Bab 3 Ultrastruktur, Morfologi Dan Pewarnaan Kuman

U LTRASTRU KTU R, MORFOLOG I DAN PEWARNAAN KUMAN Susiana AssaniStruktur bakteri elektron tidak bekerja di membran sel; tetapi pada lamelae yangberada di bawah membran sel.Bakteri termasuk dalam golongan prokariota,yang strukturnya lebih sederhana dari eukariota, Bakteri menyimpan pula makanan cadangan-kecuali bahwa struktur dinding sel prokariota nya dalam bentuk granula sitoplasma. Granulalebih kompleks dari eukariota. ini bekerja sebagai sumber karbon, tetapi bilalnti atau nukleus sumber protein berkurang, karbon dalamDengan pev/arnaan Feulgen, inti sel prokariota granula ini dapat dikonversi menjadi sumberdapat dilihat dengan hanyamenggunakan mikro- nitrogen.skop cahaya biasa. Pewarnaan Feulgen sebetul- Granula sitoplasma pada beberapa jenisnya mewarnai molekul DNA. bakteri menyimpan pula sulfur, fosfat inorganik Dengan mikroskop elektron tampak bahwa (= granula volutin) dan granula pada jenis kuman korine-bakteria disebut granula meta- kromarik,badan inti tidak mempunyai dinding intilmem- karena granula tersebut bila diwarnai dengan zatbran inti. Di dalamnya terdapat benang DNA(DNA fibril) yang bila diekstraksi, berupa mole- warna biru tua tidak berwarna biru, tetapikul tunggal dan utuh dari DNA dengan berat berwarna merah. Pada sitoplasma pro- kariotamolekul 2-3 x 10e. Benang DNA ini disebut tidak didapatkan struktur mikrotubulus sepeni yang ada pada eukariota.kromosom yang panjangnya kira-kira 1. mm. Membran sitoplasmaEkstraksi DNA dilakukan dengan melisiskan A. Strukturdinding sel secara hati-hati, kemudian dilakukan Membran sitoplasma disebut juga membran sel;sentrifugasi; maka benang DNA akan terpisah yang komposisinya terdiri dari fosfolipid dandari materi sel lainnya, dan dapat dimurnikan. protein. Membran sel dari semua jenis pro-Struktur sitoplasma kariota tidak mengandung sterol, kecuali Genus Mycoplasma.Sel prokariota tidak mempunyai mitokondria ataukloroplas; sehingga enzim-enz:tm untuk transpor 24

Ultrasnuhur Morfologi dan Pewarnaan Kuman 25 Di tempat-tempat tertentu pada membran sito- Dinding selplasma terdapat cekungan/lekukan ke dalam Tekanan osmotik di dalam bakteri berkisar an- tara 5-20 atmosfer, karena adanya transpor aktif(convoluted inoagination) yang disebut mesosom. yang menyebabkan tingginya konsentrasi larutan Ada dua jenis mesosom: di dalam sel. Karena adanya dinding sel kumanL Septal mesosom: berfungsi dalam pembe- yang relatif sangat kuat, maka meskipun tekanan lahan sel. osmodknya tinggr, sel kuman tidak pecah. Dinding2. Lateralmesosom. sel ini terdiri dari lapisan peptidoglikan, yang Kromosom bakteri (DNA) melekat pada disebut juga sebagai lapisan murein atau muko- peptida (semua nama ini adalah sinonim).septal mesosom. Bakteri dibagi atas bakteri yang positif GramB. Fungsi dan negatif Gram tergantung pada responsnya bila diwarnai dengan pewarnaan kuman menu-Fungsi utama membran sitoplasma adalah: rut GRAM. Sel kuman mula-mula diwarnai de- ngan zat warna kristal ungu dan Iodium lalu di-l. Menjadi tempat transpor bahan makanan cuci dengan alkohol atau aseron. Kuman negatif secara selektif Gram akan kehilangan zat warna ungunya2. Pada spesies kuman aerob merupakan tempat setelah dicuci dengan alkohol, sedangkan kuman transpor elektron dan oksidasi-fosforilasi. positif Gram tetap mempertahankan 'warna3. Tempat ekspresi bagi eksoenzim yang hi- ungu meskipun telah dicuci dengan alkohol. Fungsi lain dari dinding sel selain menjaga drolitik. tekanan osmotik adalah:4. Mengandung enzim dan molekul-molekul 1. Dinding sel memegang peranan penring dalam yang berfungsi pada biosintesa DNA, poli merisasi dinding sel dan lipid membran = proses pembelahan sel. fungsi biosintetik. 2. Dinding sel melaksanakan sendiri biosintesa5. Mengandung reseptor dan protein untuk untuk membentuk dinding sel. sistem kemotaktik. 3. Berbagai lapisan tertenru pada dinding selC. Zat antibakteri yang bekerja pada merupakan determinan dari antigen permu- kaan kuman.dinding sel 4. Pada kuman negatif Gram, salah satu lapisana. Deterjen: yang mengandung gugus lipofilik dinding sel mempunyai aktivitas endotoksin dan hidrofilik akan merusak membran sito- yang tidak spesifik, yaitu lipopolisakarida plasma dan membunuh sel. (LPS). LPS ini pada beberapa binatang ber-b. Antibiotika yang secara spesifik mempe- sifat toksik. ngaruhi fungsi biosintetik dari membran sitoplasma ^nt^ra lain: polimiksin, asam nalidiksat, fenetilalkohol dan novobiosin.

