamanan terhadap pencemaran oleh miroorganisme dan di dalam bidang-bidang lain pun sterilisasi ini juga penting (Jawetz, 1986). Sterilisasi banyak dilakukan di rumah sakit melalui proses fisik maupun kimiawi. Sterilisasi juga dikatakan sebagai tindakan untuk membunuh kuman patogen atau kuman apatogen beserta spora yang terdapat pada alat perawatan atau kedokteran dengan cara merebus, stoom, menggunakan panas tinggi, atau bahkan kimia. Jenis sterilisasi antara lain sterilisasi cepat, sterilisasi panas kering, steralisasi gas (Formalin H2 O2), dan radiasi ionnisasi (Jawetz, 1986). Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 36

38 B. PRINSIP STERILISASI Autoklaf adalah alat untuk mensterilkan berbagai macam alat dan bahan yang menggunakan tekanan 15 psi (1,02 atm) dan suhu 1210C. Suhu dan tekanan tinggi yang diberikan kepada alat dan media yang disterilisasi memberikan kekuatan yang lebih besar untuk membunuh sel dibanding dengan udara panas. Biasanya untuk mesterilkan media digunakan suhu 1210C dan tekanan 15 lb/in2 (SI = 103,4 Kpa) selama 15 menit. Alasan digunakan suhu 1210C atau 249,8 0F adalah karena air mendidih pada suhu tersebut jika digunakan tekanan 15 psi. Untuk tekanan 0 psi pada ketinggian di permukaan laut (sea level) air mendidih pada suhu 1000C, sedangkan untuk autoklaf yang diletakkan di ketinggian sama, menggunakan tekanan 15 psi maka air akan mendidih pada suhu 1210C. Ingat kejadian ini hanya berlaku untuk sea level, jika di laboratorium terletak pada ketinggian tertentu, maka pengaturan tekanan perlu disetting ulang. Misalnya autoklaf diletakkan pada ketinggian 2700 kaki dpl, maka tekanan dinaikkan menjadi 20 psi supaya tercapai suhu 1210C untuk mendidihkan air. Semua bentuk kehidupan akan mati jika dididihkan pada suhu 1210C dan tekanan 15 psi selama 15 menit (Winarto, 2005). Untuk mendeteksi bahwa autoklaf bekerja dengan sempurna dapat digunakan mikroba penguji yang bersifat termofilik dan memiliki endospora yaitu Bacillus stearothermophillus, lazimnya mikroba ini tersedia secara komersial dalam bentuk spore strip. Kertas spore strip ini dimasukkan dalam autoklaf dan disterilkan. Setelah proses sterilisai lalu ditumbuhkan pada media. Jika media tetap bening maka menunjukkan autoklaf telah bekerja dengan baik (Achmad, 2004). Pada saat sumber panas dinyalakan, air dalam autoklaf lama kelamaan akan mendidih dan uap air yang terbentuk mendesak udara yang mengisi autoklaf. Setelah semua udara dalam autoklaf diganti dengan uap air, katup uap atau udara ditutup sehingga tekanan udara dalam autoklaf naik. Pada saat tercapai tekanan dan suhu yang sesuai., maka proses sterilisasi dimulai dan timer mulai menghitung waktu mundur. Setelah proses sterilisasi selesai, sumber panas dimatikan dan tekanan dibiarkan turun perlahan hingga mencapai 0 psi. Autoklaf tidak boleh dibuka sebelum tekanan mencapai 0 psi (Volk & Wheler, 1990). Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 37

39 C. MEDIA DAN BAHAN YANG DISTERILKAN Beberapa media atau bahan yang tidak disterilkan dengan autoklaf adalah : 1. Pelarut organik, seperti fenol 2. Buffer dengan kandungan deterge Untuk mencegah terjadinya presipitasi, pencoklatan (media menjadi coklat) dan hancurnya substrat dapat dilakukan pencegahan sebagai berikut: 1. Glukosa disterilkan terpisah dengan asam amino (peptone) atau senyawa fosfat. 2. Senyawa fosfat disterilkan terpisah dengan asam amino (peptone) atau senyawa garam mineral lain. 3. Senyawa garam mineral disterilkan terpisah dengan agar 4. Media yang memiliki ph > 7,5 jangan disterilkan dengan autoklaf 5. Jangan mensterilisasi larutan agar dengan ph < 6,0 Erlenmeyer hanya boleh diisi media maksimum ¾ dari total volumenya, sisa ruang dibirkan kosong. Jika mensterilkan media 1 liter yang ditampung pada erlenmeyer 2 liter maka sterilisasi diatur dengan waktu 30 menit (Kaur, 2010). D. METODE STERILISASI 1. Metode fisika a. Pemanasan basah Teknik pemanasan basah terdiri atas : 1) Uap bertekanan Panas dalam bentuk uap jenuh bertekanan adalah sarana yang paling praktis dan dapat diandalakan untuk steriliasi. Uap bertekanan menghasilkan suhu jauh diatas titik didh dan mempunyai beberapa keunggulan, yaitu pemanasan dapat berlangsung dengan cepat dan mempunyai daya tembus yang diperoleh dari kelembapan yang tinggi. Semua ini akan memprmudahkan koagulasi protei dalam mikroorganisme. Alat sterilisasi yang menggunakan uap dengan tekanan yang dapat diatur adalah autoklaf. Saat penggunaan autoklaf, harus diusahakan agar seluruh udara dalam ruangan autoklaf diganting Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 38

40 dengan uap jenuh. Udara yang masih tersisa dalam ruang autoklaf menyebabkan suhu dalam ruangan tersebut akan turun jauh dibawah suhu yang dicapai oleh uap jenuh murni pada tekanan yang sama. Tekanan uap tidak mematikan mikroorganisme, tetapi suhu tinggi dari uap itulah yang dapat mematikan mikroorganisme. Autoklaf umumnya dioperasikan pada tekana 1,5 atm dan suhu 1210C. Waktu yang diperlukan untuk sterilisasi bergantung pada sifat bahan atau media yang disterilkan, tipe wadah dan volume wadah. Bahan zat yang tidak dianjurkan untuk disterilkan dengan autoklaf. Sebagai contoh, zat-zat yang tidak bercampur dengan air, seperti lemak dan minyak, tidak dapat ditembus oleh uap sehingga mikroorganisme yang terkandung didalamnya akan bertahan hidup.selain itu, beberapa substansi yang berubah atau rusak apabila terpapar suhu yang tinggi tidak dianjurkan untuk disterilkan dengan autoklaf. Oleh karena itu, harus disterilkan dengan cara lain (Radji, 2010). 2) Sterilisasi bertahap Beberapa media bakteri dan zat kimia dapat dipanaskan diatas duhu 1000C. Namun, untuk bahan yang tidak tahan terhadap pemanasan diatas 1000C, dapat dilakukan sterilisasi bertahap. Dalam proses ini, bahan ini dipanaskn pada suhu 1000C selama 3 hari berturut-turut dan diselangi dengan periode inkubasi diantaranya. Spora-spora yang resisten terhadap pemanasan akan berkecambah selam inkubasi. Sel-sel vegatatif kemudian dapat dihancurkan pada pemasan berikutnya (Radji, 2010). 3) Air mendidih Sel-sel vegetatif mikroorganisme akan terbunuh dalam waktu 10 menit dalam air mendidih. Namun, beberapa spora bakteri dapat bertahan dalm kondisi tersebut selama berjam-jam. Merebus peralatan didalam air mendidih dalam waktu yang singkat Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 39

41 cendrung menghasilkan desinfeksi daripada sterilisasi (Radji, 2010). 4) Pasteurisasi Pertama dilakukan oleh Pasteur, Digunakan pada sterilisasi susu Membunuh kuman: Mycobacteruimtuberculosis, brucella, Streptokokus, Staphilokokus, Salmonella, Shigella dan difteri (kuman yang berasal dari sapi/pemerah) dengan Suhu 650C/ 30 menit (Radji, 2010). b. Pemanasan kering Teknik pemanasan kering terdiri atas : 1) Sterilisasi dengan udara panas Strilisasi dengan panas kering dianjurkan jika tidak dikehndaki pnggunaan uap bertekana atau jika tidak terkehendaki terjadi kontak antara uap bertekanan dan benda yang akan disterilkan. Prosedur ini dianjurkan untuk peralatan laboratoriumdan dibutuhkan suhu C selama 30 menit (Radji, 2010). 2) Pembakaran Pembakaran bahan yang mengandung mikroorganisme berarti juga membasmi mikroorganisme itu. Pembakaran digunakan untuk memusnahkan bangkai, hewan-hewan percobaan yang terinfeksi dan bhan terinfeksi lain yang perlu dibuang. Pemusnahan mikroorganisme dengan pembakaran juga selalu dilakukan di laboratorium untuk mensterilkan jarum sengkelit, yaitu dengan dipijarkan di atas alat pmbaran api bunsen (Radji, 2010). 3) Sinar radiasi Prinsipnya adalah radiasi menembus dinding sel dengan langsung mengenai DNA dari inti sel sehingga mikroba mengalami mutasi. Digunakan untuk sterilisasi bahan atau produk yang peka terhadap panas (termolabil). Ada dua macam radiasi yang digunakan yakni gelombang elektromagnetik (sinar x, sinar γ) dan arus partikel kecil (sinar α dan β). Sterilisasi dengan radiasi Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 40

42 digunakan untuk bahan atau produk dan alat-alat medis yang peka terhadap panas (termolabil) ( Babu, 2011). 2. Metode kimia Bahan kimia yang digunakan untuk membunuh mikroorganisem disebut desifektan. Cairan desinfektan biasanya digunakan untuk memusnahakan mikroorganisme dilantai, ruangan, peralatan medis, pakaian, dan bendabenda mati lain. Desinfektan sangat penting untuk rumah sakit dan klinik sebab dapat membantu mencegah pasien mengalami infeksi dari peralatan rumah sakit yang digunakan. a. Penggolongan desinfektan berdasarkan jenis bahan. Beberapa jenis desinfektan yang dapat digunakan adalah fenol dan senyawa fenolik, bisfenol, golongan biguanida, golongan alkohol, golongan aldehida, surfaktan, Klorsilenol. 1) Fenol dan snyawa fenolik Lister adalah orang pertama yang menggunakan fenol untuk mencegah terjadi infeksi diruang operasi. Fenol skarang jarang digunakan sbagai desinfektan karena mengiritasi kulit dan memuliki bau yang tidak disukai. Fenol terkadang digunakan sebagai antiseptik lokal untuk pelega tenggorokan, tetapi mempunyai sedikit efek antimikroba pada konsentrasi rendah. Pada konsentrasi 1%, fenol mempunyai efek antibakteri yang signifikan. Disinfetan yang mngandung derivatfenol disebut fenolik, yaitu desinfektan yang mengandung molekul fenol yang telah dimodifikasi sedemikian rupa scara kimiawi untuk menurunkan efek iritasinya atau menambah efek antibakterinya dan dikombinasi dngan sabun dan detergen (Radji, 2010). 2) Bisfenol Bisfenol adalah deivat fenol yang mengadung dua fenolik. Salah satu contoh bisfenol adalah heksaklorofen, yang sering digunakan untuk mengatasi kontaminasi diruang operasi dan dirumah sakit. Bakteri gram negatif ssperti staphylococcus dan streptococcus yang sering menyebabkan infeksi kulit pada bayi Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 41

43 baru lahir sangat snsitif terhadap heksaklorofen. Akan tetapi, penggunaan bisfenol yang berlebihan (misalnya memandikan bayi dengan bisfenal beberapa hari sekali ) dapat memicikan kurusakan saraf. Bisfenol lainyang sering digunakan triklosanyang merupakan bahan yang terkandung dalam sabun antiseptik dan sabunpasta gigi. Trklosan menghambat enzim yang dibutuhka untuk biosintesis asam lemak hingga menujukkan efek terhadap keutuhan membran plasma. Triklosan terutama efektif terhadap bakteri Gram-posotof, tetapi juga bekerja dngan baik untuk jamur dan bakteri Gram-negatif. Beberapa bakteri, misanya Pseudomonas aeruginosa, sangat resisten terhadap triklosan dan beberapa golongan antiseptik lainnya (Radji, 2010). 3) Golongan biguanida Klorheksidin merupakan contoh dari biguanid yang digunakan secara luas dalam bidang kedokteran gigi sebagai antiseptik dan kontrok plak, misalnya 0,4% larutan pada detergen digunakan pada surgical scrub (Hibiscrub), 0,2% klorheksidin glukonat pada larutan air digunakan sebagai bahan antiplak (Corsodyl) dan pada konsentrasi lebih tinggi 2% digunakan sebagai desinfeksi geligi tiruan. Zat ini sangat aktif terhadap bakteri Grampositif maupun Gram-negatif. Efektivitasnya pada rongga mulut terutama disebabkan oleh absorpsinya pada hidroksiapatit dan salivary mucus (Radji, 2010). 4) Golongan halogen Hipoklorit dan povidon-iodin adalah zat oksidasi dan melepaskan ion halide.walaupun murah dan efektif, zat ini dapat menyebabkan karat pada logam dan cepat diinaktifkan oleh bahan organik (misalnya Chloros, Domestos, dan Betadine). Antiseptik ini bekera untuk semua jenis bakteri, endospora, berbagai jenis jamur dan virus. 5) Golongan alkohol Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 42

44 Alkohol sangat efektif untuk membunuh bakteri dan jamur, tetapi tidak efektif untuk endospora dan virus yang tidak bersimpai. Mekanisme kerja alkohol biasanya dengan mendenaturasi protein, tetapi alkohol juga dapat menganggu membran dan melarut lemak terhadap lipid yang merupakan komponen utama simpai virus. Keunggulan alkohol adalah dapat bekerja cepat dan menguap dengan cepat tanpa meninggalkan residu. Dua jenis alkohol yang sering dihunakan adalah etanol dan isopropanolol (Radji, 2010). 6) Golongan aldehida Glutaraldehid merupakan salah satu desinfektan yang populer pada kedokteran gigi, baik tunggal maupun dalam bentuk kombinasi. Aldehid merupakan desinfektan yang kuat. Glutaraldehid 2% dapat dipakai untuk mendesinfeksi alat-alat yang tidak dapat disterilkan, diulas dengan kasa steril kemudian diulas kembali dengan kasa steril yang dibasahi dengan aquades, karena glutaraldehid yang tersisa pada instrumen dapat mengiritasi kulit/mukosa, operator harus memakai masker, kacamata pelindung dan sarung tangan heavy duty. Larutan glutaraldehid 2% efektif terhadap bakteri vegetatif seperti M. tuberculosis, fungi, dan virus akan mati dalam waktu menit, sedang spora baru alan mati setelah 10 jam (Radji, 2010). b. Penggolongan desinfektan berdasarkan pemakaian di rumah sakit Dalam pemakaiannnya di rumah sakit, desinfektan digolongkan menjadi : 1) Desinfektan yang tidak dapat membunuh virus HIV dan hepatitis B, misalnya : klorheksidin, Setrimida, dan Fenolik. Desinfektan ini tidak aman bila digunakan untuk : membersihkan cairan tubuh (darah, urine, feses, dan dahak), membersihkan peralatan yang terkena cairan tubuh, misanya sarung tangan yang terkena darah. 2) Desinfektan yang membunuh HIV dan hpatiti B, misalnya : Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 43

