Bab 4 Fisiologi Pertumbuhan Kuman

FrsroLoGrPERTUMBUHAN KUMAN Suharto dan Aidilfiet ChatimPada pertumbuhan kuman terjadt sintesa yang bagi pertumbuhan dan perkembangbiakan. Airkhas dan berimbang dari komponen-komponen merupakan pengantar semua bahan gizi yangprotoplasma dari bahan-bahan gizi (nutrien) yang diperlukan sel dan untuk membuang semua zat-terdapat dalam lingkungannya. Ini merupakan z tyangtak diperlukan ke luar sel. Selain untukproses yang terus berubah menurut waktu dan melancarkan reaksi-reaksi metabolik, air jugamerupakan sifat utama makhluk hidup. Kuman-kuman merupakan kelompok organisme yang merupakan bagian terbesar dari protoplasma.sangat omnivor (memakan segalanya). Merekamampu melaksanakan proses-proses metabo- Garam-garam anorganik: Diperlukan untuklisme dengan memanfaatkan segala macam sum- mempertahankan keadaan koloidal dan tekananber bahan makanan, mulai substrat anorganik osmotik di dalam sel; untuk memelihara keseim-sampai bahan organik yang sangat kompleks.Agaknya tidak ada satu pun persenyawaan or- bangan asam-basa; dan berfungsi sebagai bagianganik yang tak dapat dimanfaatkan oleh kuman. enzim atau sebagai aktivator reaksi enzim.Ini merupakan bukti akan kemampuan kumanuntuk mengadaptasikan dirinya dan mencermin- Mineral: Selain karbon dan nitrogen, sel-sel hidupkan kemamp u^nnyauntuk menanggapi rangsangan memerlukan sejumlah mineral-mineral fainnyayang sebelumnya adalah asing baginya. Meski- untuk pertumbuhannya.pun di ant;;r^ bermacam-macam spesies kuman - Belerang (sulfur) : seperti halnya dengan nitro-terdapat perbedaan-perbedaan dalam keperluan- gen, sulfur juga merupakan komponen sub-ny a akan b ah an gizi, tetapi ada b ah an- b ahan gizr stansi sel. Sebagian besar sulfur sebagai r ,.yangagaknya diperlukan oleh setiap jenis kuman. tetapi kebanyakan mengambilnya dalam ben- tuk .'ri. :, Gulfat).Substansi yang umum diperlukan - Fosfor-fosfat ij,:i-i.l : diperlukan sebagai kom-Air: Kuman memerlukan air dalam konsentrasitinggi (cukup) di sekitarnya karena diperlukan ponen asam-asam nukleat dan berupa koenzim. -Aktivator enzim: Sejumlah mineral diperlu- kan sebagai aktivator enzim seperti ii:iri jug r\" dani.-'.,:\" 33

34 Buku Ajar Mikrobiologi KedokteranSumber nitrogen: Banyak isi sel, temrama prorein, Faktor pertumbuhan: Banyak kuman heterotrofmengandung nitro gen. Pada kuman, nitro gen men- tidak dapat tumbuh kecuali diberikan faktor-capai 1.0o/o berat kering sel kuman. Nitrogen yang faktor pertumbuhan. Substansi ini dimasukkandipakai oleh kuman, diambil dalam bentuk: NO:, dalam perbenihan dalam benruk ekstrak ragi,NOz, NH:, Nz dan R-NHz (R-radikal organik). darah, vitamin B kompleks, asam amino, purin dan pirimidin. Vitamin B kompleks teruramaKebanyakan mikroorganisme dapat mengguna- berperan sebagai katalisator pada reaksi-reaksi dikan NHr sebagai satu-satunya sumber nitrogen. dalam sel.COz: diperlukan dalam proses-proses sintesa Oz: Berdasarkan keperluan akan oksigen,dengan timbulnya asimilasi COz di dalam sel.Berdasarkan jenis sumber C yang diperlukan, kuman dibagi dalam lima golongan:kuman dibagi dalam dua golongan: a. Kuman anaerob obligat, hidup anpa C2,Kuman autotrof (litotrof): adalah kuman yang 02 toksis terhadap golongan kuman ini.hanyamemerlukan atr, garaminorganik dan COz b. Kuman anaerob aerotoleran, tidak matisebagai sumber C bagi pertumbuhannya, men- dengan adanya