MAKALAH MIKROBIOLOGI MIKROBA PADA LINGKUNGAN EKSTRIM

Transkripsi

1 0 MAKALAH MIKROBIOLOGI MIKROBA PADA LINGKUNGAN EKSTRIM OLEH FITRI NIM : PROGRAM PASCA SARJANA PROGRAM STUDI PENDIDIKAN BIOLOGI UNIVERSITAS NEGERI PADANG 2016

2 1 MIKROBA PADA LINGKUNGAN EKSTRIM Lingkungan merupakan tempat hidup bagi organisme/makhluk hidup. Kehidupan organisme harus sesuai dengan lingkungannya, agar pertumbuhan dan kelangsungan hidup organisme berjalan baik. Ada organisme yang berukuran kecil (mikroorganisme atau mikroba) yang mampu hidup di lingkungan ekstrim. Lingkungan ektrim adalah suatu keadaan dimana kondisi fisik dan kimia menjadi lebih terbatas, sehingga adanya penurunan keanekaragaman jenis mikroba untuk mempertahankan dirinya. Dengan kondisi yang sangat terbatas tersebut maka proses penurunan keanekaragaman jenis mikroorganisme terus berlanjut sampai hanya satu jenis mikroorganisme saja yang dapat tetap hidup dalam kondisi tersebut. Mikroorganisme yang dapat bertahan hidup tersebut dikatakan sebagai mikroorganisme lingkungan ekstrim (Presscot, 1993). Mikroorganisme sangat bervariasi dalam toleransi mereka untuk Temperatur, PH, Keadaan garam atau salinitas, tekanan, ketersediaan air, dan radiasi pengion. Mulai dari bakteri yang mampu bertahan hidup dalam batu hingga mikroba yang mampu menahan panas, dingin dan radiasi luar biasa, kehidupan bisa memiliki bentuk ekstrim. Mikroba-mikroba ini biasa disebut "extremophile". "Extremo" berarti sangat berlebihan (ekstrem), "phile" berarti menyukai. Jadi extremophile adalah mikroba yang menyukai lingkungan habitat ekstrem untuk kelangsungan hidupnya. Faktor lingkungan sangat mempengaruhi kelangsungan hidup setiap mikroorganisme tertentu. Salah satu mikroorganisme yang mampu hidup digolongan eksrim adalah dari kelompok Archaebacteria. Archaebacteria terdiri

3 2 dari bakteri-bakteri yang hidup di tempat kritis atau ekstrim, misalnya bakteri yang hidup di air panas, bakteri yang hidup di tempat berkadar garam tinggi, bakteri yang hidup di lingkungan ph tinggi atau ph rendah, di kawah gunung berapi, dan di lahan gambut. Mikroba mampu hidup dan ditemukan pada kondisi yang ekstrim seperti suhu, salinitas, ph yang relatif tinggi atau rendah dan lingkungan yang berkadar garam tinggi dimana organisme lain tidak dapat hidup (Uci Mela Sari: 2012). Menurut Roberts (1998) Mikroba yang menyukai lingkungan habitat ekstrem untuk kelangsungan hidupnya disebut extremophiles. Mikroba-mikroba ini justru tidak dapat berkembang di lingkungan di mana sebagian besar makhluk hidup lain dapat hidup dengan nyaman di dalamnya. Adapun karakteristik pertumbuhan mikroorganisme pada lingkungan ekstrim adalah sebagai berikut. Tabel 1. Karakteristik Pertumbuhan Mikroorganisme pada Lingkungan Ekstrim Perbandingan Kondisi Lingkungan Contoh Mikroorganisme Temperature C, palung laut yang dalam Methanopyrus kandleri Pyrodictium abyssi 85 0 C, mata air panas Thermus Sulfolobus 75 0 C, air panas bersulfur Thermothrix thiopara Tekanan osmotik 13-15% NaCl Chlamydomonas 25% NaCl Halobacterium Halococcus ph Asam ph 3.0 atau lebih rendah Saccharomyces Thiobacillus ph Basa ph 10.0 atas Bacillus Rendahnya ketersediaan air A w = Torulopsis Candida Temperature dan ph rendah 85 0 C, ph 1.0 Cyanidium

4 3 Sulfolobus acidocaldarum Tekanan 500-1,035 atm Colwellia hadaliensis (Presscot, 1993) A Mikroba pada Suhu Tinggi Temperatur dikatakan ekstrim jika temperatur yang tinggi mendekati titik didih air atau Temperatur yang rendah mendekati titik beku air. Pada lingkungan yang ekstrim, bakteri termofilik dapat menghasilkan enzim dengan sifat tahan terhadap suhu tinggi yang dikenal sebagai enzim termostabil. Tabel 2. Jenis Mikroorganisme yang Hidup di Temperature Ekstrim Jenis Mikroorganisme T Mak O C ( O F) ALGA Cyanidium caldarium 56 (133) FUNGI Aspergillus candidus ( ) Paecilomyces candidus PROTOZOA Cercosulcofer hemathensis 56 (133) CYANOBACTERIA Oscillatoria amphibia 57 (135) Synechococcus lividus 74 (165) Phormidium laminosum ( ) Mastigocladus laminosum ( ) EUBACTERIA Bacillus stearothermophilus ( ) B. coagulans ( ) Clostridium thermocellum 70 (158) Thermoactinomyces vulgaris 70 (158) Thermus thermophilis 85 (185) ARCHAEBACTERIA Sulfolobus acidocaldarius 85(185)