45 a) Desinfektan yang melepaskan klorin, yaitu natrium hipoklorit, kloramin T, natrium dikloroisosianurat, dan kalsium hipoklorit. b) Desinfektan yang melepas iodin, yaitu povidon iodin. c) Golongan alkohol, yaitu isopropil alkohol, spiritus termetilasi, dan etanol. d) Golongan aldehida, yaitu formaldehida (formalin) dan glutaraldehida, dan golongan lainnya (Radji, 2010). Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 44

46 BAB VI PENGENDALIAN MIKROORGANISME A. TUJUAN PENGENDALIAN MIKROORGANISME Mikroorganisme dapat menimbulkan penyakit pada mahkluk hidup karena memiliki kemampuan menginfeksi, mulai dari infeksi ringan sampai infeksi berat dan bahkan dapat menyebabkan kematian. Mikroorganisme juga dapat mencemari makanan, minuman, kosmetik, obat, dan sediaan farmasi lainnya serta menimbulkan perubahan-perubahan kimia didalam sediaan-sediaan tersebut sehingga tidak layak dikonsumsi dan digunakan. Oleh karena itu, pengendalian yang tepat perlu dilakukan agar mikroorganisme tidak menimbulkan kerugian. Tujuan pengendalian pencemaran mikroorganisme antara lain : 1) Mencegah penyebaran penyakit infeksi 2) Membasmi mikroorganisme yang ada didalam hospes yang terinfeksi 3) Mencegah pembusukan dan perusakan makanan dan sediaan farmasi oleh mikroorganisme 4) Mensterilisasikan peralatan-peralatan yang digunakan untuk proses aseptis (Radji, 2010). B. PENGENDALIAN MIKROORGANISME DENGAN ANTIBIOTIKA Penemuan kemoterapi dan antibiotik merupakan langkah keberhasilan dan upaya penanggulangan penyakit infeksi. Temuan penting yang telah merombak secara pengobatan penyakit infeksi adalah protonsil tahun 1935, yang dapat menyembuhkan infeksi yang disebabkan oleh streptokokus. Protonsial akan dimetabolisme didalm tubuh menjadi p-amino-banzensulfonamida yang bkerja sebagai anti bakteri. Temuan lain yang penting adalah antibiotik penisillin. Antibiotik ini ditemukan oleh fleming pada tahun Pada tahun 1940, Florey, dkk. Kemudian memproduksi penisillin untuk digunakan dalam pengobatan barbagai penyakit infeksi. Penemuan ini diikuti oleh penemuan streptomocin pada tahun 1944 dan penemuan-penemuan jenis antibiotik lainnya. Antibiotik adalah suatu metabolit yang diperoleh atau dibentuk oleh berbagai jenis mikroorganisme, yang dalam konsentrasi rendah maupun Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 45

47 menghambat pertumbuhan mikroorganisme lain. Antibiotik memegang peran penting dalam mengontrol populasi mikroba didalam tanah, air, limbah, dan lingkungan. Dari berbagai jenis antibiotik yang telah ditemukan, hanya beberapa golongan antibiotik yang dapat digunakan dalam pengobatan. 1. Penggolongan antibiotika Berdasarkan mekanisme kerjanya dalam menghambat pertumbuhan mikroorganisme, antibiotika digolongkan sbagai berikut a) Antibiotik yang menghambat sintesis dinding sel bakteri. Yang termasuk kedalam golongan ini Beta-laktam, Penisilin, Polipeptida, cephalosporin, ampisilin, oxsasilin. Dinding ini sangat penting untuk mempertahankan struktur sel bakteri. b) Antibiotik yang menghambat transkripsi dan repligasi. Yang termasuk kedalam golongan ini adalah Quinolon, Rifampicin, actinomycin D, Nalidixic acid, Lincosamides, metronidazole. c) Antibiotik yang menghambat sintesis protein. Yang termasuk dalam golongan ini adalah Macrolide, Aminoglycoside, Tetracycline, Chloramphenicol, Kanamicyn, Oxytetracycline. d) Antibiotik yang menghambat fungsi membran sel. Contoh antara lain Ionimycin dan Valinomycin. e) Antibiotik yang menghambat bersifat antimetabolit. Yang termasuk kedalam golongan ini adalah Sulfa atau sulfonamide, Trimetophrim, Azaserine. 2. Mekanisme Kerja Antibiotik Cara kerja antibiotik yaitu antibiotik memiliki cara kerja sebagai bakterisidal (membunuh bakteri secara langsung) atau bakteriostatik (menghambat pertumbuhan bakteri). Pada kondisi bakteriostatis, mekanisme pertahanan tubuh inang seperti fagositosis dan produksi antibodi biasanya akan merusak mikroorganisme (Radji, 2010). Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 46

48 C. PENGENDALIAN KEMOTERAPI GOLONGAN ANTIMETABOLIT Substansi kimia yang termasuk kedalam golongan antimetabolit antara lain asam p-aminosalisilat (PAS), sulfonamida, sulfon, trirmetoprim, etambutol, dan isoniazid (Radji, 2010). D. PENGGUNAAN ANTISEPTIK Pada umumnya, antiseptik lebih sfektif terhadap bakteri Gram-negatif dari pada terhadap Gram-negatif. Faktor penting dari sifat resistensi tersebut adalah lapisan lipopolisakarida eksternal yang terdapat pada bakteri Gram-negatif. Pseudomona aeruginosa golongan (bakteri gram-negatif) sangat resisten terhadap desinfektan, terutama quat. Resistensi ini juga berkaitan dengan permeabilitas dan pori-pori sel dindning bakteri. Pori-pori dinding sel bakteri gram-negatif sangat selektif terhadap molekul yang dapat masuk ke dalam sel. Mikrobakteri merupakan bakteri yang tidak membentuk endospora dan mempunyai ketahanan terhadap desinfktan. Dinding sel golongan bakteri ini sangat tabla dan kya akan lipid. Endospora bakteri hanya sedikit terpengaruh oleh antiseptik. Kista oosit protozoa juga relatif resisten terhadap antiseptik, tetapi ada perbedaan antara sel yang memiliki kapsul lipid dan yang tidak memiliki kapsul lipid. Antiseptik yang larut dalam lemak lebih efektif melawan virus yang bersimpai. Sebaliknya, virus tidak bersimpai yang ahnya mempunyai selibung protein lebih resisten sehingga antiseptik yang aktif untuk melawan mikroorganisme ini juga lebih sedikit. Kecepatan kerja antiseptik yang digunakan sangat penting diketahui dalam pengawasan dan pengendalian mikroorganisme. Efektivitas antiseptik umumnya dapat dipastikan jiak antiseptik tersebut dapat merusak atau mengubah struktur dan komposisi sel mikroba. Kelainan struktur sel tersebut antara lain kerusakan pada dinding sel perubahan permeabilitas sel, keruskan pada memran sitoplasma, dan perubahan struktur molekul protein dan asam nukleat mikroba (Radji, 2010). Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 47

49 E. PENGGUNAAN BAHAN PENGAWET Bahan pengawet adalah bahan atau senyawa yang diambahkan pada sediaan farmasi untuk melindungi sediaan terhadap aktivitas mikroorganisme. Pengawet terutama ditambahkan pada obat dalam wadah dosis ganda untuk menghambat pertumbuhan mikroorganisme yang mungkin masuk pada saat kemasan dibuka dan ditutup selama pemakaian maupun selama pross produksi.bahan pengawet juga sering ditambahkan dalam produk-produk kosmetik, makanan, dan minuman. Bahan antimikroba tidak boleh digunaka semata-mata untuk menurunkan jumlah mikroorganisme yang hidup dalam produk dam menggantikan cara produksi yang baik. Setiap bahan pengawet mempunyai bahan tertentu, karena itu penggunaan harus diperhatiakan sedemikian rupa agar kadar bahan pengawet tidak menimbulkan keracuna pada manusia (Radji, 2010). Uji efektifitas bahan pengawet Langkah-langkah yang dilakukan untuk menguji efektivitas bahan pengawet adalah sebagai berikut. 1) Menyiapkan mikroba uji 2) Menyediakan media perbenihan 3) Membuat Inokulum 4) Prosedur pengujian 5) Interprestasi F. UJI KOEFISIEN FENOL Koefisien fenol atau angka fenol adalah suatu angka yang menunjukan aktivitas larutan desifktan dalam membunuh mikroorganisme jika dibandingkan dengan fenol sebagai standar. Bakteri uji yang digunakan dalam penentuan angka fenol adalah Staphylococcus aureus yang mewakuli bakteri Gram-positif dan Salmonella thypi yang mewakili bakteri Gram-negatif. Kedua bakteri uji ini diinokulasikan dalam berbagai pengeceran larutan fenol murni dan bahan desinfektan yang akan ditentukan koefisien fenolnya. Koefisien fenol dinyatakan sebagai suatu bilangan, yang di hitung dengan cara membandingkan aktivitas larutan bahan desinfektan dengan pengenceran tertentu dan aktivitas larutan fenol dengan pengenceran baku. Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 48

50 Koefisien fenol adalah perbandinga tingkat pengenceran setiap bahan yang di uji (fenol dan bahan disinfektan yang diuji) yang tidak mematikan bakteri uji dalam waktu 5 menit, tetapi mematikan bakteri uji dalam waktu 10 menit (Radji, 2010). Tabel 6.1. Contoh Hasil Pengamatan Uji Koefisien Fenol Lama Kontak Pengenceran Bahan 5 menit 10 menit 15 menit Baku Fenol 1 : 80 1 : 90 1 : 100 Disinfektan Uji 1 : : : : 250 (-) tidak adap pertumbuhan bakteri uji (+) ada bakteri pertumbuhan bakteri uji Perhitungan koefisien fenol dilakukan sebagai berikut. Pengenceran tertinggi larutan bahan uji yang mematika dalam waktu 10 menit, tidak mematikan dalam 5 menit Koefisien fenol = Pengenceran tertentu larutan fenol yang mematikan dalam waktu 10 menit, tetapi tidak memati dalm waktu 5 menit. Dengan demikian, sesuai dengn contoh hasil pengamatan yang ditunjukan pada tabel 6.1, bahan disifektan uji pada pengenceran 1 : 200 dapat mematikan bakteri uji dalam waktu 10 menit, tetapi tidak mematikan dalam 5 menit. Di lain pihak, larutan fenol pada pengenceran 1 : 90 dapat mematikan bakteri uji waktu 10 menit tetapi tidak mematikan dalam 5 menit. Jadi, koefisien fenol disinfektan uji adalah sebagai berikut. Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 49

51 Koefisien fenol disinfektan = = 2,22 Penjelasan hasil uji koefisien fenol adalah sebagai berikut. a. Jika koefisien fenol yang diperoleh dikalikan dengan faktor 20 menghasilkan angka yang lebih kecil dari angka pengebceran yang tertera pada etiket, pengenceran disifektan tidak memenuhi syarat. b. Jika koefisien fenol yang diperoleh dikalikan dengan faktor yang menghasilakn angka yang sesuai dengan angka pengencran yang tertera pada etiket, pengecern desinfektan tersebut mmenuhi syarat. c. Jika koefisien fenol yang diperoleh lebih kecil dari 0,05, sampel yang diuji bukan termasuk desinfektan (Radji, 2010). Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 50

52 BAB VII KALSIFIKASI DAN IDENTIFIKASI BAKTERI A. KLASIFIKASI BAKTERI Klasifikasi bakteri didasarkan pada kesamaan atau kemiripan sifat-sifat spesifik dan unit yang dimiliki bakteri. Suatu penataan klasifikasi scara sistematik kedalam kelompok-kelompok disebut taksonomi. Bakteri diklasifikasikan berdasarka sistem taksonomi seperti yang dikembangkan oleh Carolus Linnaeus untuk tanaman dan binatang pada tahun Sistem taksonom menempatkan spesies di ujung dan kingdom di ujung yang lain, dengan urutan sebagai berikut. Kingdom : seluruh oganism didalam hiererki ini Filum/Divisio : sekelompok kelas yag berkerabat Kelas : sekelomok ordo yang serupa Ordo : sekelomok family yang serupa Family : sekelomok genus yang serupa Genus : sekelomok spesies yang serupa Spesies :sekelompok organisme yang berkerabat dekat. Individuindividu di dalam kelompok ini serupa dalam sebagian besar ciri-cirinya Klasifikasi bakteri memerlukan metode penenanaman untuk memberi nama suatu kelompok bakteri tertentu. Pemberian nama untuk bakteri diatur dalam International Code of Nomenclature of Bacteria, yanag memuat suatu tatacara penamaan bakteri menggunakan sistem pmberian nama binomial, seperti dalam metode yang diajukan oleh Carolus Linnaeus. Sistem penamaa binomial terdiri atas dua kata, yaitu kata depan merupakan nama genusatau kata belakang merupakan Specific epithet (spesies). Nama genus dimulai dengan huruf besar dan spesies ditulis dengan huruf kecil. Kedua kata ditulis dengan huruf miring atau diberi garis bawah, misalnya Escherichia coli (Radji, 2010). Salah satu car klasifikasi prokariot yang dianut secara luas adalah metode klasifikasi dan determinasi menurut Bergey dalam Bergey s Manual of Determinative Bacteriology. Dalam Bergey s Manual, prokariot dibagi dalam 2 golongan besar (domain), yaitu bakteri Bacteria), arkea (archeaea). Prokariot Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 51

