BIO210 Mikrobiologi Dr. Dwi Suryanto Prof. Dr. Erman Munir Nunuk Priyani, M.Sc.
Kuliah 13. MIKROBIOLOGI LINGKUNGAN DAN AIR
Keragaman Metabolik Mikrobe merupakan organisme yang hdiup di banyak tempat. Dari daerah beku antartika sampai sumber air panas mendidih Dari dalam batuan ribuan meter di bawah bumi sampai lapisan tipis atmosfer bumi Dari air tawar bening pegunungan sampai air yang hampir jenuh garam
Simbiosis Parasitisme, contoh Bdellovibrio memakan bakteri lain. Mutualisme, contoh pada ruminansia, mikoriza. Simbiosis mikoriza dengan akar tumbuhan.
Siklus Biogeokimia Dalam siklus biogeokimia, unsur dioksidasi dan direduksi oleh mikroorganisme. Siklus Karbon (C) Semua organism mengandung banyak unsur C dalam bentuk senyawa organik. Fotoautotrof seperti sianobakter, tumbuhan, alga, dan bakteri sulfur hijau dan ungu memfiksasi (fotosintesis) CO 2 menggunakan energi matahari. Kemoautotrof seperti Thiobacillus dan Beggiatoa juga memfiksasi CO 2 menggunakan senyawa seperti H2S sebagai sumber energi. Senyawa organik ini kemudian digukan oleh kelompok kemoheterotrof untuk memperoleh sumber C dan energi. Suatu saat unsur C dapat terdeposit dalam waktu cukup lama dalam batuan karbonat dan fosil (bahan bakar fosil).
Siklus karbon (C).
Siklus Nitrogen (N) N dibutuhkan untuk sintesis protein, asam nukleat, dan senyawa mengandung N lainnya. Untuk dapat digunakan tumbuhan, N2 bebas di udara harus difiksasi. Deaminasi: lepasnya amino dari asam amino menjadi ammonia (NH3). Pelepasan ini disebut amonifikasi.
Amonia berujud gas, mudah hilang, tapi di lingkungan basah dapat larut dalam air. Nitrifikasi: proses oksidasi NH 4+ menjadi nitrat (NO 3- ) Nitrosomonas dan Nitrobacter mendapat energi dari proses ini.
Senyawa hasil oksidasi di atas dapat digunakan sebagai akseptor elektron terakhir. Denitrifikasi: proses ini menyebabkan nitrat (NO 3- ) dapat menjadi gas N 2. Deposit N dalam siklus N terdapat di atmosfer.
Siklus nitrogen (N).
Fiksasi Nitrogen (N) Pengikatan gas nitrogen dari udara menjadi amonia. Mikroba fiksasi: hidup bebas dan bersimbiosis. Bakteri Hidup Bebas Banyak terdapat di rizosfer. Azotobacter, bakteri fiksasi N mengkondisi anaerob untuk melindungi nitrogenase dengan mengkonsumsi oksigen dalam jumlah besar. Beijerinckia, bakteri obligat aerob yang juga memfiksasi N. Clostridium, bakteri anaerob yang memfiksasi N. Sianobakter biasanya menempatkan nitrogenase dalam badan khusus anaeob, heterokist.
Bakteri Bersimbiosis Rhizobium dan Bradyrhizobium biasa terdapat sebagai bintil akar dalam tanaman leguminosae. Non-leguminosae seperti pohon alder terdapat Frankia. Lumut kerak (lichenes) merupakan organisme fiksasi N, simbisosis antara fungi dan alga atau sianobakter. Sianobakter juga bersimbiosis dengan kiambang (Azolla). Simbiosis Azolla-sianobakter.
Pembentukan bintil akar.
Siklus Sulfur (S) Sulfida sweperti H2S merupakan bentuk sulfur sangat tereduksi, biasa terbentuk dalam suasana anaerob. Bentuk sulfur tereduksi digunakan sebagai sumber energi oleh mikroba. Mikroba merubah H 2 S menjadi elemen S, kemudian dioksidasi lanjut menjadi sulfat. Beggiatoa mendapat energi dari mengubah H 2 S menjasi elemen S. Thiobacillus juga dapat menggunakan H 2 S sebagai sumber energi dengan mengubahnya menjadi sulfat dan asam sulfur. Pembakaran bahan bakar fosil dapat menghasilkan SO 2 yang bereaksi dengan air membentuk asam sulfit (H 2 SO 3 ), hujan asam.
Siklus sulfur (S).
