26/04/2012

1

DASAR-DASAR BAKTERIOLOGI

Leli Saptawati,dr.,Sp.M.K

Lab Mikrobiologi FK UNS

TAKSONOMI DAN MORFOLOGI BAKTERI

26/04/2012

2

TAKSONOMI

• Adalah ilmu yang mempelajari tentang penggolongan makhluk hidup

• Taksonomi bakteri mengikuti sistem binomial dari Linnaeus

• Taksonomi terdiri dari klasifikasi, nomenklatur dan identifikasi

• Dengan taksonomi ilmuwan dapat mengorganisasi banyak informasi mengenai organisme dan mengelompokkan organisme yang memiliki kemiripan sifat.

26/04/2012

3

• Bakteri dikelompokkan dalam : – Domain

– Kingdom

– Filum

– Klas

– Ordo

– Famili

– Genus

– Spesies

6

Bacteria Archaea Eukarya

Sistem 3 domain Carl Woese Akhir 1970’s & awal 1980’s

Woese, C. R. 2004. A New Biology for a New Century. MMBR. June 68(2):173-86. Woese, C.R. 2002. On the evolution of cells. Proc Natl Acad Sci USA 99(13):8742-7.

Woese, C.R. 2000. Interpreting the universal phylogenetic tree. Proc Natl Acad Sci USA 97(15):8392-6.

26/04/2012

4

5 kingdom

[INSERT FIGURE 4.23]

NOMENKLATUR

• Suatu cara penamaan suatu organisme

• Mengikuti binomial name dari Linnaeus

• Kode Internasional tentang Nomenklatur bakteri dipublikasikan oleh ICSP (International Comittee on Systematics of Procariotes)

26/04/2012

5

Linnaeus

• Taxonomi dan nomenklatur didasarkan pada “phylogenetics tree” yang menggunakan dasar rRNA sel

26/04/2012

6

11

Binomial nomenclature

Genus & species

Escherichia coli Nama Genus selalu diawali dengan huruf besar (Escherichia) Nama Species tidak pernah diawali dengan huruf besar (coli) Penulisan genus dan spesies selalu dicetak miring atau diberi garis bawah Cara penulisan singkatan : E. coli

Klasifikasi bakteri

Klasifikasi awal dilakukan menggunakan mikroskop cahaya Bakteri pertama kali diklasifikasikan berdasarkan bentuk sel bakteri

26/04/2012

7

13

4 bentuk dasar bakteri (Basic shape) • Coccus

• Bacillus

• Spirilla

• Spirochetes

Unusual shape

a. Starshaped cells

b. Rectangular/flat cells

c. Triangular cells

26/04/2012

8

• Secara genetik, sebagian besar kuman mempunyai sifat monomorphic, di mana mereka hanya mempunyai 1 bentuk . Namun ada beberapa bakteri seperti Rhizobium dan Corynebacterium bersifat pleomorphic, di mana mereka mempunyai lebih dari 1 bentuk.

• Karakteristik yang menjadi dasar taksonomi dan identifikasi :

– Karakteristik fisik

– Uji biokimia

– Uji serologi

– Phage typing

– Analisis asam nukleat

26/04/2012

9

STRUKTUR BAKTERI

STRUKTUR EKSTERNAL DINDING SEL BAKTERI

26/04/2012

10

1. Glikokaliks

- adalah substansi yg dikeluarkan di permukaan sel

- bersifat viscous, terdiri dari polimer gelatin (tersusun oleh polisakarida dan atau polipeptida)

- jika substansi tersebut terikat erat pada dinding sel disebut kapsul

- jika tdk terikat erat disebut slime layer

• Fungsi kapsul :

1. Mempengaruhi virulensi kuman

2. Melindungi dari fagositosis

3. Melindungi sel dari dehydrasi dan sifat viscousnya mencegah keluarnya makanan dari dalam sel

4. Membantu bakteri untuk tumbuh dan melekat pada berbagai permukaan

26/04/2012

11

2. Flagel

- bakteri yang tidak mempunyai flagel

disebut athricous

- ada 4 tipe flagel :

a. Monotrich (A)

b. Lopotrich (B)

c. Amphitrich C)

d. Peritrich (D)

