Untuk
keperluan hidupnya, semua makhluk hidup memerlukan bahan makanan. Bahan makanan
ini diperlukan untuk sintesis bahan sel dan untuk mendapatkan energi. Demikian
juga dengan mikroorganisme, untuk kehidupannya membutuhkan bahan-bahan organik
dan anorganik dari lingkungannya. Bahan-bahan tersebut disebut dengan nutrient
(zat gizi), sedang proses penyerapanya disebut proses nutrisi.
Mikroba sama
dengan makhluk hidup lainnya, memerlukan suplai nutrisi sebagai sumber energi
dan pertumbuhan selnya. Unsur-unsur dasar tersebut adalah : karbon, nitrogen,
hidrogen, oksigen, sulfur, fosfor, zat besi dan sejumlah kecil logam lainnya.
Ketiadaan atau kekurangan sumber-sumber nutrisi ini dapat mempengaruhi
pertumbuhan mikroba hingga pada akhirnya dapat menyebabkan kematian. Kondisi
tidak bersih dan higienis pada lingkungan adalah kondisi yang menyediakan
sumber nutrisi bagi pertumbuhan mikroba sehingga mikroba dapat tumbuh
berkembang di lingkungan seperti ini. Oleh karena itu, prinsip daripada
menciptakan lingkungan bersih dan higienis adalah untuk mengeliminir dan meminimalisir
sumber nutrisi bagi mikroba agar pertumbuhannya terkendali.
Menurut
Waluyo (2005), peran utama nutrien adalah sebagai sumber energi, bahan
pembangun sel, dan sebagai aseptor elektron dalam reaksi bioenergetik (reaksi
yang menghasilkan energi). Oleh karenanya bahan makanan yang diperlukan terdiri
dari air, sumber energi, sumber karbon, sumber aseptor elektron, sumber
mineral, faktor pertumbuhan, dan nitrogen. “Selain itu, secara umum nutrient
dalam media pembenihan harus mengandung seluruh elemen yang penting untuk
sintesis biologik oranisme baru.
Pertumbuhan
mikoorganisme tergantung dari tersedianya air. Bahan-bahan yang terlarut dalam
air, yang digunakan oleh mikroorganisme untuk membentuk bahan sel dan
memperoleh energi, adalaah bahan makanan.
A. NUTRISI MIKROORGANISME
Mayoritas komponen seluler adalah karbon, oksigen, hidrogen,
nitrogen, fosfor dan elemen ini merupakan penyusun utama membran, protein, asam
nukleat dan struktur seluler lainnya. Elemen ini diperlukan paling banyak oleh
mikroba untuk menyusun komponen selulernya. Oleh karena itu disebut
makronutrien. Elemen lainnya yang sedikit diperlukan oleh mikroba untuk
menyusun komponen selulernya disebut mikronutrien. Elemen lainnya yang sangat
sedikit (bahkan tidak terukur) diperlukan sel untuk menyusun komponen seluler,
tetapi harus hadir dalam nutrisinya disebut trace elemen. Semua elemen yang
diperlukan oleh mikroba dipaparkan dalam bab selanjutnya. Faktor pertumbuhan
merupakan molekul organik yang penting bagi pertumbuhan tetapi tidak mampu
disintesis oleh mikroba sendiri seperti vitamin dan asam amino.
1. Sumber-sumber nutrisi
a. Sumber Karbon
Tumbuhan-tumbuhan
dan beberapa bakteri mampu mengunakan energi fotosintetik untuk mereduksi
karbondioksida pada penggunaan air. Organisme ini termasuk kelompok autotrof,
makhluk hidup yang tidak membutuhkan nutrient organik untuk pertumbuhannya.