53 (organisme bersel tunggal) mempunyai materi genetik yang terdiri atas DNA yang terbuka dan tidak terbungkus dalam suatu selaput atau membran inti. Prokariot berkembang biak dengan membelah diri menjadi dua bagian. Eubacteri dan Archaebacteria termasuk dalam prokariot. Bakteri yang patogen pada manusia termasuk dalam Eubacteri (Radji, 2010). Klasifikasi prokariot adalah sebagai berikut. Kingdom : Procaryote Divisio : Cyanobacteria Divisio II : Bacteria Bacteri dibagi dalam 3 kelas dan pembagian selanjutnya adalah sebagai berikut. Ordo : Penamaan ordo berakhiran dengan ales Family : Penamaan Family berakhiran dengan aceae Tribus : Penamaan tribus berakhiran dengan ieae Genus Spesies Sebagai contoh : Ordo : Eubacteriales Family : Micrococaceae Genus : Staphylococcus Spesies : Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus saprophyticus Nama bakteri biasanya dapat menunjukan sifat bakteri, bentuk bakteri, atau nama penemu bakteri. Sebagai contoh Bacillus adalah bakteri berbentuk batang, Micrococcus adalah bakteri berbentuk butir-butir kecil; Erwinia berasal dari nama Erwin; Pasteurella berasal dari nama Pasteur; Clostridium welchii ditemukan oleh Welch; dan Borrelia burgdorferi ditemuka oleh Willy Burgdorferi (Radji, 2010). B. IDENTIFIKASI BAKTERI Identifikasi jenis bakteri bukan suatu pekerjaan yang mudah karena memrlukan katerampilan dan beberapa informasi untuk menetukan spesies bakteri yangakan diidentifikasi. Beberapa hal yang perlu diperhatiakan antara lain : a) ukuran, bentuk, dan susunan bakteri, b) reaksi pewarnaan gram, c) gerakan bakteri Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 52

54 : apakah dapat bergerak atau tidak, d) tipe Flagel : apakah flagel berada diujung sel bakteri saja atau diseluruh tubuh, e) ukuran dan bentuk koloni bakteri, f) pewarna koloni : apakah menyekreasi pigmen warna tertentu kedalam media atau tidak, dan g) konsistensi bakteri koloni. Identifikasi genus dan spesias bakteri lebih lanjut memerlukan imformasi yang lebih lengkap, misalnya sifat-sifat biokimia bacteri, apakah bakteri dapat menfermentasi jenis karbohdrat tertentu, atau dapat menggunakan senyawa tertentu sebagai satu-satunya sumber energi. Uji serologi juga sering digunakan dalam identifikasui akhir bakteri tertentu. Sebagai contoh, uji serologi untuk memastikan penyakit demam tifoid. Dengan mereaksikan serum penderita yang mengandung antibody dengan antigen yang berasal dari Salmonella typhi, kita dapat memastikan apakah seseorang menglami infeksi Salmonella typhi atau tidak. Identifikasi bakteri, khususnya bakteri yang patogen untuk manusia dapat dilakukan dengan beberapa cara berikut. 1. Pengamtan sifat-sifat morfologi koloni bakteri 2. Pengamatan mikroskopis melalui pewarnaan Bakteri 3. Identifikasi bakteri melalui uji sifat biokimia 4. Identifikasi bakteri berdasarkan profil DNA Pengamatan sifat-sifat morfologi koloni bakteri Bakteri yang berasal dari bahan yang diperiksa, baik dari sampel maupun dari sediaan farmasi tertentu, dibiakkan dalam media perbeihanyang sesuai. Sifat-sifat koloni yang tumbuh dapat diamati secara makrokopis untuk mengidentifikasikan jenis bakteri yang tumbuh dalam media perbenihan tersebut. Sifat-sifat morfologi koloni bakteri yang perlu diamati warna, bentuk, dan konsistensi koloni serta daya hemolitik bakteri. Warna koloni Pigmen yang diekskerikan oleh bakteri, baik dalam koloni maupuan dala media perbenihan, sering akli bersifat spesifik sehingga dapat dijadika acuan untuk menetukan Spesies bakteri. Sebagai contoh : Staphylococcus aereus berwarna kuning keemasan Staphylococcus citreus berwarna kuning sitrun Staphylococcus albus berwarna putih Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 53

55 Serratia marcescens berwarna merah Chromobacterium violaceum berwarna violet Pseudomonas aeruginosa berwarna hijau Bentuk koloni bakteri Pertumbuhan koloni bakteri dalam media perbenihan dapat berbentuk koloni yakasr, halus, mejalar, atau beranyam. Bentuk koloni dapat dijadikan petujuk untuk mengidentifikasikan bakteri tertentu. Sebagai contoh, Proteus mirabilis membentukan koloni yang menjalar dalam media perbenihan. Sedangkan Bacillus mycoides membentuk koloni yang berbentuk seperti anyaman. Konsistensi koloni dan Daya hemolitik bakteri Beberapa koloni bakteri menghasilkan lendir yang spesifik. Beberapa jenis bakteri dapat menunjukan kemampuan menghemolisis sel darah merah jika dibandingkan dalam media agar darah (Radji, 2010). Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 54

56 BAB VIII PEWARNAAN GRAM A. PENDAHULUAN Pewarnaan Gram dilakukan untuk mengelompokkan bakteri menjadi 2 yaitu bakteri Gram positif dan bakteri Gram negative. Pada pewarnaan Gram, hasil yang didapat akan ditentukan dari komposisi dinding sel bakteri. Pada pewarnaan Gram ini, reagen yang digunakan ada 4 jenis, yaitu Kristal violet, iodine, alkohol dan safranin. Bakteri Gram positif akan mempertahankan warna ungu dari kristalviolet sehingga ketika diamati dengan mikroskop akan menunjukkan warna ungu sedangkan bakteri Gram negative tidak dapat mempertahankan warna ungu dari Kristal violet tetapi zat warna safranin dapat terserap pada dinding sel sehingga akan memperlihatkan warna merah. Uji biokimia untuk gram negative adalah uji oksidasi sedangkan untuk gram positif dapat dilakukan pewarnaan endospora (Pratita, 2012). Pewarnaan gram merupakan salah satu metode untuk mengetahui morfologi bakteri, yang bermanfaat untuk mengetahui apakah biakan bakteri masuk dalam golongan gram positif atau gram negative. Bakteri gram negative memiliki ciri cirri tidak dapat menahan zat warna setelah dicuci dengan alkohol 95 % selama 5 sampai 10 detik (Samsundari, 2006). Salah satu pewarnaan yang sering digunakan untuk mengindentifikasi bakteri adalah perwarnaan Gram. Berdasarkan pewarnaan Gram, bakteri dibagi menjadi dua golongan, tergantung dari reaksi dinding sel terhadap tinta safranin atau Kristal violet. Bakteri yang tetap berwarna ungu dengan pewarnaan oleh Kristal violet disebut bakteri Gram positif, sedangkan bakteri yang warna ungunya hilang jika dibilas dengan alkohol, tetapi tetap berwarna merah muda karena menahan warna merah safranin disebut bakteri Gram negative ( James, 2008 ). Pewarnaan Gram digunakan untuk mengetahui morfologi sel bakteri serta untuk membedakan bakteri gram positif dan gram negative. Perbedaan warna pada bakteri gram positif dan gram negative menunjukkan bahwa adanya perbedaan struktur dinding sel antara kedua jenis bakteri tersebut. Bakteri gram Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 55

57 positif memiliki struktur dinding sel dengan kandungan peptidoglikan yang tebal sedangkan bakteri gram negative memiliki sturktur dinding sel dengan kandungan lipid yang tinggi (Fitri, 2011). Ditinjau dari komponen penyusun dinding sel bakteri gram positif relative lebih sederhana berbanding bakteri gram negative yaitu terdiri dari dua sampai tiga lapis membrane sitoplasma yang tersusun dari asa teikhik dan asam teikhouronik berupa polimer yang larut dalam air, sedangkan dinding sel bakteri negative lebih kompleks dan lebih tebal, tersusun dari peptidoglikon, lipoprotein dan lipopolisakarida, sehingga dinding sel bakteri gram positif lebih permeable terhadap senyawa yang bersifat hidrofil dibandingkan sel bakteri gram negative (Fatimah, 2006). Bakteri gram positif memiliki dinding sel yang lebih sederhana, dengan jumlah peptidoglikan yang relative banyak. Dinding sel bakteri gram negative memiliki peptidoglikan yang lebih sedikit dan secara structural lebih kompleks. Membrane bagian luar pada dinding sel gram negative mengandung lipopolisakarida, yaitu karbohidrat yang terikat dengan lipid. Diantara bakteri patogen, yang menyebabkan penyakit, spesies gram negative umumnya lebih berbahaya dibandingkan dengan spesies gram positif ( Campbell, 2003 ). Kelompok bakteri gram negative ditandai dengan sel bakteri yang berwarna merah saat pengamatan secara mikroskopik. Warna merah tersebut disebabkan karena hilangnya pewarna Kristal violet pada waktu dekolorisasi dengan alkohol kemudian sel bakteri menyerap pewarna merah yaitu safranin. Bakteri gram negative mengandung lipid lebih rendah sehingga dinding sel bakteri akan lebih mudah terdehidrasi akibat perlakuan dengan alkohol. Dinding sel yang terdehidrasi menyebabkan daya permeabilitasnya berkurang sehingga zat warna ungu Kristal keluar dari sel kemudian sel akan menyerap safranin (Jayanti, 2010). Respon hambatan mikroba gram positif lebih kuat dibandingkan mikroba gram negative. Hal ini disebabkan oleh perbedaan komponen penyusun dinding sel antara mikroba gram positif dan gram negative. Dinding sel mikroba gram positif banyak mengandung teikoronat serta molekul polisakarida. Komponen kimia ini melindungi sel dari kegiatan lisis enzim, sedangkan zat zat lain Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 56

58 menentukkan reaksi sel pada pengecatan gram dan ada pula yang menarik dan mengikta bakteriofage (Purwani, 2009). Pengecatan gram dilakukan pada kultur bakteri umur 24 jam yang ditumbuhkan pada medium MRS padat. Bakteri gram positif akan memberikan warna ungu ketika diberi cat gram. Warna ungun tersebut terjadi karena dinding sel bakteri mengikat cat Kristal violet yang diperkuat oleh iodine dan Kristal violet tersebut tidak akan hilang pada waktu diberi cat peluntur sehingga tidak terpengaruh pada saat diberi cat penutup yang berwarna merah (Romadhon, 2012). Pewarnaan dilakukan dengan membuat bekasan isolate digelas obyek, kemudian diwarnai dengan larutan Kristal violet dan yodium secara bergantian selama beberapa menit dan dicuci dengan aquadest, selanjutnya dicuci dengan alkohol dan ditetesi dengan larutan cat penutup safranin. Pengamatan dilakukan dengan menggunakan mikroskop, bakteri gram positif akan Nampak berwarna ungu, sedangkan gram negative berwarna merah (Purwohadisantoso, 2009). Pengecatan Gram merupakan salah satu pewarnaan yang paling sering digunakan. Preparatus bakteri dibuat dengan cara, mencampurkan satu usa biak bakteri dari PAD dengan NaCl fisiologis yang telah diteteskan pada gelas obyek, kemudian dibuat apus setipis mungkin, dikeringkan dan difikasi diatas lampu spiritus. Preparat apus ditetesi pewarna pertama dengan karbol gentian violet selama 2 menit, warna dibuang, ditetesi lugol selama 1 menit, kemudian preparat apus dilunturkan dengan alkohol 95 % selama 1 menit. Selanjutnya alkohol dibuang, preparat dicuci dengan aquadest dan diberi pewarna kedua dengan fuschine selama 2 menit. Warna kemudian dibuang dan dibersihkan dengan akuades, dikeringkan dan diamati morfologi sel, serta warnanya dibawah mikroskop (Dewi, 2013). Pewarnaan Ziehl Neelsen. Larutan carbol fuchsin 0,3% dituang pada seluruh permukaan sediaan, kemudian dipanaskan diatas nyala api sampai keluar asap tetapi tidak sampai mendidih atau kering selama 5 menit. Sediaan kemudian dibiarkan dingin selama 5-7 menit lalu kelebihan zat warna dibuang dan dicuci dengan air yang mengalir perlahan. Setelah itu larutan asam alkohol 3% (hydrochloric acid-ethanol) dituang pada sediaan dan dibiarkan 2-4 menit Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 57

59 kemudian dicuci dengan air mengalir selama 1-3 menit, kelebihan larutan dibuang. Larutan methylene blue 0,1% dituang sampai menutup seluruh permukaan, dibiarkan 1 menit lalu larutan dibuang dan dicuci dengan air mengalir (Karuniawati, 2005). Hasil pewarnaan Gram menunjukkan bahwa isolat isolate yang diduga S. aureus secara morfologi ternyata benar benar termasuk Gram positif karena sel bakterinya berwarna ungu. Karakteristik isolate S. aureus pada media menunjukkan bentuk koloni bulat besar, bulat kecil, berkelompok seperti buah anggur dan beberapa ireguler dengan warna putih dan kuning terdapat zona bening hemolisis (Prasetyo, 2014). Bakteri Gram negative lainnya yang ditemukan adalah Enterobacter aerogenes dan E.coli. bakteri ini merupakan flora normal usus, bakteri tersebut ditemukan diudara bersifat sementara. Jenis bakteri Gram negative yang mengkontaminasi udara dan dapat menyebabkan bahaya pada saluran pernapasan adalah klebsiella pneumonia dan Pseudomonas aeruginosa (Imaniar, 2010). B. PEWARNAAN BAKTERI Pewarnaan bakteri pada umumnya bertujuan untuk mempermudah dalam pengamatan morfologi bakteri dengan bantuan mikroskop. Bakteri umumnya tidak berwarna dan hampir tidak terlihat karena kurang kontras dengan air dimana mereka mungkin berada. Pewarnaan sangat dibutuhkan untuk melihat bakteri dengan sangat jelas baik untuk pengamatan intraseluler maupun morfologi keseluruhan. Pewarnaan terhadap bakteri secara garis besar, dibagi menjadi dua, yaitu: 1. Pewarnaan bakteri hidup Pewarnaan bakteri hidup dilakukan dengan menggunakan bahan warna yang tidak toksis tetapi jarang dikerjakan karena bakteri hidup sukar menyerap warna. Pewarnaan bakteri hidup dilakukan untuk melihat pergerakan bakteri, serta pemeriksaannya dilakukan dengan menggunakan tetes gantung (hanging drop) 2. Pewarnaan bakteri mati Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 58