5 4 Acidianus infernus 95 (203) Methanothermus sociabilis 97(207) (Nimatuzahroh, 2010) Mesophiles ditemukan pada hewan berdarah hangat dan di lingkungan darat dan perairan di lintang beriklim sedang dan tropis. Psychrophiles ditemukan di lingkungan luar biasa dingin dan sangat panas, hyperthermophiles ditemukan di habitat yang sangat panas seperti air panas, geyser dan laut dalam lubang angin hidrotermal. Organisme yang pertumbuhan optimalnya diatas 45 C disebut thermofilik, dan organisme yang pertumbuhan optimalnya diatas 80 C disebut hiperthermofilik. Organisme termofilik dan hipertermofilik dapat bertahan hidup pada suhu tinggi karena mereka memiliki enzim dan protein yang stabil pada suhu tinggi dan makromolekul mereka berfungsi optimal pada suhu tinggi. Mereka bisa mencapai stabilitas tersebut karena susunan asam amino enzim termofilik berbeda dengan enzim yang mengkatalis reaksi pada organisme mesofil. Asam amino yang penting dalam satu atau beberapa lokasi dalam enzim yang memungkinkannya untuk melipat dengan cara yang berbeda dan dengan demikian menahan efek denaturasi panas. Stabilitas panas dari protein hipertermofilik juga meningkat sebagai akibat dari peningkatan jumlah rantai garam (mengisi rantai asam amino dengan Na + dan kation lain) dan protein hidrofobic interior sangat padat, yang secara alami menolak lingkungan air. Organel sintesis protein (ribosom dan konstituensnya) dari thermofilik dan hiperthermofilik serta struktur seperti membran plasma juga

6 5 tahan panas. Termofilik memiliki membran lipid yang kaya asam lemak jenuh, sehingga memungkinkan membran untuk tetap stabil dan fungsional pada suhu tinggi. Asam lemak jenuh membentuk ikatan hidrofobik lebih kuat dari pada asam lemak tak jenuh yang bertanggung jawab membentuk stabilitas membran. Hipertermofilik, hampir semuanya archae, tidak mengandung asam lemak pada membran lipidnya tetapi memiliki rantai hidrokarbon yang panjang yang terdiri dari rantai berulang lima-carbon senyawa phytane yang terikat dengan eter untuk menghubungkannya dengan gliseropospat (Madigan, 1997). Menurut Nimatuzahroh (2010) pertumbuhan mikroorganisme termofilik dikelompokkan menjadi 3 kelompok yaitu: a Fakultatif Termofilik, maksimum pertumbuhan (T maks o C) ( o F) tapi juga tumbuh pada temperatur dibawah 30 o C (86 o F) : Bacillus b c coagulans Obligat Termofilik, minimal tumbuh T min 40 o C (104 o F) dan T maks o C ( o F) : Bacillus stearothermofilus Termofilik Ekstrim (Caldoactiv Bakteria), bakteri yang T min > 40 o C, T opt > 65 o C, T maks > 70 o C: Bakteri gram positif pembentuk endospora (B. caldolyticus): bakteri gram negatif (Thermus) Contoh mikroorganisme lain yang hidup pada suhu tinggi adalah Methanopyrus kandleri. M.kandleri adalah mikroorganisme berbentuk batang yang menghasilkan methana dan tumbuh optimal pada suhu mendekati dan diatas titik didih air.

7 6 Gambar 1. Methanopyrus kandleri Cara penyesuaian atau adaptasi diri mikroorganisme termofilik adalah sebagai berikut. a Enzim yang dihasilkan oleh mikroorganisme termofilik tidak mudah terdenaturasi pada temperatur yang tinggi b Susunan asam amino pada proteinnya mempunyai kestabilan yang tinggi terhadap suhu tinggi c Membran sel bakteri mempunyai komposisi dengan bagian terbesar berupa asam lemak yang bercabang dengan berat molekul tinggi yang memungkinkannya terjaga untuk mempertahankan sifat semipermiabilitasnya pada temperatur yang tinggi d DNA mengandung komponen terbesar Guanin dan sitosin yang dapat meningkatkan titik leleh dan menambah kestabilan molekul DNA (Nimatuzahroh, 2010). B Mikroba pada Lingkungan Sedikit Air Semua organisme membutuhkan air dan ketersediaan air merupakan faktor penting untuk pertumbuhan mikroorganisme dialam. Air adalah pelarut