Autotrof lain adalah khemolitotrof, organisme yang menggunakan substrat
anorganik seperti hidrogen atau thiosulfat sebagai reduktan dan karbondioksida
sebagai sumber karbon. Heterotrof membutuhkan karbon organik untuk
pertumbuhannya, dan karbon organik tersebut harus dalam bentuk yang dapat
diasimilasi. Contohnya, naphthalene.
b. Sumber Nitrogen
Nitrogen
merupakan komponen utama protein dan asam nukleat, yaitu sebesar lebih kurang
10 persen dari berat kering sel bakteri. Sumber nitrogen yang paling lazim
untuk mikroorganisme adalah garam-garam ammonium. Beberapa prokariot mampu
mereduksi nitrogen molekul (N2 atau dinitrogen). Mikroorganisme lain
memerlukan asam-asam amino sebagai sumber nitrogen, jadi yang mengandung
nitrogen organik. Tidak semua mikroorganisme mampu mereduksi sulfat, beberapa
diantaranya memerukan H2S atau sistein sebagai sumber S.
c. Sumber Belerang
Belerang adalah
komponen dari banyak substansi organik sel. Belerang membentuk bagian struktur
beberapa koenzim dan ditemukan dalam rantai samping cisteinil dan merionil
protein. Belerang dalam bentuk asalnya tidak dapat digunakan oleh tumbuhan atau
hewan. Namun, beberapa bakteri autotropik dapat mengoksidasinya menjadi sulfat
(SO42-).
d. Sumber Phospor
Fosfat (PO43-)
dibutuhkan sebagai komponen ATP, asam nukleat dan sejumlah koenzim seperti NAD,
NADP dan flavin. Selain itu, banyak metabolit, lipid (fosfolipid, lipid A),
komponen dinding sel (teichoic acid), beberapa polisakarida kapsul dan
beberapa protein adalah bergugus fosfat. Fosfat selalu diasimilasi sebagai
fosfat anorganik bebas (Pi).
e. Sumber Mineral
Sejumlah besar
mineral dibutuhkan untuk fungsi enzim. Ion magnesium (Mg2+) dan ion
ferrum (Fe2+) juga ditemukan pada turunan porfirin yaitu: magnesium
dalam molekul klorofil, dan besi sebagai bagian dari koenzim sitokrom dan
peroksidase. Mg2+ dan K+ keduanya sangat penting untuk
fungsi dan kesatuan ribosom. Ca2+ dibutuhkan sebagai komponen
dinding sel gram positif, meskipun ion tersebut bebas untuk bakteri gram
negatif. Banyak dari organisme laut membutuhkan Na+ untuk
pertumbuhannya.
f. Sumber Oksigen
Untuk sel,
oksigen tersedia dalam bentuk air. Selanjutnya oksigen juga terdapat dalam CO2
dan dalam bentuk senyawa organik. Selain itu masih banyak organisme yang
tergantung dari oksigen molekul (O2 atau dioksigen). Oksigen yang
berasal dari molekul oksigen hanya akan diinkorporasi ke dalam substansi sel
kalau sebagai sumber karbon digunakan metana atau hidrokarbon aromatic yang
berantai panjang. Mikroorganisme anaerob fakultatif tumbuh dengan adanya O2
udara, jadi bersifat aerotoleran; tetapi organisme ini tidak dapat memanfaatkan
O2, tetapi memperoleh energi semata-mata dari peragian. Jenis
bakteri anaerob fakultatif lain (Enterobacteriaceae) dan banyak ragi
dapat beralih dari peroleh energi dengan respirasi (dengan adanya O2)
ke peragian (tanpa O2).
2. Tipe-Tipe Nutrisi Utama Bakteri
|
Tipe
|
Sumber
Energi untuk Pertumbuhan
|
Sumber
Karbon Untuk Pertumbuhan
|
Contoh
genus
|
|
Fototrof
Fotoautotrof
Fotoheterotrof
|
Cahaya
Cahaya
|
CO2
Senyawa organik
|
Chromatium
Rhodopseumdomonas
|
|
Kemotrof
Kemoautotrof
Kemoheterotrof
|
Oksidasi senyawa
organik
Oksidasi senyawa
organik
|
CO2
Senyawa organik
|
Thiobacillus
Esherichia
|
3. Fungsi Natrium Untuk Mikroba
Setiap unsur nutrisi mempunyai peran tersendiri dalam
fisiologi sel. Unsur tersebut diberikan ke dalam medium sebagai kation garam
anorganik yang jumlahnya berbeda-beda tergantung pada keperluannya. Beberapa
golongan mikroba misalnya diatomae dan alga tertentu memerlukan silika (Si)
yang biasanya diberikan dalam bentuk silikat untuk menyusun dinding sel. Fungsi
dan kebutuhan natrium (Na) untuk beberapa jasad belum diketahui jumlahnya.
