myWay: Ruang Lingkup Mikrobiologi

I. Tinjauan Dasar Mikrobiologi

Sesuai namanya, bidang ilmu mikrobiologi (mikros = kecil/sangat kecil; bios = hidup/kehidupan) mempelajari tentang bentuk, kehidupan, sifat, dan penyebaran organisme yang termasuk golongan mikroba (jasad renik).

Dunia mikroba adalah dunia organisme yang sangat kecil, sehingga tidak dapat kita lihat dengan mata telanjang. Walupun sudah agak lama dikenal, namun dunia mikroba baru mulai terbuka secara luas sejak manusia menemukan sebuah alat yang disebut mikroskop, hasil temuan Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723). Mikroskop tersebut sangat sederhana, hanya memiliki satu lensa, dan mencapai pembesaran kurang dari 300 kali. Tetapi dengan mikroskop sederhana tersebut misteri tentang bentuk mikroba yang sebelumnya masih merupakan rahasia besar mulai terungkap.

Ketika Louis Pasteur (1822-1895) menemukan prinsip-prinsip fermentasi, yaitu satu di antara temuan-temuan dasar mengenai mikroba, rahasia seputar mikroba pun menjadi lebih jelas, dan keilmuan mikrobiologi mulai menemukan titik terang perkembangannya. Seorang dokter dari Jerman yang bernama Robert Koch (1843-1910) memperluas lagi perkembangan tersebut dengan menemukan kaitan mikroorganisma-mikroorganisma tertentu dengan penyakit. Postulat (batasan) yang disusunnya pada saat itu masih tetap berlaku sampai saat ini, dan dikenal dengan nama Postulat Koch.

Mikrobiologi dapat dipandang sebagai ilmu dasar yang mempelajari biologi dari mikrobia seperti Fisiologi, Taksonomi, Ekologi, dan Genetika mikrobia, dan dapat berperan sebagai ilmu terapan seperti Mikrobiologi Medik, Immunologi, Mikrobiologi Pangan, Mikrobiologi Industri, Mikrobiologi Lingkungan, dan Mikrobiologi Pertanian (Agricultural Microbiology).

Pada zaman modern, bidang mikrobiologi telah berkembang secara sangat luas, sehingga menyentuh bidang-bidang pengetahuan lain yang sejalan, di antaranya adalah Bidang kesehatan, termasuk di dalamnya kebersihan, sanitasi, dan pengolahan limbah. Bidang pertanian, termasuk di dalamnya peternakan, perikanan, kehutanan, dan pasca-panen. Bidang industri, termasuk di dalamnya industri kimia, industri obat-obatan, industri kertas, industri tekstil, dan sebagainya. Bidang makanan, termasuk di dalamnya yang berhubungan dengan pengolahan/pembuatan, quality control, serta pengawetan. Bidang pelestarian dan pengolahan lingkungan hidup

II. Sejarah Perkembangan Mikrobiologi

1. Pengamatan Mikroba Pertama Kali Melalui Mikroskop

Robert Hooke (1635-1703) adalah matematikawan, sejarawan alam, dan ahli mikroskopi asal Inggris. Dalam bukunya yang terkenal, Micrographia (1665), Hooke mengilustrasikan struktur badan buah dari suatu jenis kapang Ini adalah deskripsi pertama tentang mikroorganisme yang dipublikasikan.

Orang pertama yang melihat bakteri adalah Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723), seorang pembuat mikroskop amatir berkebangsaan Belanda. Pada tahun 1684, van Leeuwenhoek menggunakan mikroskop yang sangat kecil hasil karyanya sendiri untuk mengamati berbagai mikroorganisme dalam bahan alam.

Mikroskop yang digunakan Leeuwenhoek kala itu berupa kaca pembesar tunggal berbentuk bikonveks dengan spesimen yang diletakkan di antara sudut apertura kecil pada penahan logam. Alat itu dipegang dekat dengan mata dan objek yang ada di sisi lain lensa disesuaikan untuk mendapatkan fokus. Dengan alat itulah, Leewenhoek mendapatkan kontras yang sesuai antara bakteri yang mengambang dengan latar belakang sehingga dapat dilihat dan dibedakan dengan jelas.

Beliau menemukan bakteri di tahun 1676 saat mempelajari infusi lada dan air (pepper-water infusion). Van Leeuwenhoek melaporkan temuannya itu lewat surat pada Royal Society of London, yang dipublikasikan dalam bahasa Inggris pada tahun 1684. Ilustrasi van Leewenhoek tentang mikroorganisme temuannya dikenal dengan nama "animalculus” (hewan kecil), seperti protozoa, algae, khamir, dan bakteri. penemuan animalculus di alam, menimbulkan rasa ingin tahu mengenai asal usulnya.

2. Teori Asal Usul Makhluk Hidup

a. Teori abiogenesis (generatio spontanea), yang menyatakan bahwa makhluk hidup timbul dengan sendirinya dari bahan-bahan mati.

b. Teori biogenesis, yang menyatakan bahwa makhluk hidup berasal dari kehidupan sebelumnya.

Aristoteles (300 sebelum Isa Almasih) berpendapat, bahwa makhluk-makhluk kecil itu terjadi begitu saja dari benda yang mati. Pendapat itu dianut pula oleh Needham, seorang pendeta bangsa Irlandia yang selama 1745 sampai 1750 mengadakan eksperimen-eksperimen dengan pelbagai rebusan padi-padian, daging dan lain sebgainnya. Meskipun air rebusan tersebut disimpannya rapat-rapat dalam botol tertututup, namun timbullah mikroorganisme; dengan lain perkataan, kehidupan baru dapas timbul dari barang mati. Pendapat ini terkenal sebagai teori abiogenesis (a = tidak, bios = hidup, genesis = kejadian) atau teori generation spontanea.

