AKTIVITAS SENYAWA ANTIMIKROBA Bacillus sp. TERHADAP BIOFILM BAKTERI PATOGEN OPORTUNIS ASAL TAMBAK UDANG INTENSIF SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat gelar Sarjana Sains YANTI LAMTARULI SIMANULLANG 080805024 DEPARTEMEN BIOLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
i PERSETUJUAN Judul : Aktivitas Senyawa Antimikroba Bacillus sp. Terhadap Biofilm Bakteri Patogen Oportunis Asal Tambak Udang Intensif Kategori : Skripsi Nama : Yanti Lamtaruli Simanullang NIM : 080805024 Program Sudi : Sarjana (S1) Biologi Departemen : Biologi Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Disetujui di Medan, Agustus 2014 Komisi Pembimbing : Pembimbing 2, Pembimbing 1, Prof. Dr. Erman Munir, M.Sc Dr. It Jamilah, M.Sc NIP. 19651101 199103 1 002 NIP. 19631012 199103 2 003 Disetujui oleh Departemen Biologi FMIPA USU Ketua, Dr. Nursahara Pasaribu, M.Sc NIP. 19630123 199003 2 001 i
ii PERNYATAAN AKTIVITAS SENYAWA ANTIMIKROBA Bacillus sp. TERHADAP BIOFILM BAKTERI PATOGEN OPORTUNIS ASAL TAMBAK UDANG INTENSIF SKRIPSI Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya. Medan, Agustus 2014 YANTI LAMTARULI SIMANULLANG 080805024 ii
iii PENGHARGAAN Puji dan syukur penulis haturkan kepada Tuhan yang Maha Esa atas berkat dan kasihnya sehingga penulis dapat menyelesaikan hasil penelitian yang berjudul Aktivitas Antimikroba Bacillus sp. Terhadap Biofilm Bakteri Patogen Oportunis Asal Tambak Udang Intensif sebagai syarat untuk melengkapi dan memenuhi syarat mendapatkan gelar Sarjana Sains di Departemen Biologi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Terimakasih penulis sampaikan kepada Ibu Dr. It Jamilah. M. Sc selaku dosen Pembimbing I, terima kasih tak terhingga Bu atas kesabarannya selama ini dan juga Bapak Prof. Dr. Erman Munir, M.Sc selaku dosen Pembimbing II yang telah banyak memberikan bimbingan, masukan, dan ilmu dalam penyelesaian skripsi ini,. Ucapan terima kasih juga penulis ucapkan kepada Ibu Dra. Nunuk Priyani, M.Sc selaku penguji dan Kepala Laboratorium mikrobiologi dan Bapak Mizwar Budi Mulya, M.Si selaku Dosen Penguji yang telah banyak memberikan masukan serta saran untuk kesempurnaan penyelesaian skripsi ini. Penulis juga mengucapkan terimakasih kepada Dikti, Departemen Pendidikan Nasional, yang telah mendanai penelitian ini a.n Dr. It Jamilah dibawah Penelitian Hibah Bersaing tahun 2012. Ucapan syukur yang tak terhingga penulis haturkan kepada Tuhan Yesus atas anugrah dan sukacita yang luar biasa di dalam hidup penulis, Engkau sungguh baik Bapa. Terima kasih kepada Orang tua terkasih Bapak Manullang dan Ibu Pasaribu atas dukungan dalam doa, dana, dan dorongan semangat serta kesabarannya selama ini (aku mencintai kalian). Terima kasih juga untuk adikadik tercinta Yerni Apriani, Yustri Magdalena, dan Yobert Samuel atas dukungan dan kasih sayangnya. Terima kasih juga untuk Tante-Tante tersayang, Tante Hendri dan Tante Angel atas dukungan semangat dan dana, semoga Tuhan membalas kebaikan kalian semua. Terima kasih penulis ucapkan kepada kakak sekaligus sahabat Jessica Sarah, SE atas dukungan dalam banyak hal, teman-teman yang luar biasa yaitu Nina, Dessy, Rani, Destri, Indri, serta Sari atas dukungan selama penelitian dan penyelesaian skripsi ini, tanpa bantuan kalian tentunya penyelesaian skripsi ini tidak akan berwarna. Untuk teman-teman Biologi 2008 yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu, terima kasih juga atas kerjasamanya selama perkuliahan hingga akhirnya kita masing-masing menyelesaikan masa studi. Terima kasih juga kepada junior Biologi 2009, Adrian Tan, Agustina S,Si, Febrin, S.Si dan Norton Pane untuk tenaga dan bantuannnya selama penelitian di Laboratorium Mikrobiologi, sukses selalu untuk kalian. Terima kasih penulis ucapkan kepada teman-teman IMPERATIF 2008, Ira, Zai, Era, Stef dan Leli, murid-murid penulis, Lia, Vero, dan Rika, Bang Daniel Limbong S.Sn, Josua Silaban serta kakak, abang, dan adik-adik IMPERATIF atas dukungan semangat, semoga kita kelak bisa menjadi pemimpin bagi bangsa Indonesia dan menjadi berkat dimanapun kita berada. Amin iii
