REPRODUKSI DAN PERTUMBUHAN BAKTERI

BAB VII

REPRODUKSI DAN PERTUMBUHAN BAKTERI

Bakteri, seperti makhluk hidup lainnya, melakukan reproduksi untuk mempertahankan spesiesnya. Sel bakteri dapat bereproduksi dengan baik, jika didukung oleh keberadaan nutrisi dan faktor-faktor lain yang dibutuhkan.

Perbanyakan sel bakteri, melalui proses reproduksinya, menentukan pertumbuhan sel bakteri. Bakteri adalah makhluk uniseluler. Oleh karena itu, pertambahan jumlah sel bakteri, berarti juga terjadi pertambahan jumlah individu pada spesies bakteri tersebut.

Cara-cara reproduksi pada mikroorganisme umumnya secara aseksual, yaitu dengan pembelahan sel. Hasil dari proses pembelahan sel adalah terbentuknya dua sel anak. Oleh karena itu, jika semua faktor pertumbuhan terpenuhi untuk terjadinya proses pembelahan sel, maka dalam waktu tertentu, akan dihasilkan sejumlah besar sel anak baru.

Reproduksi Sel Bakteri

Bila sel bakteri diinokulasikan ke dalam satu medium pertumbuhan yang optimum, maka dalam waktu singkat, akan terjadi kenaikan jumlah sel yang cukup tinggi. Dalam rentang waktu yang sama, tidak semua bakteri mengalami kenaikan jumlah sel yang sama dalam kondisi medium yang sama.

Cara-cara reproduksi sel bakteri yaitu.

a. Pembelahan biner melintang

Proses ini paling umum dijumpai pada kebanyakan bakteri. Pembelahan biner melintang adalah suatu proses reproduksi aseksual, setelah pembentukan dinding sel melintang, maka sebuah sel tunggal membelah menjadi dua sel. Masing-masing sel baru tersebut disebut sel anak. Gambar 7.1 menunjukan pembelahan biner melintang pada sel bakteri.

Pada proses pembelahan selnya, mengakibatkan terbentuknya dua organisme baru. Pada tumbuhan dan hewan tingkat tinggi (multiseluler), pembagian sel hanya akan mengakibatkan pertumbuhan individunya.

Gambar 7.1 Pembelahan biner melintang pada sel bakteri (Fardiaz, 1992)

b. Proses lain

Ada beberapa spesies bakteri yang dapat bereproduksi dengan cara lain yaitu: produksi spora vegetatif, fragmentasi pertumbuhan berfilamen dengan masing-masing fragmen menghasilkan pertumbuhan dan penguncupan.

Proses pembelahan sel telah menampakkan perubahan struktur sebagai berikut.

 1. Terdapat kenaikan jumlah bahan inti, yang terpisah menjadi dua unit. Masing-masing sel anak mendapat satu unit.

2. Dinding sel dan membran sel tumbuh meluas ke dalam sitoplasma pada suatu titik di tengah-tengah sumbuh panjang sel. Pada perbatasan tersebut, dua lapisan bahan diding sel.

3. Pembentukan mesosom menjadi lebih jelas. Mesosom mempunyai kaitan dengan pembentukan septum dan juga memungkinkan perpautan dengan daerah inti. Meskipun kuman-kuman tidak mempunyai kumparan mitotik, selaput melintang yang terbentuk dapat memisahkan dua kromosom seasal yang terbentuk, karena replikasi kromosomal. Hal ini terjadi karena melekatnya kromosom pada selaput sel.

Waktu Generasi (Generation time)

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

Pengertian Pertumbuhan Sel Bakteri

Pertumbuhan sel dapat didefinisikan sebagai pertambahan secara teratur semua komponen di dalam sel hidup. Pada organisme multiseluler, yang dimaksud dengan pertumbuhan adalah peningkatan jumlah sel per organisme, di mana ukuran sel juga menjadi lebih besar. Pada organisme multiseluler, pertambahan jumlah sel, tidak diikuti dengan pertambahan jumlah organismenya. Sedangkan pada organisme uniseluler seperti bakteri, pertumbuhan adalah pertambahan jumlah sel yang berarti juga terjadi pertambahan jumlah organisme/individu.

Kurva Pertumbuhan

Jika suatu sel bakteri mempunyai waktu generasi 20 menit, berarti sel bakteri tersebut akan memperbanyak diri menjadi dua sel anak dalam waktu 20 menit. Jika sel tersebut diinokulasi pada suatu media pada kondisi yang optimum untuk pertumbuhannya, maka dalam waktu 48 jam, sel tersebut akan mengalami pembelahan sebanyak 48(60)/20 kali, atau sebanyak 144 generasi. Jumlah sel diperoleh dengan rumus: 2ⁿ (2ⁿ adalah jumlah akhir sel, n adalah banyaknya generasi atau berapa kali pembelahan terjadi).