Francesco Redi (1626-1697) membantah konsep generatio spontanea. Belatung pada daging busuk berasal dari telur lalat yang meletakkan telur pada daging tersebut, bukan dari daging itu sendiri. Percobaannya: ulat yang berkembang biak di dalam daging busuk, tidak akan terjadi apabila daging tersebut disimpan di dalam suatu tempat tertutup yang tidak dapat disentuh oleh lalat.

Lazzaro Spallanzani (1729-1799) dalam tahun 1768 juga membantah pendapat Aristoteles dan Needham dengan mengatakan, bahwa perebusan dan kemudian penutupi merebus sepotong dagingan botol-botol berisi air rebusan yang dilakukan oleh Needham itu tidak sempurna. Spallazani sendiri merebus sepotong daging sampai berjam-jam lamanya, kemudian air dagian tersebut ditutupnya rapat-rapat di dalam botol. Maka dengan perbuatan yang demikian itu tidak dipeoleh mikroorganisme baru. Hasil eksperimen tersebut belum menyakinkan benar, karena setengah orang pada waktu itu berpendapat, bahwa tutup botol yang rapat itu memungkinkan masuknya udara (oksigen) yang sangat di butuhkan bagi kehidupan mikroorganisme.

Schultze di dalam tahun 1836 memperbaiki eksperimen Spallanzi dengan mengalirkan udara lewat suatu asam atau basa yang keras ke dalam botol berisi kaldu yang telah direbus baik-baik terlebih dulu. Schwann di dalam tahun 1873 membuat percobaan serupa itu juga dengan mengalirkan udara lewat pipa yang dipanasi berjam-jam lamanya. Maka baik Schultze dan Schwann tidak dapat menemukan mikroorganisme di dalam kaldunya. Namun orang masih menaruh keberatan terhadap eksperimen kedua sarjana tersebut dengan mengemukakan, bahwa udara yang lewat asam atau basah ataupun lewat pipa panas itu telah mengalami perubahan demikian rupa, sehingga tidak memungkinkan timbulnya kehidupan makhluk-makhluk hidup baru.

H. Schroeder dan Th. Von Dusch (1854) menemukan suatu akal untuk menyaring udara yang menuju ke dalam botol berisi kaldu; udara itu dilewatkan suatu pipa berisi kapas yang steril. Dengan cara demikian ini ia tidak memdapatkan mikroorganisme baru di dalam kaldu, dan dengan demikian tumbanglah teori abiogenesis.

Bertahun-tahun setelahnya, banyak observasi lain yang menegaskan hasil pengamatan van Leeuwenhoek, namun peningkatan tentang pemahaman sifat dan keuntungan mikroorganisme berjalan sangat lambat sampai 150 tahun berikutnya.^. Baru di abad ke 19, yaitu setelah produksi mikroskop meningkat pesat, barulah keingintahuan manusia akan mikroorganisme mulai berkembang lagi. Louis Pasteur dikenal luas dengan pernyataannya, “Omne vivum ex ovo, omne ovum ex vivo”, yang berarti bahwa “semua makhluk hidup itu berasal dari telur, dan semua telur berasal dari sesuatu yang hidup”.

Percobaan Pasteur (1865) menjebak organisme yang terbawa udara dalam kapas. Dia juga memanaskan leher labu angsa, mensterilkan media, dan membiarkan labu terbuka. Hasil percobaan menunjukkan tidak ada pertumbuhan organisme sebab partikel debu yang membawa organisme tidak mencapai medium, namun debu terjebak dalam leher labu. Jika leher labu dipecah, debu akan mencapai medium dan organisme akan tumbuh. Dengan cara ini, Pasteur telah mematahkan teori

abiogenesis. Penemuan Louis Pasteur yang penting adalah :

a. Udara mengandung mikroba yang distribusinya tidak merata.

b. Cara pembebasan cairan dan bahan-bahan dari mikroba, yaitu pasteurisasi dan sterilisasi. Pasteurisasi : Cara untuk mematikan beberapa jenis mikroba tertentu dengan menggunakan uap air panas, suhunya kurang lebih 62oC. Sterilisasi : Cara untuk mematikan mikroba dengan pemanasan dan tekanan tinggi, cara ini merupakan penemuan bersama ahli yang lain.

3. Era Mikrobiologi Umum

Mikrobiologi umum merujuk pada aspek mikrobiologi non medis. Dua raksasa yang dikenal pada era ini adalah Beijerinck dan Winogradsky. Keduanya memulai aspek mikrobiologi lingkungan^.

a. Martinus Beijerinck dan Teknik Kultur Pengkayaan

Martinus Beijerinck (1851-1931) adalah profesor berkebangsaan Belanda yang berkontribusi besar terhadap teknik kultur pengkayaan. Pada teknik ini, mikroorganisme diisolasi dari alam dan ditumbuhkan di laboratorium dengan memanipulasi nutrisi dan kondisi inkubasinya. Dengan menggunakan teknik ini, Beijerinck berhasil mengisolasi kultur murni berbagai mikroorganisme air dan tanah untuk pertama kalinya.

b. Sergei Winogradsky dan Konsep Kemolitotrofi

Pekerjaan Sergei Winogradsky (1856-1953), asal Rusia, mirip dengan yang dilakukan Beijerinck, namun beliau mendalami bakteri yang terlibat dalam siklus nitrogen dan siklus sulfur. Konsep kemolitotrofi yang dicetuskannya berkaitan dengan adanya hubungan antara oksidasi senyawa anorganik dengan konservasi energi. Dengan menggunakan teknik pengkayaan, Winogradsky berhasil mengisioalsi bakteri pengikat nitrogen, Clostridium pasteurianum yang bersifat anaerob, dan sebagai cikal bakal konsep fiksasi nitrogen.