iv AKTIVITAS SENYAWA ANTIMIKROBA Bacillus sp. TERHADAP BIOFILM BAKTERI PATOGEN OPORTUNIS ASAL TAMBAK UDANG INTENSIF ABSTRAK Bakteri Salmonella sp., Staphylococcus aureus, dan Escherechia coli merupakan patogen oportunistik pada tambak udang dan mampu membentuk biofilm pada permukaan padat. Tujuan penelitian ini ialah untuk mengetahui kemampuan senyawa antimikroba yang dihasilkan Bacillus sp. dalam menghambat pertumbuhan biofilm bakteri patogen oportunistik. Bakteri patogen oportunis diisolasi dari air, sedimen, dan dari permukaan padat menggunakan cotton bud dari tambak udang intensif di beberapa lokasi di provinsi Sumatera Utara. Bakteri patogen oportunis diuji antagonis dengan isolat Bacillus sp. B1, B4, B9, B11, dan B12, untuk melihat kemampuan penghambatan Bacillus sp. Isolat Bacillus sp. B9 mampu menghambat 3 jenis bakteri patogen sedangkan isolat Bacillus sp. B12 mampu melakukan penghambatan terhadap 2 jenis bakteri patogen kecuali Escherechia coli. Pembentukan biofilm bakteri patogen oportunis menggunakan stainless steel sebagai bahan pelekatan, diinkubasi selama 1, 3, dan 6 hari, kemudian direndam dalam 10 ml senyawa antimikroba ekstrak kasar Bacillus sp. dan dihitung jumlah bakteri yang dapat hidup. Sel biofilm untuk Salmonella sp. Dan Staphylococcus aureus bertambah seiring waktu inkubasi, kecuali untuk Escherechia coli yang menurun pada inkubasi hari ke-6. Senyawa antimikroba ekstrak kasar isolat Bacillus sp. B9 dan B12 mampu mengendalikan biofilm bakteri patogen oportunis inkubasi hari ke-6 dengan jumlah penurunan hingga 10 2-10 3 CFU/ml dalam waktu 24 jam. Kata kunci: Bacillus sp., Bakteri patogen oportunistik, Biofilm, Supernatan. iv
v ANTIMICROBIAL COMPOUND ACTIVITY OF Bacillus sp. AGAINTS BIOFILM OF OPPORTUNISTIC PATHOGEN BACTERIAL ORIGIN INTENSIVE SHRIMP POND ABSTRACT Salmonella sp., Staphylococcus aureus, and Escherechia coli are opportunistic pathogenic bacteria found in shrimp ponds and able to form biofilm on solid surfaces. The purpose of this study was to determine the ability of antimicrobial compounds produced by Bacillus sp. in inhibiting the growth of opportunistic pathogenic bacterial biofilms. Opportunistic pathogens bacteria were isolated from water, sediment and from solid surface using cotton swab of intensive shrimp ponds in several location in North Sumatera Province. Opportunistic pathogenic bacteria were antagonist tested against isolates of Bacillus sp. B1, B4, B9, B11, and B12, to see the ability of inhibition of Bacillus sp. Isolate of Bacillus sp. B9 were able to inhibit 3 types of pathogen bacteria, while B12 only able to inhibit two types of pathogenic bacteria, except Escherechia coli. Opportunistic pathogenic bacterial biofilm was form using stainless steel as an attachment surfaces, incubated for 1, 3, and 6 days, then immersed in 10 ml of antimicrobial crude extract and the number of bacteria viability were counted. Biofilm cells increased with time of incubation, except for Escherechia coli that decreased on the 6 th day of incubation. The crude extract of antimicrobial compounds of Bacillus sp. B9 and B12 isolates were able to reduce the opportunistic pathogen bacteria biofilm up to 10 2-10 3 CFU/ml within 24 hours. Key words: Bacillus sp., Biofilm, Opportunistic pathogen bacteria, Supernatant. v