8 7 kehidupan. Ketersediaan air itu tidak hanya mengandalkan keadaan air lingkungan yaitu lembab atau keringnya habitat mikroba tetapi juga konsentrasi zat terlarut seperti gram, gula, dan sustansi lainnya yang dilarutkan dalam air, hal ini karena zat terlarut tersebut memiliki finitas untuk air yang membuat air yang berhubungan dengan zat terlarut tidak tersedia bagi organisme. Ketersediaan air umumnya dinyatakan dalam istilah fisik seperti aktivitas air (a w ). Aktivitas air disingkat a w merupakan rasio dari tekanan uap air dari udara dalam kesetimbangan dengan zat atau solusi untuk tekanan uap pada suhu yang saama pada air murni. Kegiatan air di tanah pertanian umumnya berkisar antara 0,90 dan 1,00. Sehingga nilai a w bervariasi antara 0 dan 1 dan beberapa perwakilan nilai diberikan dalam tabel dibawah ini. Tabel 3. Pertumbuhan Mikroorganisme pada Aktivitas Air Diukur a w Aktivitas air a w Bahan beberapa organisme tumbuh pada aktivitas air air murni, Caulobacter, Spirillum darah manusia, Streptococcus, Escherichia air laut, Pseudomonas, vibrio roti, Batang gram positif sirup maple, ham, Coccus gram positif daging asap, Saccharomyces rouxii (ragi) kue buah, selai, Saccharomyces bailii, penicillium (jamur) danau garam, ikan Halobacterium, Halococcus asin, sereal, permen, buah kering Xeromyces bisporus dan jamur xerofilik lainnya (Madigan, 1997). C Mikroba pada Lingkungan Tekanan Tinggi Menurut Ukfmipa (2011) respon tekanan pada berbagai mikroorganisme dikelompokkan atas:

9 8 Tabel 4. Respon Tekanan pada Berbagai Mikroorganisme Kategori Reaksi Contoh Mikroorganisme yang pertumbuhan optimum pada 5,000 meter dan masih mampu hidup pada 1 atm lainnya bakteri barophilik sedang bakteri barotoleran bakteri barophilik ektrim Mikroorganisme yang dapat tumbuh pada tekanan di atas atm Mikroorganisme yang dapat tumbuh pada tekanan besar dari 1000 atm Actinomyces levoris dan Kebanyakan mikroorganisme Vibrio marinus dan bakteri laut lainnya Corynebacterium spp., Arthrobacter (Ukfmipa, 2011) D Mikroba pada Lingkungan yang Memiliki Kadar Garam Tinggi Organisme yang menghuni lingkungan dengan kadar garam tinggi (menyukai garam) disebut halofilik. Mikroorganisme tahan garam ini mampu menahan konsentrasi garam yang bisa mengeringkan kebanyakan kehidupan. Misalnya, bakteri Halobacterium Halobium. Bakteri ini mampu hidup di lingkungan yang memiliki kadar garam 10 kali air laut. Organisme halofilik ini meliputi mikroorganisme prokariotik dan eukariotik dengan kemampuan untuk menyeimbangkan tekanan osmotik lingkungan dan melawan efek denaturasi dari garam. Mikroorganisme halofilik diantaranya heterotrofik dan archaea metanogen, fotosintetik, lithotrofik (Dassarma, 2001). Menurut Nimatuzahroh, (2010) Respon keberadaan garam pada berbagai mikroorganisme dalam tabel berikut. Tabel 5. Respon Keberadaan Garam pada Berbagai Mikroorganisme Kategori Reaksi Contoh Non -halophile Tumbuh baik pada media dengan kandungan garam kurang dari 0,2 M Mayoritas eubacteria normal dan mikroorganisme air tawar Slighthalophile Tumbuh baik pada media dengan kandungan garam 0,2 M 0,5 M Beberapa mikroorganisme laut Moderate- Tumbuh baik pada media dengan Bakteri dan beberapa alga

10 9 halophile kandungan garam 0,5 M 2,5 M. Organisme yang dapat tumbuh dalam media dengan kandungan garam kurang dari 0,1 M dianggap fakultatif halophile Borderline extreme halophile Extreme halophile Tumbuh baik pada media dengan kandungan garam 1,5 4,0 M Tumbuh baik pada media dengan kandungan garam 2,5 M 5,2 M Ectothiorhodospira halophila Actinopolyspora halophila Red halophile halobacteria dan halococcus Halotoleran t Non halophile yang tidak toleransi terhadap garam. Bila kisaran pertumbuhannya diatas 2,5 M garam, dianggap ekstrim halotoleran Staphylococcus aureus, dan Stphylococcuc lainnya, yeast dan fungi yang toleran (Nimatuzahroh, 2010) E Mikroba pada Lingkungan ph Asam dan Basa PH merupakan fungsi logaritmik, dimana perubahan 1 unit ph merupakan perubahan 10 kali lipat dalam konsentrasi ion hidrogen. Setiap organisme memiliki kisaran ph dimana bisa terjadi pertumbuhan dan biasanya memiliki ph optimum yang jelas. Organisme yang hidup pada ph rendah disebut acidophilik. Jamur merupakan kelompok yang lebih toleran asam daripada bakteri. Pada kenyataannya bakteri acidopfilik tidak dapat tumbuh sama sekali pada ph netral. Beberapa spesies yang termasuk bakteri acidofilik adalah Thiobacillus, bebarapa genus Archaea, termasuk Sulfolobus, dan Thermoplasma (Madigan, 1997). Spesies Thiobacillus seperti T.ferroxidans, dan Sulfolobus merupakan mikroorganisme yang mengoksidasi mineral sulfida dan menghasilkan asam sulfat. Faktor yang paling penting bagi acidopfilik adalah membran sitoplasma, ketika ph dinaikkan ke netral membran plasma bakteri acidopfilik akan benar-