• Flagel terdiri dari 3 bagian utama :

1. Filament (bagian panjang terluar)

- mengandung protein flagellin

2. Hook - Filament melekat pada hook yang mengandung protein-protein berbeda

3. Basal body, merupakan alat untuk melekatkan flegellum ke dinding sel dan membran plasma

• Pergerakan flagel prokariotik merupakan hasil dari perputaran basal body

26/04/2012

12

Gb. Struktur flagel bakteri negatif Gram

• Pergerakan bakteri menuju dan menjauhi rangsang disebut taxis

• Stimulus dapat berupa kimia (chemotaxis) dan cahaya (phototaxis)

• sinyal chemotactic positif disebut attractant, jika sinyal negatif disebut repellent

26/04/2012

13

3. Fimbriae dan pili Fimbriae : - terdapat pada salah satu ujung sel

bakteri atau tersebar merata di seluruh permukaan kuman

- seperti glikokaliks, fimbriae dapat melakukan adhesi pada permukaan

Pili

- umumnya lebih

panjang dari fimbria

- untuk konjugasi sehingga disebut pili konjugasi)

26/04/2012

14

4. Dinding sel - Fungsi : a. mencegah ruptur kuman b. menjaga bentuk kuman c. secara klinis penting karena turut

berperan dalam menentukan kemampuan suatu species untuk menimbulkan infeksi

d. sebagai tempat bekerjanya beberapa antibiotika

- komponen : terdiri dari peptidoglycan

(murein)

Komposisi dan karakteristik dinding sel

• Terdiri makromolekul yang disebut peptidoglycan (murein), yang bisa berdiri sendiri atau bergabung bersama substansi lain

• Peptidoglycan terdiri dari disakarida yang dilekati oleh polipeptida

• Bagian disakarida tersusun oleh monosakarida yangdisebut N-acetylglucosamine (NAG) dan N-acetylmuramic acid (NAM)

26/04/2012

15

Gb. Dinding sel bakteri positif & negatif Gram

STRUKTUR INTERNAL DINDING SEL BAKTERI

26/04/2012

16

D. STRUKTUR INTERNAL DINDING SEL

1. Membran sitoplasma

- terutama terdiri dari fosfolipid dan sebagian kecil terdiri dari protein

- tersusun sebagai lipid bilayer

- berfungsi sebagai selective permeability

dan juga untuk meme-

cah makanan

menjadi energi

2. Sitoplasma

- delapan puluh persen (80%) terdiri dari air dan mengandung protein (enzymes), karbohidrat, lipids, ion anorganik

- di dalamnya terdapat berbagai

organella

26/04/2012

17

Organella yang terdapat dalam sitoplasma

a. Nucleoid - terdapat chromosom dan plasmid b. Ribosom - merupakan tempat pembentukan

protein (rRNA) c. Inclusions 1. metachromatic granules 2. polysaccharides granules 3. lipid inclusions 4. Sulfur granules

c. Inclusions 1. metachromatic granules 2. polysaccharides granules 3. lipid inclusions 4. Sulfur granules 5. carboxysomes 6. Gas vacuoles 7. magnetosomes Endospora - merupakan sel dalam bentuk istirahat. - terbentuk jika lingkungan bakteri tidak

menguntungkan

26/04/2012

18

PERTUMBUHAN DAN METABOLISME BAKTERI

Kondisi yang diperlukan

untuk pertumbuhan Bakteri

26/04/2012

19

Nutrisi penting untuk bakteri

• Macronutrients: diperlukan dalam jumlah besar

– Diperlukan dalam jumlah yang lebih besar :CHONPS

• Carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen, phosphorous, and sulfur.