Natrium dalam kadar yang agak tinggi diperlukan oleh bakteri tertentu yang
hidup di laut, algae hijau biru, dan bakteri fotosintetik. Jasad hidup dapat
menggunakan makanannya dalam bentuk padat maupun cair (larutan). Jasad yang
dapat menggunakan makanan dalam bentuk padat tergolong tipe holozoik,
sedangkan yang menggunakan makanan dalam bentuk cair tergolong tipe holofitik.
Jasad holofitik dapat pula menggunakan makanan dalam bentuk padat, tetapi
makanan tersebut harus dicernakan lebih dulu di luar sel dengan pertolongan
enzim ekstraseluler. Pencernaan di luar sel ini dikenal sebagai extracorporeal
digestion. Bahan makanan yang digunakan oleh jasad hidup dapat berfungsi
sebagai sumber energi, bahan pembangun sel, dan sebagai aseptor atau donor
elektron. Dalam garis besarnya bahan makanan dibagi menjadi tujuh golongan
yaitu air, sumber energi, sumber karbon, sumber mineral, faktor tumbuh, dan
sumber nitrogen.
a. Air
Air merupakan komponen utama sel mikroba dan medium.
Funsi air adalah sebagai sumber oksigen untuk bahan organik sel pada respirasi.
Selain itu air berfungsi sebagai pelarut dan alat pengangkut dalam metabolisme.
b. Sumber
energi
Ada beberapa sumber energi untuk mikroba yaitu senyawa
organik atau anorganik yang dapat dioksidasi dan cahaya terutama cahaya
matahari.
c. Sumber
karbon
Sumber karbon untuk mikroba dapat berbentuk senyawa
organik maupun anorganik. Senyawa organik meliputi karbohidrat, lemak, protein,
asam amino, asam organik, garam asam organik, polialkohol, dan sebagainya.
Senyawa anorganik misalnya karbonat dan gas CO2 yang merupakan sumber karbon
utama terutama untuk tumbuhan tingkat tinggi.
e. Sumber
mineral
Mineral merupakan bagian dari sel. Unsur penyusun
utama sel ialah C, O, N, H, dan P. unsur mineral lainnya yang diperlukan sel
ialah K, Ca, Mg, Na, S, Cl. Unsur mineral yang digunakan dalam jumlah sangat
sedikit ialah Fe, Mn, Co, Cu, Bo, Zn, Mo, Al, Ni, Va, Sc, Si, Tu, dan
sebagainya yang tidak diperlukan jasad. Unsur yang digunakan dalam jumlah besar
disebut unsur makro, dalam jumlah sedang unsur oligo, dan dalam jumlah sangat
sedikit unsur mikro. Unsur mikro sering terdapat sebagai ikutan (impurities)
pada garam unsur makro, dan dapat masuk ke dalam medium lewat kontaminasi gelas
tempatnya atau lewat partikel debu. Selain berfungsi sebagai penyusun sel,
unsur mineral juga berfungsi untuk mengatur tekanan osmose, kadar ion H+
(kemasaman, pH), dan potensial oksidasireduksi (redox potential) medium.
f. Faktor
tumbuh
Faktor tumbuh ialah senyawa organik yang sangat
diperlukan untuk pertumbuhan (sebagai prekursor, atau penyusun bahan
sel) dan senyawa ini tidak dapat disintesis dari sumber karbon yang sederhana.
Faktor tumbuh sering juga disebut zat tumbuh dan hanya diperlukan dalam jumlah
sangat sedikit. Berdasarkan struktur dan fungsinya dalam metabolisme, faktor
tumbuh digolongkan menjadi asam amino, sebagai penyusun protein; base purin dan
pirimidin, sebagai penyusun asam nukleat; dan vitamin sebagai gugus prostetis
atau bagian aktif dari enzim.
g. Sumber
nitrogen
Mikroba dapat menggunakan nitrogen dalam bentuk
amonium, nitrat, asam amino, protein, dan sebagainya. Jenis senyawa nitrogen
yang digunakan tergantung pada jenis jasadnya. Beberapa mikroba dapat
menggunakan nitrogen dalam bentuk gas N2 (zat lemas) udara. Mikroba ini disebut
mikrobia penambat nitrogen.
