Sunday, September 4, 2011

Bakteri

Bakteri

Definisi
Bakteri adalah salah satu golongan organisme prokariotik (tidak mempunyai selubung inti). Bakteri sebagai makhluk hidup tentu memiliki informasi genetik berupa DNA, tapi tidak terlokalisasi dalam tempat khusus (nukleus) dan tidak ada membran inti. DNA pada bakteri berbentuk sirkuler, panjang dan biasa disebut nukleoid. DNA bakteri tidak mempunyai intron dan hanya tersusun atas ekson saja. Bakteri juga memiliki DNA ekstrakromosomal yang tergabung menjadi plasmid yang berbentuk kecil dan sirkuler.

Klasifikasi
Bakteri dapat diklasifikasikan dengan berbagai cara. Salah satu klasifikasi yang paling sering digunakan adalah
dengan menggunakan pewarnaan Gram. Pewarnaan Gram adalah prosedur mikrobiologi dasar untuk mendeteksi dan mengidentifikasi bakteri. Pewarnaan Gram ditemukan oleh H. C. J. Gram, seorang histologis berkebangsaan Denmark, pada tahun 1884. Prosedur pewarnaan Gram dimulai dengan pemberian pewarna basa, kristal violet. Larutan iodine kemudian ditambahkan; semua bakteri akan terwarnai biru pada fase ini. Sediaan kemudian diberi alkohol. Sel Gram positif akan tetap mengikat senyawa kristal violet-iodine sehingga bewarna biru, sedangkan Gram negatif akan hilang warnanya oleh alkohol. Sebagai langkah terakhir, counterstain (misalnya safranin yang berwarna merah) ditambahkan sehingga sel Gram negatif yang tidak berwarna akan mengambil warna kontras; sedangkan sel gram positif terlihat dalam warna biru keunguan (violet). Perbedaan ini terjadi karena perbedaan penyusun peptidoglikan pada struktur dinding selnya. Berikut dipaparkan kedua macam golongan bakteri berdasarkan pewarnaan Gram.

  1. Bakteri Gram Positif.  Dengan pewarnaan Gram, golongan bakteri ini akan memberikan warna ungu. Golongan ini memiliki peptidoglikan setebal 20-80 nm1 dengan komposisi terbesar teichoic, asam teichuroni, dan berbagai macam polisakarida.2 Asam Teikhoat berfungsi sebagai antigen permukaan pada Gram positif. Letaknya berada antara lapisan membran sitoplasma dan lapisan peptidoglikan. Selain itu, golongan ini memiliki 40 lembar peptidoglikan pada dinding selnya, yang merupakan 50% dari seluruh komponen penyusun dinding sel.2 Polisakarida dan asam amino pada lembar peptidoglikan bersifat sangat polar, sehingga pada bakteri Gram Positif yang memiliki dinding sel yang sangat tebal, dapat bertahan dari aktivitas cairan empedu di dalam usus. Sebaliknya, lembar peptidoglikan rentan terhadap lisozim sehingga dapat dirusak oleh senyawa bakterisidal. 
  2. Bakteri Gram Negatif. Golongan ini hanya memiliki lapisan peptidoglikan yang tipis (5-10 nm)1 dengan komposisi utama: lipoprotein, membran luar dan lipopolisakarida.2 Membran luar pada Gram negatif juga memiliki sifat hidrofilik, namun komponen lipid pada dinding selnya justru memberikan sifat hidrofobik. Selain itu, terdapat saluran spesial terbuat dari protein yang disebut Porins yang berfungsi sebagai tempat masuknya komponen hidrofilik seperti gula dan asam amino yang penting untuk kebutuhan nutrisi bakteri.1 Lipoprotein mengandung 57 asam amino yang merupakan ulangan sekuen 15 asam amino yang saling bertaut dengan ikatan peptida dengan residu asam diaminopimelic dari sisi tetrapeptida rantai peptidoglikan. Komponen lipidnya terdiri dari diglyseride thioether yang terikat pada sistein terminal. Lipoprotein merupakan komponen yang mendominasi dinding sel Gram negatif dan berfungsi sebagai penstabil membran luar dan tempat perlekatan pada lapisan peptidoglikan. Membran luarnya merupakan struktur bilayer; komposisi lembar dalamnya mirip dengan membran sitoplasma, hanya saja fosfolipid pada lapisan luarnya diganti dengan molekul lipopolisakarida (LPS).2 Selain itu, terdapat ruang antara membran dalam dengan membran luarnya yang disebut ruang periplasma, terdiri dari lapisan murein dan larutan protein mirip gel (protein pengikat substrat tertentu, enzim hidrolitik, dan enzim detoksifikasi. LPS dari dinding sel Gram negatif terdiri dari lipid kompleks yang disebut lipid A, dimana melekat polisakarida yang terangkai dengan pusat dan ujung dari unit pengulangan, Inti polisakarida dan antigen O. LPS terikat pada membran luar dengan ikatan hidrofobik. LPS disintesis pada membran sitoplasma dan dibawa ke posisi akhir di sebelah luar.2 Lipopolisakarida berfungsi sebagai antigen (Antigen O pada rantai karbohidratnya) dan toxin (Endotoxin yang berasal dari komponen lipid A). 
Struktur
Semua bakteri, kecuali mycoplasma, selnya dikelilingi oleh dinding sel yang kompleks. Di sekitar dinding sel bisa ditemukan berbagai struktur eksternal yang melekat seperti kapsul, flagella dan pili. Pengetahuan mengenai dinding sel ini penting dalam menegakkan diagnosis dan mendalami patogenisitas bakteri.