11 10 benar hancur dan melisis sel, menunjukkan bahwa konsentrasi ion hidrogen yang tinggi sebenrnya diperlukan untuk stabilitas membran (Madigan, 1997). Beberapa organisme mampu tumbuh pada ph yang tinggi, organisme pada ph tinggi disebut alkalifilik. Mikroorganisme alkalifilik biasanya ditemukan di habitat yang sangat basa seperti danau soda dan tanah yang memiliki carbon tinggi. Beberapa bakteri yang alkalifilik ekstrim juga halofilk (menyukai garam) dan sebagian besar adalah archaea. Beberapa alkalifilik yang ditemukan digunakan untuk industri karena mereka menghasilkan enzim hidrolitik seperti protease yang berfungsi baik pada ph basa dan digunakan sebagai detergen untuk rumah tangga (Madigan, 1997). Mikroorganisme acidophilik dan alkalophilik memiliki masalah yang sangat berbeda dalam mempertahankan ph yang lebih netral mikroorganisme acidophilic dapat tumbuh pada ph 3.0 dan ph 4.0 pada bagian antara interior dan eksterior dari sel. Alkalophilis tidak dapat tumbuh pada ph 8.5 dan merupakan anggota genus bacillus, micrococcus, dan exiguobacterium. Thiobacillus ferrooxidans adalah jenis yang paling umum dari bakteri dalam tumpukan limbah tambang. Proses oksidasi dapat berbahaya, karena menghasilkan asam sulfat, yang merupakan polutan utama. Namun, juga dapat bermanfaat dalam memulihkan bahan seperti tembaga dan uranium. T. ferrooxidans membentuk hubungan simbiosis dengan anggota Acidiphilium, yang mampu mengurangi bakteri besi. Spesies lain dari Thiobacillus tumbuh dalam air dan sedimen, ada baik air tawar dan laut strain. Tabel 6. Mikroorganisme di Lingkungan PH Ekstrim

12 11 Organisme Habitat ph Min ph Opt ph Maks Thiobacillus thiooxidans Daerah kaya sulfur (biasanya asam) Sulfolobus acidocaldarius Mata air sulfur asam Bacillus acidocaldarius Mata air panas asam Zymomonas lindneri Lactobacillus acidophilus Staphylococcus aureus Lingkungan tinggi gula Hewan, tumbuhan, materi terbusukan Permukaan hewan, rongga hidung, kulit Escherichia coli Usus hewan Clostridium sporogenes Tanah dan sedimen anaerobic Erwinia caratovora Patogen tanaman Pseudomonas aeruginosa Ubiquitous Streptococcus pneumoniae Patogen hewan Nitrobacter spp. Ubiquitous (Presscot, 1993). F Mikroba pada Lingkungan Banyak Oksigen dan Sedikit Oksigen Reaktif molekul oksigen yang terbentuk pada eukariota selama respirasi mitokondria, sitokrom P450 metabolisme hidroperoksida, selama produksi asam urat. Radiasi UV-A memiliki hasil pada nm radiasi produksi fotokimia reaktif oksigen spesies seperti H 2 O 2 dalam sel. Tabel 7. Ketergantungan Mikroba terhadap Oksigen

13 12 Mikroba Sulfolobus acidocaldarius Acinetobacter calcoaceticus Bifidobacterium bifidum Methanosarcina barkeri Magnetospirillum magnetotacticum Campylobacter jejuni Bacillus licheniformis Enterobacter aerogenes Vibrio fischeri Lactobacillus acidophilus Habitat Mata air sulfur panas Kulit Usus manusia Air tawar, sedimen laut, digestor limbah anaerob Air tawar dan laut Permukaan mukosa hewan & burung Ubiquitous Usus hewan berdarah panas, air tawar Air laut, organ ringan species laut Hewan, tanaman, makanan terfermentasi (Rothschild & Mancinelli, 2001) Ketergantungan akan oksigen Aerob obligat Aerob obligat Anaerob obligat Anaerob obligat Mikroaerofil Mikroaerofil Fakultatif anaerob Fakultatif anaerob Fakultatif anaerob Aerotoleran anaerob Kehadiran oksigen dapat meningkatkan kerusakan DNA. Namun, kerusakan oksidatif sangat serius ketika terjadi akibat dari aktivitas radikal oksigen, mempengaruhi organisme dari penuaan sampai kanker pengembangan dan perubahan fisiologis lainnya dalam organisme hidup (Rothschild & Mancinelli, 2001). Metabolisme aerobik adalah termodinamika lebih efisien tentu saja dari yang anaerob. Organisme yang ditemukan di lingkungan kondisi di mana mereka disesuaikan dengan mematikan rendah konsentrasi oksigen. G Archaeabacteria Sebagai Kelompok Mikroba yang Menghuni Sebagian Besar Dilingkungan Eksrim Archaebacteria terdiri dari bakteri-bakteri yang hidup di tempat tempat kritis atau ekstrim, misalnya bakteri yang hidup di air panas, bakteri yang hidup di tempat berkadar garam tinggi, dan bakteri yang hidup di tempat yang panas atau asam, di kawah gunung berapi, dan di lahan gambut.