– Diperlukan dalam jumlah yang lebih sedikit

• Berbagai mineral seperti Ca+2, Fe+3, Mg+2, K+

• Micronutrients/trace element = unsur tambahan

– Diperlukan dalam jumlah yang sangat sedikit ; e.g. Zn+2,

Mo+2, Mn+2

B. MIKRONUTRIEN (trace element)

- Mn, Zn, Co, Mo, Ni, dan Cu

C. Sumber energi dan karbon

Mikroba terbagi menjadi kelompok-kelompok tergantung dari sumber energi dan karbon

o Autotrop : sumber karbon dari CO

o Heterotrop : sumber karbon dalam bentuk materi organik dari organisme lain

o Kemotrop : sumber energi dari komponen organik lain

o Litotrop : sumber dari komponen anorganik (H2, NH3, H2S)

26/04/2012

20

D. PHOTOAUTOTROPH - sumber energi dari cahaya, sumber carbon

dari CO2 Fotoheterotrop - sumber energi/carbon dari cahaya/organik Chemoautotrop - sumber energi/carbon dari materi inorganik

(CO2) Chemoheterotrop - sumber energi dan karbon dari komponen

organik Lithoheterotrop - sumber energi dari chemical inorganik,

sumber karbon dari materi organik

Pembagian bakteri menurut kebutuhan

Oksigen

1. Obligat aerob - organisme yang tidak dapat hidup / tumbuh tanpa

adanya oksigen

superoxide dismutase: superoxide --> H2O2

catalase: H2O2 --> H2O + O2

2. Obligat anaerob- organisme yang tidak dapat hidup bila da

oksigen, menggunakan jalur fermentasi

26/04/2012

21

3. Facultative anaerob – Bakteri anaerob yang

masih dapat tumbuh dalam kondisi kadar oksigen

rendah

• Dapat tumbuh dengan atau tanpa okigen

Meliputi sebagaian besar bakteri patogen

4. Aerotolerant anaerob – dapat bertahan sementara waktu pada lingkungan yang mengandung banyak oksigen (namun tidak dapat tumbuh dan berkembang biak)

5. Microaerophilic bacteria

• paling baik tumbuh pada lingkungan dengan kadar CO2 rendah

26/04/2012

22

Gambar pembagian bakteri berdasar kebutuhan oksigen

A. Obligat aerob

B. Mikroaerofilik

C. Fakultatif anaerob

D. Obligat anaerob

Kondisi fisik yang diperlukan untuk

pertumbuhan bakteri

• Suhu optimum untuk pertumbuhan 20-40°C

(mesofil)

- Thermophilic bacteria – 50 to 60˚C

- Psychrophilic bacteria – 0 to 10˚C

• Tekanan osmosis

– Sebagian besar bakteri dapat hidup pada

lingkungan yang memiliki kadar garam 1-2%

– halophilic organisms (e.g. S. aureus) – tahan

terhadap kadar garam yang tinggi

• pH

– Bakteri tumbuh paling baik pada pH netral

26/04/2012

23

Klasifikasi bakteri berdasarkan suhu

46

• Istilah khusus :

– Psychrotrophs: bakteri yang dapat tumbuh pada

suhu normal (mesofilik) misal suhu ruang, tapi juga

dapat tumbuh pada refrigerator

– Thermoduric: tahan terhadap pemanasan

26/04/2012

24

Penggolongan bakteri berdasarkan pH pertumbuhannya

– ACIDOPHILES Suka asam, Ph 1 - 5

– NEUTROPHILES Optimal pada Ph 5.5 – 8

– ALKALOPHILES Optimal pada Ph 8.5 –11.5

KONSENTRASI CO2

– Capnophiles adalah organisme yang memerlukan konsentrasi CO2 yang tinggi (misal. Neisseria gonorrhoea, H. influenza)

26/04/2012

25

REPRODUKSI BAKTERI

Reproduksi bakteri

• Pembelahan biner – merupakan proses

perkembangbiakan secara aseksual yang

menghasilkan dua sel anak yang identik

26/04/2012

26

• Generation time :

– waktu yang diperlukan untuk melakukan regenerasi

– Genertion time E.col i 10-20 menit, M. tuberculosis >12 jam, Giardia lamblia 18 jam

• Cell numbers :

- mengacu pada CFU (Colony Forming Unit)

- masing-masing koloni identik dengan satu sel yang berasal dari induknya.

