ISOLASI DAN REPRODUKSI BAKTERI

ISOLASI DAN REPRODUKSI BAKTERI

A. Isolasi bakteri
Isolasi bakteri adalah suatu proses memisahkan suatu bakteri dari habitatnya/ lingkungannya di alam dan menumbuhkannya sebagai biakan murni dalam medium buatan. Memindahkan bakteri dari medium lama kedalam medium yang baru diperlukan ketelitian dan sterilisasi alat-alat yang digunakan agar tidak terjadi kontaminasi.
Teknik isolasi bakteri :

Teknik-teknik Isolasi atau Penanaman Mikroba Untuk menanam suatu mikroba perlu diperhatikan faktor-faktor nutrisi serta kebutuhan akan oksigen (gas, O2 atau udara). Cara menumbuhkan mikroba yang anaerob sangat berbeda dengan yang aerob. Mengisolasi suatu mikroba ialah memisahkan mikroba tersebut dari lingkungannya di alam dan menumbuhkannya sebagai biakan murni dalam medium buatan. Untuk isolasi harus diketahui cara-cara menanam dan menumbuhkan mikroba pada medium biakan serta syarat-syarat lain untuk pertumbuhannya. Mikroba jarang terdapat di alam dalam keadaan murni. Kebanyakan merupakan campuran bermacam-macam spesies mikroba. Macam-macam cara mengisolasi dan menanam mikrobia adalah :

1). Spread plate method (tebar/sebar),

2). Streak platemethod (gores),

3). Pour plate method (tabur).

Spread Plate Method (Tebar/Sebar)

Teknik spread plate merupakan teknik isolasi mikroba dengan cara menginokulasi kultur mikroba secara pulasan/sebaran di permukaan media agar yang telah memadat. Metode ini dilakukan dengan mengencerkan biakan kultur mikroba. Karena konsentrasi sel-sel mikroba pada umumnya tidak diketahui, maka pengenceran perlu dilakukan beberapa tahap, sehingga sekurang-kurangnya ada satu dari pengenceran itu yang mengandung koloni terpisah (30-300 koloni). Koloni mikrobia yang terpisah memungkinkan koloni tersebut dapat dihitung

2. Pour plate Method (Tabur)

Dasar dari metode ini yaitu menginokulasi medium agar yang sedang mencair pada temperatur 45-50^oC dengan suspensi bahan yang mengandung mikroba, dan menuangkannya ke dalam cawan petri steril. Setelah inkubasi akan terlihat koloni-koloni yang tersebar di permukaan agar yang mungkin berasal dari 1 sel bakteri, sehingga dapat diisolasi lebih lanjut.

3. Streak Plate Method (Gores)

Metode gores umumnya digunakan mengisolasi koloni mikroba pada cawan agar sehingga didapatkan koloni terpisah dan merupakan biakan murni. Dasar metode ini yaitu dengan menggoreskan suspensi bahan yang mengandung mikroba pada permukaan medium agar yang sesuai pada cawan petri. Setelah inkubasi maka pada bekas goresan akan tumbuh koloni-koloni terpisah yang mungkin berasal dari 1 sel mikroba, sehingga dapat diisolasi lebih lanjut. Penggoresan yang sempurna akan menghasilkan koloni yang terpisah. Bakteri yang memiliki flagella seringkali membentuk koloni yang menyebar terutama bila digunakan lempengan yang basah. Untuk mencegah hal itu harus digunakan lempengan agar yang benar-benar kering permukaannya

B. Reproduksi Bakteri

Reproduksi Sel Bakteri

Bakteri merupakan makhluk uniseluler. Bakteri, seperti makhluk hidup lainnya, melakukan reproduksi untuk mempertahankan spesiesnya. Kemampuan organisme bereproduksi merupakan satu karakter yang membedakan makhluk hidup dengan makhluk tak-hidup. Dimana keberlangsungan kehidupan didasarkan pada reproduksi.

Reproduksi Bakteri ialah perkembang-biakan bakteri.Bakteri bereproduksi dengan dua cara, yaitu secara aseksual dan seksual. Reproduksi secara aseksual dilakukan dengan pembelahan sel (biner melintang), sedangkan reproduksi seksual dilakukan dengan cara transformasi, transduksi, dan konjugasi.