14 13 Menurut Pua (2011) Arkhaea, terdiri atas 3 subdivisi yaitu Euryarchaeota, Crenarchaeota dan Korarchaeota. 1 Euryarchaeota Arkhaea ini memiliki keragaman metabolisme luas, tetapi memiliki properti dasar bersama. Berdasarkan aktivitas metabolismenya Euryarchaeota dapat dikelompokan menjadi beberapa kelompok yaitu sebagai berikut. a Arkhaea Metanogen. Metanogen merupakan mikroorganisme anaerob, tidak membutuhkan oksigen karena baginya oksigen merupakan racun. Metanogen merupakan kelompok prokariotik yang mereduksi karbondioksida (CO2) menjadi metana (CH4) menggunakan hydrogen (H2) (Sutana: 2010). Metanogen memiliki tempat hidup di lumpur dan rawa, tempat mikroorganisme lain menghabiskan semua oksigen. Contohnya adalah Methanococcus janascii Akibatnya rawa akan mengeluarkan gas metana atau gas rawa. Beberapa spesies lain yang termasuk kelompok metanogen hidup di lingkungan anaerob di dalam perut hewan seperti Succinomonas amylolytica yang hidup di dalam pencernaan sapi dan merupakan pemecah amilum. Di dalam saluran pencernaan ruminansia, arkhaea ini berperan dalam mengkonsumsi hidrogen (H 2 ) yang dapat menghambat degradasi selulosa. Metana juga dapat dihasilkan dari asetat. Dalam saluran pencernaan rayap, metanogen Methanobacterium dan Methanobenibacter, hidup di dalam protozoa Trichomonas. Protozoa mendegradasi selulosa

15 14 menjadi glukosa dan kemudian didegradasi menjadi asam dan hidrogen. Metanogen mengkonsumsi H 2 dan mengubahnya menjadi metana. Metanogen juga dapat dijumpai di lingkungan bersuhu tinggi, seperti ceruk hidrotermal, mata air panas, dan daerah gunung api aktif. Lingkungan hidup metanogen harus anaerob yang mengandung CO 2 atau senyawa C lainnya dan substrat tereduksi tinggi, seperti H 2. Jika CO 2 sebagai sumber karbon, maka H 2 dipakai sebagai sumber energi. Kadar SO 42 - pada habitat metanogen harus rendah, karena dapat mengurangi populasi bakteri pereduksi sulfat. Bakteri pereduksi sulfat akan berkompetisi dengan metanogen dalam mengkonsumsi H 2. Reaksi Metanogenesis Arkhaea metanogen dapat dijumpai di daerah yang terjadi dekomposisi material organik. Pada daerah demikian H 2 dan asetat tersedia dan siap dikonsumsi. Jika ditumbuhkan di daerah ini, maka arkhaea metanogen akan mengubah CO 2 menjadi CH 4 dan melepaskan air dengan reaksi berikut ini CO 2 + 4H CH 4 + 2H 2 O -G = -131 kj Arkhaea metanogen juga dapat mengkonsumsi metanol dan H 2 menjadi CH 4 dengan menghasilkan energi sama dengan konsumsi CO 2. CH 3 OH + H CH 4 + H 2 O -G = -131 kj Beberapa arkhaea metanogen juga dapat mengkonsumsi metanol tanpa kehadiran H 2 dengan reaksi sebagai berikut 4CH 3 OH CH 4 + CO 2 + 2H 2 O -G = -80 kj

16 15 Beberapa arkhaea metanogen dapat mengubah asetat menjadi CH 4 dan rekasinya adalah sebagai berikut CH 3 COOH + H 2 O CH 4 + HCO 3 H -G = -31 kj Keragaman Arkhaea Metanogen Gambar 2: Methanococcus sp dan Sulfolobus sp Dua contoh arkhaea metanogen adalah Methanobacterium thermoautotrophicum dan Methanococcus jannaschii. M. thermoautotrophicum sering dijumpai di tanah tergenang dan digester limbah. Arkhaea ini terwarnai Gram negatif, tetapi tidak memiliki struktur dinding sel gram negatif pada umumnya. Dinding selnya berisi pseudopeptidoglikan bukan peptidoglikan. Seperti namanya, arkhaea ini tumbuh di lingkungan bersuhu o C. b Arkhaea Halofil Ekstrim Telah teridentifikasi sebanyak 20 species arkhaea halofil ekstrim dengan keragaman morfologi dan struktur sel. Arkhaea halofil ekstrim merupakan anggota Arkhaea yang mampu hidup di lingkungan salinitas tinggi dan merupakan organisme toleran garam. Mereka merupakan organisme kemorganotrof dan memerlukan beberapa faktor pertumbuhan. Beberapa arkhaea halofil ekstrim mampu hidup secara anaerob dan

