MICROBIAL GROWTH ENVIRONMENTAL FACTOR POPULATION GROWTH BACTERIAL CELL

MICROBIAL GROWTH

ENVIRONMENTAL FACTOR POPULATION GROWTH BACTERIAL CELL DIVISION

ENVIRONMENTAL FACTOR

TEMPERATURE ACIDITY & ALKALINITY OSMOTIC EFFECT OXYGEN NUTRITION (Chemical Requirements)

TEMPERATURE The Maximum growth temperature of an organisms reflects the temperature above which denaturation of one or more essential cell components, components such as a key enzyme The factors controling an organism’s minimum growth temperature are not as clear the cytoplasmic membrane must be in a semifluid state for the transport The growth temperature optimum reflects a state in which all or most cellular components are functioning at their maximum rate and is typically closer to the maximum than to the minimum

Widespread in nature • Warm-blooded animals • In terrestrial • Aquatic environment

ACIDITY & ALKALINITY • Every microorganism has a p. H range within which growth is possible and typically show a wll-defined growth p. H optimum • Organisms that grow optimally at a p. H value in the range termed circumneutral (p. H 5. 5 to 7. 9) neutrophiles • Organism that grow best below p. H 5. 5 acidophiles (ex: Acidithiobacillus, p. H <3) • Organisms showing growth p. H optima of 8 or higher alkaliphiles (ex: Bacillus sp)

ACIDITY & ALKALINITY • Mempengaruhi aktivitas enzim • p. H rendah membran sel jenuh ion hidrogen transport membran terbatasi • Keracunan yang terjadi pada p. H rendah karena substansi asam yang tidak terurai meresap ke dalam sel terjadi ionisasi dan p. H sel berubah. Perubahan ini menyebabkan proses pengiriman asam-asam amino dari RNA terhambat sehingga menghambat pertumbuhan dan bahkan dapat membunuh mikroba. • bakteri tidak tumbuh dalam kondisi terlalu basa, kecuali Vibrio cholerae

OSMOTIC EFFECT • Water availability is an important factor affecting the growth of microorganisms • Water diffuses from regions of high water concentration to regions of lower water concentration in the process of osmosis • The cytoplasm of a cell typically has a higher solute concentration than the environment, so water tends to diffuse into the cell • In nature, osmotics effects are of interest mainly in habitats with high concentration of salt.

OSMOTIC EFFECT • Tekanan osmosis berpengaruh terhadap pertumbuhan bakteri • Hipertonis plasmolisis - mengkerut • Hipotonis lisis akibat pembengkakan sel • Isotonis tekanan osmosis yang tepat untuk pertumbuhan bakteri adalah

OSMOTIC EFFECT • Halophiles require at least some Na. Cl for growth, but the optimum varies with the organisms and it’s habitat • Extreme halophiles organisms capable of growth in very salty environments • Osmophiles Organisms able to live in environments high sugar as a solute • Xerophiles organisms able to grow in very dry environments

In fact, a common isolation procedure for them is use media containing 7, 5 -10% Na. Cl

OXYGEN • Because animals require oxygen, it is easy to assume that all organisms require oxygen this is not true • Many microorganisms can, and some must, live in thetotal absence of oxygen • Anoxic microbial habitat are common in nature and include muds (lumpur) and other sediment, bogs (tanah berlumpur), marshes (rawa), intestinal tracts of animal, sewage sludge

Clostridium sp

NUTRITION • Different organisms need different complements of nutrients, and not all nutrients are required in the same amounts • Macronutrients required in large amounts • Micronutrients required in just trace amounts • All microbial nutrients are compounds constructed from chemical elements hydrogen (H), Oxygen (O), Carbon (C), nitrogen(N), phosphorus (P), sulfur (S), and selenium (Se)

Growth factor: Senyawa organik yang diperlukan karena tidak dapat disintesis oleh sel Contoh: • Asam amino • Purin dan Pirimidin • Vitamin: kofaktor bagi enzim