26 Buku Ajar Mikrobiologi Kedokteran Enzimlisosim dan beberapa obat yang meng- 2. Lofotrikh: lebih dari satu flagel di satu bagianganggu biosintesis peptidoglikan dapat menye-babkan sel kuman kehilangan struktur dinding polar kumansel. Bila cairandi sekitarnya memproteksi tekan-an osmotik dalam sel maka terjadilah sel tanpa 3. Amfitrikh: flagel terdapar saru atau lebih didinding yang disebut protoplas pada kumanpositif Gram dan sferoplas pada kuman negatif kedua polar dari kumanGram. 4. Peritrikh: flagel tersebar merata di sekeliling Bila sel protoplas dan sferoplas ini masih badan kuman.mampu berkembang biak, maka disebut sebagai Protein dari flagel disebut flagellin.kuman Lform. Bila suspensi kuman berflagel kita kocok kuat- kuat, maka flagel akan rontok, tetapi flagel ter-Kapsul sebut dapat tumbuh lagi sempurna dalam 3-6 menit.Banyak spesies bakteri mensintesa polimer eks- Pili = fimbriaetrasel (pada umumnya polisakarida) yang ber-kondensasi dan membentuk lapisan di sekeliling Beberapa kuman negatif Gram memiliki rambursel dan disebut kapsul. pendek dan keras yang disebut pili. Pili terdiri dari subunit-subunit protein. Pada medium agar, koloni kuman berkapsul Ada dua jenis Pili:tarnpak sebagai koloni berlendir. IJmumnya 1,. Pili yang memegang peranan dalam adhesikuman berkapsul lebih tahan terhadap efek kuman dengan sel tubuh hospes.fagositosis dari daya pertahanan badan. Sejeniskapsul pada Streptococcus tnutans misalnya, dapat 2. Seks Pili yang berfungsi dalam konjugasi duamelekat erat pada permukaan gigi, membentuklapisan plaque pada gigi dan mengeluarkan pro- kuman.duk asam yang menyebabkan karies gigi. Virulensi dari berbagai jenis kuman patogenFlagel tidak hanya tergantung pada toksin kuman,Flagel adalah bagian kuman yang berbentukseperti benang, yang umumnya terdiri dari pro- tetapi jug^ tergantung pada Colonizationtein dengan diameter 12-30 nanometer. Antigen, yangterryata adalah pili biasa. Flagel adalah alat pergerakan. Protein M pada Streptococcus adalah juga Ada tiga jenis flagel: lapisan fimbrial yang merupakan antigen per-1. Monotrikh: flagel tunggal dan terdapat di mukaan, dan lipoteicholic acid yang ada di dalam- bagian ujung kuman. nya bertanggung jawab pada perlekaran Strep- tococcus group A pada sel epitel. Endospora Beberapa genus bakteri dapat membentuk endo- spora. Yang paling sering membentuk spora ada-