Proses pertambahan jumlah sel bakteri dalam suatu medium pertumbuhan dalam berbagai interval waktu dapat digambarkan dalam suatu kurva pertumbuhan untuk suatu sel bakteri. Gambar 7.2 menunjukkan kurva pertumbuhan sel bakteri

Gambar 7.2 Kurva pertumbuhan sel bakteri (Fardiaz, 1992)

Pada gambar 7.2 terdapat beberapa fase pertumbuhan, yaitu.

a. Fase adaptasi (A)

Pada fase ini sel bakteri mulai mengadakan adaptasi. Sel belum mengadakan pembelahan. Hal ini disebabkan beberapa enzim mungkin belum disintesis. Jumlah sel tetap, atau berkurang.

Lamanya fase ini dipengaruhi oleh beberapa faktor.

1. Medium dan lingkungan pertumbuhan

Jika medium dan lingkungan pertumbuhan sel tersebut seperti sebelumnya, maka tidak perlu adaptasi. Tetapi jika kondisi nutrien dan lingkungan baru sangat berbeda dengan sebelumnya, maka diperlukan waktu penyesuaian untuk mensintesis enzim-enzim yang dibutuhkan untuk metabolisme.

2. Jumlah inokulum

Jumlah awal sel yang semakin tinggi, akan mempercepat fase adapatasi. Fase adaptasi mungkin berjalan lambat, karena: (1) kultur dipindahkan dari medium yang kaya nutrien ke medium yang kandungan nutriennya terbatas, (2) mutan yang baru terbentuk, (3) kultur yang dipindahkan dari fase statis ke medium baru dengan komposisi sama seperti sebelumnya.

b. Fase pertumbuhan awal (B)

Setelah melalui fase adaptasi, sel mulai mengadakan pembelahan dengan kecepatan yang masih rendah. Hal  ini disebabkan sel baru selesai melakukan penyesuaian atau adaptasi.

c. Fase eksponensial (C)

Fase ini disebut juga fase log (logaritmik). Pada fase ini, terjadi pembelahan sel dengan cepat dan konstan (stabil). Pertambahan jumlahnya mengikuti kurva logaritmik. Sel membutuhkan energi lebih banyak jika dibandingkan dengan fase-fase lain. Kecepatan pertumbuhan sel sangat dipengaruhi oleh: pH, nutrien, kelembaban udara.

d. Fase pertumbuhan diperlambat (D)

Pada fase ini, terjadi pertambahan populasi sel bakteri diperlambat. Hal ini terjadi karena.

1. Nutrien sudah berkurang (termasuk ketersediaan oksigen)

2. Adanya hasil metabolisme yang mungkin bersifat racun bagi pertumbuhan sel

Pada fase ini, terjadi pertumbuhan sel yang tidak stabil, serta sel yang tumbuh jumlahnya lebih besar dari sel yang mati (grafik masih naik).

e. Fase pertumbuhan stasioner maksimum (E)

Pada fase ini jumlah sel tetap (jumlah sel yang tumbuh sama dengan jumlah sel yang mati). Ukuran sel lebih kecil, karena sel tetap membelah meskipun nutrisi berkurang. Zat makanan mulai berkurang dan akan habis.

Sel menjadi lebih tahan terhadap keadaan ekstrim (misalnya panas, dingin, radiasi, dan bahan kimia). Pada fase ini juga terjadi penumpukan metabolit beracun. Keadaan ini mengakibatkan pertumbuhan sel terhenti sama sekali.

f. Fase menuju kematian (F)

Pada fase ini sel bakteri mulai mengalami kematian. Hal ini disebabkan.

1. Nutrien sudah habis

2. Energi cadangan di dalam sel habis

3. Zat-zat toksik semakin banyak

g. Fase kematian (G)

Pada fase ini, sel-sel akan mengalami kematian dipercepat. Hal ini disebabkan: nutrien sudah habis, energi cadangan di dalam sel sudah habis, peningkatan zat-zat toksik yang akan meracuni sel-sel bakteri.

Faktor-Faktor yang Berpengaruh terhadap Pertumbuhan Sel Bakteri

Beberapa faktor yang berpengaruh terhadap pertumbuhan sel bakteri, yaitu.