17 16 melakukan fermentasi gula atau respirasi anaerob dengan nitrat atau fumarat sebagai akseptor elektron. Arkhaea halofil ekstrim hidup di daerah berkadar garam tinggi, dengan kadar minimum, optimum, dan maksimum masing-masing sebesar 8,8% NaCl, sekitar 20% NaCl, dan 32% NaCl. Kebanyakan daerah bersalinitas tinggi adalah danau garam seperti Great Salt Lake di Utah Amerika Serikat, laut mati, dan danau soda. Terdapat organisme eukariota yang mampu hidup di lingkungan bersalinitas tinggi seperti alga Dunaliella. Mikroba halofil Halobacterium dan mungkin dapat dianalogikan ke semua arkhaea halofil ekstrim. lingkungan bersalin tinggi akan membuat sebagian air keluar dari sel oleh proses osmosis. Organisme ini mampu menjaga keseimbangan osolaritas di dalam sel dengan memproduksi molekul kompatibel di ruang periplasmik. Selain itu dia mengakumulasi ion anorganik di dalam sel yang sesuai dengan kadar garam di lingkungan. Halobacterium juga memompa Kalium ke dalam sel, sehingga kadar kalim dalam sel seimbang dengan kadar Natrium di lingkungan. Beberapa koloni halofi l ekstrim membentuk suatu buih bewarna ungu. Warna tersebut adalah bakteriorhodopsin. Bakteriorhodopsin merupakan suatu pigmen yang menangkap energi cahaya. c Arkhaea Termoasidofil Arkhaea termoasidofil adalah arkhaea yang hidup di lingkungan bersuhu tinggi dan benilai ph asam. Terdapat 3 genus yang umum untuk arkhaea termoasidofil, yaitu Thermoplasma, Picrophilus, dan Ferroplasma.

18 17 1) Arkhaea Thermoplasma Dua jenis Thermoplasma telah diisolasi, yaitu T. acidophilum dan T. volcanii. Kedua organisme adalah kemorganotrof yang mampu hidup pada lingkungan mengandung senyawa organik, dan memerlukan faktor pertumbuhan. Thermoplasma mengonsumsi O 2 dan senyawa sulfur sebagai akseptor elektron. T. acidophilum merupakan termofil dengan kisaran suhu pertumbuhan antara 45 sampai 67 o C. T. volcanii mampu tumbuh baik di suhu 33 o C, tetapi masih dapat tumbuh pada suhu 67 o C. Kedua organisme ini memerlukan kondisi asam sampai nilai ph mencapai 0,5 untuk pertumbuhannya. Onggokan buangan batubara yang berisi batubara, pirit, dan material organik sering spontan terbakar menghasilkan suhu tinggi. T. acidophilum mampu mengonsumsi senyawa organik ini dan mengoksidasi melalui respirasi aerob atau anaerob dengan menggunakan sulfur sebagai akseptor elektron. Lingkungan bernilai ph asam, tetapi nilai ph sitoplasma arkhaea termoasidofil mendekati netral. Hal ini terjadi akibat aktivitas pompa membran memompa proton keluar dari sel. Metode ini melindungi rekasi metabolisme dari penghambatan kondisi asam. 2) Arkhaea Picrophilus Picophilus sp. merupakan organisme obligat aerob yang tumbuh dengan mengoksidasi senyawa organik dan mampu tumbuh pada suhu o C. Dinding sel Picrophilus berisi protein lapisan S.

19 18 Lapisan S ini yang diduga sebagai mekanisme impermeabel asam. Picrophilus sp. merupakan organisme yang paling toleran terhadap asam dan merupakan organisme umum dijumpai di solfatara darat. Nilai PH optimum pertumbuhannya adalah 0,7 dan mampu tumbuh sampai nilai ph 0,06. Nilai ph ini ekuivalen dengan 1,15 M larutan HCl dan mampu melarutkan logam. 3) Arkhaea Ferroplasma Ferroplasma adalah organisme kemolitotrof yang memapu mengoksidasi ion feri (Fe2+) atau pirit sebagai sumber energi dam mengonsumsi CO2 sebagai sumber karbon. Ion ferat (Fe3+) merupakan produk akhir oksidasi ion feri. Selain ion feri, arkhaea ini mampu mengoksidasi Mg2+. Arkhaea ini pertama kali diisolasi dari biorekator di Kazakhstan dan pertambangan di Amerika Serikat. Arkhaea ini dijumpai di pertambangan sulfur. Arkhaea mampu hidup optimal di lingkungan bernilai ph 1,2 dengan kisaran ph pertumbuhan adalah 0,1 2,5. Arkhaea ini merupakan organisme dominan (sampai 85%) di pertambangan asam. Oksidasi logam sulfida, khususnya pirit (FeS2), menghasilkan proton yang dapat mengasamkan air. Larutan asam ini mampu menahan ion logam seperti Fe2+, Cd2+, Cu2+, dan Zn2+. d Arkhaea Termofil Ekstrim Kelompok organisme prokariotik yang hidup di lingkungan yang panas, optimum pada suhu o C. Bahkan Arkhaea ini mampu hidup