60 Pewarnaan terhadap bakteri yang telah dimatikan disebut fixed state. Pewarnaan bakteri mati bertujuan untuk melihat struktur luar bahkan struktur dalam bakteri, memperjelas ukuran bakteri dan melihat reaksi bakteri terhadap pewarna yang diberikan sehingga dapat diketahui sifatsifat fisik dan kimia dari bakteri tersebut. C. MACAM - MACAM PEWARNAAN BAKTERI 1. Pewarnaan Sederhana Pewarnaan sederhana adalah pewarnaan yang menggunakan pewarna tunggal. Pewarna tunggal yang biasanya digunakan dalam pewarnaan sederhana adalah Methylene Blue, Basic Fuchsin, dan Crystal Violet. Semua pewarna tersebut dapat bekerja dengan baik pada bakteri karena bersifat basa dan alkalin (kromoforiknya bermuatan positif), sedangkan sitoplasma bakteri bersifat basofilik (suka terhadap basa) sehingga terjadilah gaya tarik antara komponen kromofor pada pewarna dengan sel bakteri, hal tersebut menyebabkan bakteri dapat menyerap pewarna dengan baik. Pewarnaan sederhana bertujuan untuk memberikan kontras antara bakteri dan latar belakang. Pewarnaan sederhana dilakukan ketika kita ingin mengetahui informasi tentang bentuk dan ukuran sel bakteri. Gambar pewarnaan sederhana yang dilihat dibawah mikroskop. 2. Pewarnaan Negatif Pewarnaan Negatif adalah pewarnaan yang menggunakan pewarna asam seperti Negrosin, Eosin, atau Tinta India sebagai pewarna utama. Pewarnaan negatif dilakukan pada bakteri yang sukar diwarnai oleh pewarna sederhana seperti spirochaeta. Pewarnaan negatif bertujuan untuk memberi warna gelap pada latar belakang dan tidak memberi warna pada sel bakteri. Hal tersebut dapat terjadi karena pada pewarnaan negatif, pewarna yang digunakan adalah pewarna asam dan memiliki komponen kromoforik yang bermuatan negatif, yang juga dimiliki oleh sitoplasma bakteri. Sehingga pewarna tidak dapat menembus atau berpenetrasi ke dalam sel bakteri karena negatif charge pada permukaan Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 59

61 sel bakteri. Pada pewarnaan negatif ini, sel bakteri terlihat transparan (tembus pandang). Gambar pewarnaan negative dilihat dari mikroskop. 3. Pewarnaan Diferensial Pewarnaan Diferensial adalah teknik pewarnaan yang dilakukan untuk mengetahui perebedaan antara sel-sel dari tiap-tiap mikroba. Pewarnaan diferensial menggunakan dua pewarna atau lebih. Pewarnaan diferensial antara lain meliputi : a. Pewarnaan Gram Pewarnaan gram digunakan untuk membedakan bakteri gram positif dan bakteri gram negatif berdasarkan sifat fisik dan kimia dinding sel bakteri. Pewarnaan gram menggunakan pewarna utama Kristal Violet dan pewarna tandingan Safranin.Keberhasilan metode ini sangat bergantung pada dinding sel, maka dari itu metode ini tidak dapat dilakukan pada bakteri yang tidak memiliki dinding sel seperti genus nacordia dan mycoplasma. Metode ini diberi nama berdasarkan penemunya, ilmuwan Denmark Hans Christian Gram ( ) yang mengembangkan teknik ini pada tahun 1884 untuk membedakan antara pneumokokus dan bakteri Klebsiella pneumoniae. Tujuan dari pewarnaan adalah untuk memudahkan melihat bakteri dengan mikroskop, memperjelas ukuran dan bentuk bakteri, untuk melihat struktur luar dan struktur dalam bakteri seperti dinding sel dan vakuola, menghasilkan sifat-sifat fisik dan kimia yang khas daripada bakteri dengan zat warna, serta meningkatkan kontras mikroorganisme dengan sekitarnya. Pewarnaan ini dapat membagi bakteri menjadi gram positif dan gram negatif berdasarkan kemampuannya untuk menahan pewarna primer (kristal ungu) atau kehilangan warna primer dan menerima warna tandingan (safranin). Bakteri gram positif menunjukkan warna biru atau ungu dengan pewarnaan ini, sedangkan bakteri gram negatif menunjukkan warna merah. Perbedaan respon terhadap mekanisme pewarnaan gram pada bakteri adalah didasarkan pada struktur dan komposisi dinding sel Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 60

62 bakteri. Bakteri gram positif mengandung protein dan gram negatif mengandung lemak dalam presentase lebih tinggi dan dinding selnya tipis. Pemberian alkohol (etanol) pada praktikum pewarnaan bakteri, menyebabkan terekstraksi lipid sehingga memperbesar permeabilitas dinding sel. Pewarnaan safranin masuk ke dalam sel dan menyebabkan sel menjadi berwarna merah pada bakteri gram negatif sedangkan pada bakteri gram positif dinding selnya terdehidrasi dengan perlakuan alkohol, pori pori mengkerut, daya rembes dinding sel dan membran menurun sehingga pewarna safranin tidak dapat masuk sehingga sel berwarna ungu, yang merupakan warna dari Kristal Violet. Perwarnaan Gram menggunakan Gram A (cat Kristal violet), Gram B (Lyugol iodine), Gram C (etanol : aseton = 1:1), Gram D (cat safranin). Cat Gram A berwarna ungu (kristal violet). Cat Gram A merupakan cat primer yang akan memberi warna mikroorganisme target. Pada saat diberi cat ini, semua mikroorganisme akan berwarna ungu sesuai warna cat. Komposisi cat A yaitu : a) Kristal violet : 2 gram b) Alkohol 95% : 20 ml c) Aquadest : 80 ml d) Amonium oksalat : 0,8 gram Cat Gram B berwarna coklat. Cat Gram B merupakan cat Mordan, yaitu cat atau bahan kimia yang berfungsi memfiksasi cat primer yang diserap mikroorganisme target. Akibat pemberian cat Gram B, maka pengikatan warna oleh bakteri akan lebih baik (lebih kuat). Komposisi cat B yaitu : a) Iodium : 1 gram b) Kalium iodida : 2 gram c) Aquadest : 300ml Cat Gram C tidak berwarna. Cat ini berfungsi untuk melunturkan cat sebelumnya. Akibat pemberian cat C akan terjadi 2 kemungkinan : Mikroorganisme (bakteri) akan tetap berwarna ungu, karena tahan terhadap alkohol. Ikatan antara cat dengan bakteri tidak dilunturkan Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 61

63 oleh alkohol. Bakteri yang bersifat demikian disebut bakteri Gram positif dan Bakteri tidak akan berwarna, karena tidak tahan terhadap alkohol. Ikatan antara cat dengan bakteri dilunturkan oleh alkohol. Bakteri yang bersifat demikian dikelompokkan sebagai bakteri Gram negatif. Komposisi cat C yaitu : a) Aceton : 50 ml b) Alkohol 95% : 50 ml Cat Gram D Merupakan cat skunder atau kontras. Cat ini berwarna merah berfungsi sebagai pemberi warna mikroorganisme non target.cat Skunder mempunyai spektrum warna yang berbeda dari cat primer. Akibat pemberian cat gram D yaitu Bakteri gram positif akan tetap berwarna ungu karena tidak jenuh mengikuti cat gram A sehingga tidak mampu lagi mengikat cat gram D dan Bakteri gram negatif berwarna merah karena cat sebelumnya telah dilunturkan oleh cat gram C, maka akan mampu mengikat cat gram D. Komposisi cat gram D yaitu : a) Safranin O : 0,25 gram b) Alkohol 95% c) Aquadest : 10 ml : 90 ml Perbedaan dinding sel bakteri gram positif dan bakteri gram negatif : Hasil pengamatan preparat bakteri gram postif dan gram negatif pada mikroskop : S. Aureus (gram positif) E. Coli ( gram negatif). b. Pewarnaan Tahan Asam Beberapa spesies bakteri pada genus Mycobacterium, Cryptosporidium dan Nocardia tidak dapat diwarnai dengan pewarnaan sederhana. Namun, mikroorganisme ini dapat diwarnai dengan menggunakan Karbol Fuchsin yang dipanaskan. Panas membuat pewarna dapat terserap oleh sel bakteri karena panas dapat menghilangkan lapisan lilin pada dinding sel bakteri. Sekali bakteri tahan asam menyerap karbol fuchsin, maka akan sangat sulit untuk dilunturkan dengan asam-alkohol, oleh karena itu merka disebut bakteri tahan asam. Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 62

64 Bakteri tahan asam memiliki kadar lemak (asam mycolic) yang tinggi pada dinding sel mereka. Pada pewarnaan bakteri asam menggunakan metode Ziehl-Neelsen (juga disebut Hot Stain), bakteri tahan asam akan berwarna merah karena menyerap pewarna karbol fuchsin yang dipanaskan, karena pada saat pemanasan dinding sel bakteri yang memiliki banyak lemak membuka sehingga pewarna dapat terserap. Namun tidak dapat dilunturkan dengan asam alkohol karena pada saat suhu normal lemak pada dinding sel bakteri kembali menutup, sehingga ketika diwarnai dengan pewarna tandingan, yaitu Methylene Blue, warnanya tetap merah. Berbeda dengan bakteri tidak tahan asam, ia akan menyerap pewarna tandingan yaitu methylene blue sehingga berwarna biru. Pada metode Kinyoun-Gabbet, tidak perlu dilakukan pemanasan, maka dari itu metode Kinyoun-Gabbet juga disebut Cold Stain. Metode KinyounGabbet tidak perlu dilakukan dengan pemanasan karena pada pewarna Kinyoun terdapat alkali fuchsin dengan konsentrasi yang tinggi, sehingga walau tanpa pemanasan dapat menghilangkan lapisan lilin pada dinding sel bakteri tahan asam. Komposisi Kinyoun antara lain: alkali fuchsin, fenol, alkohol 95%, dan aquades. Sebagai pewarna tandingan adalah Gabbet, yang memiliki komposisi antara lain : methylene blue, asam sulfat 96%, alkohol murni, dan aquades. Sama seperti pada metode Ziehl-Neelsen, bakteri tahan asam akan berwarna merah, sedangkan bakteri tidak tahan asam akan berwarna biru. 4. Pewarnaan Khusus Pewarnaan struktural ditujukan untuk melihat bagian tertentu bakteri. Yang termasuk dalam pewarnaan struktural ialah : a. Pewarnaan Spora Ada dua genus bakteri yang dapat membentuk endospora, yaitu genus Bacillus dan genus Clostridium. Strukturspora yang terbentuk di dalam tubuh vegetatif bakteri disebut sebagai endospora (endo=dalam, spora-spora) yaitu spora yang terbentuk di dalam tubuh. Secara Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 63

65 sederhana, dapat dikatakan bahwa endospora merupakan sel yang mengalami dehidrasi dengan dinding yang mengalami penebalan serta memiliki beberapa lapisan tambahan. Dengan adanya kemampuan untuk membentuk spora ini, bakteri tersebut dapat bertahan pada kondisi yang ekstrim. Menurut Pelczar (1986) bakteri yang dapat membentuk endospore ini dapat hidup dan mengalami tahapan-tahapan pertumbuhan sampai beberapa generasi, dan spora terbentuk melalui sintesis protoplasma baru di dalam sitoplasma sel vegetatifnya. Menurut Volk & Wheeler (1990), dalam pengamatan spora bakteri diperlukan pewarnaan tertentu yang dapat menembus dinding tebal spora. Contoh dari pewarnaan yang dimaksudkan tersebut adalah dengan penggunaan larutan Hijau Malakit 5%, dan untuk memperjelas pengamatan, sel vegetatif juga diwarnai dengan larutan Safranin 0,5% sehingga sel vegetatif ini berwarna merah, sedangkan spora berwarna hijau. Dengan demikian ada atau tidaknya spora dapat teramati, bahkan posisi spora di dalam tubuh sel vegetatif juga dapat diidentifikasi. Namun ada juga zat warna khusus untuk mewarnai spora dan di dalam proses pewarnaannya melibatkan proses pemanasan, yaitu; spora dipanaskan bersamaan dengan zat warna tersebut sehingga memudahkan zat warna tersebut untuk meresap ke dalam dinding pelindung spora bakteri. Beberapa zat warna yang telah disebutkan di atas, dapat mewarnai spora bakteri, tidak lepas dari sifat kimiawi dinding spora itu sendiri. Semua spora bakteri mengandung asam dupikolinat, yang mana subtansi ini tidak dapat ditemui pada sel vegetatif bakteri, atau dapat dikatakan, senyawa ini khas dimiliki oleh spora. Dalam proses pewarnaan, sifat senyawa inilah (asam dupikolinat) yang kemudian dimanfaatkan untuk diwarnai menggunakan pewarna tertentu, dalam hal ini larutan hijau malakit. Sedangkan menurut Pelczar (1986), selain subtansi di atas, Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 64

66 dalam spora bakteri juga terdapat kompleks Ca2+ dan asam dipikolinan peptidoglikan. Terdapat beberapa metode pewarnaan spora bakteri, diantaranya yaitu metode Schaeffer-Fulton dan metode Dorner. Pada metode Schaeffer-fulton, pewarna yang digunakan adalah hijau malaksit dan safranin, sedangkan pada metode Dorner, pewarna yang digunakan adalah carbol fuchsin yang dipanaskan dan negrosin. b. Pewarnaan Kapsul Beberapa jenis bakteri mengeluarkan bahan-bahan yang amat berlendir dan lengket pada permukaan selnya, dan melengkungi dinding sel. Bila bahan berlendir tersebut kompak dan tampak sebagai suatu bentuk yang pasti ( bundar/lonjong) maka disebut kapsul, tetapi bila bentuknya tidak teratur dan kurang menempel dengan erat pada sel bakteri disebut selaput lendir. Kapsul dan lendir tidaklah esensial bagi kehidupan sel, tapi dapat berfungsi sebagai makanan cadangan, perlindungan terhadap fagositosis (baik dalam tubuh inang maupun dialam bebas) atau perlindungan terhadap dehidrasi. Kemampuan menghasilkan kapsul merupakan sifat genetis, tetapi produksinya sangat dipengaruhi oleh komposisi medium tempat ditumbuhkannya sel-sel yang bersangkutan. Komposisi medium juga dapat mempengaruhi ukuran kapsul. Ukuran kapsul berbeda-beda menurut jenis bakterinya dan juga dapat berbeda diantara jalur-jalur yang berlainan dalam satu spesies. Pada beberapa jenis bakteri adanya kapsul sebagai petunjuk virulensi. Semua kapsul bakteri tampaknya dapat larut dalam air. Komposisi kimiawi kapsul ada yang berupa glukosa (misalnya dektrosa pada leokonostok mesendteroides), polimer gula amino (misalnya asam hialuronat pada Staphylococcus piogenik), polipeptida (misalnya polimer asam D-glutamat pada Bacillus antraksis) atau kompleks polisakarida, dan glikoprotein ( misalnya B disentri). Pewarnaan kapsul tidak dapat dilakukan sebagaimana melakukan pewarnaan sederhana, pewarnaan kapsul dilakukan dengan Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 65