• Cell mass

- massa sel dapat dihitung dengan mngukur kekeruhannya

- jika sel terus tumbuh maka kekeruhannya juga akan meningkat

- kekeruhan dapat diukur dengan spektrofotometer

26/04/2012

27

Proses pembelahan biner

PERTUMBUHAN BAKTERI

26/04/2012

28

Kurva pertumbuhan bakteri

Terdapat 4 fase :

Fase Lag - sel

beradaptasi

dengan

lingkunganyang

baru,

4 fase :

Fase Eksponensial

atau Logaritmik –

fase maksimal

pembelahan sel.

Generation time

konstan

26/04/2012

29

Kurva pertumbuhan bakteri

4 phases:

Fase Decline atau

fase kematian – sel-

sel bakterimulai lisis

karena adanya

produk toksik, terjadi

penuruna jumlah sel

bakteri

METABOLISME BAKTERI

26/04/2012

30

TRANSPORT NUTRISI

• Nutrien masuk ke sel dengan cara :

1. Transport aktif menggunakan energi dan protein transport spesifik.

2. Difusi terfasilitasi menggunakan protein transport, namun tidak membutuhkan energi

3. Difusi sederhana

4. Endocytosis untuk transport yang besar

26/04/2012

31

1. Transport aktif - membawa material ke dalam atau keluar sel, sesuai

atau melawan gradient

- lebih cepat daripada transport pasif

- memerlukan protein membran untuk mengenal molekul, energi untuk mengaktifkan pompa protein

- prokariotik : dalam membran sel (hidrogen pump )

eukariotik : dalam mitokondria

retikulum endoplasma

2. Transport pasif - transport protein memerlukan kompenen

untuk difusi ke dalam atau keluar sel - molekul yang mengenali transport protein

dalam membran memfasilitasi perubahan dalam membran

- lebih cepat dari difusi sederhana - tidak membutuhkan energi untuk

menggerakkan molekul

26/04/2012

32

3. Difusi terfasilitasi

- menggunakan difusi sederhana untuk transport molekul , melintasi membran

- proses difasilitasi oleh protein transport

- konsentrasi ekstraseluler harus lebih tinggi daripada intraseluler

- difusi terfasilitasi lebih cepat daripada difusi sederhana

Difusi berkemudahan

26/04/2012

33

4. Endositosis (Bulk transport)

• fagositosis : ingesti material solid / partikel “eating”

• pinositosis : ingesti material cair / cairan “drinking”

Dikenal sebagai proses endositosis

Persamaan transport aktif & pasif

• Memerlukan carrier protein

• Bersifat spesifik (untuk ion, gula, asam amino)

Perbedaan transport aktif & pasif

• Transport aktif selalu melawan gradien kimia atau listrik dan memerlukan energi

26/04/2012

34

METABOLISME BAKTERI

• Glikolisis - adalah suatu proses katabolisme glukosa

menjadi piruvat

• Glikolisis terjadi melalui beberapa tahap :

Tahap I :

- penggunaan energi (dalam bentuk ATP) untuk mengaktifkan glukosa menjadi glukosa 6-phospat, kemudian dikonversi menjadi fruktosa 6-phospat

26/04/2012

35

Tahap II : - 6-carbon fruktosa 1,6 diphospat dipecah

menjadi 3-carbon molecule, glyceraldehyde- 3 phosphate. Dengan demikian terbentuk 2 molekul baru yang akan ikut dalam pathway

Tahap III - melibatkan NAD (membutuhkan hydrogen

untuk membuat NADH) - hasilnya berupa asam diphosphoglyceric

Tahap IV :

- molekul-molekul 3-carbon mulai mengirim phosphat (energy tinggi) menjadi ADP dan ikut dalam pembentukan ATP

Tahap V :

- siklus glikolisis akan berhenti dengan dihasilkannya molekul asam piruvat

26/04/2012

36

• Fermentasi :

– adalah suatu proses yang tidak membutuhkan oksigen . NADH digunakan untuk mengirim H menjadi transport organik

- melalui proses fermentasi akan dapat dihasilkan berbagai produk sesuai dengan kebutuhan sel

- Fermentasi dibagi menjadi 2 :

1. Fermentasi alkohol

2. Fermentasi asam

• Organisme yang menghasilkan alkohol misalnya yeasts (ethanol), bacteria (buthanol, isoprapanol)

26/04/2012

37

• Respirasi :

– Aerob

– Anaerob