20 19 pada suhu sampai 113 o C. Sebagian besar species ini diisolasi dari solfatara dan ceruk hidrotermal. Oleh karena itu, toleransi terhadap suhu tinggi bekan hal yang mengejutkan. Jenis lain yang memetabolisme sulfur adalah organism prokariotik yang hidup ada air bersuhu 105 o C di dekat lubang hidrotermal di laut dalam (kawah gunung api bawah laut). Termofi l ekstrim merupakan kelompok prokariotik yang paling dekat dengan organisme eukariotik. e Arkhaea Thermococcales Thermococcales merupakan organisme organotrof yang mengonsumsi senyawa organik sebagai sumber karbon dan energi. Mereka melakukan respirasi dan fermentasi terhadap senyawa organik untuk menghasilkan energi. Semua jenis Thermococcales diketahui memiliki suhu optimal pertumbuhan bevariasi antara 75 sampai 104 o C. Mereka obligat anaerob dan berkembang baik di solfatara darat maupun laut. Di antara Arkhaea Thermococcales merupakan arkhaea tumbuh cepat dengan waktu generasi mencapai 35 menit untuk Pyrococcus dan 120 menit untuk Thermococcus. Thermococcus dan Pyrococcus adalah arkhaea motil, karena mempunyai flagela dan tumbuh optimal pada suhu 95 o C. Kedua arkhaea ini mengonsumsi peptida dan karbohidrat secara fermentatif dengan bertumpu pada enzim tungsten. P. furiosis menghasilkan tungsten-g3p-feredoksin oksidoreduktase dan tampaknya mempunyai peran sama dengan G3P-dehidrogenase pada jalur Emden- Meyerhoff-Parnas. Arkhaea ini hidup baik tanpa hidrogen sulfida dan

21 20 memiliki enzim tahan panas yang berpotensi dalam aplikasi industri. Seperti kita ketahui reaktor industrial biasanya bekerja dengan suhu tinggi dan terkorosi oleh hidrogen sulfida. f Arkhaea Archaeoglobales Arkhaea ini memerlukan kadar garam tinggi dan suhu tinggi. Oleh karena itu, habitanya terbatas dan hanya dijumpai pada ceruk hidrotermal laut dan solfatara laut. Archaeoglobus merupakan satu-satunya genus anggota Archaeoglobales. Mereka organisme abligat anaerob dan hanya tumbuh dengan mengonsumsi senyawa organik dan anorganik. Sulfat dipakai sebagai akseptor elektron dan mengubahnya menjadi hidrogen sulfida (H 2 S). Donor elektron berasal dari H 2 dan dipakai untuk mereduksi sulfat dan senyawa organik lainnya seperti asam laktat, gula, pati, dan peptida. Arkhaea ini memiliki metabolisme mirip dengan arkhaea metanogen dalam hal koenzim unik metanogen seperti faktor 420, koenzim M,dan lainnya. Selama metabolismenya menghasilkan sedikit metana, tetapi tidak dapat tumbuh pada substrat untuk arkhaea metanogen, seperti H 2 dan CO 2 kecuali tersedia sulfat. Sebuah hipotesis menyatakan bahwa Archaeoglobales merupakan tahapan antara evolusi arkhaea metanogen. 2 Crenarchaeota Anggota arkhaea ini ditemukan di sekitar lingkungan volcano baik di darat maupun di laut. Contohnya adalah Sulfolobus sp. Sulfolobus sp. tumbuh di mata air panas, kaya sulfur dengan nilai ph 1 5, dan suhu sampai 95 o C

22 21 di Yellowstone National Park (Amerika Serikat). Sulfolobus sp. hidup dengan mengoksidasi sulfur untuk memperoleh energi. Karena suka dengan panas dan asam, kelompok ini disebut juga termoasidofi l. Sulfolobus adalah mikroba obligat aerob dan tumbuh secara kemolitotrof dengan mengoksidasi H2S atau S menjadi H2SO4. Oksigen digunakan sebagai akseptor elektron. Arkhaea ini mampu menambat CO2 melalui jalur 3-hidroksipropionat termodifikasi. Menurut Pua (2011) Kelompok Crenarchaeota terdiri atas termoasidofil dan hipertermofil. Arkhaea hipertermofil ini merupakan pemecah rekor toleransi terhadap suhu tinggi Crenarchaeota Hipertermofil, Anggota lainnya adalah Acidianus sp. yang mengunakan elemen sulfur secara aerob dan anaerob. Arkhaea ini mengunakan sulfur sebagai donor elektron maupun ekseptor elektron. Dengan bantuan oksigen, sulfur dioksidasi menjadi asam sulfat dan elektron diberikan ke oksigen. Dalam kondisi nonoksigenik, hidrogen direduksi dan sulfur dioksidasi, sehingga menghasilkan hidrogen sulfida. Baik Sulfolobus dan Acidianus dapat tumbuh pada suhu o C dan nilai PH optimum adalah 2. Kandungan G+C pada kedua arkhaea ini rendah sekitar 31% untuk Acidianus dan 37% untuk Sulfolobus. Fakta menunjukkan bahwa DNA dengan G+C tinggi lebih tahan panas. Oleh karena itu pasti terdapat sistem lain yang bertanggung jawab terhadap ketahanan panas. Ternyata arkhaea ini memiliki protein terasosiasi DNA yang tahan panas. Meskipun kandungan G+C rendah, tetapi organisme ini tahan panas akibat mekanisme proteiksi protein terasosiasi DNA. Pyrolobus fumarii merupakan organisme pemegang rekor suhu pertumbuhan,