Peptidoglikan adalah polimer kompleks yang.terdiri dari 3 bagian: backbome ,yang terdiri dari N-asetilglukosamin dan Asam N-asetilmuramat. secara berselang-seling yang dihubungkan oleh ikatan Beta 1-4 glikosida; sekolompok rantai tetrapeptida identik yang melekat pada Asam N-asetilmuramat; dan sekolompok identical peptide-cross bridges. Backbone pada semua bakteri adalah sama, namun rantai tetrapeptida dan identical peptide-cross bridges berbeda-beda. Karbon nomor 3 pada Asam N-Asetilmuramat disubstitusi oleh gugus eter laktil yang merupakan turunan dari piruvat. Gugus Eter Laktil menghubungkan backbone dengan rantai samping peptida yang mengandung L-alanin (L-ala), D-Glutamat (D-Glu), Asam Diaminpimelat (DAP), dan D-alanin (D-ala). Untai peptidoglikan (atau Murein pada teks lama) disusun di ruang periplasma dari 10 subunit asam muramat. Lalu, untai tersebut saling berhubungan membentuk molekul glikan yang kontinu yang dapat meliputi seluruh sel. Rantai tetrapeptida yang berasal dari glycan backbone dapat saling bersilang-silangan dengan ikatan interpeptida antara gugus amino bebas pada DAP dan gugus karboksil bebas pada D-ala terdekat. Penyusunan peptidoglikan pada bagian luar membran plasma dimediasi oleh enzim periplasma, yaitu transglicosilase, transpeptidase and karboksipeptidase. Tempat ini merupakan sasaran dari antibiotik golongan Beta-Laktam yang bekerja dengan cara menghambat transpeptidase dan karboskipeptidase selama pembentukan murein pada dinding sel.

Glycan backbone dari molekul peptidoglikan dapat dipecah oleh enzim yang dinamakan lisozim yang ada di serum binatang, jaringan, dan sekret, serta di dalam lisosom fagosit. Fungsi lisozim adalah melisis sel bakteri sebagai pertahanan konstitutif melawan bakteri patogen. Beberapa bakteri Gram positif sanagat sensitif terhadap lisozim meskipun dalam konsentrasi yang sangat rendah. Sekresi lakrimal (air mata) dapat dicairkan dengan perbandingan : 40.000 dan tetap memiliki kemampuan untuk melisis beberapa sel bakteri. Bakteri Gram negatif kurang rentan untuk diserang oleh lisozim karena peptidoglikannya dilindungi oleh membran luar. Sasaran pemecahan oleh lisozim adalah di ikatan 1,4 antara Asam N-asaetilmuramat dan N-asetilglukosamin.

Pada bagian eksternal dinding sel terdapat pula struktur tambahan yaitu kapsul yang terdiri dari polisakarida dengan berat molekul yang tinggi sehingga memberi kesan berlendir pada permukaan sel. Kapsul memberikan perlindungan ekstra dalam melawan aktivitas fagositosis oleh sel inang dan penting dalam menentukan virulensi. Pada infeksi oleh Streptococcus pneumoniae hanya yang mempunyai kapsul saja yang menyebabkan infeksi yang fatal, sedangkan yang tidak berkapsul tidak menyebakan penyakit. Beberapa bakteri juga memiliki flagella yang berbentuk filamen heliks panjang yang keluar dari permukaan sel. Pergerakan flagella tidak tergantung akan tersedianya ATP dan hanya berespon melalui stimulan kimiawi berupa aliran proton ke dalam sel baik melalui pompa proton maupun ionofor. Flagella dibuat dari komponen protein (flagellins) yang merupakan antigen yang kuat (H Antigen) dan beberapa reaksi ketahanan terhadap infeksi ditentukan oleh protein ini. Fungsi dari flagela antara lain untuk bergerak (motilitas).