vi DAFTAR ISI Halaman PERSETUJUAN PERNYATAAN PENGHARGAAN ABSTRAK ABSTRACT DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN i ii iii iv v vi viii ix x BAB 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang 1 1.2. Perumusan Masalah 4 1.3. Tujuan Penelitian 4 1.4. Hipotesis 4 1.5. Manfaat Penelitian 5 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Tambak 6 2.1.1. Sistem Ekstensif 7 2.1.2. Sistem Semi-Ekstensif 7 2.1.3. SistemIntensif 7 2.1.4. Sistem Super Intensif 8 2.2. Perkembangan Ekspor Udang Indonesia 8 2.3. Penyebab Penurunan Ekspor Udang Indonesia 10 2.3.1. Penurunan Kualitas Air 10 2.3.1.1. Padat Penebaran 10 2.3.1.2. Pakan yang Berlebihan 11 2.3.1.3. Akumulasi Bahan Organik 12 2.3.2. Penyakit 12 2.3.2.1. Virus 13 2.3.2.2. Bakteri 13 2.3.3. Penggunaan Antibiotik 14 2.3.4. Patogen Oportunis 15 2.4. Penggunaan Probiotik 16 2.5. Bacillus sp. Sebagai Agen Biokontrol (mikroba probiotik) 17 2.6. Biofilm 18 2.6.1. Beberapa Bakteri yang Mampu Membentuk Biofilm 20 2.6.1.1. Bacillus 20 2.6.1.2. Pseudomonas 21 2.6.1.3. Vibrio 21 vi
vii 2.6.1.4. Aeromonas 21 2.7. Beberapa Pengaruh Bakteri PatogenTerhadap Kesehatan 22 Manusia 2.7.1. Escherechia coli 22 2.7.2. Salmonella typhi, salmonella paratyphi A, 22 Salmonella paratyphi B, Salmonella paratyphi C BAB 3. METODE PENELITIAN 3.1. Waktu dan Tempat 24 3.2. Alat dan Bahan 24 3.3. Prosedur Penelitian 24 3.3.1. Pengambilan Sampel Bakteri Patogen Oportunistik 24 3.3.2. Penghitungan Sel Bakteri 25 3.3.3. Pembentukan dan Penghitungan Sel Bakteri 25 3.3.4. Kurva Pertumbuhan Bacillus sp. 26 3.3.5. Uji Tantang Sel Bacillus sp. Terhadap Bakteri Uji 26 3.3.6. Uji Penghambatan Senyawa Antimikroba Ekstrak 26 Kasar Bacillus sp. Terhadap Bakteri Uji 3.3.7. Pengontrolan Sel Biofilm Patogen Oportunistik ` 27 dengan Senyawa Antimikroba Bacillus sp. BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Isolasi dan Karakterisasi Bakteri 28 4.1.1. Populasi Bakteri Pada Beberapa Tambak Udang 28 Intensif 4.1.2. Isolasi Bakteri Patogen Oportunistik 29 4.2. Uji Potensi Bacillus sp. Terhadap Bakteri Patogen 31 Oportunistik 4.3. Kurva Pertumbuhan Bacillus sp. 34 4.4. Jumlah Sel Biofilm Bakteri Patogen Oportunistik 36 4.5. Uji Penghambatan Senyawa Antimikroba Ekstrak Kasar 37 Terhadap Bakteri Patogen Oportunistik dengan Metode Cawan Sebar 4.6. Pengontrolan Sel Biofilm Bakteri Patogen Oportunistik 39 dengan Senyawa Antimikroba BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan 41 5.2. Saran 42 DAFTAR PUSTAKA 43 LAMPIRAN 50 vii
viii DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman Tabel 2.1. Perkembangan Volume Ekspor Udang Tahun 2000-2006 10 4.1. Populasi Bakteri Pada Setiap Tambak 28 4.2.Jumlah Bakteri Patogen Oportunistik Pada Setiap Tambak 30 Udang 4.3.Aktifitas Penghambatan Isolat Bacillus sp. B1, B4, B9, 32 B11, dan B12 Terhadap Bakteri Uji dengan Metode Cawan Sebar 4.4.Jumlah Bakteri Pada Stainless Steel Dalam Media 36 Sea Water Complete (SWC) Cair 4.5.Uji Penghambatan Senyawa Antimikroba Terhadap Bakteri 38 Patogen Oportunistik dengan Metode Cawan Sebar 4.6.Uji Penghambatan Biofilm dengan Senyawa Antimikroba 39 Ekstrak Kasar Bacillus sp. viii
ix DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman Gambar 4.1. Deteksi Senyawa Antimikroba Bacillus sp. B9 dan B12 33 Terhadap Bakteri Patogen Oportunistik 4.2. Pertumbuhan Bacillus sp. B9 dan B12 Pada Media 34 SWC Cair ix
x DAFTAR LAMPIRAN Nomor Judul Halaman Lamp 1. Diagram Alir Penelitian 50 2. Komposisi Media Cair Sea Water Complete (SWC) dan 51 Larutan NaCl 0,9% 3. Alur Kerja Pengambilan dan Penghitungan Sampel Bakteri 52 Patogen Oportunistik 4. Pembentukan dan Penghitungan Sel Biofilm 54 5. Kurva Pertumbuhan Bacillus sp. 55 6. Uji Tantang Sel Bacillus sp. Terhadap Bakteri Uji 56 7. Uji Penghambatan Senyawa Antimikroba Ekstrak Kasar 57 Bacillus sp. Terhadap Bakteri Uji 8. Pengontrolan Sel Biofilm Patogen Oportunistik dengan 58 Senyawa Antimikroba Bacillus sp. 9. Foto Tambak Udang Intensif 59 10. Foto Alat 60 11. Gambar Hasil Penelitian 61 x