NUTRITION ; Tipe Nutrisi Mikrobia Berdasarkan sumber karbon: karbon ü Heterotrof: organik, e. g. glukosa ü Autotrof: anorganik, e. g. CO 2 Berdasarkan sumber Energi: Energi ü Fototrof: cahaya, e. g. cahaya matahari ü Khemotrof: reaksi kimiawi, e. g. biooksidasi-reduksi (org & anorg) Berdasarkan sumber donor elektron: elektron ü Litotrof: anorganik e. g. H 2 O, H 2 S ü Organotrof: organik, e. g. glukosa

POPULATION GROWTH

The Concept of Exponential Growth • During cell division one cell becomes two, during the time that it takes for this to occur (the generation time), time both total cell number and mass double

The Mathematic of Exponential Growth Nt = No n x 2 Keterangan: • Nt : jumlah sel setelah tumbuh selama waktu t • t : waktu pertumbuhan selama fase eksponensial • N 0: jumlah sel mula-mula selama fase eksponensial • 2 : bilangan tetap (pembelahan biner) • n : jumlah generasi (pembelahan)

Parameter kinetika pertumbuhan populasi mikrobia 1. Jumlah generasi (n) 2. Konstanta kecepatan pertumbuhan rerata (k) 3. Waktu generasi (g) 4. Konstanta kecepatan pertumbuhan spesifik (μ)

The Mathematic of Exponential Growth Jumlah generasi (n): a. n = (log Nt –log No)/(0, 301) b. n = (ln Nt –ln N 0)/(0, 693) c. n = (2 log Nt - 2 log N 0)

The Mathematic of Exponential Growth Konstanta kecepatan pertumbuhan rerata (k) • k = jumlah generasi (n) per waktu pertumbuhan (t) • k = n/t = (log Nt –log No)/(0, 301 t) (jam-1) • n = k x t Nt = No x 2 kxt

The Mathematic of Exponential Growth Waktu Generasi (g) g: waktu yang diperlukan untuk melipatduakan populasi selama fase eksponensial g = 1/k =(0, 301 t)/(log Nt –log No) jam

The Microbial Growth Cycle • An organisms growing in an enclosed vessel, such as a tube or a flask (a growth condition called a batch culture) culture • The growth cycle: a. lag phase b. exponential phase c. stationary phase d. death phase

Syarat Mikroorganisme dapat tumbuh Ø Ada sel hidup Ø Ada sumber energi Ø Ada nutrisi dan faktor pertumbuhan Ø Tidak ada inhibitor atau toksin Ø Kondisi fisiko-kimia yang mendukung

• Waktu generasi (double): Waktu yang diperlukan untuk membelah diri dari satu sel menjadi dua sel sempurna • Doubling time : Waktu yang diperlukan oleh sejumlah sel atau massa sel menjadi dua kali jumlah/massa sel semula

Kurva Sigmoid Pertumbuhan Bakteri

Lag Phase (Fase penyesuaian) • Menggambarkan periode selama sel yang berada pada kondisi tidak menguntungkan di biakan sebelumnya, beradaptasi dengan lingkungan barunya • Pada tahap ini terjadi sintesis komponen struktur sel dan enzim untuk metabolisme selanjutnya • Keberhasilan Fase ini, tergantung pada : ü Keadaan faali saat pemindahan ü Keadaan lingkungan baru dan sebelumnya ü Jumlah awal sel bakteri • Waktu untuk menyelesaikan Fase lag tergantung kondisi lingkungan dan sifat mikroorganisme

Log Phase (Fase Eksponensial) • Sel yang mampu beradaptasi akan membentuk materi sel yang baru dan membelah dengan kecepatan konstan • Keadaan akan konstan sampai terjadi perubahan komposisi medium yang cukup signifikan • Fase ini akan berakhir jika : ü Kehabisan satu atau lebih zat gizi dalam medium ü Produk metabolik toksik terakumulasi dan menghambat pertumbuhan • Pada kasus bakteri aerob nutrisi pembatas adalah O 2. § Jika konsentrasi sel ± 1, 0 x 107 maka kecepatan pertumbuhan akan menurun kecuali O 2 dipaksa masuk ke medium dengan pengocokan. § Bila konsentrasi > 5, 0 x 109 maka pertumbuhan akan melambat secara progresif

Stationary Phase • Kondisi konstan (stag) dimana kecepatan sel tumbuh sama dengan kecepatan sel mati • Untuk banyak mikroorganisme , metabolit sekunder baru diproduksi pada fase ini , dapat disimpan di dalam sel atau disekresi keluar sel.