Ultrastruktur, Morfologi dan Pewarnaan Kuman 27lah kuman batang positif Gram Bacillus gents Pada waktu germinasi dimana spora kembali menjadi sel vegetatif terjadi beberapa peristiwadan Clostridium. Kuman-kuman ini mengada- sebagai berikut:kan diferensiasi membentuk spora bila keadaan 1. Aktivasi: meskipun lingkungan membaik,lingkungannya menjadi jelek, misalnya bila me- spora tidak akan melakukan germinasidium di sekitarnya kekurangan nutrisi. Masing-masing sel akan membentuk spora, sedangkan sampai terjadi aktivasi yang diawali olehsel induknya akan mengalami otolisis. Sporaadalah kuman dalam bentuk istirahat. Spora ber- adanya suatu zat yang merusak coat dart sporasifat sangat resisten terhadap panas, kekeringandan zat kimiawi. Bila kondisi lingkungan telah seperti panas, asam komponen sulfhidril danbaik kembali spora dapat kembali melakukan lain sebagainya.germinasi dan memproduksi sel vegetatif. 2. Inisiasi: setelah teraktivasi maka spora akan Secara morfologis, proses sporulasi terjadi de- melakukan germinasi dengan menggunakanngan c ra isolasi badan inti yang diikuti dengan sumber makanan dari media/lingkungan-melipatnya membran sel ke arah dalam. nya- Spora terdiri dari: 3. Outgrowth: kemudian terjadi degradasi daria. Core: adalahsitoplasma dari spora. Di dalam- korteks dan sel vegetarif baru keluar dan nya terkandung semua unsur untuk kehi- hidup seperti semula. dupan kuman seperti kromosom yang leng- -Morfologi kuman kap, komponen-komponen untuk sintesis Morfologi kuman dapat dibagi dalam tiga ben- tuk utama, yaitu: kokus, batang dan spiral. protein dan lain sebagainya. Kokus: kuman berbentuk bulat dapat ter-b. Dinding spora: lapisan paling dalam dari susun sebagai berikut: spora, terdiri dari dinding peptidoglikan dan - Mikrokokus, tersendiri (single) akan menjadi dinding sel bila spora kembali - Diplokokus, berpasangan dua-dua ke bentuk vegetatif. - Pneumokokus adalah diplokokus yang ber-c. Korteks: adalah lapisan yang tebal dari spora bentuk lanset, gonokokus adalah diplokokus yang berbentuk biji kopi. envelope. Juga terdiri dari lapisan peptidogli- kan tetapi dalam bentuk yang istimewa. - Tetrade, tersusun rapi dalam kelompok empatd. Coat: terdiri dari zat semacam keratin, dan sel. keratin inilah yang menyebabkan spora - Sarsina, kelompok delapan sel yang tersusun relatif tahan terhadap pengaruh luar. rapi dalam bentuk kubus.e. Eksosporium: adalah lipoprotein membran - Streptokokus, tersusun seperti rantar - Stafilokokus, bergerombol tak reratur seperri y ang t erdapat paling luar. untaian buah anggur.

28 Buku Ajar Mikrobiologi Kedokteran Basilus: kuman berbentuk batang dengan pan- morfologi dan strukturnya, sehingga hasil yang diperoleh kurang repat, bila dipakai biakanjang bervariasi dari 2-10 kali diameter kuman berumur lebih dari 24 jam.tersebut: - Kualitas z atwarna. Ada zatwarna yang harus- Kokobasilus, batang yang sangar pendek me- dibuat sesaat sebelum dipakai dan ada yang hanya dapat disimpan selama beberapa nyerupai kokus 'waktu.- Fusiformis, dengan kedua ujung batang me- - Tebal tipisnya sediaan. Bila sediaan terlalu tebal runcing atau tidak rata, makapenetrasi zat w arna akan- Streptobasilus, sel-sel bergandengan memben- berbeda-beda. tuk suatu filamen. Cara membuat sediaan Spiral: Suspensi kuman, yaitu satu tetes air garamfaal di atas gelas alas ditambah biakan kuman, disebar- Vibrio, berbentuk batang bengkok setipis mungkin sehingga membentuk lingkaran- Spirilum, berbentuk spiral kasar dan kaku, tidak dengan diameter kira-kira 1 cm. Sediaan dibiar- fleksibel dan dapat bergerak dengan flagel. kan mengering di rdara atau dapat dipercepat pengeringannya dengan menghangatkan di atas- Spirokhaeta, berbentuk spiral halus, elastik api, kemudian direkat/difiksasi dengan mele- watkan di atas api ttga kali dan siap untuk dan fleksibel, dapat bergerak dengan aksial filamen. diwarnai. contoh : Jenis-jenis pewarnaan kuman yang dikenal - borrelia, berbentuk gelombang - treponema, berbentuk spiral halus dan ter- adalah: atuf 1. pewarnaan negatif (back ground staining) 2. pewarnaan sederhana - leptospira, berbentuk spiral dengan kaitan 3. pewarnaan diferensial 4. pewarnaan khusus. pada satu atau kedua ujungnya. Pewarnaan .negatifPewarnaan kumanUntuk mempelajari morfologi, srruktur, sifat- Suspensi kuman dibuat dalam zat warna negro-sifat kuman untuk membantu identifikasinya sin/tinta bak dan disebar'ratakan dengan gelaskuman perlu diwarnai. alas lain (sediaan hapus). Di sini kuman tidak Agar memperoleh hasil pewarnaan yang baik diwarnai dan tampak sebagai benda-bendadiperhatikan faktor-faktor berikut: terang dengan latar belakang hitam. Pewarnaan- Gelas alas bersih dan bebas lemak- lJmur biakan: 1.8-24 jam,kecuali kuman rahan asam M.tuberculosis yang tumbuhnya sangat lambat. Kuman mengalami perubahan dalam