4. Penggolongan Mikroba Berdasarkan Nutrisi Dan Oksigen
a.
Berdasarkan sumber karbon
Berdasarkan atas kebutuhan karbon jasad dibedakan
menjadi jasad ototrof dan heterotrof. Jasad ototrof ialah jasad yang memerlukan
sumber karbon dalam bentuk anorganik, misalnya CO2 dan senyawa karbonat. Jasad heterotrof
ialah jasad yang memerlukan sumber karbon dalam bentuk senyawa organik. Jasad
heterotrof dibedakan lagi menjadi jasad saprofit dan parasit. Jasad saprofit
ialah jasad yang dapat menggunakan bahan organik yang berasal dari sisa jasad
hidup atau sisa jasad yang telah mati. Jasad parasit ialah jasad yang hidup di
dalam jasad hidup lain dan menggunakan bahan dari jasad inang (hospes)-nya.
Jasad parasit yang dapat menyebabkan penyakit pada inangnya disebut jasad
patogen.
b.
Berdasarkan sumber energi
Berdasarkan atas sumber energi jasad dibedakan menjadi
jasad fototrof, jika menggunakan energi cahaya; dan khemotrof, jika menggunakan
energi dari reaksi kimia. Jika didasarkan atas sumber energi dan karbonnya,
maka dikenal jasad fotoototrof, fotoheterotrof,
khemoototrof dan khemoheterotrof.
c. Berdasarkan kebutuhan oksigen
Berdasarkan akan kebutuhan oksigen, jasad dapat
digolongkan dalam jasad aerob, anaerob, mikroaerob,
anaerob fakultatif, dan kapnofil. Pertumbuhan mikroba di dalam media
cair dapat menunjukkan sifat berdasarkan kebutuhan oksigen.
5. Interaksi Antar Jasad Dalam Menggunakan Nutrien
Jika dua atau lebih jasad yang berbeda ditumbuhkan
bersama-sama dalam suatu medium, maka aktivitas metabolismenya secara
kualitatif maupun kuantitatif akan berbeda jika dibandingkan dengan jumlah
aktivitas masing-masing jasad yang ditumbuhkan dalam medium yang sama tetapi
terpisah. Fenomena ini merupakan hasil interaksi metabolisme atau interaksi
dalam penggunaan nutrisi yang dikenal sebagai sintropik atau sintropisme atau
sinergitik. Sebagai contoh ialah bakteri penghasil metan yang anaerob obligat tidak dapat menggunakan glukosa
sebagai substrat, tetapi bakteri tersebut akan segera tumbuh oleh adanya hasil
metabolisme bakteri anaerob lain yang dapat menggunakan glukosa.
6.
Media Sebagai Sumber Nutrisi
Mikroba
Media pertumbuhan mikroorganisme
adalah suatu bahan yang terdiri dari campuran zat-zat makanan (nutrisi) yang di
perlukan mikroorganisme untuk pertumbuhan._ Mikroorganisme memanfaatkan nutrisi
media berupa molekul-melekul kecil yang dirakit untuk menyusun komponen sel.
Dengan media pertumbuhan dapat dilakukan isolate mikroorganisme menjadi kultur
murni dan juga memanipulasi komponen media pertumbuhannya.
Medium yang digunakan untuk
menumbuhkan dan mengembangbiakkan mikroorganisme tersebut harus sesuai susunanya
dengan kebutuhan jenis-jenis mikroorganisme yang bersangkutan. Untuk
menumbuhkan mikroorganisme yang kita inginkan, yang pertama harus dilakukan
adalah memahami kebutuhan dasarnya kemudian memformulasikan suatu medium atau
bahan yang akan digunakan.
Media biakan yang digunakan untuk
menumbuhkan bakteri terdapat dalam bentuk padat, semi-padat dan cair. Media
biakan harus berisi zat hara dan mempunyai keadaan fisik yang sesuai
pertumbuhan bakteri. Nutrisi yang berbeda di dalam media biakan di gunakan untuk
pertumbuhan, sintesis sel, keperluan energi dalam metabolisme dan pergerakan.