67 menggabungkan prosedur dari pewarnaan sederhana dan pewarnaan negatif. Masalahnya adalah ketika kita memanaskan prepat dengan suhu yang sangat tinggi kapsul akan hancur, sedangakan apabila kita tidak melakukan pemanasan pada preparat, bakteri akan tidak dapat menempel dengan erat dan dapat hilang ketika kita mencuci preparat. Pewarnaan kapsul menggunakan pewarna Kristal Violet dan sebagai pelunturnya adalah Copper Sulfate. Kristal violet memberikan warna ungu gelap terhadap sel bakteri dan kapsul. Namun kapsul bersifat nonionic, sehingga pewarna utama tidak dapat meresap dengan kuat pada kapsul bakteri. Copper sulfate bertindak sebagai peluntur sekaligus counterstain, sehingga mengubah warna yang sebelumnya ungu gelap menjadi biru muda atau pink. Maka dari itu pada pewarnaan kapsul, kapsul akan transparan sedangakan sel bakteri dan latar belakangnya akan berwarna biru muda atau pink. c. Pewarnaan Granulla Ada beberapa metode pewarnaan granula, diantaranya adalah Loeffler, Albert dan Neisser. Dari ketiga metode tersebut, metode yang sering digunakan adalah metode Neisser, sedangkan metode Albert dan Loeffler kurang popular karena tidak diajarkan pada praktikum mikrobiologi. Tetapi, pewarnaan metode Albert sering dibahas pada buku-buku terbitan WHO. Granula metakromatik disebut jga granula volutin. Granula metakromatik tidak hanya ditemukan pada Corynebacterium diphteriae tetapi juga di beberapa bakteri selain bakteri tersebut, fungi, algae, dan protozoa. Granula metakromatik mengandung polifosfat, asam ribonukleat, dan protein. Granula metakromatik sangat mungkin mempunyai fungsi sebagai sumber cadangan energi. Metode Neisser menggunakan pewarna neisser A, neisser B, dan neisser C. Neisser A mengandung biru metilen, alkohol 96%, asam pekat dan aquades. Neisser B mengandung kristal violet, alkohol 96%, dan aquades. Sedangkan neisser C mengandung crysoidine dan aquades. Pada metode neisser, granula bakteri berwarna biru gelap atau biru hitam (warna dari neisser Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 66

68 A ditambah neisser B), sedangkan sitoplasma bakteri berwarna kuning kecoklatan (warna dari neisser C). d. Pewarnaan Flagella Flagel merupakan salah satu alat gerak bakteri. Flagel mengakibatkan bakteri dapat bergerak berputar. Penyusun flagel adalah sub unit protein yang disebut flagelin, yang mempunyai berat molekul rendah. Berdasarkan jumlah dan letak flagelnya, bakteri dibedakan menjadi monotrik, lopotrik, amfitrik, peritrik dan atrik. Prinsip pewarnaan flagella adalah membuat organel tersebut dapat dilihat dengan cara melapisinya dengan mordant dalam jumlah yang cukup. Dua metode pewarnaan flagella, yaitu metode Gray dan metode Leifson. Metode Gray digunakan untuk mendapat hasil yang lebih baik dan mengena walaupun dalam metode ini tidak dilakukan pencelupan yang khusus. Pada pewarnaan flagella larutan kristal violet bertindak sebagai pewarna utama, sedangkan asam tannic dan alumunium kalium sulfat bertindak sebagai mordant. Kristal violet akan membentuk endapan disekitar flagel, sehingga meningkatkan ukuran nyata flagel. D. PROSEDUR KERJA PEWARNAAN BAKTERI 1. Pewarnaan Sederhana a) Dibersihkan kaca preparat dan cover glass dengan menggunakan alkohol sampai bebas lemak, lalu dibersihkan lagi dengan tisu. Difiksasi diatas nyala lampu bunsen. b) Diambil secara aseptik satu ose suspensi bakteri dan diratakan diatas kaca preparat. c) Dikeringkan kaca preparat dengan diangin-anginkan hingga terbentuk noda. d) Difiksasi dengan dipanaskan diatas nyala lampu bunsen. e) Didinginkan lalu diteteskan larutan zat warna crystal violet sebanyak 1 atau 2 tetes, dan dibiarkan selama 1 atau 2 menit. Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 67

69 f) Dicuci dengan aquades sampai sisa-sisa zat warna tercuci seluruhnya. g) Dikeringkan dengan diangin-anginkan. h) Diamati dengan menggunakan mikroskop. 2. Pewarnaan Negatif a) Dibersihkan object glass dan cover glass dengan menggunakan alkohol sampai bebas lemak. b) Difiksasi diatas nyala lampu bunsen. c) Diambil secara aseptik satu ose suspensi bakteri dan diratakan diatas object glass. d) Difiksasi dengan cara dipanaskan diatas nyala lampu bunsen. e) Diteteskan larutan zat warna tinta cina diatas object glass hingga merata. f) Dikeringkan dengan diangin-anginkan. g) Diamati dengan menggunakan mikroskop. 3. Pewarnaan Gram a) Dibersihkan object glass dan cover glass dengan menggunakan alkohol sampai bebas lemak, lalu dibersihkan lagi dengan tisu. b) Difiksasi diatas nyala lampu bunsen. c) Diambil secara aseptik satu ose suspensi bakteri dan diratakan diatas object glass. d) Dikeringkan object glassdengan diangin-anginkan hingga terbentuk noda. e) Difiksasi dengan dipanaskan diatas lampu bunsen. f) Didinginkan, lalu diteteskan zat warna crystal violet sebanyak 2 atau 3 tetes dan dibiarkan selama 1 menit. g) Dicuci dengan aquades sampai sisa-sisa zat warna tercuci seluruhnya. h) Dikeringkan dengan cara diangin-anginkan. i) Diteteskan larutan lugol dan dibiarkan selama 1 menit. j) Dicuci dengan aquades dan dikeringkan dengan diangin-anginkan. k) Dicuci dengan alkohol selama 30 detik. Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 68

70 l) Diteteskan larutan zat warna safranin sebanyak 2 atau 3 tetes. m) Dicuci dengan aquades. n) Diamati dengan menggunakan mikroskop. 4. Pewarnaan Spora a) Dibersihkan object glass dan cover glass dengan menggunakan alkohol sampai bebas lemak, lalu dibersihkan lagi dengan tisu. b) Difiksasi diatas nyala lampu bunsen. c) Diambil secara aseptik satu ose suspensi bakteri dan diratakan diatas object glass. d) Dikeringkan object glass dengan diangin-anginkan hingga terbentuk noda. e) Ditutup object glass dengan kertas saring. f) Diteteskan malachite green sebanyak 2 atau 3 tetes. g) Dilewatkan diatas api lampu bunsen hingga terlihat uap, jangan sampai zat warna mendidih dan mengering. h) Didiamkan 1 menit lalu dibuang kertas saring. i) Dicuci dengan aquades dan dibiarkan selam 30 detik. j) Diteteskan safranin dan dibiarkan selama 30 detik. k) Diangin-anginkan hingga zat warna kering. l) Diamati dengan menggunakan mikroskop. 5. Cat Gram A a) Timbang kristal violet sebanyak 2 gram menggunakan kertas timbang pada neraca b) Amonium oksalat di timbang sebanya 0,8 gram c) Kristal violet dan amonium oksalat di campur ke dalam mortir dan dihaluskan menggunakan stampler d) Tambahkan 80 ml aquadest dan 20 ml alkohol 95% kedalam mortir e) Aduk hingga merata f) Masukkan larutan ke dalam botol reagen menggunakan corong yang telah dilapisi kertas saring g) Tutup, beri label, dan simpan botil reagen h) Keringkan kertas saring. Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 69

71 6. Cat Gram B a) Timbang sebanya 1 gram iodium menggunakan neraca yang telah dilapisi kertas timbang b) Timbang sebanyak 2 gram kalium iodida menggunakan neraca yang telah dilapisi kertas timbang c) Campurkan iodium dan kalium iodida ke dalam mortir dan haluskan menggunakan stampler d) Tambahkan 300 ml aquadest ke dalam mortir e) Aduk hinggal merat f) Masukkan larutan ke dalam botol reagen menggunakn corng yang telah di lapisi kertas saring g) Tutup, beri label, dan simpan botol reagen h) Keiringkan kertas saring 7. Cat Gram C a) Ukur lah sebanyak 50 ml aceton menggunakan gelas ukur b) Ukurlah sebanyak 50 ml alkohol 95% menggunakan gelas ukur c) Campurkan keduanya kedalam botol reagen menggunakan corong d) Tutup, beri label, dan simpan botol reagen 8. Cat Gram D a) Timbang 0,25 gram safranin O menggunakan neraca yang telah dilapisi kertas timbang b) Masukkan safranin ke dalam mortir dan haluskan menggunakan stampler c) Tambahkan 10 ml alkohol 95% dan 90 ml aquadest ke dalam mortir d) Aduk hingga merata e) Masukkan larutan kedalam botol reagen menggunakan corong yang telah dilapisi kertas saring. f) Tutup, beri label, dan simpan botol reagen, keringkan kertas saring. Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 70

72 BAB IX PATOGENESIS INFEKSI BAKTERI A. INFEKSI BAKTERI Penyakit infeksi masih merupakan jenis penyakit yang paling banyak diterima oleh penduduk dinegara berkebang, termasuk indonesi. Salah satu penyebab penyakit infeksi adalah bakteri. Bakteri merupakam mikroorganisme yang tidak dapat dilihat dengan mata telanjang, tetapi hanya dapat dilihat dengan bantuan mikroskop (Radji, 2010). Setelah penemuan mikroskop oleh Anthony Van Leewenhoek, penegtahuan tentang dunia mikroorganisme berkembang dengan sangat pesat. Penemuan berbagai jenis penyakit yang disebabkan oleh mikrooorganisme, terutama bakteri, telah menambah pesatnya perkembangan ilmu kefarmasian. Selain itu, berbagai bentuk interaksi kehidupan dapat dipelajari secara mikroskopik untuk memahami dan menangani berbagai jenis penyakit infeksi yang disebabka oleh bakteri. Pengetahuan tentang seluk-seluk bakteri sangat diperluka dalam penemuan dan pengembangan pengobatan penyakit infeksi bakteri. Oleh karena itu, bab ini akan membahas hubungan antara bakteri dan hospes serta lingkungannnya. Selain itu, akan dibahas patogenesis infeksi bakteri (Radji, 2010). B. HABITAT MIKROORGANISME Habitat adalah lokasi atau tempat tinggal spesifik suatu organisme, sedangkan niche adalah peranan atau fungsi spesifik organisme itu dalam komunitas. Suatu habitat terdiri atas beberapa faktor. Meliputi suhu, tekanan hidrostatik, tekanan osmotik, ph, cahaya, substansi anorganik (seperti H2O, CO2, O2, dan mineral), dan substansi organik. Mikroorrganisme yang terdapat di suatu lokasi dapat bersifat transient (tinggal sementara) atau bersifat indigenous menetap dalam beberapa generasi dan umumnya dapat bertahan pada kondisi lingkungan) (Radji, 2010). 1. Habitat alam mikroorganisme a. Tanah Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 71

73 Bateri patogen yang terdapat di tanah antara lain Clostrdium tetani, Clostridium perfringens, Clostridium botulinum,dan Bacillus anthracis. b. Air Bakteri yang terdapat di dalam air antara lain Salmonella, Shigella, Vibrio cholerae, Legionella, dan Escherichia coli. Bakteri Escherichia coli biasanya diguanakan sebagai indikator pencemaran air oleh tinja. c. Udara Udara terbuka jarang mengandung bakteri patogen. Hal ini kemungkinan karena ada efek pengering, azoniasi, dan radiasi sinar UV. Udara didala ruangan kemungkinan mengandung bakteri dan mikroba patogen yang berasal dari kulit, tangan, pakaian, dan salura nafas atas manusia. d. Makanan Beberapa mikroorganisme patogen dapat ditemukan dapat ditemuakan didalam makanan dan minuman tertutama dalam susu, anatra lain Mycobacterium tubeculosis, Salmonella, Streptococcus, Corynebacterium diphtheariae, Shygella, Brusella, dan Staphylococcus; bakteri-bakteri inilah yang sering menyebakan keracunan makanan. 2. Flora normal Flora normal adalah mikroorganisme yang hidup didalam tubuh manusia yang dalam keadaan tertentu tidak meyebabkan penyakit pada manusia. a. Flora normal mulut dan saluran nafas. Berbagai mikroorganisme terdapat dimulut dan saluran napas. Mikroorganisme yang sering ditemuka dalam mulut adalah spesies Staphylococcus. Sedangkan mikrooorganisme yang paling dominan di dalam saluran napas adalah spesies Streptococcus. b. Flora normal saluran cerna Mikroorganisme dalamsaluran cerna terdapat di usus besar. Akan tetapi mikroorganisme kadang-kadang juga ditemukan di ileum dista Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 72