23 22 yaitu 113 o C. Arkhaea ini tidak dapat tumbuh di bawah suhu 90 o C dan suhu optimum pertumbuhan adalah 106 o C. Pyrolobus merupakan organisme kemolitotrof pengonsumsi (obligat) H2. Elektron dari H2 dipakai untuk mereduksi NO3-, S2O3-, atau O2, masing-masing menghasilkan NH4+, H2S and H2O. Organisme ini mampu bertahan dari sterilisasi autoklaf, bahkan sampai 1 jam sterilisasi. Arkhaea pereduksi sulfat baik dari anggota Euryarchaeota dan Crenarchaeota merupakan organisme perusak (souring) sumur minyak. Hal ini karena merka mampu mengkonsumsi suldfat menjadi hidrogen sulfida yang larut dalam minyak. Selain itu, peningkatan emisi sulfur ketika pembakaran minyak dapat meningkatkan biaya pemurnian minyak dan serangan sulfida terhadap logam baik casing maupun pipa dapat menimbulkan korosi dan kebocoran. 3 Kornarchaeota Berdasarkan analisis 16S RNA arkhaea ini dipisahkan dari 2 kelompok terdahulu. Anggota Kornarchaeota diduga memisah lebih dulu pada pohon filogenetik dan properti selnya mirip dengan properti sel mikroba terprimitif di bumi. Sedikit sekali informasi yang diberikan dari arkhaea ini, meskipun demikian penelitian tentang properti metabolisme mulai dilakukan (Pua, 2011).

24 23 DAFTAR PUSTAKA Dassarma, Shiladitya Halophiles, Encyclopedia Of Life Sciences. (Online), ( Diakses tanggal 5 Agustus 2015). Madigan, Michael T, Martinko, John M, Parker Jack Brock Biology of Microorganisms Eighth Edition. America: Prentice Hall International, Inc. Hal Nimatuzahroh Mikrobiologi di Lingkungan Ekstrim. (Online), ( 20ekstrim_2.ppt. diiakses tanggal 5 Agustus 2015). Prescott, Lansing M, Harley, John P, Klein, Donald A Microbiology. United states of America: Wm. C. Brown Comunications, inc. Hal

25 24 Pua, Abdullah Gadir Lingkungan Prokariota. (Online), ( diakses tanggal 5 Agustus 2015). Roberts, Dave Eukaryotes in extreme environments. Natural History Museum. (Online), ( diakses tanggal 5 Agustus 2015). Rothschild L. J., Mancinelli R. L., Life in extreme environments. (Online), ( diakses tanggal 5 Agustus 2015). Sutana Ciri Archaebacteria dan Eubacteria. (Online), ( diakses tanggal 5 Agustus 2015). Uci Mela Sari, Anthoni Agustien dan Nurmiati Penapisan dan Karakterisasi Bakteri Selulolitik Termofilik Sumber Air Panas Sungai Medang, Kerinci, Jambi. Jurnal Biologi Universitas Andalas (J. Bio. UA.) : Ukmipabiologi Mikroba di Lingkungan Ekstrim. (Online), ( diakses tanggal 5 Agustus 2015). Yulia, Fitri, Muchtar Mikroba yang Hidup di Lingkungan Ekstrim. (Online diakses tanggal 5 Agustus 2015). DAFTAR PERTANYAAN 1. Mengapa mikroba ekstremophiles yang menyukai hidup di lingkungan ekstrem justru malah tidak bisa hidup di lingkungan yang sebagian besar makhluk hidup tempati sebagai lingkungan hidup? 2. Berdasarkan pertumbuhannya, mikroba Bacillus coagulans dapat hidup pada suhu dibawah 30 C, dan termasuk ke dalam fakultatif termofilik. Sedangkan fakultatif termofilik Tmaksimalnya adalah 50 C- 65 C. Mengapa tidak termasuk ke dalam pertumbuhan obligat termofilik?

26 25 3. Mikroorganisme halofilik diantaranya heterotrofik dan archaea metanogen, fotosintetik, lithotrofik. Jelaskan masing-masingnya!! 4. ketika ph dinaikkan ke netral membran plasma bakteri acidopfilik akan benar-benar hancur dan melisis sel. Bagaimana itu bisa terjadi dan seperti apa proses penghancuran membran tersebut? 5. Pada kajian mikroba di lingkungan banyak oksigen dan sedikit oksigen dibahas bahwa Kehadiran oksigen dapat meningkatkan kerusakan DNA. Mengapa?