Namun, proses pembiakan cara seksual berbeda dengan eukariota lainnya. Sebab, dalam proses pembiakan tersebut tidak ada penyatuan inti sel sebagaimana biasanya pada eukarion, yang terjadi hanya berupa pertukaran materi genetika ( rekombinasi genetik ).

Bakteri dalam melakukan reproduksi secara seksual dengan melakukan pembelahan biner. Pembelahan biner ialah satu sel menjadi dua sel, dari dua sel menjadi empat sel dari empat sel menjadi delapan sel dan seterusnya. Dalam pembelahan ini terjadi secara amitosis ( secara langsung ) yakni tidak tahap-tahap tertentu seperti pada pembelahan mitosis. Umumnya bakteri mampu membelah sekitar 1 hingga 3 jam sekali.

Reproduksi aseksual disebut juga reproduksi vegetatif (tidak kawin). Terjadi dengan 3 cara yaitu : Pembelahan Biner Melintang, Pertumbuhan Tunas, dan Fragmentasi.

Pembelahan Biner Melintang

Proses ini paling umum dijumpai pada kebanyakan bakteri. Pembelahan biner melintang adalah suatu proses reproduksi aseksual, setelah permukaan dinding sel melintang, maka sebuah sel tunggal membelah menjadi dua sel. Masing-masing sel baru disebut sel anak. Pada proses pembelahan selnya, mengakibatkan terbentuknya dua organisme baru.

Pertumbuhan Tunas

Untuk metode pertumbuhan tunas, pada sel bakteri reproduksi dimulai dengan tumbuh dan berkembangnya sebuah tonkolan kecil pada salah satu ujung sel. Tunas ini mereplikasi genom, tumbuh membesar, menjadi sel anakan, dan pada akhirnya memisahkan diri dari sel induknya untuk menjadi bakteri baru.

Pembentukan tunas bermula dari pertumbuhan bagian sel ke arah luar yang terus membesar hingga menyamai sel induk, dan akhirnya memisahkan diri menjadi sel baru.

Fragmentasi

Selama dalam kondisi lingkungan yang tidak menguntungkan, bakteri umumnya akan melakukan reproduksi melalui metode fragmentasi. Protoplasma bakteri mengalami kompartementalisasi membentuk gonidia. Setelah kondisi lingkungan mulai menguntungkan, gonidia ini kemudian menjadi bakteri baru dengan replikasi genom pada setiap fragmennya.

Bakteri berfilamen (seperti Actinomycetes) melakukan reproduksi dengan menghasilkan konidiospora (spora reproduktif) yang tumbuh menjadi individu baru. Actinomycetes memproduksi spora pada bagian ujung filamen sel.

Bakteri melakukan reproduksi secara seksual dengan cara yang direkombinasi gen. rekombinasi gen merupakan peristiwa bercampurnya sebagai materi gen ( DNA ) dari dua sel bakteri yang berbeda maka dapat terbentuk DNA rekombinan. Dalam rekombinasi gen, akan dihasilkan dua sek bakteri dengan materi genetik campuran dari kedua induknya. Rekombinasi gen dapat terjadi dengan melalui konjugasi, transduksi dan transformasi.

Konjugasi

Konjugasi merupakan pemindahan materi gen dari suatu sel bakteri ke sel bakteri yang lain secara langsung melalui jembatan konjugasi. Mula-mula kedua sel bakteri berdekatan kemudian membentuk tonjolan atau struktur jembatan yang menghubungkan kedua sel tersebut.

Transfer kromosom maupun transfer plasmid akan terjadi melalui jembatan konjugasi. Sel mengandung materi gen rekombinan kemudian akan memisah dan terbentuklah dua sel bakteri yang bersifat baru ( sifat rekombinan ). Contoh bakteri yang berkonjugasi ialah Salmonella typhi dan Pseudomonas sp. Transfer kromosom dapat juga terjadi dengan pilus seks, seperti yang terjadi dengan Escherichia coli.