74 individu normal. Mikroorganisme yang terdapat diusus besar antara lain Bacteroides, Bifidobacterium, Eubacterium, Lactobacillus, Coliform, Streptococcus, dan Clostridium. Flora normal saluran cerna berperan penting dalam sintesis vitamin K, konversi pigmen empedu dan asam empedu, absorpsi zat makanan, dan merupakan mikrooorganisme antagonis bagi mikroorgnism patogen. c. Folra normal saluran genital dan saluran urine Beberapa mikroorganisme dapat ditemukan di saluran genitalis eksterna, salura retra, dam vagina. Mikroorganisme yang sering dijmpai pada uretra dalah Mycobacterium smegmatis, flora normalpada vulva wanita sangat dipengaruhi oleh kondisi normal tubuh. d. Flora normal kulit, hidung dan telinga Bakteri yang sering ditemukan di kulit Staphylococcus epidermidis, Micrococcus, Stretococcus aureus dapat menetap pada hidung,sedangkan flora yang terdapat di liang telinga Stretococus pneumonie, Pseudomonas aeruginosa, dan Staphylococcus aureus. e. Bakteri di dalam darah dan jaringan Dalam keadaan normal, darah dan jaringan bebas mikroorganisme.akan tetapi, dalam keadaan tertentu, seperti mengunyah atau sikat gigi, flora komensal dapat masuk kedalam dapat dimusnakan oleh sistem kekbalam tubuh. 3. Hubungan hospes-mikroorganisme Hospes atau tuan rumah dapat didefinisikan sebagai tempat hidup parasit atai mikroorganisme. Menurut sifatnya, hospes terdisri atas beberapa jenis : a. Hospes definitif, yaitu tempat mikroorganisme hidup, tumbuh, dan berkembangbiak ssecara seksual. b. Hospes perantara,yaitu tempat mikroorganisme tumbuh menjadi bentuk infektif yang siap ditularkan kepada manusia c. Hospes reservoir, yaitu hewan yang mengandung mikroorganisme dan merupaka sumber infeksi bagi manusia. Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 73

75 d. Hospes paratenik, yaitu hewa yang mengandung mikroorganisme tertentu pada stadium infektif tanpa menjadi dewasa. Stadium infektif ini dapat ditularkan dan menjadi dewasa pada hospes definitif. C. PATOGENISITAS, VIRULENSI, DAN INFEKSI Patogenisitas merupakan kemampuan suatu organisme untuk menyebabkan penyakit. Proses infeksi terjadi ketika mikroorganisme menyerang hosps, yang berarti mikroorganisme masuk kedalam jaringan tubuh dan berkembangbiakn. Respon hospes terdahap infeksi dapat berupa terganggunya fungsi tubuh, yang disebut dengan penyakit infeksi. Kemampuan suatu mikroorganisme patogen menimbulak penyakit infeksi tidak hanya dipengaruh oleh sifat-sifat mikroorganisme, tetapi juga oleh kemampuan hospes menahan infeksi. Kemampuan mikroorganisme untuk meningkat patogenisitas sangat bergantung pada faktor virulensi mikroorganisme itu. Faktor virulnsi mikroorganisme adalah daya invasi dan toksigenitas. 1) Daya Invasi Daya invasi adalah kemampuan mikroorganisme untuk berpenetrasi kedalam jaringan hospes, mengatasi pertahanan tubuh hospes, berkembang biak, dan menyebar ke dalam seluruh tubuh hospes. Daya invasi dipengaruhi oleh komponen permukaan dan enzim-enzim mikroorganisme yang dapt membantu penyebaran kuman dan membuat kuman resisten terhadap pagositosis. Contoh komponen permukaan antara lainselubung polisakarida yang dihasilkan oleh Streptococcus pneumoniae dan selubung polipeptida pada Bacillus anthracis. 2) Toksigenisitas Bakteri menghasilkan dua jenis toksin, yaitu endotoksin dan eksotoksin. Beberapa bakteri Gram-positif yang menghasilkan eksotoksin antara lain Corynebacterium diphtheriae, Clostridium tetani, Clostridium botulinum, dan stapphylococcus. Bakteri gram negatif yang Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 74

76 menghasilkan eksotoksin adalah Shigella dysentriae, Vibrio cholerae, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa. Mikroorganisme patogen harus melalui beberapa tahap berikut sebelum menimbulkan infeksi. a. Harus dapat masuk kedalam tubuh hospes b. Harus dapat berkembang biak di dalam jaringan hospes c. Harus mampu mengalahkan pertahanan tubuh hospes d. Harus dapat merusak jaringan hospes (Radji, 2010). D. PERJALANAN PENYAKIT INFEKSI Suatu penyakit sulit didefinisikan dengan tepat. Secara sederhana, keadan sakit dapat dinyatakan sebagai kondisi berikut : Penyimpanan dari keadan normal, baik struktur maupun fungsi, Keadaan ketika tubuh atau bagian tubuh tertentu tidak dapat berfungsi sebagaimana mestinya. 3) Faktor yang berperan pada kejadian penyakit ada beberapa faktor yang berperan pada setiap kejadian penyakit, yaiti sebagai berikut. a. Penyebab atau keberadaan hama penyakit b. Manusia sebagai hospes c. Lingkungan yang memengaruhi. Penyakit dapat muncul setelah terjadi interaksi antara manusia sebagai hospes dan mikroorganisme patogen. Gambaran tentang interaksi antara manusia, hama penyakir, dan lingkungan sehingga terjadi penyakit dijelaskan dala model Gordon. John Gordon menggambarkan adanya titik temu hospes, hama penyakit, dan lingkungan. 4) Faktor penentu interaksi Interaksi antara ketiga faktor tersebut dipengaruhi oleh unsur-unsur penetu berikut. a. Hama penyakit Jumlah atau konsentrasi hama penyakit yang masuk kedalam hospes. Patogenitas, toksisitas, dan reaktivitas hama penyakit Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 75

77 b. Manusia sebagai hospes Tingkat kepekaan hospes. Imunitas hospes terdahap hama penyakit. Status gizi, pengetahuan, dan pendidikan hospes. c. Lingkunagan Kualitas dan sanitasi lingkunagan, seperti udara,tanah air, dan makanan. Perilaku dan kesehatan seseorang. Model Dordon menyatakan bahwa apabila terjadi keseimbangan antara 3 faktor tersebut, masyarakat berada dalam keadaan sehat, atau sebaliknya. Dengan demikian dalam gambaran yang sederhana, hubungan antara ke tiga faktor tersebut adalah sebagai berikut. 1) Orang berada dalam keadaan sehat apabila keiga faktor tersebut dalam keadaan seimbang. 2) Orang yang menderita sakit apabila daya tahannya menurun. 3) Orang akan menderita sakit apabila kemampuan hama meningkat. 4) Orang akan menderita sakit karena perubahan lingkungan akan merugikan manusia. 5) Riwayat perjalanan penyakit infeksi. Riwayat perjalanan penyakit infeksi terdiri atas 4 tahap yaitu sebagai berikut. a. Tahap infeksi Tahap infeksi adalah tahap ketika mikroorganisme masuk kedalam tubuh, tetapi belum tampak gejala apapun. Tahap inkubasi beberapa jenis penyakit infeksi berbeda. Contohnya, penyakit kolera mempunyai masa inkubasi beberapa jam sampai 5 hari b. Tahap penyakit dini Tahap penyakit dini adalah tahap ketika gejala penyakit sudah mulai tampak. Pada keadaan ini, hospes sudah dalam keadaan Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 76

78 sakit, tetapi masih dapat melakukan aktivitas sehari-hari apabila berobat cukup dengan berobat jalan. c. Tahap penyakit lanjut Tahap penyakit lanjut adalah tahap ketika penyakit bertambah berat sehingga hospes sudah tidak dapat beraktivitas secara normal. Jika berobat, pasien telah memerlukan perawatan. d. Tahap akhir penyakit Tahap akhir penyakit adalah tahap ketika perjalanan penyakit sudah mencapai salah satu keadaan berikut. 1) Sembuh sempurna, artinya fungsi tubuh hospes kembali keadaan semula. 2) Sembuh dengan cacat, artinya penyakit telah sembuh, tetapi hospes mengalami cacat. Cacat ini dapat berupa cacat fisik, cacat fungsional, cacat mental atau cacat sosial. 3) Carrier, artinya hospes telah sembuh, tetapi didalam tubuh hospes tetap mengandung nama penyakit yang sewaktuwaktu dapat menimbulkan sakit kembali atau dapat menulari orang lain yang ada disekitar hospes. 4) Kronis, artinya penyakit tampak sudah; tetapi sebetulnya hospes belum sembuh sempurna. Gejala penyakit tidak bertambah ringan atau berat dan menahun. 5) Meninggal dunia, artinya hospes tidak mampu bertahan dari penyakit infeksi yang diderita sehingga terjadi komplikasi dan kematian (Radji, 2010). E. PENULARAN PENYAKIT INFEKSI Penyakit menular adalah penyakit yang secara alamiah dapat berpindah dari satu orang kepada orang lain. Penularan terjadi akibat berpindahnya hama penyakit dari penderita ke calon penderita, baik secara langsung maupun secata tidak langsung. Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 77

79 Beberapa penyakit juga dapat menular dari hewan kepada manusia, seperti antraks dari ternak dan pes dari tikus. Penyakit yang dapat menular dari binatang ke manusia disebut dengan zoonosis. Secara garis besar, penyakit infeksi dapat dibagi menjadi dua golongan. 1) Penyakit infeksi yang menular 2) Penyakit infeksi yang tidak menular Penularan suatu penyakit tidak terjadi begitu saja, tetapi membutuhkan kehadiran unsur-unsur tertentu, yang biasanya disebut dengan rantai penularan penyakit. Rantai penularan penyakit merupakan serangkaian faktor yang memungkinkan proses penularan suatu penyakit berlangsung. 1. Sumber rantai penularan penyakit Faktor-faktor yang menjadi mata rantai penularan penyakit adalah sumber penularan, hama penyakit, serta pintu keluar dan pintu masuk infeksi. 2. Cara penularan Pada umumnya, penyakit infeksi menular melalui udara, makanan, air, dan serangga atau terjadi di rumah sakit (infeksi nosokomial) (Radji, 2010). Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 78

80 BAB X PERANAN MIKROORGANISME A. PENDAHULUAN Kemampuan manusia dalam menghasilkan hasilkan produk yang dibutuhkan untuk keperluan hidup sangat terbatas. Namun, kebutuhan manusia semakin lam semakin besar sehingga manusia berusaha untuk memenuhi berbagai macam kebutuhan tersebut. Salah satu cara yang dilakukan manusia untuk memenuhi kebutuhan hidup adalah dengan melakukan penelitian guna mendapatkan teknologi untuk mendapatkan berbagai produk yang dibutuhkan dalam kehidupan. Dalam bidang pangan, muncul kesulitan memenuhi kebutuhan makanan dengan semakin bertambahnya jumlah populasi di dunia, tanpa melakukan upayaupaya untuk mengawetkan bahan makanan. Selain merupakan gizi bagi manusia, bahan makanan juga merukan sumber mikroorganisme. Pertumbuhan bakteri dalam bahan pangan dan makanan dapat menyebabkan perubahan fisik atau kimia yang tidak di inginkan sehingga makanan tersebut tidak layak dikonsumsi. Oleh karena itu, beberapa cara pengawetan makanan telah dikembangkan untuk mengatasi proses kerusakan makanan yang disebabkan oleh bakteri. Penyebaran beberapa gangguan kesehatan diperantarai oleh makanan dan minuman yang terkontaminasi oleh bakteri, antara lain tifus, kolera. Diare, dan disentri. Penyebaran bakteri-bakteri tersebut dapat menyebabkan wabah penyakit. Peredaran makanan dan minuman harus mendapatkan pengawasan yang ketat agar makanan yang dikonsumsi tidak mengandung mikroorganisme yang berbahaya bagi manusia. Salah satu sistem yang saat ini dianut oleh BPOM diseluruh dunia adalah sistem HACCP. Sistem ini merupakan perngakat utama bagi lembaga pemerintah untuk melaukan pengawasan, pemantauan, dan dididentifikasi masalah kesehatan yang disebabkan oleh makanan yang terkontaminasi, serta panduan untuk melakukan upaya menghindari kontaminasi mikroba, patogen pada Proses pengolahan makanan. Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 79

81 Peranan mikroorganisme dalam industri sediaan farmasi telah lama dikembangkan untuk menggantikan proses sintesis kimia yang lebih rumit dan mahal, antara lain dalam proses pembuatan antibiotik, vaksin, asam amino, vitamin, enzim, dan steroid (Radji, 2010). B. PERANAN BAKTERI YANG MENGUNTUNGKAN DI BIDANG PERTANIAN 1. BAKTERI RHIZOBIUM LEGUMINOSARUM Bakteri Rhizobium adalah salah satu kelompok bakteri yang berkemampuan sebagai penyedia hara bagi tanaman. a. Peran : Peranan rhizobium terhadap pertumbuhan tanaman khususnya berkaitan dengan masalah ketersediaan nitrogen bagi tanaman inangnya. Pada tanaman legum, Rhizobium mampu mencukupi 80% kebutuhan nitrogen tanaman legum dan meningkatkan produksi antara 10% - 25%. Tanggapan tanaman sangat bervariasi tergantung pada kondisi tanah dan efektivitas populasi asli. b. Proses : Bila bersimbiosis dengan tanaman legum, kelompok bakteri ini akan menginfeksi akar tanaman dan membentuk bintil akar di dalamnya. Akar tanaman tersebut menyediakan karbohidrat dan senyawa lain bagi bakteri melalui kemampuannya mengikat nitrogen bagi akar. Jika bakteri dipisahkan dari inangnya (akar), maka tidak dapat mengikat nitrogen sama sekali atau hanya dapat mengikat nitrogen sedikit sekali. Bintil-bintil akar melepaskan senyawa nitrogen organik ke dalam tanah tempat tanaman polong hidup. Dengan demikian terjadi penambahan nitrogen yang dapat menambah kesuburan tanah. 2. BAKTERI PASTEURIA PENETRANSI a. Peran : Bakteri Pasteuria penetrans sangat potensial untuk dikembangkan sebagai salah satu komponen pengendalian nematoda pada tanaman lada. Pengendalian hayati ini diharapkan dapat mengurangi penggunaan pestisida kimia (nematisida) yang berdampak negatif terhadap lingkungan. Penyakit kuning merupakan salah satu kendala produksi lada di Bangka-Belitung dan Kalimantan. Penyakit tersebut Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 80