1. Nutrisi

Semua organisme, termasuk sel bakteri, membutuhkan nutrisi. Beberapa hal yang mendasari bakteri untuk memenuhi kebutuhan akan nutrisi, yaitu.

a. Semua organisme membutuhkan energi

b. Semua organisme memutuhkan karbon

c. Semua organisme membutuhkan nitrogen

d. Semua organisme membutuhkan belerang (sulfur)

e. Semua organisme membutuhkan beberapa unsur logam (Na, Ca, Mg, Zn, Pb, dan Co).

f. Semua organisme membutuhkan vitamin

g. Semua organisme membutuhkan air

Nutrien-nutrien ini dapat masuk ke dalam sel bakteri melalui beberapa cara, yaitu.

a. Difusi pasif

Nutrisi dapat masuk dari konsentrasi yang lebih tinggi ke konsentrasi yang lebih rendah. Pada proses ini, tidak ada interaksi antara molekul dengan bahan apapun pada membran sel. Pergerakan molekul yang terjadi adalah secara acak. Gambar 7.3 menunjukkan mekanisme-mekanisme angkutan nutrisi ke dalam sel.

b. Difusi dipercepat

Nutrien dapat masuk dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah, yang mana kecepatan pergerakan molekul lebih tinggi dibandingkan dengan proses difusi pasif. Kecepatan pergerakan molekul ini disebabkan proses pergerakannya dibantu oleh protein pada membran sel yang disebut permease. Sifat enzim permease yaitu: bekerja secara spesifik, bersifat terinduksi, dan kecepatannya maksimum pada konsentrasi substrat tertentu. Molekul solut bergabung secara reversibel dengan molekul penghantar (porter).

c. Transport aktif

Nutrien bergerak dari konsentrasi rendah ke konsentrasi tinggi. Dalam proses ini, dibutuhkan enzim permease dan energi untuk membantu kerja enzim tersebut. Sebagai contoh adalah masuknya laktosa ke dalam sel, sehingga afinitas permease terhadap laktosa di luar sel lebih tinggi daripada di dalam sel. Pada proses ini, terdapat tiga langkah yaitu.

§ Pengikatan solut di situs penerima pada protein pengantar (enzim permease) yang terikat pada membran.

§ Translokasi kompleks solut-penghantar melintasi membran.

§ Penggandengan translokasi pada suatu reaksi penghasil energi untuk mengurangi afinitas penghantar protein terhadap solut pada permukaan dalam membran. Dengan demikian, protein penghantar akan melepaskan solut tersebut ke dalam sel. Proses ini membutuhkan energi.

d. Translokasi

Proses translokasi membutuhkan energi. Langkah-langkah dalam proses ini adalah.

§ Mula-mula suatu protein tahan panas (Heat protein/Hpr) di dalam sel diaktivasi dengan jalan memindahkan sebuah gugus fosfat dari senyawa berenergi tinggi fosfoenolpiruvat (PEP) pada Hpr. Proses pemindahan gugus ini diaktivasi oleh enzim-1.

§ Pada saat yang bersamaan, gula bergabung dengan enzim-2 pada permukaan luar membran, dan diangkut ke permukaan dalam membran.

§ Gula kemudian bergabung dengan gugus fosfat yang dibawa oleh Hpr teraktivasi. Selanjutnya, kompleks gula-fosfat dilepaskan oleh enzim-2, dan kompleks gula-fosfat memasuki sel.

Gambar 7.3 Mekanisme-mekanisme pengankutan nutrisi ke dalam sel (Pelczar, et al., 1986)

. (A) difusi pasif, (B) difusi dipercepat, (C) translokasi, (D) angkutan aktif.

2. Air

Air dibutuhkan untuk perkembangbiakan sel. Kegunaan air untuk sel bakteri adalah untuk: (a) mengisi sitoplasma sel, yang merupakan komponen terbesar di dalam sel, (b) sebagai bahan reaktan dalam berbagai reaksi biokimiawi sel bakteri.

3. Kondisi keasaman (pH)

Kondisi keasaman (pH) pertumbuhan untuk kelompok bakteri berkisar antara 6,5 – 7,5. Beberapa spesies bakteri dapat tumbuh pada suasana sangat asam dan sangat basa (alkalin).

Bahan penyangga untuk menjaga atau mempertahankan kondisi pH di dalam suatu media adalah larutan penyangga (contoh: KH₂PO₄). Selain itu, bahan-bahan seperti pepton yang ada di dalam bahan nutrisi tersebut dapat berfungsi sebagai larutan penyangga.

4. Suhu

Pertumbuhan sel bakteri, dapat dipengaruhi oleh suhu. Suhu berpengaruh nyata terhadap kerja enzim dan ketahanan struktur sel bakteri.

Berdasarkan suhu pertumbuhannya, bakteri dapat dikelompokkan sebagai berikut.

§  Bakteri psikrofilik, suhu pertumbuhannya: -5 – 30^oC; suhu optimum: 10 – 20^oC.

§  Bakteri mesofilik, suhu pertumbuhannya: 10 – 45^oC; suhu optimum: 20 – 40^oC.

§  Bakteri termofilik, suhu pertumbuhannya: 25 – 80^oC; suhu optimum: 50 – 60^oC

Sel bakteri yang berspora, dapat tahan terhadap perlakuan suhu tinggi.