Siklus Fosfor (P) Fosfor biasanya tersedia dalam bentuk fosfat. Siklus fosfor melibatkan perubahan dari bentuk larut dan tak larut dari P-anorganik menjadi P-organik, sering berhubungan dengan ph. Fosfat di batuan dapat larut oleh asam yang dihasilkan oleh bakteri Thiobacillus. Tidak seperti siklus unsur lain, P tidak pernah dalam bentuk volatil. Fosfor cenderung terakumulasi di lautan. Fosfor di laut dapat diangkat melalui penambangan, biasanya calam bentuk kalsium fosfat. Burung dapat mengangkat fosfat dari ikan yang mengandung fosfat, kemudian mengeluarkannya sebagai kotoran, guano.
Biofilm Kekurangan makanan karena populasi yang besar dapat diatasi dengan membentuk biofilm. Biofilm membentuk pilar dengan kanal di antara pilar yang dapat dilalui air yang membawa nutrisi. Biofilm merupakan unsur esensial dalam sistem pengolahan limbah. Biofilm merupakan faktor penting dalam kesehatan; mikroba yang membentuk biofilm dapat lebih resisten terhadap mikrobisida.
Struktur biofilm
Organisme Akuatik Mikrobiota air tawar Populasi mikroba di badan air tawar cenderung dipengaruhi oleh ketersediaan oksigen dan cahaya. Zona limnetik dengan oksigen yang cukup dihuni oleh pseudomonad, Cytophaga, Caulobacter, dan Hyphomicrobium. Alga dan bakteri fotosintetik biasa berada di permukaan. Zona profundal dihuni oleh bakteri ungu dan hijau sulfur. Sedimen zona bentik terisi oleh Desulfovibrio yang memanfaatkan sulfat sebagai akseptor elektron dan menghasilkan H 2 S.
Zona danau dan kolam dan mikroorganisme yang ada di zona masing-masing
Mikrobiota air laut Sebagai fitoplankton di laut. Mikroba bioluminesens (mengeluarkan cahaya) hidup di laut dalam, dan beberapa bersimbiosis dengan ikan laut dalam. Ikan ini menggunakan cahaya yang dihasilkan bakteri untuk menarik dan menangkap mangsa. Bakteri ini memiliki luciferase yang mengambil elektron dari flavoprotein dari rantai transport elektron dan mengemisi beberapa elektron dalam bentuk cahaya.
Peranan Mikroba Dalam Kualitas Air Pencemaran Air Air dapat tercemar oleh mikroba patogen. Transmisi Penyakit infeksi Air dapat mentransmisi mikroba patogen seperti penyakit melalui rute transmisi feses-oral. Pencemaran Kimia Cemaran industri seperti air raksa dapat dikonversi oleh bakteri sedimen menjadi bentuk terlarut metil-hg, kemudian diambil oleh ikan dan invertebrata dalam air. Fosfat di perairan dapat menyebabkan eutrofikasi karena melimpahnya nutrisi di perairan.
Uji Kemurnian Air Uji kemurnian air ditujukan untuk mendeteksi keberadaan organisme indikator tertentu. Organisme indikator yang sering digunakan adalah coliform. Karena coliform dapat saja dijumpai pada contoh tumbuhan dan tanah, untuk hal tertentu indikator menggunakan colifrom fecal.
Metode mendeteksi kehadiran coliform menggunakan MPN (most probable number). Deteksi coliform, khususnya E. coli terkini menggunakan media yang mengandung 2 subtrat yaitu o-nitrofenil- -Dgalaktopiranosida (ONPG) dan 4-metilumbeliferil- -Dglukuronida (MUG). Coliform menghasilkan enzim -galaktosidase yang bereaksi dengan ONPG menghasilkan warna kuning. E. coli menghasilkan -glukuronidase yang bereaksi dengan MUG menghasilkan warna fluoresen biru menyala jika disinari dengan uv panjang.
Uji ONPG dan MUG. Warna kuning menunjukkan kehadiran coliform dalam contoh, warna fluoresen biru menunjukkan kehadiran E. coli.
Masalah yang lebih serius yaitu organisme patogen seperti virus, kista dan ookista protozoa yang lebih resisten dibandingkan E. coli terhadap bahan kimia disinfektan. Kista Giardia lamblia dan ookista Cryptosporidium sangat resisten terhadap klorinasi.
Pengolahan Air Air keruh biasanya dibiarkan beberapa saat dalam reservoir. Air kemudian disuspensi dengan flokulan (misal alumunium potassium sulfate). Setelah flokulasi air dilewatkan melalui penyaringan. Setelah penyaringan biasanya diklorinasi.
Langkah dalam pemurnian air.