Pada umumnya nutrisi atau kandungan unsure dalam media biakan yang dibutuhkan
oleh bakteri adalah sumber energi, karbon, nitrogen, sulfur, fasfor,
unsur-unsur logam, vitamin dan air. Bahan-bahan media biakan yaitu antaralain:
a.
Bahan dasar
1)
Air (H2O) sebagai pelarut
2)
Agar (dari rumput laut) yang berfungsi sebagai pemadat
media. Agar sulit di degradasi oleh mikroorganisme pada umunya dan mencair pada
suhu 450C.
3)
Glatin juga memiliki fungsi yang sama seperti agar. Glatin
adalah polimer asam aminio yang diproduksi dari kologen. Kekurangannya adalah
lebih banyak jemis mikroba yang mampu menguraikan dibandingkan agar.
4)
Silica gel, yaitu bahan yang mengandung natrium silikat.
Fungsinya juga sebagai pemadat media. Silica gel khususnya digunakan untuk
memadatkan media bagi mikroorganisme autotrof abligat.
b.
Nutrisi atau zat makanan
1)
Media harus mengandung unsur-unsur yang diperlukan untuk
metabolisme sel yaitu berupa unsur malro seperti C, H, O, N, P; unsur mikro
seperti Fe, Mg dan unsur pelekat/trace element.
2)
Sumber karbon dan energi yang dapat di peroleh berupa
semyawa organic atau anorganik sesuai dengan sifat mikrobanya. Jasad heterotrof
memerlukan sumber karbon organik antara lain dari karbohidrat, lemak, protein,
dan asam organic.
3)
Smber nitrogen mencakup asam amino, protein atau senyawa
bernitrogen lain. Sejumalah mikroba dapat menggunakan sumber N anorganik
seperti urea.
4)
Vitamin-vitamin.
c.
Bahan tambahan
Bahan-bahan tambahan yaitu bahan
yang ditambahkan ke dalam medium dengan tujuan tertentu, msalnya phenol red
(indicator asam basa) ditambahkan untuk indicator perbahan pH akibat produksi
asam organic hasil metabolisme. Bahan yang sering digunakan dalam pembuatan
media yaitu :
·
Agar, dapat diperoleh dalam bentuk batangan, granula atau
bubuk dan terbuat dari rumput laut. Kegunaannya adalah sebagai pemadat
(gelling). Jika dicampur dengan air dingin, agar tidak akan larut, untuk
melarutkannya harus diasuk dan dipanasi.
·
Peptone, adalah produk hidrolisis protein hewani aau nabati
seperti otot, liver, darah, susu, kasein, laktobumin, gelatin, dan kedelai.
·
Meat extract, mengandung basa organic terbuat dari otak,
limpa, plasenta, dan daging sapi.
·
Yeast extract, terbuat dari ragi pengembang roti atau pembuat
alcohol. Yeast extract mengandung asam amino yang lengkap dan vitamin (B
complex).
Karbohidrat, ditambahkan untuk
memperkaya asam amino dan gas dari karbohidrat. Jenis karbohidrat yang umumnya
digunakan adalah amilum, glukosa, fruktosa, galaktosa, sukrosa, manitol, dan
lain-lain. Konsentrasi yang ditambahkan untuk analisis fermentasi adalah
0,5-1%.
Ø Macam-macam media
pertumbuhan:
1)
Berdasarkan konsistensi ataupun kepadatannya, medium terbagi
tiga bagian, yaitu:
a)
Medium cair/broth/liquid yaitu media yang tidak mengandung
agar, contohnya adalah NB (Nutrient Broth), LB (Lactose Broth).