4. Mikrobiologi Modern

Memasuki abad ke-20, mulai berkembang dua cabang mikrobiologi yang masih saling berhubungan: mikrobiologi dasar (basic) dan mikrobiologi teraplikasi (applied). Mikrobiologi dasar mengacu pada penemuan-penemuan baru di bidang ini.^. Sedangkan mikrobiologi teraplikasi mengacu pada aspek pemecahan masalah (problem solving) yang berhubungan dengan bidang ini. Sejak ditemukannya konsep tentang DNA maka bidang mikrobiologi pun memasuki era molekuler. Keberhasilan sekuensing DNA berhasil mengungkap hubungan filogenetik (evolusi) di antara berbagai jenis bakteri.

III. Klasifikasi Mikroorganisme

Mikroorganisme atau mikroba adalah organisme yang berukuran sangat kecil sehingga untuk mengamatinya diperlukan alat bantuan. Mikroorganisme disebut juga organisme mikroskopik. Mikroorganisme seringkali bersel tunggal (uniseluler) maupun bersel banyak (multiseluler).

Namun, beberapa protista bersel tunggal masih terlihat oleh mata telanjang dan ada beberapa spesies multisel tidak terlihat mata telanjang. Virus juga termasuk ke dalam mikroorganisme meskipun tidak bersifat seluler. Mikroorganisme biasanya dianggap mencakup semua prokariota, protista dan alga renik. Fungi, terutama yang berukuran kecil dan tidak membentuk hifa, dapat pula dianggap sebagai bagiannya meskipun banyak yang tidak menyepakatinya.

Kebanyakan orang beranggapan bahwa yang dapat dianggap mikroorganisme adalah semua organisme sangat kecil yang dapat dibiakkan dalam cawan petri atau inkubator di dalam laboratorium dan mampu memperbanyak diri secara mitosis. Mikroorganisme berbeda dengan sel makrooganisme. Sel makroorganisme tidak bisa hidup bebas di alam melainkan menjadi bagian dari struktur multiselular yang membentuk jaringan, organ, dan sistem organ. Sementara itu, sebagian besar mikrooganisme dapat menjalankan proses kehidupan dengan mandiri, dapat menghasilkan energi sendiri, dan bereproduksi secara independen tanpa bantuan sel lain

Taksonomi merupakan cara atau upaya pengelompokan jasad hidup di dalam kelompok atau takson yang sesuai. Pertama kali pengelompokan ini hanya untuk lingkungan tumbuh-tumbuhan dan hewan, tetapi ternyata bahwa untuk mikroba pun dapat digunakan.

Mikroba sesuai dengan bentuk dan sifatnya termasuk kedalam Dunia tumbuh-tumbuhan. Sehingga kalau sebelumnya dunia tersebut hanya terbagi kedalam dua kelompok besar yaitu :

1) Monocotyledoneae, yaitu tumbuh-tumbuhan yang mempunyai keping biji tunggal.

2) Dicotyledoneae, yaitu tumbuh-tumbuhan yang mempunyai keping biji dua, maka sekarang akan bertambah dengan 1 kelompok besar lainnya.

3) Acotyledoneae, atau tumbuh-tumbuhan tanpa keping biji, yaitu Cryptogamae (kriptos = tersembunyi/tidak ada atau tidak nampa, gamae = alat perkembangbiak).

Mikroba termasuk kedalam kelompok ke-3 tersebut sesuai dengan sifat alat untuk perkembangbiakannya. Dari segi mikrobiologi sendiri, dunia Mikroba terbagi menjadi dua kelompok besar lainnya, pembagian ini berdasarkan kepada ada tidaknya inti, baik yang sudah terdiferensiasi ataupun yang belum. Yaitu sebagai berikut:

1) Prokaryota, yaitu kelompok mikroba yang tidak mempunyai inti yang jelas atau tidak terdiferensiasi. Kedalam kelompok ini termasuk :

· Bakteria,

· Mikro-alga biru-hijau (BGA = blue-green algae),

2) Karyota, yaitu kelompok mikroba yang sudah mempunyai inti yang jelas atau sudah terdiferensiasi. Kedalam kelompok ini termasuk :

· Jamur, termasuk didalamnya ragi,

· Mikro-alga lainnya

Walaupun ada kelompok kehidupan atau jasad lain yang dianggap hirup berdasarkan kepada bentuk dan sifatnya tidak sama dengan mikroba tetapi mengingat kepentingan dan asosiasi kehidupannya, ada dua kelompok besar lain yang umumnya dimasukkan kedalam Dunia Mikroba yaitu protozoa dan virus.

Secara umum dunia mikroorganisme terdiri dari 5 kelompok organisme, yaitu bakteri, protozoa, virus, algae, dan cendawan.

1. Bakteri

Bakteri, dari kata Latin bacterium (jamak, bacteria), adalah kelompok besar Prokariota, selain Archaea, yang berukuran sangat kecil serta memiliki peran besar dalam kehidupan di bumi. Mereka sangatlah kecil (mikroskopik) dan kebanyakan uniselular (bersel tunggal), dengan struktur sel yang relatif sederhana: tanpa nukleus/inti sel, kerangka sel, dan organel-organel lain seperti mitokondria dan kloroplas.

Struktur sel mereka dijelaskan lebih lanjut dalam artikel mengenai prokariota, karena bakteri merupakan prokariota, untuk membedakan mereka dengan organisme yang memiliki sel lebih kompleks, yang disebut eukariota. Istilah "bakteri" telah diterapkan untuk semua prokariota atau untuk sebagian besarnya, tergantung pada gagasan mengenai hubungan mereka.