Transduksi

Transduksi merupakan rekombinasi gen antara dua sel bakteri dengan menggunakan virus fag. Virus fag yang telah menginfeksi suatu bakteri dengan daur litik maupun juga lisogenisk yang mengandung partikel DNA bakteri. Jika virus fag tersebut menginfeksi bakteri lainnya, maka terjadilah rekombinasi gen pada bakteri-bakteri yang terinfeksi fag. Virus fag temperat ( virus yang dapat berproduksi secara litik maupun lisogenik ) merupakan virus yang paling cocok untuk proses transduksi.

a. Transduksi umum

Tipe transduksi ini terjadi bila suatu fage tenang memindahkan gen yang manapun dari kromosom bakteri atau plasmid. Dalam transduksi umum, pada saat fage memulai siklus litik enzim-enzim virus menghidrolisis kromosom bakteri menjadi banyak potongan kecil DNA. Transduksi telah dipertunjukan pada spesies bakteri. Proses ini merupakan suatu alat yang ampuh untuk mengembangkan galur-galur bakteri baru, memetakan kromosom bakeri, dan untuk banyak percobaan genetic lainnya.

Fage transduksi dimulai dengan adanya sel inang yang diinjeksi fage. Partikel-partikel fage yang baru terbentuk di dalam sel inang dan kromosom inang hancur. Salah satu partikel fage yang terbentuk membawa fragmen DNA bakteri secara random dan disimpan di dalam kepala fage tersebut. Hal tersebut terjadi karena enzim endonuklease yang berperan dalam pengemasan DNA fage tanpa sengaja mengemas DNA inang.

Ketika sel inang mengalami lisis, partikel transduksi dilepaskan bersama-sama dengan fage normal. Partikel transduksi tidak dapat mereplikasi diri, tetapi dapat mempengaruhi sel lain jika menginjeksi sel inang baru. Kromosom sel inang dapat mengalami rekombinasi dengan DNA yang dibawa partikel transduksi. Rekombinasi terjadi karena adanya allel sifat yang sama baik dari DNA inang maupun DNA yang dibawa oleh fage. Bakteri yang dapat mengalami transduksi umum contohnya Salmonella thypimurium.

b. Transduksi khusus

Transduksi khusus biasanya terjadi pada daerah spesifik pada kromosom inang yang terintegrasi langsung dengan genom fage. Hanya gen bakteri yang dekat dengan titik penempelan saja yang bisa terintegrasi dengan genom fage. Hal ini terjadi pada fage temperate tertentu.

Fage transduksi khusus ini terbentuk karena adanya kesalahan saat rekombinasi eksisi dari profage. Karena DNA profage terikat dengan DNA inang, maka proses replikasi dikendalikan oleh inang. Kebanyakan DNA fage diekspresikan pada saat fage berada dalam fase profage.

Pada induksi profage, genom fage terpisah dari DNA inang. Proses ini disebut eksisi. Eksisi akan membentuk fage, prosesnya mirip dengan pembentukan plasmid. Pada eksisi yang biasa terjadi, yang akan lepas dari DNA inang hanyalah DNA fage itu sendiri. Tetapi pada beberapa fenomena, fage yang terbentuk yang membawa gen-gen inang yang berada di sebelahnya.

Contohnya adalah profage ʎ yang terintegrasi diantara gen gal dan bio pada kromosom E. coli dapat membawa gen gal dan bio bersama DNA fage saat proses eksisi. Setelah fage terpisah dari DNA inang, fage bereplikasi hingga sel induk lisis. Fage yang membawa gen inang merupaka fage defektif yang dapat mengakibatkan rekombinasi pada sel yang dijadikan inang baru.

Transformasi

Transformasi diperkenalkan oleh Frederick Griffith pada tahun 1982, berdasarkan penelitian bahwa suatu bakteri dapat melepaskan fragmen DNA-nya ke dalam suatu medium yang kemudian akan masuk ke dalam sel bakteri yang lain dalam kultur tersebut. yang menemukan bahwa ada dua tipe bakteri dari jenis Streptococcus pneumoniae, yang tidak berbahaya dapat ditransformasi menjadi sel-sel penyebab pneumonia dengan cara mengambil DNA dari medium yang mengandung sel-sel strain patogenik yang mati.

Transformasi ini terjadi ketika sel nonpatogenik hidup mengambil potongan DNA yang kebetulan mengandung alel untuk patogenisitas (gen untuk suatu lapisan sel yang melindungi bakteri dari sistem imun inang) alel asing tersebut kemudian dimasukkan ke dalam kromosom bakteri menggantikan alel aslinya untuk kondisi tanpa pelapis.