b)
Medium setengah padat (semi solid medium) yaitu media yang
mengandung agar 0,3-0,4% sehingga menjadi sedikit kenyal, tidak padat, tidak
begitu cair. Media semi solid dibuat dengan tujuan supaya pertumbuhan mikroba
dapat menyebar ke seluruh media tetapi tidak mengalami percampuran sempurna
jika tergoyang. Misalnya bakteri yang tumbuh pada media NfB (Nitrogen free
Bromthymol Blue) semisolid akan membentuk cincin hijau kebiruan di
bawah permukaan media, jika media ini cair maka cincin ini dapat dengan mudah
hancur. Semisolid juga bertujuan untuk mencegah/menekan difusi oksigen,
misalnya pada media Nitrate Broth, kondisi anaerob atau sedikit
oksigen meningkatkan metabolisme nitrat tetapi bakteri ini juga diharuskan
tumbuh merata diseluruh media.
c)
Medium padat (solid medium) yaitu media yang mengandung agar
15% sehingga setelah dingin media menjadi padat. Contoh : endo agar, PDA,
Nutrient agar
2). Medium berdasarkan
komposisi
a)
Medium sintesis yaitu media yang komposisi zat kimianya
diketahui jenis dan takarannya secara pasti, misalnya Glucose Agar, Mac
Conkey Agar.
b)
Medium semi sintesis yaitu media yang sebagian komposisinya
diketahui secara pasti, misanya PDA (Potato Dextrose Agar) yang
mengandung agar, dekstrosa dan ekstrak kentang. Untuk bahan ekstrak kentang,
kita tidak dapat mengetahui secara detail tentang komposisi senyawa
penyusunnya.
c)
Medium non sintesis yaitu media yang dibuat dengan komposisi
yang tidak dapat diketahui secara pasti dan biasanya langsung diekstrak dari
bahan dasarnya, misalnya Tomato Juice Agar, Brain Heart Infusion Agar, Pancreatic
Extract.
3) Media berdasarkan tujuan
a)
Medium umum, yaitu medium yang dapat ditumbuhi berbagai
jenis mikroorganisme. Contoh : NA (nutrient agar) umum untuk bakteri, PDA
(potato dextrose agar) dan toge umum untuk jamur.
b)
Medium diferensial, yaitu medium yang hanya ditumbuhi
berbagai jenis mikroba, salah satu jenis memberikan cirri yang khas sehingga
dapat segera diketahui berbeda dari yang lain. Contoh : Blood Agar, EMB agar,
dll.
c)
Medium pengaya, yaitu medium yang kaya akan nutrient
tertentu sehingga dapat menumbuhkan dan memperbanyak sel dengan cepat. Contoh:
medium Tetrathionat Broth, dll.
d)
Media diperkaya (Enrichment media), merupakan media yang
mengandung komponen dasar untuk pertumbuhan mikroba dan ditambah komponen
kompleks seperti darah, serum, kunuing telur.Media diperkaya juga bersifat
selektif untuk mikroba tertentu. Bakteri yang ditambah dalam media initidak
hanya membutuhkan nutrisi sederhana untuk berkembang biak, tetapi membutuhkan
komponenkompleks, misalnya Blood Tellurite Agar , Blle Agar, Serum
Agar, dll.
Media Selektif/penghambat
merupakan media yang selain mengandung nutrisi juga ditambah suatu zat tertentu
sehingga media tersebut dapat menekan pertumbuhan mikroba lain dan
merangsang pertumbuhan mikroba yang diinginkan. Misalnya Luria Bertani
Medium yang ditambah Amphisilin untuk merangsang E .coli resisten antibiotik
dan menghambat kontaminan yang peka, Ampicilline.Salt Broth
yang ditambah NaCl 4% untuk membunuh streptococcus agalactioe yang toleran
terhadap garam.
Adapun beberapa definisi tentang
media diperkaya/selektif diantaranya :
- Media diperkaya ( Enrichment media) merupakan media yang diperlukan untuk oganismeyang memerlukan makanan tambahan.
- Media diperkaya digunakan untuk memperbanyak bakteribaik di dalam Specimen maupun koloni-koloni yang kecil.
- Media diperkaya Eksklusif digunakan segolongan bakteri yang lain termasuk dalam media iniantaralain Azide Broth, Selenite Broth.
- Media Selektif merupakan media yang digunakan untuk membedakan golongan sehinggadapat dipilih, koloni bakteri yang ada. Contoh : Endo Plat . http://Nutrisi-mikroba-anti.com