Bakteri dianggap sebagai organisme paling melimpah di bumi. Mereka tersebar dan menghuni hampir semua tempat: di tanah, air, udara, atau dalam simbiosis dengan organisme lain. Banyak patogen merupakan bakteri. Kebanyakan dari mereka kecil, biasanya hanya berukuran 0,5-5 μm, meski ada jenis dapat menjangkau 0,3 mm dalam diameter (Thiomargarita). Mereka umumnya memiliki dinding sel, seperti sel tumbuhan dan jamur, tetapi dengan bahan pembentuk sangat berbeda (peptidoglikan). Banyak bakteri yang bergerak menggunakan flagela, yang berbeda dalam strukturnya dari flagela kelompok lain.

2. Protozoa

Protozoa adalah mikroorganisme menyerupai hewan yang merupakan salah satu filum dari Kingdom Protista. Seluruh kegiatan hidupnya dilakukan oleh sel itu sendiri dengan menggunakan organel-organel antara lain membran plasma, sitoplasma, dan mitokondria. Ciri-ciri umum :

Organisme uniseluler (bersel tunggal)
Eukariotik (memiliki membran nukleus)
Hidup soliter (sendiri) atau berkoloni (kelompok)
Umumnya tidak dapat membuat makanan sendiri (heterotrof)
Hidup bebas, saprofit atau parasit
Dapat membentuk sista untuk bertahan hidup
Alat gerak berupa pseudopodia, silia, atau flagela

Ciri-ciri prozoa sebagai hewan adalah gerakannya yang aktif dengan silia atau flagen, memili membrane sel dari zat lipoprotein, dan bentuk tubuhnya ada yang bisa berubah-ubah. Adapun yang bercirikan sebagai tumbuhan adalah ada jenis protozoa yang hidup autotrof. Ada yang bisa berubag-ubah. Adapun yang mencirikan sebagai sebagai tumbuhan adalah ada jenis protozoa yang hidup autotrof. Contoh dari protozoa adalah Entamoeba coli yang menyebabkan diare.

3. Virus

Virus adalah parasit berukuran mikroskopik yang menginfeksi sel organisme biologis. Virus hanya dapat bereproduksi di dalam material hidup dengan menginvasi dan memanfaatkan sel makhluk hidup karena virus tidak memiliki perlengkapan selular untuk bereproduksi sendiri. Dalam sel inang, virus merupakan parasit obligat dan di luar inangnya menjadi tak berdaya. Biasanya virus mengandung sejumlah kecil asam nukleat (DNA atau RNA, tetapi tidak kombinasi keduanya) yang diselubungi semacam bahan pelindung yang terdiri atas protein, lipid, glikoprotein, atau kombinasi ketiganya. Genom virus menyandi baik protein yang digunakan untuk memuat bahan genetik maupun protein yang dibutuhkan dalam daur hidupnya.

Istilah virus biasanya merujuk pada partikel-partikel yang menginfeksi sel-sel eukariota (organisme multisel dan banyak jenis organisme sel tunggal), sementara istilah bakteriofag atau fag digunakan untuk jenis yang menyerang jenis-jenis sel prokariota (bakteri dan organisme lain yang tidak berinti sel).

Virus sering diperdebatkan statusnya sebagai makhluk hidup karena ia tidak dapat menjalankan fungsi biologisnya secara bebas. Karena karakteristik khasnya ini virus selalu terasosiasi dengan penyakit tertentu, baik pada manusia (misalnya virus influenza dan HIV), hewan (misalnya virus flu burung), atau tanaman (misalnya virus mosaik tembakau/TMV).

4. Algae

Alga (jamak Algae) adalah sekelompok organisme autotrof yang tidak memiliki organ dengan perbedaan fungsi yang nyata. Alga bahkan dapat dianggap tidak memiliki "organ" seperti yang dimiliki tumbuhan (akar, batang, daun, dan sebagainya). Karena itu, alga pernah digolongkan pula sebagai tumbuhan bertalus.

Istilah ganggang pernah dipakai bagi alga, namun sekarang tidak dianjurkan karena dapat menyebabkan kekacauan arti dengan sejumlah tumbuhan yang hidup di air lainnya, seperti Hydrilla.

Dalam taksonomi yang banyak didukung para pakar biologi, alga tidak lagi dimasukkan dalam satu kelompok divisi atau kelas tersendiri, namun dipisah-pisahkan sesuai dengan fakta-fakta yang bermunculan saat ini. Dengan demikian alga bukanlah satu kelompok takson tersendiri.

Dalam pustaka-pustaka lama, alga selalu gagal diusahakan masuk dalam satu kelompok, baik yang bersel satu maupun yang bersel banyak. Salah satu contohnya adalah pemisahan alga bersel satu (misalnya Euglena ke dalam Protozoa) dari alga bersel banyak (ke dalam Thallophyta). Belakangan disadari sepenuhnya bahwa pengelompokan sebagai satu klad tidak memungkinkan bagi semua alga, bahkan setelah dipisahkan berdasarkan organisasi selnya, karena sebagian alga bersel satu lebih dekat berkerabat dengan alga bersel banyak tertentu.

Saat ini, alga hijau dimasukkan ke dalam kelompok (klad) yang lebih berdekatan dengan semua tumbuhan fotosintetik (membentuk klad Viridiplantae). Alga merah merupakan kelompok tersendiri (Rhodophycophyta atau Rhodophyceae); demikian juga alga pirang (Phaeophycophyta atau Phaeophyceae) dan alga keemasan (Chrysophyceae).