Proses ini merupakan rekombinasi genetik – perputaran segmen DNA dengan cara pindah silang (crossing over). Sel yang ditransformasi ini sekarang memiliki satu kromosom yang mengandung DNA, yang berasal dari dua sel yang berbeda. Tipe patogen yang memiliki kapsul polisakarida disebut smooth dan tipe non-patogen tanpa kapsul yang disebut tipe rought.
Griffith kemudian membunuh sel patogen (Smooth, S) dengan memanaskannya dan menyuntikkan suspensi sel S pada tikus, dan tikus tetap hidup. Hal ini menunjukkan bahwa sisa-sisa sel S yang telah mati tidak virulen.

Kemudian, Griffith mencoba mencampurkan sel S yang telah mati pada suspensi sel non-patogen (rough, R) dan menyuntikkan campuran tersebut pada tikus uji. Ternyata tikus tersebut mati.

Ternyata, perubahan pada sel R bukan hanya sifat virulensi. Griffith mengisolasi bakteri R dari bangkai tikus, dan ternyata bakteri R yang awalnya memiliki morfologi koloni yang kasar, menjadi bakteri dengan morfologi koloni halus, salah satu ciri bakteri S.pneumoniae patogen.

Kemudian, dari percobaannya, Griffith menyimpulkan bahwa ada materi sisa dari bakteri S mati yang diambil dan diekspresikan dalam bakteri R hingga bakteri R berubah menjadi virulen (patogen). Fenomena yang ditemukan oleh Griffith inilah yang disebut sebagai Transformasi DNA.

Transformasi adalah ekspresi materi genetik asing yang masuk melalui dinding sel. Pada dasarnya dinding sel berfungsi melindungi sel dari masuknya benda-benda asing termasuk DNA, tapi dalam kondisi tertentu, dinding sel ini bisa memiliki semacam celah atau lubang yang bisa dimasuki DNA. Sebetulnya ada lebih dari 1% spesies bakteri mampu melakukan transformasi secara alami, dimana mereka memproduksi protein-protein tertentu yang dapat membawa DNA menyeberangi dinding sel.

Sedangkan di laboratorium, bakteri diubah menjadi kompeten (istilah untuk bakteri yang siap bertransformasi), misalnya dengan mendinginkannya pada larutan yang mengandung kation divalen seperti Ca2+ untuk membuat dinding sel menjadi permeable dan dapat dilalui oleh DNA plasmid. Dengan melakukan teknik ‘heat-shock‘ — mendinginkan, memanaskan dan mendinginkan kembali– bakteri, maka DNA dapat masuk ke dalam sel. Teknik ini ditemukan oleh trio peneliti Stanley Cohen, Annie Chang, Leslie Hsu pada tahun 1972.

Transformasi alami biasanya melibatkan DNA rantai lurus (linear) sedangkan transformasi artifisial melibatkan DNA rantai melingkar (plasmid) (Muladno, 2002). Sel-sel yang telah mengalami transformasi disebut sebagai transforman. Beberapa contoh bakteri yang melakukan proses ini misalnya dan Nesisseria. Diduga transformasi ini merupakan cara bakteri menularkan sifatnya ke bakteri lain. Misalnya bakteri patogen yang semula tidak kebal antibiotik dapat berubah menjadi kebal antibiotik karena transformasi.

Proses transformasi berlangsung dalam beberapa tahap yaitu tahap pertama dimana molekul DNA rantai ganda berikatan pada reseptor yang terdapat dipermukaan sel. Perikatan ini bersifat reversible. Selanjutnya tahap kedua adalah pengambilan DNA donor yang bersifat irreversible.

Pada saat ini DNA donor menjadi resisten terhadap enzim DNAase di dalam medium. Kemudian tahap ketiga yakni konversi molekul DNA donor yang berupa rantai ganda menjadi molekul rantai tunggal melalui degradasi nukleotida terhadap salah satu rantai. Lanjut ke tahap keempat, integrasi (insersi kovalen) seluruh atau sebagian unting tunggal DNA donor tersebut kedalam kromosom resipien. Terakhir tahap kelima yaitu segregasi dan ekspresi fenotipik gen donor yang telah terintegrasi (Tsen, 2002).