C2.sintesa sebagian besar metabolik organiknya dariCOz. Energi yang diperlukan diperoleh dari ca- c. Kuman anaerob fakultatif, mampu tumbuhhaya atau oksidasi bahan-bahan kimia. Kumanautotrof fotosintetik (fotolitotrof), memperoleh baik dalam suasana dengan atil)tanpao2.energi dari cahaya. Kuman autotrof kemosintetik(kemolitotrof), memperoleh energi dari oksidasi d. Kuman aerob obligat, tumbuh subur biiasubstrat inorganik, seperti Fe, S, NH3, NO2. ada oksigen dalam jumlah besar.Kuman heterotrof (organotrof): memerlukan e. Kuman mikroaerofilik, hanya tumbuhC dalam bentuk senyawaan organik, karbohidrat, baik dalam tekanan C2yangrendah.untuk pertumbuhannya. Dalam golongan ini Potensial oksidasi-reduksi (Eh)termasuk semua jenis kuman yang patogen bagimanusia. Dalam laboratorium biasanya dipakai Eh suatu perbenihan merupakan faktor yangglukosa sebagai sumber C. Energi yang diperlu- menentukan apakah suaru kumanyang dibiak- kan dapat tumbuh atau tidak\" Eh kebanyakankan diperoleh dari cahaya atau oksidasi senya- perbenihan bila berkontak dengan tdara adalahwaan organik. Kuman heterotrof fotosintetik kurang lebih + 0,2 - 0,4 volt pada pH Z. Kuman-(fotoorganotrof) memperoleh energi dari cahay a. kuman anaerob tidak mungkin tumbuh kecuali apabila Eh perbenihan mencapai -0,2 volt. Pem-Kuman heterotrof kemosintetik (kemoorga- bentukan suasana anaerob di dalam perbenihannotrof) memperoleh energi dari oksidasi senya- dapat diperoleh dengan jalan mengisap oksigen atau dengan jalan memasukkan persenyawaanwaan organik. mengandung sulfihidril seperti Na-tioglikolat ke

Fisiologi Pertumbuhan Kuman 35dalam perbenihan tersebut. Pertumbuhan ber- tersebut baru dapat dibiakkan pada telapak kakisama kuman anaerob dan aerob juga menurun- mencit yang mempunyai suhu badan rendah.kan Eh lingkungannya. Keadaan ini sangat Hasil ini diperoleh dari kenyataan bahwa padapenting dalam klinik pada lukaJuka infeksi di manusia, kelainan-kelainan penyakit lepra biasa-mana populasi campuran kuman-kuman aerob ny a terdapat pada kulit, sedangkan organ-organ dalam tidak terkena.dan anaerob memungkinkan terjadinya infeksi pHyang dtawali dengan suasana aerob. PH perbenihan juga mempengaruhi pertumbuhan kuman. Kebanyakan kuman yang parogen mem-Temperatur (suhu) punyai pH optimumZ,2 - 7,6. Meskipun suaruTiap-tiap kuman mempunyai temperatur opti- perbenihan pada permulaannya baik bagi suatumum yaitu di mana kuman tersebut tumbuh kuman, tetapi pertumbuhan selanjutnya jugasebaik-baiknya, dan batas-batas temperatur di akan terbatas karena produk metabolismemana pertumbuhan dapat terjadi. Pembelahansel terutama sangat peka terhadap pengaruh kuman-kuman itu sendiri. Hal itu terutamamerusak dari temperatur tinggi. Bentuk-bentukbesar dan garyil (bizarre = aneh) sering dijumpai dijumpai pada kuman-kuman yang bersif at fer-pada biakan-biakan pada suhu yang lebih tinggi mentatif yang menghasilkan sejumlah besardaripada suhu optimum. asam-asam organik yang bersifat menghambat. Berdasarkan batas-batas suhu pertumbuhan, Kekuatan ion dan tekanan osmotikkuman dibagi atas golongan-golongan: Faktor-faktor seperti tekanan osmotik dan kon--psikrofilik : -':, sampai ,\" :1.1 \" i-. dengan sentrasi gar am juga perlu diperhatikan. Bagi keb a- .optimum il.] :'.: f i.-' nyakan kuman sifat-sifat yang dimiliki perbenihan yang biasa dipergunakan sudah memuaskan, rerap- mesofilik : :.