5. Cendawan/Fungi

Fungi adalah nama regnum dari sekelompok besar makhluk hidup eukariotik heterotrof yang mencerna makanannya di luar tubuh lalu menyerap molekul nutrisi ke dalam sel-selnya. Awam mengenal sebagian besar anggota Fungi sebagai jamur, kapang, khamir, atau ragi, meskipun seringkali yang dimaksud adalah penampilan luar yang tampak, bukan spesiesnya sendiri. Kesulitan dalam mengenal fungi sedikit banyak disebabkan adanya pergiliran keturunan yang memiliki penampilan yang sama sekali berbeda (ingat metamorfosis pada serangga atau katak).

Fungi memperbanyak diri secara seksual dan aseksual. Perbanyakan seksual dengan cara :dua hifa dari jamur berbeda melebur lalu membentuk zigot lalu zigot tumbuh menjadi tubuh buah, sedangkan perbanyakan aseksual dengan cara membentuk spora, bertunas atau fragmentasi hifa. Jamur memiliki kotak spora yang disebut sporangium. Di dalam sporangium terdapat spora. Contoh jamur yang membentuk spora adalah Rhizopus. Contoh jamur yang membentuk tunas adalah Saccharomyces. Hifa jamur dapat terpurus dan setiap fragmen dapat tumbuh menjadi tubuh buah.

Fungi dulu dikelompokkan sebagai tumbuhan. Dalam perkembangannya, fungi dipisahkan dari tumbuhan karena banyak hal yang berbeda. Fungi bukan autotrof seperti tumbuhan melainkan heterotrof sehingga lebih dekat ke hewan. Usaha menyatukan fungi dengan hewan pada golongan yang sama juga gagal karena fungi mencerna makanannya di luar tubuh (eksternal), tidak seperti hewan yang mencerna secara internal. Selain itu, sel-sel fungi berdinding sel yang tersusun dari kitin, tidak seperti sel hewan.

IV. Peranan Mikrobiologi

Mikroorganisme merupakan jasad hidup yang mempunyai ukuran sangat kecil (Kusnadi, dkk, 2003). Setiap sel tunggal mikroorganisme memiliki kemampuan untuk melangsungkan aktivitas kehidupan antara lain dapat dapat mengalami pertumbuhan, menghasilkan energi dan bereproduksi dengan sendirinya. Mikroorganisme memiliki fleksibilitas metabolisme yang tinggi karena mikroorganisme ini harus mempunyai kemampuan menyesuaikan diri yang besar sehingga apabila ada interaksi yang tinggi dengan lingkungan menyebabkan terjadinya konversi zat yang tinggi pula. Akan tetapi karena ukurannya yang kecil, maka tidak ada tempat untuk menyimpan enzim-enzim yang telah dihasilkan.

Dengan demikian enzim yang tidak diperlukan tidak akan disimpan dalam bentuk persediaan. Enzi

m-enzim tertentu yang diperlukan untuk perngolahan bahan makanan akan diproduksi bila bahan makanan tersebut sudah ada. Mikroorganisme ini juga tidak memerlukan tembat yang besar, mudah ditumbuhkan dalam media buatan, dan tingkat pembiakannya relative cepat (Darkuni, 2001).

Oleh karena aktivitasnya tersebut, maka setiap mikroorganisme memiliki peranan dalam kehidupan, baik yang merugikan maupun yang menguntungkan. Sekilas, makna praktis dari mikroorganisme disadari tertutama karena kerugian yang ditimbulkannya pada manusia, hewan, dan tumbuh-tumbuhan. Misalnya dalam bidang mikrobiologi kedokteran dan fitopatologi banyak ditemukan mikroorganisme yang pathogen yang menyebabkan penyakit dengan sifat-sifat kehidupannya yang khas. Walaupun di bidang lain mikroorganisme tampil merugikan, tetapi perannya yang menguntungkan jauh lebih menonjol. Menurut Schlegel (1994) beberapa bukti mengenai peranan mikrobiologi dapat dikemukakan sebagai berikut:

a. Proses klasik menggunakan mikroorganisme

Di Jepang dan Indonesia sudah sejak zaman dahulu kacang kedelai diolah dengan menggunakan bantuan fungi, ragi, dan bakteri asam laktat. Bahkan sudah sejak zaman perang dunia pertama fermentasi terarah dengan ragi digunakan untuk membuat gliserin. Asam laktat dan asam sitrat dalam jumlah besar yang diperlukan oleh industri makanan, masing-masing dibuat dengan pertolongan bakteri asam laktat dan cendawan Aspergillus niger.

b. Produk Antibiotika

Penemuan antibiotik telah menghantarkan pada terapi obat dan industri obat ke era baru. Karena adanya penemuan penisilin dan produk-produk lain sekresi fungi, aktinomiset, dan bakteri lain, maka kini telah tersedia obat-obat yang manjur untuk memerangi penyakit infeksi bakteri.

c. Proses menggunakan mikroba

Fermentasi klasik telah diganti dengan cara baru untuk produksi dan konversi menggunakan mikroba. Senyawa karotenoid dan steroid diperoleh dari fungi. Sejak ditemukan bahwa Corynebacterium glutamicum memproduksi glutamat dengan rendemen tinggi dari gula dan garam amonium, maka telah diisolasi berbagai mutan dan dikembangkan proses baru yang memungkinkan pembuatan banyak jenis asam amino, nukleotida, dan senyawa biokimia lain dalam jumlah besar.