Waktu Generasi

Waktu generasi adalah banyaknya waktu yang dibutuhkan bagi sel untuk membelah diri untuk populasi menjadi dua kali lipat. Semua spesies tidak mempunyai waktu generasi yang sama. Escherichia coli mempunyai waktu generasi 15-20 menit.

Waktu generasi tergantung pada: cukup tidaknya nutrisi, pH, intensitas cahaya, oksigen, air, genetiknya, dan faktor pertumbuhan sel lainnya. Oleh karena itu jika nutrisi, dan faktor pertumbuhan lain berada dalam kondisi yang optimum bagi suatu sel bakteri untuk membelah selnya, maka dalam waktu tertentu akan dipeoleh populasi bakteri yang cukup banyak.

Pertumbuhan Sel Bakteri

Pertumbuhan merupakan proses bertambahnya ukuran atau subtansi atau masa zat suatu organisme, misalnya kita makhluk makro ini dikatakan tumbuh ketika bertambah tinggi, bertambah besar atau bertambah berat. Pada organisme bersel satu pertumbuhan lebih diartikan sebagai pertumbuhan koloni, yaitu pertambahan jumlah koloni, ukuran koloni yang semakin besar atau subtansi atau massa mikroba dalam koloni tersebut semakin banyak, pertumbuhan pada mikroba diartikan sebagai pertambahan jumlah sel mikroba itu sendiri.

Istilah pertumbuhan bakteri lebih mengacu kepada pertambahan jumlah sel bukan mengacu kepada perkembangan individu organisme sel. Bakteri memiliki kemampuan untuk menggandakan diri secara eksponensial dikarenakan sistem reproduksinya adalah pembelahan biner melintang, dimana tiap sel membelah diri menjadi dua sel.

Bila kuman ditanam dalam pembenihan yang sesuai dan pada waktu – waktu tertentu ditinjau jumlah kuman yang hidup, maka dapat dilihat suatu grafik yang dapat dibagi dalam 4 fase :
- Fase penyesuaian (lag phase)
Waktu penyesuaian umumnya berlangsung selama 2 jam. Bakteri belum berkembangbiak dalam fase ini, tetapi aktivitas metabolisme sangat tinggi, fase ini merupakan persiapan untuk fase berikutnya.
- Fase pembelahan (logarhytmik phase / exponential phase)
Berkembangbiak dengan berlipat 2, jumlah kuman meningkat secara eksponensial, untuk kebanyakan bakteri, fase ini berlangsung 18 – 24 jam. Pada pertengahan fase ini pertumbuhan sangat ideal, pembelahan terjadi secara teratur, semua bahan dalam sel berada seimbang (balanced growth).
- Fase stasioner (stationary phase)
Meningkatnya jumlah bakteri, meningkatnya jumlah hasil metabolisme yang toksis. Bakteri mulai ada yang mati, pembelahan terhambat, suatu saat terjadi jumlah bakteri yang hidup tetap sama.
- Fase penurunan (period of decline)
Jumlah bakteri yang hidup berkurang dan menurun, keadaan lingkungan menjadi jelek. Pada beberapa jenis bakteri timbul bentuk – bentuk abnormal (bentuk involusi).
DAFTAR PUSTAKA

Campbell et all. 2002. Biologi Jilid 1. Jakarta : Erlangga

Mangunwardoyo Wibowo. 2002. Transformasi Fragmen DNA Kromosom Xanthomonas campestris ke dalam Escherchia coli. Jurusan Biologi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia. Vol 6 : hal 22. Makara Sains. Jakarta, Indonesia.

Muladno. 2002. Seputar Teknologi Rekayasa Genetika.Pustaka Wirausaha Muda dan USESE Foundation, Bogor. 123 halaman.

Russel PJ. 1992. Genetics Third Edition. New York(NY): Harper Collins Publisher.

Suharsono et all. 2010. . Vol 1 : 67-74. J Agron. Bogor, Indonesia.

Tsen et al. 2002. Natural plasmid transformation in 9:246-252

Tanah Boleng Didimus. 2015. Bakteriologi. Malang : UMM http://farmasi.unida.gontor.ac.id/2019/03/24/teknik-teknik-isolasi-atau-penanaman-mikroba/

Cari Blog Ini

ISOLASI DAN REPRODUKSI BAKTERI