82 disebabkan oleh nematoda parasit terutama Radopholus similis dan Meloidogyne incognita. Akibat serangan nematoda tersebut, pertumbuhan tanaman menjadi terhambat serta warna daun dan dahan menjadi kuning. Daun-daun yang menguning tidak menjadi layu, tetapi tergantung kaku dan sangat rapuh sehingga secara bertahap akan gugur. Untuk mengendalikan penyakit kuning, para petani lada biasanya menggunakan bahan kimia. Namun, penggunaan bahan kimia secara terus menerus dapat mencemari lingkungan, menimbulkan resurjensi dan resistensi nematoda serta terbunuhnya musuh-musuh alami yang mempunyai peranan dalam menjaga keseimbangan hayati. b. Proses : Nematoda parasit dapat dikendalikan dengan menggunakan agen hayati yang merupakan musuh alaminya, misalnya bakteri Pasteuria penetrans. Bakteri ini tersebar luas di berbagai daerah serta dapat bertahan hidup lama di dalam tanah karena mampu membentuk spora yang tahan terhadap kekeringan dan input pertanian. Dilaporkan bahwa P. penetrans mampu menekan populasi M. incognita pada tanaman tembakau, kacang tanah, dan tomat. Balai Penelitian Tanaman Rempah dan Obat telah membuat tiga macam formula P. penetrans yaitu formula kapsul, pelet, dan kompos. Ketiga formula tersebut telah diuji di laboratorium, rumah kaca maupun di lapang. Hasil pengujian lapang selama 2 tahun di kebun lada petani di Bangka membuktikan bahwa bakteri tersebut mampu menekan populasi nematoda dan perkembangan penyakit kuning serta meningkatkan produktivitas tanaman lada yang terserang nematoda. Kombinasi penggunaan P. penetrans dengan kapur pertanian memberikan hasil yang terbaik. Untuk formulasi kapsul, tepung akar tomat yang sudah dikeringkan dan disaring dengan cara tersebut di atas, dimasukkan ke dalam kapsul. Setiap kapsul berisi 0,25 g tepung akar. Untuk pembuatan formulasi pelet, diperlukan bahan pembawa berupa dedak, tepung tapioka, dan tepung terigu. Tepung tapioka dan te pung terigu disaring dengan saringan 200 mesh. Tepung tapioka dimasukkan ke dalam air panas (80 o C) dan diaduk sampai merata. Bahan-bahan lainnya dimasukkan satu demi satu sambil diremas-remas sampai merata. Adonan yang sudah tercampur Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 81

83 merata kemudian digiling dengan menggunakan penggiling daging. Hasil gilingan dipotong-potong sepanjang lebih kurang 0,5 cm, kemudian dijemur sampai kering. Untuk pembuatan formulasi kompos diperlukan sekam bakar, humus bambu, kitin, dan cacahan akar tomat yang sudah mengandung spora P. penetrans masing-masing dengan perbandingan 2:1:0,25:1 (Radji, 2010). C. PERANAN MIKROORGANISME DI BIDANG KESEHATAN Tidak hanya di bidang lingkungan dan pangan, bakteri juga dapat memberikan manfaat dibidang kesehatan. Antibiotik merupakan zat yang dihasilkan oleh mikroorganisme dan mempunyai daya hambat terhadap kegiatan mikroorganisme lain dan senyawa ini banyak digunakan dalam menyembuhkan suatu penyakit. Beberapa bakteri yang menghasilkan antibiotik adalah: Streptomyces griseus, menghasilkan antibiotik streptomycin Streptomyces aureofaciens, menghasilkan antibiotik tetracycline Streptomyces venezuelae, menghasilkan antibiotik chloramphenicol Penicillium, menghasilkan antibiotik penisilin Bacillus polymyxa, menghasilkan antibiotik polymixin. Terlepas dari peranannya dalam menghasilkan antibiotik, banyak jenis bakteri yang justru bersifat patogen. Pada manusia, beberapa jenis bakteri yang sering kali menjadi agen penyebab penyakit adalah Salmonella enterica subspesies I serovar Typhi yang menyebabkan penyakit tifus, Mycobacterium tuberculosis yang menyebabkan penyakit TBC, dan Clostridium tetani yang menyebabkan penyakit tetanus. Bakteri patogen juga dapat menyerang hewan ternak, seperti Brucella abortus yang menyebabkan brucellosis pada sapi dan Bacillus anthracis yang menyebabkan antraks. Untuk infeksi pada tanaman yang umum dikenal adalah Xanthomonas oryzae yang menyerang pucuk batang padi dan Erwinia amylovora yang menyebabkan busuk pada buah-buahan. Umat manusia telah memanfaatkan mikroorganisme sejak lama untuk menghasilkan produk-produk yang bermanfaat. Misalnya, pada sekitar tahun 6000 SM masyarakat sumeria dan babilonia telah memanfaatkan yeast untuk membuat bir, sedangkan masyrakat mesir pada tahun 4000 SM telah menggunakan yeast Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 82

84 untuk mengasamkan ropti. masyarakatbabilonia juga memilki pengetahuan untuk mengubah etanol dalam bir menjadi asam asetat(cuka). Produk alami yang disentesis oleh mikroorganisme menjadi sangat pnting. Praduk antikoagulan, antidepresan, vasodilator, her4bisida, insektisida, hormon tanaman, enzim, dan inhibitor enzim telah diisolasi dari mikroorganisme. Mikroorganisme lebih sering digunakan untuk menghasikan enzim seperti enzim amilase yang digunakan untuk membuat bir, roti, dan memperoduksi tekstil, serta enzim protease yang digunakan untuk mengempukkan daging, melunakkan kulit, membuat detergen dan keju. Industri makanan, minyak, kosmetik, dan farmasi juga menggunakan mikroorganismeuntuk menghasikan polisakarida. Xanthomonas campestris menghasilkan polisakarida yang dikenal sebagai santan untuk menstabilkan bahan makanan, sebagai agen pengikat untuk berbagai produk farmasi, serta untuk pewarnaan tekstil. Leuconostoc mesenteroides, bila ditumbuhkan pada media yang mengandung sukrosa akan memproduksi dekstran, suatu polisakarida yangb dapat digunakan sebagi saringan molekuler untuk memisahkan molekul dalam kromatografi kolom. Mikrobilogi farmasi modern berkembang setelah perang dunia ke 2 dengan dimulainya produk antibiotik. Suplay produk farmasi dunia termasuk antibiotik, steroid, vitamin, vaksin, asam amino, dan hormon manusia diproduksi dalam jumlah beasr oleh mikroorganisme. Streptomyces hydroscopius memilik strain yang berbeda untuk membuata hampir 200 antibiotik yang berbeda. Antibiotik pada dasarnya dibuata dalam skala industri dengan cara menginokulasi spora dari kapang streptomycetes atau dalam suatu media pertumbuhan dan menginkubasinya dengan aerasi yang baik. Setelah mencapai konsentrasi yang cukup, larut diekstraksi, dipresitipasi dan diperlukan dengan prosedur standar industri lainnya. 1. Produk antibiotik Produksi antibiotik dilakukan dalam skala besar pada tangki fernentasi dengan ukuran besar. Sebagai contoh Penicillium chrysogenum ditumbuhkan dalam liter fermentor selama kurang lebih 200 jam. Mula-mula suspensi spora P. chrysogenum ditumbuhkan dalam larutan media bernutrisi. Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 83

85 Kultur diinkubasi selama 24 jam pada temperatur 24 C dan selanjutnya ditransfer ke tangki inokulum. Tangki inokulum digojlok teratur untuk mendapatkan aerasi yang baik selama satu hingga dua hari. Pada proses produksi penisilin, media bernutrisi yang mengandung gula asam fenilasetat ditambahkan ke secara kontinu. Asam fenilasetat ini digunakan untuk membuat rantai samping benzil pada penisilin G. Penisilin G diekstraksi dari filtrat dan dikristalisasi. Untuk membuat penisilin semisintetik, penisilin G dicampur dengan bakteri yang mensekresi enzim asilase. Enzim ini akan melepas gugus benzil dari penisilin G dan mengubahnya menjadi 6-aminopebicillanic acid (6-APA). Aminopenicilanic acid adalah molekul yang digunakan untuk membuat penisilin jenis lain. Bebagai gugus kimia ditambahkan pada aminopenicillanic Hal yang serupa juga terjadi pada sefalosporin C yang diperoduksi oleh cephalosporium acremonium. Molekul sepalosporin C dapat ditranspormasi dengan melepas rantai samping α-aminodipic acid dan menambahkan gugus baru yang memiliki kisaran antibakteri yang lebih luas. Strain streptomyces griseus dan Actinomycetes lainnya menghasilkan streptomisin dan bebagai antibiotik lainnya. Spora S. Griseus diinokulasi kedalam media untuk mendapatkan kultur pertumbuhan dengan biomassa miselia yang tinggi sebelum dimasukkan kedalam tangki inokulum. Media dasar untuk praduksi streptomisin mengandung pati kedelai sebagai sumber nitrogen, glukosa sebagai sumber karbon, dan NaCl. Temperatur optimum untuk proses fermentasi ini berkisar pada 28 C, dengan kecepatan pengadukan dan aerasi yang tinggi diperlukan untuk mendapatkan produksi streptomisin yang maksimal. Proses fermentasi berlangsung sekitar 10 hari dengan jumlah streptomisinyang dipanen berkisar 1g/L. 2. Produksi steroid Homon steroid sangat penting peranannya dalam dunia kesehatan. Misalnya kortison dan steroid lain yang serupadiketahui dapat digunakan untuk mengobati gejala yang berhubungan dengan alergi dan berbagai respons inflamasi oral dan untuk mengobati ketidak seimbangan homonal. Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 84

86 Sintesis steroid seperti kotison memerlukan lebih dari 35 langkah, sehingga steroid sangat mahal untuk diperoduksi secara kimiawi. Misalnya, kortison dapat disintesis dari asam deoksikolat melalui 37 langkah, yang beberapa diantaranya memerlukan kondisi temperatur dan tekanan yang ektrem, dengan biaya berkisar lebih dari $ 200 pergram. Kesulitan utama pada sintesis kortison adalah introduksi atom oksigen pada cincin steroid nomor 11. Hal ini dapat diatasi dngan pemanfaatan mikroorganisme. Penggunaan mikroorganisme untuk mengganti proses kimiawi ini dikenal dengan istilah biokomversi. Fungi Rhizopuz arrhizus menghidroksilasi progesteron membentuk steroid koteksolon untuk membentuk hidrokortison dengan mengintroduksi oksigen pada posisi nomor 11. Bentuk tranformasi lain dari inti steroid dilakukan oleh mikroorganosme melalui proses hidrogenasi, dihidrogenasi, epoksidasi, dan penambahan serta penghilangan rantai samping. Penggunaan mikroorganismepada produksi kortison dapat menurunkan biaya produksi sebanyak 400 kali lipat, sehingga harga kotisondi amerika serikat kurang dari $50 pergram, dibandingkan harga aslinya yang sebesar $ Produksi vaksin Penggunaan vaksin sangat penting untuk mencegah berbagai penyakit. Pengembangan dan produksi vaksin merupakan salah satu tugas penting industri farmasi. Produksi vaksin meliputi pengkulturan mikroorganisme yang memiliki properti antigenikyang diperlukan untuk meluncurkan respons imun primer. Vaksin diproduksi oleh strain mutan patogen virulen tanpa menghilangkan antigen yang diperlukan untuk menimbulkan respons imun. Perkembangan bidang bioteknologi memungkinkan produksi seluruh seluruh vaksin baru. Beberapa vaksin baru ini ditujukan bagi target baru, dan beberapa lagi lebih efektif dan memiliki efek samping lebih sedikit dibandingkan vaksin tradisional yang ada saat ini. Untuk menghasilkan vaksin terhadap penyakit yang disebabkan oleh virus, strain virus ditumbuhkan dengan menggunakan telur ayam tertunas. Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 85

87 Individu yang memiliki alergi terhadap telur ayam tidak dapat diberi vaksin yang dibuat dengan cara seperti ini. Vaksin virus juga dapat diproduksi melalui kultur jaringan. Misalnya, vaksin rabies tradisional diproduksi pada telur bebek tertunas dan memiliki efek samping yang sangat menyakitkan. Vaksin ini digantikan oleh produksi vaksin melalui kultur jaringan fibroblas manusia yang memiliki efek samping yang lebih sedikit. Produksi vaksin terhadapyang efektif dalam mencegah infeksioleh bakteri, fungi, dan protozoa melibatkan pertumbuhan strain mikroorganisme pada media artifisial yang meminimalkan gangguan beruparespons alergi.vaksin yng diproduksisecara komersial harus di uji dan distandardisasi terus sebelum digunakan, sehingga terjadi outbreak (wabah) penyakit akibat introduksi vaksin seperti yang pernah terjadi pada tahun 1976 akibat adanya vaksin swine influenza yang inadekuat dapat dihindari. 4. Produksi asam organik Beberapa asam organik seperti asam asetat, asam glikonat, asam sitrat, asam giberelat, dan asam laktat dhasilkan melalui fermentasi mikroorganisme. Asam organik antara lain digunakan dalam industri makanan, miasalnya sebagai pengawet makanan. Asam glukonat diperoduksi olehberbagai bakteri termasuk spesies acetobater dan oleh beberapa fungsi seperti penisilium dan aspergillus. Aspergillus neger mengoksidasi glkosa menjadi asam glukonat dalam reaksi enzimatik tunggal leh enzim glukosa oksidase. Asam glukonat memiliki berbagai kegunaan, antara lain: Kalsium glukonat digunakan sebagai produ farmasi untuk menyuplai kalsium dalam tubuh. Ferrous glukonate digunakan sebagai asupan besi untuk mengobati anemia. Asam glukonat pada detergen pencuci piring mencegah noda pada permukaan kaca akibat presipitasi garam kalsium dan magnesium Asam sitrat diproduksi oleh aspergillusniger dengan molases sebagai substrat fermentasinya. Asam sitrat digunakan sebagai bahan tambahan pada makanan, terutama minuman ringan. Transformasi asam sitrat oleh Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 86