-. -,r :: :. , dengan optimum bagi kuman-kuman yang berasal dari air laut dan kuman-kum y angdiadaptasikan terhadap per-- termofilik : t... dengan optimum tumbuhan d^anlam larutan gula berkadar tinggi faktor-faktor tersebut perlu diperhatikan. Kuman- Temperatur optimum biasanya merupakan kuman yang memerlukan kadar garam tinggirefleksi dari lingkungan normal organisme ter- disebut halofilik, sedangkan yang memerlukansebut. Oleh karena kuman-kuman yang patogen tekanan osmotik yang tinggi disebut osmofilik.bagi manusiabiasanyatumbuh dengan baik pada374 C. Salah satu contoh yang baik adalah pada REPRODUKSI KUMANpembiakan ktman My cobacterium leprae. Setelahbertahun-tahun mengalami kegagalan, kuman Reproduksi kuman dapat berlangsung secara aseksual maupun secafa seksual. Termasuk dalam

36 Buku Aiar Mikrobiologi Kedokteranreproduksi secara aseksual adalah pembelahan, nya adalah timbul sel-sel kuman dengan sifat-pembentukan tunas/ cabang dan pembentukan sifat yang berasal dari kedua sel induknya.[ilamen. Reproduksi semacam ini hanya terjadi antaraPembelahan kuman-kuman sejenis dari suatu famili, misalnyaIJmumnya kuman berkembang biak secara ami-tosis dengan membelah meniadi dua bagian Enterobacte riaceae, antara Escherichia coli dengan(binary dir:ision).Waktu di antara dua pembelahan Sbigella dysenteriae, antara Escbericbia coli dengandisebut generation time dan ini berlainan untuk Salmonella typhosa. Bila kuman ditanam dalam perbenihan yangsetiap jenis kuman, bervariasi antara 20 menitsampai 15 jam. Sebagai contoh, Mycobacterium sesuai dan pada waktu-waktu tertentu ditinjautwberculosis mempunyai generation time L5 1am,tumbuhnya lambat. jumlah kuman yang hidup, maka dapat dilihat suatu grafik yang dapat dibagi dalam empat fase, yaitu:Pembentukan tu nas/cabang L Fase penyesuaian diri (agphase)Kuman membentuk tunas, tunas akan melepas-kan diri dan membentuk kuman baru. Reproduksi \(aktu penyesuaian ini umumnya berlang-dengan pembentukan cabang didahului dengan sung selama 2 jam. Kuman belum berkem-pembentukan tunas yangtumbuh menjadi cabang bang biak dalam fase ini, tetapi aktivitas meta-dan akhirnya melepaskan diri. Dapat dijumpaipada kuman dari famili Streptomycetaceae. bolismenya sangat tinggi. Fase ini merupa-Pembentukan filamen kan persiapan untuk fase berikutnya.Pada pembentukan filamen, sel mengeluarkan sera- 2. Fase pembelahan (ogarlrytmik phase/expo-but panjang, filamen yang tidak bercabang. Bahankromosom kemudian masuk ke dalam filamen. nential pbase)Filamen terputus-putus menjadi beberapa bagian. Kuman berkembang biak dengan berlipatSetiap bagian membentuk kuman baru. Dijum- dua, jumlah kuman meningkat secara ekspo-pai terutama dalam keadaan abnormal, misalkan nensial. Untuk kebanyakan kuman fase inibila kuman Haemophilus inJluenzae dibiakkan berlangsung 1,8-24 jam. Pada pertengahandalam perbenihan yang basah. fase ini pertumbuhan kuman sangat ideal,Reproduksi secara seksualPembelahan kuman di sini didahului oleh pela- pembelahan terjadi secara teratur, semuaburan bahan kromosom dari dua kuman. Akibat- bahan dalam sel berada dalam keadaan seim- b ang p al an c e d gr oruth). 3. Fase stasion er (stationary pbase) Dengan meningkatnya jumlah kuman, me- ningkat juga jumlah hasil metabolisme yang toksis. Kuman mulai ada yang mati, pem- belahan terhambat. Pada suatu saat terjadi jumlah kuman yang hidup tetap sama.