Mikroorganisme juga diikutsertakan oleh para ahli kimia pada katalisis sebagian proses dalam rangkaian sintesis yang panjang; biokonversi oleh mikroba lebih spesifik dengan rendemen lebih tinggi, mengungguli koversi secara kimia; amilase untuk hidrolisis pati, proteinase pada pengolahan kulit, pektinase untuk penjernihan sari buah dan enzim-enzim lain yang digunakan di industri diperoleh dari biakan mikroorganisme. d. Teknik genetika modern

Kejelasan mengenai mekanisme pemindahan gen pada bakteri dan peran dari unsur-unsur ekstrakromosom, telah membuka kemungkinan untuk memindahkan DNA asing ke dalam bakteri. Manipulasi genetik memungkinkan untuk memasukkan sepotong kecil pembawa informasi genetik dari manusia ke dalam bakteri sehingga terjadi sintesis senyawa protein yang bersangkutan. Kegiatan ini sering dilakukan dalam hal pembuatan hormon, antigen, dan antibodi.

Berdasarkan penjelasan di atas, mikroorganisme memiliki peranan yang cukup besar dalam kehidupan, baik peranan yang merugikan maupun yang menguntungkan. Beberapa peranan yang dimiliki oleh mikroorganisme antara lain sebagai berikut:

1. Peranan yang Merugikan

a. Penyebab penyakit, baik pada manusia, hewan maupun tumbuhan. Misalnya Strptococcus pneumoniae penyebab pneumonia dan Corynebacterium diphtheriae penyebab dipteri.

b. Penyebab kebusukan makanan (spoilage). Adanya kebusukan pada makanan dapat disebabkan oleh beberapa jenis bakteri yang tumbuh dalam makanan tersebut. Beberapa di antara mikroorganisme dapat mengubah rasa beserta aroma dari makanan sehingga dianggap merupakan mikroorganisme pembusuk. Dalam pembusukan daging, mikroorganisme yang menghasilkan enzim proteolitik mampu merombak protein-protein. Pada proses pembusukan sayur dan buah, mikroorganisme pektinolitik mampu merombak bahan-bahan yang mengandung pektin yang terdapat pada dinding sel tumbuhan (Tarigan, 1988). Mikroorganisme seperti bakteri, khamir (yeast) dan kapang (mould) dapat menyebabkan perubahan yang tidak dikehendaki pada penampakan visual, bau, tekstur atau rasa suatu makanan. Mikroorganisme ini dikelompokkan berdasarkan tipe aktivitasnya, seperti proteolitik, lipolitik, dll. Atau berdasarkan kebutuhan hidupnya seperti termofilik, halofilik, dll.

c. Penyebab keracunan makanan (food borne disease). Kusnadi, dkk (2003) menjelaskan bahwa bakteri penghasil racun (enterotoksin atau eksotoksin) dapat mencemari badan air, misalnya spora Clostridium perfringens, C. Botulinum, Bacillus cereus, dan Vibrio parahaemolyticus. Spora dapat masuk ke dalam air melalui debu/tanah, kotoran hewan, dan makanan-limbah. Jika makanan atau minuman dan air bersih tercemari air tersebut, maka dalam keadaan yang memungkinkan, bakteri tersebut akan mengeluarkan racun sehingga makanan atau minuman mengandung racun dan bila dikonsumsi dapat menyebabkan keracunan makanan. Bahkan menurut Dwidjoseputro (2005) pada makanan yang telah dipasteurisasi pun juga dapat mengandung racun (toksin) . Makanan yang telah dipasteurisasi kemudian terus menerus disimpan di dalam kaleng pada temperatur kamar, dapat mengandung racun yang berasal dari Clostridium botulinum. Spora-spora dari bakteri ini tidak mati dalam proses pasteurisasi. Dalam keadaan tertutup (anaerob) dan suhu yang menguntungkan, maka spora-spora tersebut dapat tumbuh menjadi bakteri serta menghasilkan toksin. Racun yang dihasilkan tidak mengganggu alat pencernaan, melainkan mengganggu urat saraf tepi.

d. Menimbulkan pencemaran. Materi fekal yang masuk ke dalam badan air, selain membawa bakteri patogen juga akan membawa bakteri pencemar yang merupakan flora normal saluran pencernaan manusia, misalnya E. coli. Kehadiran bakteri ini dapat digunakan sebagi indicator pencemaran air oleh materi fekal.

2. Peranan yang Menguntungkan

Banyak yang menduga bahwa mikroorganisme membawa dampak yang merugikan bagi kehidupan hewan, tumbuhan, dan manusia, misalnya pada bidang mikrobiologi kedokteran dan fitopatologi banyak ditemukan mikroorganisme yang pathogen yang menyebabkan penyakit dengan sifat-sifat kehidupannya yang khas. Meskipun demikian, masih banyak manfaat yang dapat diambil dari mikroorganisme-mikroorganisme tersebut. Penggunaan mikroorganisme dapat diterapkan dalam berbagai bidang kehidupan, saperti bidang pertanian, kesehatan, dan lingkungan. Beberapa manfaat yang dapat diambil antara lain sebagai berikut:

a. Bidang pertanian.

Dalam bidang pertanian, mikroorganisme dapat digunakan untuk peningkatan kesuburan tanah melalui fiksasi N₂, siklus nutrien, dan peternakan hewan. Nitrogen bebas merupakan komponen terbesar udara. Unsur ini hanya dapat dimanfaatkan oleh tumbuhan dalam bentuk nitrat dan pengambilan khususnya melalui akar. Pembentukan nitrat dari nitrogen ini dapat terjadi karena adanya mikroorganisme. Penyusunan nitrat dilakukan secara bertahap oleh beberapa genus bakteri secara sinergetik.