88 Aspergillus terreus dapat digunakan untuk memproduksi asam itokonat dalam dua langkah reaksi. Langkah pertama merupakan perubahan asam sitrat menjadi asam cis-akonitat melalui proses hidroksilasi, dan langkah kedua merupakan langkah karboksilasi asam cis-akonitat menjadi asam itakonat. Proses fermentasi ini memerlukan ph berkisar pada 2,2. Pada kisaran ph lebih tinggi, A. terreus akan mendegradasi asam itokonat. Asam giberelat (gibberellic acid) diproduksi oleh fungi Gibberella fujikuroi. proses fermentasinya memerlukan media glukosa-garam mineral, temperatur inkubasi berkisar pada 25 C dengan ph asam. Asam gibberelat dan homon tanaman giberelin lainnya dimanfaatkan untuk meningkatkan produktifitas pertanian, yaitu sebagai subtansi pendukung pertumbuhan tanaman, perbungaan dan germinasi biji, serta untuk menginduksi pembentukan buah tanpa biji. Asam laktat diproduksi lactobasilus lainnya, oleh lactobasillus delbrueckii, spesies streptococcus, dan leuconustoc. Asam laktat digunakan untuk mengawetkan makanan pada industri penyamkan kulit dan industri tekstil. Media yang digunakan dalam fermentasi asam laktat ini memerlukan glukosa 10-15%, kalsium karbonat 10% untuk menetralisasi asam laktat yang dihasilkan, amonium fosfat, dan sejumlah kecil sumber netrogen. Gula jagung, pati kentang dan gandum sering digunakan sebagai sumber karbohidrat. Temperatur inkubasi berkisar pada C dengan ph berkisar antara 5,5-6,5. Setelah proses fermentasi selama 5-7 hari, kurang lebih 90% gula telah diubah menjadi asam laktat, kalsium karbonat selanjutnya ditambahkan untuk menaikkan ph hingga 10, kemudian media fermentasi dipanaskan dan disaring. Prosedur ini akan membunuh bakteri, mengkoagulasi protein, menghilangkan sisa kalsium karbonat, dan mendokoposisi residu karbohidrat. 5. Produksi Enzim Enzim yang disolasi dari mikroorganisme dapat diaplikasikan pada berbagai macam industri. Misalnya, enzim proteose yang diisolasi dari bahan pembersih. Protease merusak dan melarutkan protein yang mengotori pakaian. Enzim yang dihasilkan untuk proses-proses industri meliputi Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 87

89 protease, amilase, glikosa isomerase, glukosa oksidase, renin, pektinase, dan lipase.empat macam enzim yang secara luas diproduksi oleh mikroganisme adalah protease, glukamilase,α-amilase, dan glukosa isomerase. Protease adalah enzim yang menyerang ikatan peptida molekul protein dan membentuk fragmen-fragmen kecil peptida. Strain rekombinan Basillus sp. GX6644 mensekresikan alkalin protease yang sangat aktif terhadap protein kasein susu. Dengan aktifitas tertinggi pada ph 11 dan temperatur C. Strain rekombinan yang lain yaitu Basillus sp. GX6638 mensekresi beberapa alkalin protease yang aktif pada kisaran ph yang cukup luas (8-12). Fungi yang mempreduksi protease adalah spesies Aspergillus. Protease yang dihasilkan oleh fungi memiliki kisaran ph yang lebih luas dibandingkan protease yang diperoduksioleh bakteri. Amilase digunakan dalam detergen dan dalam industri pembuatan bir. Ada beberapa tipe amilase, termasuk α-amilase yang digunakan untuk mengubah pati menjadi maltosa dan dekstrin, glukamilase yang mengubah pati menjadi glukosa. Ketiga enzim diatas digunakan untuk memproduksi sirup dan dekstrosa dari pati. Produksi amilase menggunakan fungi Aspergillus sp. Aspergillus oryzae yang digunakan untuk memproduksi amilase dari gandum pada kultur stasioner. Bacillus subtilis dan bacillus diastaticus digunakan untuk memproduksi amilase bakteri. Glukosa isomerase mengubah glukosa menjadi friktosa yang dua kali lebih manis dibandingkan sukrosa dan 1,5 kali lebih manis dibandingkan glukosa, sehingga fruktosa merupakan bahan pemanis yang sangat penting pada industrimakanan dan minuman. Enzim ini diproduksi oleh Bacillus coagulan, streptomyces sp. Dan Nocardia sp. Renin merupakan enzim penggumpal susu yang mengkatalisis koagulasi susu dalam industri pembuatan keju. Enzim ini diproduksi oleh Mucor pussilus. Enzim mikroorganisme juga digunakan dalan produksi polimer sintetik. Misalnya, industri plastik saat ini menggunakan metode kimia untuk mereduksi alkene oxidan yang digunakan untuk memproduksi plastik. Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 88

90 Produksi alkene oxidan dari mikroorganisme melibatkan aksi tiga enzim yaitu piranose-2-oksidase dari fungi oudmansiella mucida, enzim haloperoksidase dari fungi Caldariomyces sp. Dn enzim epoxidase dari falvobacterium sp. Pada produksi enzim yang stabil terhadap panas, DNA polimerase sangat penting dalam proses amplifikasi DNA. Reaksi rantai polimerase sangat penting bagi diagnosis kesehatan, forensik, dan penelitian biologi mulekular. Kultur thermus aquacitus, dan mikroorganisme termofilik yang direkayasa secara genetis mengndung gen untuk taq DNA polimerase dari thermus aquaticus, digunakan untuk membuat DNA polimerase rekombinan yang stabil terhadap panas, yang disebut amplitaq. 6. Produksi alkaloid ergot Alkaloid, beberapa diantaranya dapat dimanfaatkan dalam terapi, umumnya diperoleh dari tanaman, namun alkaloid ergot dihasilkan dari fungi. Alkaloid ergot pertama kali diperoleh dari sklerotium Ascomycetes, yaitu Claviceps purpurae. Istilah ergot digunakan untuk menunjukkan bahwa alkaloid jenis ini dihasilkan oleh fungi. Alkaloid ergot dibedakan menjadi 2 kelompok berdasarkan atas kandungan asam lisergat dan clavin. Alkaloid asam glisergat hanya diproduksi oleh genus Claviceps, sedangkan alkaloid clavin ditemukan pada genus Aspergillus, penicillium, dan Rhizobium. Alkaloid ergot digunakan untuk menstimulasi sistem syaraf simpatik. Beberapa alkaloid lisergat seperti halnya ergotamin dan ergobasin digunakan pada terapi kandungan yaitu untuk mengkontraksi uterus pada saat proses melahirkan untuk mengkontraksi uterus postpatu. 7. Produksi protein manusia Adanya proses rekayasa genetik dengan pemanfaatan mikroorganisme meningkatan peran industri farmasi dlam memproduksi protein manusia. Melalui tehnik rekombinasi DNA, sekuens DNA manusia yang mengkode berbagai protein dapat digabungkan dengan genum bakteri, dan dengan menumbuhkan bakteri rekonbioanan dalam fermentor, maka protein manusi dapat diproduksi secara komersial. Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 89

91 Insulin mutlak diperlukan oleh manusia. Insulin merupakan hormon polipeptida yang dihasikan oleh pulau-pulau langerhans dipankreas yang berfungsi mengatur metabolisme karbohidrat.dalam makanan dikomfersi menjadi glukosa monosakarida, karbohidrat pokok dalam darah. Beberapa karbohidrat seperti fruktosa dan selulosa dapat digunakan sebagai energi sel namun tidak dikomfersi menjadi glikosa dan tidak berpatisipai dalam mekanisme pengaturan metabolisme glukosa. Insulin dilepaskan oleh sel beta ( sel β ) pada pankreas sebagai respon naiknya kadar glukosa darah, pada saat setelah makan. Insulin memungkinkan sel-sel tubuh mengabsorbsi glukosa dari darah untuk digunakan sebagai sumber energi, diubah menjdi molekul lain yang diperlukan, atau untuk disimpan. Insulin juga merupakan sinyal kontrol utama konfersi glukosa menjdi glikogen untuk pennyimpanan internal dihati dan sel otot. Bila jumlah insulin yang tersedia tidak mencukupi, sel tidak merespon adanya insulin (tidak sensitif atau resisten insulin), atau bila insulin itu sendiri tidak produksi oleh sel-sel beta akibat risaknya sel-sel beta pada pankreas, maka glukosa tidak dapat dimanfaatkan oleh sel tubuh atau pun disimpan dalam bentuk cadangan makanan dalam hati maupaun sel otot. Akibat yang terjadi adalah peningkatan kadar glukosa dalam darah, penurunan sintesis protein, dan gangguan proses-proses metabolisme dalam tubuh. Insulin diperlukan bagi penderita diabetes melitus, suatu penyakit ganguan metabolisme kabohidrat, khususnya penderita diabetes millitus tipe 1 yang memerlukan asupan insulin eksogen. Pada mulannya, sumber insulin untuk penggunaan klinis pada manusi diperoleh dari pankreas sapi, kuda, babi, maupun ikan.insulinyang diperoleh dari sumber-sumber tersebut efektif bagi manusi karena identik dengan insulin manusia. Hanya terdapat perbedaan 3 asam amino antara insulin sapi dengan insulin manusia, dan hanya terdapat perbedaan sebesar 1 asam amino antara insulin babi dengan insulin manusia. Disebabkan mekanisme reaksi alergi yang timbul akibat mengguanakan insulin dari hewan ( sapi, babi, ikan, maupaun kuda) dalam jangka waktu Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 90

92 lama khususnya penderita diabetes mellitus tipe 1, maka insulin dari manusia mulai diproduksi dengan menggunakan tehnik rekayasa genetik. Prusahaan farmasi Amerika serikat Eli Lilly, memasarkan produk insulin manusia yang pertama, Humulin pada tahun1982. DNA manusia yang mengkode insulin dipotong dan disisipkan kedalam fektor ( contohnya plasmid ) yang selanjutnya ditransformasi kedalam sel Escherichia coli sebagai inang. Sel inang tumbuh dan bereproduksi secara normal, dan karena terdapat DNA manusia yang disisipkan, maka sel inang tersebut otomatis akan menghasilkan insulinmanusia. Proses yang serupa juga dilakukan pada produksi interferon, hormon pertumbuhan manusia ( tumour necrosis factor, TNF) dan interleukin-2 ( IL-2 ). Hormon petumbuhan TNF digunakan untuk mengobati penyakit dwarfisme (cebol) akibat kekurangan hormon ini. IL-2, TNF dan IFN merupakan komponen penting respon imunitas alami manusia, dan produksinya terbukti berguna untuk mengobati berbagai penyakit. Misalnya IFN penting dalam pertahanan terhadap infeksi virus dan pengobatan akibat infeksi virus. TNF adalah substansi alami yang dihasilkan tubuh dalam jumlah kecil oleh sel darah putih tertentu yang disebut makrofag, berfungsi menbunuh beberapa sel kangker dan mikroorganisme infeksius tanpa mempengaruhi sel-sel nomal. Produk rekombiana lainnya adalah aktifator plasminogen jaringa ( alteplase) yang merupakn protein yang tersusun atas 527 asam amino yang digunakan untuk mengobati penderita serangan jantung. 8. Produksi vitamin dan asam amino Vitamin merupakan faktor nutrisi esensial bagi manusia. Beberapa vitamin dapat diproduksi melalui fermentasi mikroorganisme, dan digunakan sebagai suplemen makanan. Misalnya vitamin B12 dapat diproduksi sebagai produk samping pada fermentasi antibiotik oleh Streptomyces. Vitamn B12 juga diperoleh dari fermentasi Propionibacteriaum shermanii atau Paracoccus denitrificans. Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 91

93 Riboflavin dapat dihasilkan dari fermentasi berbagai macam mikrooganisme, misalnya bakteri Clostridium dan fungi Eremothecium ashbyi atau Ashbya gossypii. Masalah utama produksi asam amino komersial melalui fermentasi mikroorganisme adalah adanya mekanisme alam kontrol pengaturan mikroorganisme yang membatasi jumlah asam amino yang dihasilkan dan dilepaskan dari sel. Masalah ini dapat diatasi dengan strain mikroorganisme yang direkayasa secara genetis sehingga tidak memiliki mekanisme kontrol seperti strain asli (wild type) Manusia memerlukan berbagai macam asam amino, termasuk lisin. Konsentrasi lisin dalam padi-padian tidak cukup banyak untuk memenuhi kebutuhan nutrisi manusia. Lisin diproduksi melalui fermentasi mikroorganisme, sehingga dapat digunakan sebagai suplemen makanan bagi manusia dan sebagai bahan tamabahan pada sereal. Metionin juga diproduksi melalui sintesis kimia dan digunakan sebagai suplemen makanan. Produksi lisin dari karbohidrat menggunakan Corynebactrerium glutamicum, suatu auksotrof yang memerlukan homoserin. Cane molasses umumnya digunakan sebagai substrat, dan ph dijaga agar tetap netral dengan menambahakan amonia atau urea. Pada saat gula dimetabolisme, lisin akan tetap terakumulasi pada media dan sintesis homoserin dihambat pada tahap homoserin dihidrogenase. Asam glutamat (glutamic acid) dimanfaatkan sebagai monosodium glutamat (MSG), bahan penyedap rasa makanan. Asam L-glutamat dan MSG dapat diproduksi melalui fermentasi strain Brevibacterium, Arthobacter dan Corynebacterium. Kultur corynebacterium glutamicum dan Brevibacterium flavum digunakan untuk memproduksi MSG dalam skala besar. Proses fermentasi memerlukan media glukosa-garam mineral dengan menambahkan urea secara periodik sebagai sumber nitrogen selama proses fermentasi. Nilai ph dijaga berkisar 6-8, dan temeratur 30 C (Radji, 2010). Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 92

94 D. PERANAN MIKROORGANISME DI BIDANG PANGAN Terdapat beberapa kelompok bakteri yang mampu melakukan proses fermentasi dan hal ini telah banyak diterapkan pada pengolahan berbagi jenis makanan. Bahan pangan yang telah difermentasi pada umumnya akan memiliki masa simpan yang lebih lama, juga dapat meningkatkan atau bahkan memberikan cita rasa baru dan unik pada makanan tersebut. Tabel Beberapa Makanan Hasil Fermentasi Dan Mikroorganisme Yang Berperan Beberapa spesies bakteri pengurai dan patogen dapat tumbuh di dalam makanan Kelompok bakteri ini mampu memetabolisme berbagai komponen di dalam makanan dan kemudian menghasilkan metabolit sampingan yang bersifat racun. Clostridium botulinum, menghasilkan racun botulinin, seringkali terdapat pada makanan kalengan dan kini senyawa tersebut dipakai sebagai bahan dasar botox. Beberapa contoh bakteri perusak makanan: a. Burkholderia gladioli (sin. Pseudomonas cocovenenans), menghasilkan asam bongkrek, terdapat pada tempe bongkrek b. Leuconostoc mesenteroides, penyebab pelendiran makanan, penurunan ph, dan pembentukkan gas. Program Studi Farmasi STIKes MEDISTRA Lubuk Pakam 93