5. Tersedianya oksigen (O₂)

Berdasarkan kebutuhan akan oksigen, maka bakteri dapat dikelompokkan menjadi lima kelompok, yaitu.

§  Anaerob obligat, hanya tumbuh di bawah kondisi tanpa oksigen. Oksigen bersifat toksik bagi sel bakteri kelompok ini.

§  Anaerob aerotoleran, bakeri yang tidak dapat terbunuh dengan oksigen. Bakteri ini dapat hidup secara optimum pada kondisi tanpa oksigen.

§  Anaerob fakultatif, bakteri yang mampu tumbuh baik pada kondisi ada oksigen maupun tanpa okseigen.

§  Aerob obligat, bakteri yang selalu membutuhkan oksigen untuk pertumbuhannya.

§  Organisme mikroaerofilik, tumbuh baik di bawah tekanan oksigen yang rendah; pada suasana yang bertekanan oksigen tinggi akan menghambat pertumbuhannya.

6. Komponen Antimikroba

Medium pembiakan sel bakteri yang mengandung antimikroba, dapat menghambat pertumbuhan sel bakteri. Komponen antimikroba yang terdapat dalam suatu makanan (medium), dapat melalui salah satu dari cara-cara berikut: (a) terdapat secara alami di dalam suatu bahan makanan, (b) terbentuk selama pengolahan, atau oleh jazad renik tumbuh selama fermentasi makanan.

7. Kondisi Lain

Beberapa bakteri membutuhkan konsetrasi garam yang cukup tinggi di dalam suatu medium pertumbuhannya. Bakteri jenis ini, disebut dengan halofilik. Halofilik obligat, adalah kelompok bakteri yang mensyaratkan adanya konsentrasi garam NaCl yang tinggi untuk pertumbuhannya. Halofilik fakultatif, adalah kelompok bakteri yang dapat tumbuh dalam larutan garam NaCl, tetapi tidak mensyaratkannya.

Kelompok bakteri tertentu, membutuhkan cahaya untuk untuk pertumbuhannya (khusus bakteri fotosintetik seperti bakteri sulfur hijau, bakteri sulfur ungu, dan bakteri nonsulfur ungu). Bakteri-bakteri tersebut memiliki klorofil yang mampu mengabsorpsi energi matahari untuk proses fermentasinya.

Ringkasan

Bakteri bereproduksi secara seksual, yaitu dengan cara pembelahan sel biner melintang, dan cara lain. Hasil dari pembelahan sel secara melintang, yaitu dua sel anak baru. Bakteri dapat bereproduksi dengan cara lain, yaitu dengan membentuk spora vegetatif, dan fragmentasi pertumbuhan berfilamen.

Waktu generasi adalah waktu yang diperlukan oleh suatu sel bakteri untuk membelah diri dan menghasilkan dua sel anak baru. Setiap bakteri tidak memiliki waktu generasi yang sama. Waktu generasi sangat ditentukan oleh kondisi pertumbuhan sel bakteri, yaitu mencakup nutrisi, genetik, dan faktor-faktor pertumbuhan yang lainnya, seperti pH, keberadaan oksigen, air, kadar garam, dan intensitas cahaya.

Pertumbuhan sel bakteri didefinisikan sebagai pertambahan jumlah sel bakteri. Oleh karena bakteri adalah oreganisme uniseluler, maka pertambahan jumlah sel, berarti juga pertambahan individu bakteri.

Dalam suatu kurva pertumbuhan bakteri, terdapat beberapa fase pertumbuhan. Fase-fase pertumbuhan dalam suatu kurva pertumbuhan bakteri yaitu fase: adaptasi, pertumbuhan awal, logaritmik, pertumbuhan diperlambat, stasioner, menuju kematian, dan kematian. Setiap fase pertumbuhan, dipengaruhi oleh keberadaan dan jumlah: nutrisi, cadangan makanan di dalam sel bakteri, bahan toksik di dalam media pertumbuhan, oksigen.

Proses pertumbuhan  sel bakteri dipengaruhi oleh berbagai faktor pertumbuhan. Faktor-faktor pertumbuhan sel bakteri adalah: nutrisi, air, kadar keasaman (pH), oksigen, suhu, kadar asam, intesitas cahaya. Faktor-faktor pertumbuhan ini mempengaruhi setiap spesies bakteri dalam pertumbuhannya, dan akan bersifat spesifik terhadap spesies bakteri tertentu.

Pertanyaan-pertanyaan

1. Jelaskan cara-cara reproduksi sel bakteri!

2. Jelaskan apa yang dimaksud dengan waktu generasi dalam pertumbuhan sel bakteri!

3. Jelaskan fase-fase dalam suatu kurva pertumbuhan sel bakteri!

4. Jelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi pertumbuhan sel bakteri!

5. Jelaskan cara-cara nutrisi masuk ke dalam sel bakteri!