Dalam Dwidjoseputro (2005) dijelaskan bahwa ada beberapa genera bakteri yang hidup dalam tanah (misalnya Azetobacter, Clostridium, dan Rhodospirillum) mampu untuk mengikat molekul-molekul nitrogen guna dijadikan senyawa-senyawa pembentuk tubuh mereka, misalnya protein. Jika sel-sel itu mati, maka timbullah zat-zat hasil urai seperti CO₂ dan NH₃ (gas amoniak). Sebagian dari amoniak terlepas ke udara dan sebagian lain dapat dipergunakan oleh beberapa genus bakteri (misalnya Nitrosomonas dan Nitrosococcus) untuk membentuk nitrit. Nitrit dapat dipergunakan oleh genus bakteri yang lain untuk memperoleh energi daripadanya. Oksidasi amoniak menjadi nitrit dan oksidasi nitrit menjadi nitrat berlangsung di dalam lingkungan yang aerob. Peristiwa seluruhnya disebut nitrifikasi. Pengoksidasian nitrit menjadi nitrat dilakukan oleh Nitrobacter.

Peran lain mikroba dalam bidang pertanian antara lain dalam teknologi kompos bioaktif dan dalam hal penyediaan dan penyerapan unsur hara bagi tanaman (biofertilizer). Kompos bioaktif adalah kompos yang diproduksi dengan bantuan mikroba lignoslulotik unggul yang tetap bertahan di dalam kompos dan berperan sebagai agensia hayati pengendali penyakit tanaman. Teknologi kompos bioaktif ini menggunakan mikroba biodekomposer yang mampu mempercepat proses pengomposan dari beberapa bulan menjadi beberapa minggu saja. Mikroba akan tetap hidup dan aktif di dalam kompos, dan ketika kompos tersebut diberikan ke tanah, mikkroba akan berperan untuk mengendalikan organisme.

Mikroba sebagai agen biokontrol. Mikroba yang dapat mengendalikan hama tanaman antara lain: Bacillus thurigiensis (BT), Bauveria bassiana , Paecilomyces fumosoroseus, dan Metharizium anisopliae . Mikroba ini mampu menyerang dan membunuh berbagai serangga hama. Mikroba yang dapat mengendalikan penyakit tanaman misalnya: Trichoderma sp yang mampu mengendalikan penyakit tanaman yang disebabkan oleh Gonoderma sp, JAP (jamur akar putih), dan Phytoptora sp. Beberapa biokontrol yang tersedia di pasaran antara lain: Greemi-G, Bio-Meteor, NirAma, Marfu-P dan Hamago.

b. Bidang makanan

Beberapa bahan makanan yang sampai saat ini dibuat dengan menggunakan mikroorganisme sebagai bahan utama prosesnya, misalnya pembuatan bir dan minuman anggur dengan menggunakan ragi, pembuatan roti dan produk air susu dengan bantuana bakteri asam laktat, dan pembuatan cuka dengan bantuan bakteri cuka.

Pengolahan kacang kedelai di beberapa negara banyak yang menggunakan bantuan fungi, ragi, dan bakteri bakteri asam laktat. Bahkan asam laktat dan asam sitrat yang dalam jumlah besar diperlukan oleh industri bahan makanan masing-masing dibuat dengan bantuan asam laktat dan Aspergillus niger (Darkuni, 2001).

Beberapa kelompok mikroorganisme dapat digunakan sebagai indikator kualitas makanan. Mikroorganisme ini merupakan kelompok bakteri yang keberadaannya di makanan di atas batasan jumlah tertentu, yang dapat menjadi indikator suatu kondisi yang terekspos yang dapat mengintroduksi organisme hazardous (berbahaya) dan menyebabkan proliferasi spesies patogen ataupun toksigen. Misalnya E. coli tipe I, coliform dan fekal streptococci digunakan sebagai indikator penanganan pangan secara tidak higinis, termasuk keberadaan patogen tertentu. Mikroorganisme indikator ini sering digunakan sebagai indaktor kualitas mikrobiologi pada pangan dan air.

a. Bidang Industri

Menurut Kusnadi, dkk (2003) mikroorganisme industri merupakan organisme yang dipilih secara hati-hati sehingga dapat membuat satu atau banyak produk khusus. Bahkan jika mikroorganisme industri merupakan salah satu yang sudah diisolasi dengan teknik tradisional, mikroorganisme tersebut menjadi organisme yang sangat termodifikasi sebelum memasuki industri berskala besar. Sebagian besar mikroorganisme industri merupakan spesialis metabolik yang secara spesifik mampu menghasilkan metabolit tertentu dalam jumlah yang sangat besar pula. Untuk mencapai spesialisasi metabolik tinggi tersebut, strain industri diubah secara genetika melalui mutasi dan rekombinasi.

Berbagai proses industri digunakan untuk menghasilkan produk mikrobiologi dan dipisahkan menjadi beberapa kategori berdasarkan kecenderungan penggunaan produk akhir sebagai berikut:

o Produksi bahan kimia farmasi

Produk yang paling terkenal adalah antibiotika, obat-obatan steroid, insulin, dan interferon yang dihasilkan melalui bakteri hasil rekayasa genetika.

o Produksi bahan kimia bernilai komersial

Produk yang termasuk dalam kelompok ini adalah pelarut dan enzim serta berbagai senyawa yang digunakan untuk bahan pemula (starting) untuk industri sintesis senyawa lain.

o Produksi makanan tambahan

Produksi massa ragi, bakteri dan alga dari media murah mengandung garam nitrogen anorganik , cepat saji, dan menyediakan sumber protein dan senyawa lain yang sering digunakan sebagai makanan tambahan untuk manusia dan hewan.

o Produksi minuman alkohol

Pembuatan beer dan wine dan poduksi minuman alkohol lain yang merupakan proses bioteknologi berskala besar paling tua.