Fisiologi Pertumbuhan Kuman 37 log kuman/cc monomorfi.sme). Ternyata bahwa suatu spesies kuman dapat mengalami perubahan-perubahan, 10 30 baik dalam bentuk maupun dalam sifat-sifat lain- nya tergantung pada keadaan sekitarnya. Jadi waktu sesudah terdapat suatu modifikasi dari monomorfisme. penanaman fiam) Kuman tidak berubah dari kokus menjadi basi- lus atau mengadakan mutasi dari genus ke genusGambar2'. lainnya, tetapi suatu spesies dapat mengalamiKurva perkembangbiakan perubahan dalam aktivitas biologis, antigenitas serta virulensinya. a-b log phase (2 jam): kuman menyesuaikan diri Mutasi: adalah perubahan yangada hubungan- terhadap keadaan sekitamya nya dengan gen, bersifat tetap dan dapat diturun- t*c log phase (etponential phase): krmanberkembang kan pada keturunannya. biak secara logaritmik sampai jam ke-10 Fluktuasi: adalah perubahan yang bersifat semen- tara dalam morfologi dan fisiolo g L y angbiasanya c4: stationary phase: jtmlah kumaq relatif konstan disebabkan karena keadaan sekitarnya, misalnya kuman yang berpigmen untuk sementara waktu d-e: period of decline: jumlah kuman yang mati lebih dapat kehilang n kemampuannya untuk mem- banyak bentuk pigmen.4. Fase kemundu r an/ penurunan (period of dccline) lnvolusi (degenerasi): Perubahan yang disertai Jumlah kuman hidup berkurang dan menu- dengan kemunduran sifat-sifat kuman, terdapat run. Keadaan lingkungan menjadi sangat jelak. pada kuman-kuman yang sudah terlalu lama Pada beberapa jenis kuman timbul bentuk- disimpan/dipelihara pada perbenihan artifisial. bentuk abnormal (bentuk involusi) Adaptasi: Kuman-kuman berbeda-beda dalamVariabilitas penyesuaian dirinya terhadap keadaan sekitar-Von Nageli berpendapat bahwa kuman-kuman nyay^ngbaru. Kuman yang patogen dapat kehi- langan patogenitasnya apabila ditanam pada per-b erasal hany a dari b eb e rap a spesies saja y ang dap at benihan, akan tetapi dapat memperoleh patoge- nitasnya kembali apabila dibiakkan melaluiberubah-ubah bentuknya (teori pleornorfisme). binatang. Contohnya adalahperubahan koloni SHal ini mungkin disebabkan karena pada waktu menjadi R.itu belum ditemukan cara-car^ yang sempurnadalam mengasingkan dan membiakkan kuman. Cohn dan Koch berhasil memperoleh suatubiakan murni kuman, dan mengatakan bahwakuman-kuman selalu tetap bentuknya (teori