Selain flagella, ada pula bakteri yang memiliki pili. Pili lebih kaku daripada flagella dan berfungsi sebagai tempat menempel dengan bakteri lain (sex pili) atau dengan sel inang (common pili). Keberadaan pili dapat membantu bakteri untuk terhindar dari aktivitas fagositik sel inang sehingga dapat menurunkan resistensi sel inang terhadap infeksi bakteri. Dalam keadaan genting, bakteri dapat membentuk berbagai struktur yang berfungsi sebagai alat bertahan hidup. Salah satunya dengan membentuk endospora pada golongan-golongan tertentu, seperti genus aerob-obligat Bacillus dan genus anaerob-obligat Clostridium. Endospora merupakan bentuk sel yang tidak aktif, sangat tahan kering, panas, dan agen kimiawi. Jika kondisi membaik, sel akan aktif kembali dan endospora akan tumbuh menjadi sel vegetatif.

Pertumbuhan dan Reproduksi
Semua bakteri berkembang biak melalu pembelahan biner (aseksual) dimana dari satu sel membelah menjadi dua sel yang identik. Beberapa bakteri dapat membentuk struktur reprodukstif yang lebih kompleks yang memfasilitasi penguraian dua sel yang baru terbentuk. Contoh bakteri yang seperti itu antara lain fruiting body formation oleh Myxococcus dan arial hyphae formation oleh Streptomyces. Dalam laboratorium, bakteri dikembangkan melalui dua metode, solid dan liquid. Media pertumbuhan solid seperti piring agar digunakan untuk mengisolasi kultur murni dari bakteri yang diinginkan. Jika kita menginginkan biakan dalam jumlah yang besar, maka kita bisa menggunakan media liquid. Dalam media pertumbuhan ini, sel biakan dapat dengan mudah berkembang biak (membelah diri) dibandingkan dengan media solid, meskipun cukup sulit bagi kita jika kita ingin mengisolasi sel individu. Dalam kedua media tersebut, terdapat nutrisi bagi sel dalam jumlah yang terbatas sehingga dapat memudahkan kita dalam mempelajari siklus sel bakteri. Keterbatasan ini dapat diatasi dengan pemberian chemostat yang dapat mempertahankan kultur bakteri dibawah kondisi steady-state dengan cara memberikan nutrisi secara kontinu dan membuang hasil buangannya.

Pertumbuhan bakteri yang terkontrol akan melewati tiga fase yang berbeda. Biasanya semua kultur bakteri dimulai dari penyediaan kumpulan bakteri yang akan dikembangkan lalu diencerkan dalam media segar. Selanjutya, masuklah koloni tersebut ke dalam fase pertama, yaitu lag phase. Lag phase adalah fase pertumbuhan lambat. Hal ini disebabkan akibat kebutuhan bakteri untuk beradaptasi dengan lingkungannya demi mencapai fase pertumbuhan cepat. Lag phase memiliki tingkat biosintetik tinggi dimana enzim yang dibutuhkan untuk mencerna berbagai macam substrat dihasilkan dalam jumlah yang banyak. Fase kedua adalah log phase (Fase logaritmik), dikenal juga dengan fase eksponensial. Fase ini ditandai dengan pertumbuhan yang sangat cepat secara eksponensial. Tingkat dimana sel berkembang biak pada fase ini disebut sebagai growth rate (k). Waktu yang dibutuhkan sel untuk membelah diri menjadi dua bagian dalam fase ini disebut sebagai generation time (g). Selama log phase, nutrisi dicerna pada kecepatan maksimal sampai semuanya habis. Lalu, masuklah koloni tersebut ke dalam fase ketiga, fase stasioner. Fase ini ditandai dengan habisnya nutrisi yang tersedia. Sel mulai menghentikan aktivitas metaboliknya serta menghancurkan protein nonesensial yang mereka miliki. Fase stasioner merupakan masa transisi dari perkembangan yang sangat cepat menuju masa dormansi. Fase terakhir yang dilewati bakteri adalah fase penurunan. Setelah periode waktu pada fase stasioner yang bervariasi pada tiap organisme dan kondisi kultur, kecepatan kematian meningkat sampai mencapai tingkat yang tetap, Sering kali setelah mayoritas sel mati, kecepatan kematian menurun drastis, sehingga sejumlah kecil sel yang hidup akan bertahan selama beberapa bulan atau tahun. 
Daftar Pustaka
1. Mims et al. Medical microbiology. 2nd ed. London: Mosby; 1998 . p . 25-7, 411-9
2. Brooks GF, Butel JS, Morse SA. Jawetz, melnick, & adelberg’s medical microbiology. 23rd ed. New York: Lange medical books; 2004 . p . 15-31, 184-186
3. Todar K. Text book of bacteriology. 2006 [cited 2006 Aug 5]. Available from: URL: www.textbookofbacteriology.net
Reaksi:

0 komentar:

Post a Comment