o Produksi vaksin

Sel mikroorganisme maupun bagiannya atau produknya dihasilkan dalam jumlah besar dan digunakan untuk produksi vaksin. Produksi mikroorganisme untuk digunakan sebagai insektisida (biosida). Pengendalian hama tanaman dengan menggunakan mikroorganisme yang berperan sebagai insektisida. Khususnya untuk spesies tertentu, misalnya Bacillus (B. Larvae, B. Popilliae, dan B. Thurungiensis). Spesies tersebut menghasilkan protein kristalin yang mematikan larva lepidoptera (ngengat, kupu-kupu, kutu loncat), misalnya ulat kubis, ngengat gipsy, dan sarang ulat.

o Penggunaanya dalam industri perminyakan dan pertambangan

Sejumlah prosedur mikrobiologi digunakan untuk meningkatkan perolehan kembali logam dari bijih berkadar rendah dan untuk perbaikan perolehan minyak dari sumur-sumur bor.

b. Bidang kesehatan

Salah satu manfaat mikroorganisme dalam bidang kesehatan adalah dalam menghasilkan antibiotika. Bahan antibiotik dibuat dengan bantuan fungi, aktinomiset, dan bakteri lain. Antibiotik ini merupakan obat yang paling manjur untuk memerangi infeksi oleh bakteri. Beberapa mikroba menghasilkan metabolit sekunder, yang sangat bermanfaat sebagai obat untuk mengendalikan berbagai penyakit infeksi. Sejak dulu dikenal jamur Penicillium yang pertama kali ditemukan oleh Alexander fleming (1928), dapat menghasilkan antibiotika penisilin. Sekarang banyak diproduksi berbagai antibiotik dari berbagai jenis mikroba yang sangat berperan penting dalam mengobati berbagai penyakit. Selain untuk antibiotik, dalam bidang kesehatan mikrorganisme juga dapat digunakan sebagai agen pembusuk di dalam saluran pencernaan alami, yang turut membantu mencerna makanan di dalam saluran pencernaan.

c. Bidang lingkungan dan energi

Mikroorganisme ini banyak dimanfaatkan untuk bahan bakar hayati (metanol dan etanol), bioremediasi, dan pertambangan. Selain itu, mikroorganisme yang ada di lingkungan berperan dalam perputaran/siklus materi dan energi terutama dalam siklus biogeokimia dan berperan sebagai pengurai (dekomposer). Mikroorganisme tanah berfungsi merubah senyawa kimia di dalam tanah, terutama pengubahan senyawa organik yang mengandung karbon, nitrogen, sulfu, dan fosfor menjadi senyawa anorganik dan bisa menjadi nutrien bagi tumbuhan. Mikroorganisme pada lingkungan alami juga dapat digunakan sebagai indikator baik buruknya kualitas lingkungan, baik perairan ataupun terestrial.

d.Bidang bioteknologi

Kemajuan bioteknologi, tak terlepas dari peran mikroba. karena materi genetika mikroba sederhana, sehingga mudah dimanipulasi untuk disisipkan ke gen yang lain. Disamping itu karena materi genetik mikroba dapat berperan sebagai vektor (plasmid) yang dapat memindahkan suatu gen dari kromosom oganisme ke gen organisme lainnya (Anonim b, 2007). Misalnya terapi gen pada penderita gangguan liver. Terapi ini dapat dilakukan secara ex-vivo maupun in-vivo.

Dalam terapi gen ex vivo, sel hati (misalnya) dari pasien yang hatinya telah mengalami kerusakan dipindahkan melalui pembedahan dan perawatan. Kemudian melalui terapi gen akan menyalurkannya dengan menggunakan vektor. Sel-sel hati yang dirubah secara genetik kemudian akan ditransplantasikan kembali dalam tubuh pasien tanpa khawatir akan kegagalan dari proses pencangkokan jaringan tersebut karena sel-sel ini pada awalnya berasal dari pasien.

Strategi terapi gen in vivo meliputi pemasukan gen ke dalam jaringan dan organ di dalam tubuh tanpa diikuti oleh pemindahan sel-sel tubuh. Tantangan utama dalam terapi gen in vivo adalah pengiriman gen hanya terjadi pada jaringan yang diharapkan dan tidak terdapat pada jaringan yang lain. Pada terapi ini, virus digunakan sebagai vektor untuk pengiriman gen (Thieman, 2004).

Beberapa hasil perkembangan bioteknologi lain yang penting dan melibatkan mikroba adalah produksi insulin, tanaman transgenik serta antibodi monoklonal. Antibodi monoklonal (MAbs) merupakan salah satu antibodi murni yang bersifat sangat spesifik dan menjadi peluru ajaib bagi dunia pengobatan.

Daftar Pustaka

Dwidjoseputro. 2010, Dasar-Dasar Mikrobiologi. Penerbit Djambatan, Jakarta
http://blog.unila.ac.id/wasetiawan/files/2010/03/II-Sejarah-Perkembangan-Mikrobiologi.pdf (Diakses pada tanggal 22 Maret 2011 Jam 14.30 WIB)
http://iqbalali.com/2008/02/18/peran-mikroorganisme-dlm-kehidupan/ (Diakses pada tanggal 22 Maret 2011 Jam 14.30 WIB)
http://mikrobiologi.edublogs.org/files/2009/09/02-1-KLASIFIKASI-MO.pdf (Diakses pada tanggal 22 Maret 2011 Jam 14.40 WIB)

· http://zaifbio.wordpress.com/2009/02/26/klasifikasi-mikroba-klasifikasi-dan-peranan-mikroba-dalam-kehidupan/ (Diakses pada tanggal 22 Maret 2011 Jam 16.30 WIB)