Death Phase (Fase kematian) • Suatu fase dimana kecepatan kematian meningkat membentuk eksponensial • Karakteristik : § Akumulasi bahan toksik meningkat § Jumlah nutrien medium sudah habis § Beberapa sel hidup dapat bertahan sementara (memanfaatkan nutrisi dari isi sel yang lisis) dengan waktu generasi sangat lama

Metode Perhitungan Berdasarkan jumlah sel Metode langsung mikroskopis (Total count) 1. Breed slide method 2. Petroff-Hauser chamber 3. Haemositometer Metode tidak langsung (viable count) 1. Surface plate method 2. Pour plate method 3. MPN method

BACTERIAL CELL DIVISION

REPRODUKSI BAKTERI • Pembentukan tunas • Pembentukan filamen • Pembelahan biner (amitosis) • ASEKSUAL • pertukaran materi genetik antara 2 bakteri SEKSUAL

REPRODUKSI BAKTERI (Aseksual) Pembentukan tunas (budding) • Bakteri akan membentuk tunas dan tunas akan membentuk bakteri baru • Terjadi pada bakteri Family Streptomycetaceae Pembentukan filamen • Terjadi pada Haemophilus influenzae • Sel bakteri mengeluarkan serabut panjang yang tidak bercabang (filamen). Filemen terputus-putus dan tiap bagian akan membentuk bakteri baru

REPRODUKSI BAKTERI (Seksual) Transformation Gene transfer Transduction Conjugation

TRANSFORMATION

§ Bakteri resipien memperoleh gen dari fragmen DNA bebas § Sel penerima harus dalam kondisi kompeten § Biasanya terjadi pada fase pertumbuhan eksponensial akhir § Dapat terjadi secara alami maupun buatan

TRANSDUCTION §Perpindahan materi genetik dgn perantaraan virus §Virus yang menginfeksi bakteri disebut bakteriofage (fage)

• Fage meninjeksikan DNA, replikasi, DNA inang terdegradasi • Fage mengendalikan sintesis protein faga baru • Kombinasi acak terjadi antara DNA inang dengan transducing phage (faga tertransduksi) kombinasi ini menyebabkan sebagian DNA tergabung dalam DNA fage • Fage dilepas setelah sel inang lisis • Faga transduksi menginfeksi sel inang baru • Sel inang baru memperoleh rekombinasi gen baru • Secara tidak langsung fage membantu perpindahan materi genetik dari satu bakteri ke bakteri lain.

TRANSDUCTION

CONJUGATION • Proses perpindahan gen karena proses kontak sel ke sel § Sel donor akan mentransfer DNA yang dimilikinya ke sel resepien melalui pili § Pili hanya dimiliki oleh sel donor § Sebelum ditransfer DNA sudah tereplikasi sehingga diakhir proses, sel donor tidak kehilangan DNA yang ditransfernya

• Setelah proses konjugasi selesai maka kedua sel berpisah • Dari proses konjugasi ini jumlah sel tidak bertambah • Fragmen yang ditransfer merupakan fragmen besar DNA ataupun plasmid, sedangkan pada transformasi dan transduksi hanya fragmen kecil dari DNA

CONJUGATION

Jawablah Pertanyaan Dibawah ini dengan Tepat! 1. Jelaskan faktor-faktor lingkungan yang mempengaruhi pertumbuhan bakteri! (score: 40) 2. Buatlah kurva pertumbuhan bakteri beserta keterangannya! (score: 30) 3. Jelaskan reproduksi bakteri secara seksual! (score: 30)