Ultrastruktur; Morfologi dan Pewarnaan Kuman 29ini dipakai untuk kuman yang sukar diwarnai, 4. Sediaan dicuci dengan air dan diwarnaimisalkan Sp ir o ch aet a, (frep o ne m a, Lept o sp ira dan dengan air fukhsin selama I-2 menit.Borrelia). Sediaan dicuci, dikeringkan dan diperiksa di bawah mikroskop.Pewarnaan sederhanaPewarnaan ini hanya menggunakan satu macam Keterangan:z t warn . Misalnya biru metilen, air fukhsin t. Setelah diberi karbol ungu kristal semuaatau ungu kristal selama l-2 menrt. Zat warna kuman menjadi :ulgv, zat warna diserapanilin mudah diserap oleh kuman dalam dinding sel dan protoplasma.Pewarnaan diferensialPewarnaan diferensial menggunakan lebih dari 2. Pemberian lugol menyebabkan terbentuk-satu macam zat warfla nya kompleks ungu kristal-iodium yang ber-a. Pewarnaan Gram adalah pewarnaan dife- warna ungu tengguli kotor. rensial yang sangat penting. Ditemukan oleh 3. Pencucian dengan alkohol menyebabkan Christian Gram pada tahun 1884. terjadinya diferensiasi dari dua macamb. Pewarnaan tahan asam (acid fast staining). kuman: Misalkan pewarnaan Ziehl Neelsen dan a. Kuman tetap berwarna ungu Kinyoun-Gabbett untuk membedakan kuman- b. Kuman tidak berwarna, sebab zat warra dilarutkan oleh alkohol dan keluar dari sel kuman yang ahan asam dari yang tidak kuman. tahan asam. 4. Fukhsin sebagai pewarna kontras (counter-Pewarnaan Gram stain)mewarnai kuman yang tidak berwarnaCara pewarnaan: menjadi merah.1.. Sediaan yang sudah direkat diwarnai dengan Hasil dapat dibaca sebagai berikut: kristal ungu selama 5 menit. -Kuman positif Gram berwarna ungu2. Zatwarnadtbuang dan diganti dengan larutan -Kuman negatif Gram berwarna merah. ;lugol (!,,,, :,:,\"r:, ! r F\" il dibiarkan selama 45-60 Sifat kuman terhadap pewarnaan Gram meru- detik. pakan sifat penting untuk membantu determi-3. Larutan lugol dibuang dan sediaan dicuci nasi suatu kuman. dengan alkohol 960/o selama 30 detik atau Beberapa perbedaan sifat yang dapat dijum- digoyang-goyangkan sampai ridak ada zat pai antan kuman positif Gram dan kuman ne- warna yang mengalir lagi. gatif Gram.

30 Buku Ajar Mikrobiologi Kedokteran Kuman positif Kuman negatif sudah diserap mudah dilepaskan dan kuman menjadi tidak berwarna. Gram Gram Kuman positif Gram mengalami denaturasi protein pada dinding selnya oleh pencucianDinding gel: dengan alkohol. Protein menjadi keras dan beku, pori-pori mengecil, sehingga kompleks-Iapisan peptidoglikan lebih tebal lebih tipis ungu kristal-Iodium dipertahankan dan sel kuman tetap berwarna ungu.-kadar lipid 14% l1)2% Bila dinding sel dilarutkan dengan lisosim-Resistensi terhadap tidak larut larut (enzim), maka terbentuklah protoplas. Sel melepaskan kompleks ungu kristal-Iodium alkali (1% KOH) setelah dicuci dengan alkohol. Jadi dinding sel-Kepekaan terhadap lebih peka kurang peka menahan keluarnya zat warna ungu. Iodium - Permeabilitas dinding sel. Teori ini berdasar--Toksin yang dibentuk eksotoksin endotoksin kan tebal tipisnya lapisan peptodiglikan dalam lebih tahan lebih peka dinding sel.-Resistensi terhadap tellurit Kuman positif Gram mempunyai susunan-Sifat tahan asam \"*l#*,\"n\"r tidakuada yanB dinding sel yang kompak dengan lapisan pep-Kepekaan terhadap lebih peka kurang peka tidoglikan yang terdiri dari 30 lapisan. Per- tidak peka peka penisilin meabilitas kurang dan kompleks ungu kristal Iodium tidak dapat keluar.Kepekaan terhadap Kuman negatif Gram mempunyai lapisan pep- tidoglikan yang tipis, hanya 1-2 lapisan dan streptomisin susunan dinding sel tidak kompak. Permea- bilitas dinding sel lebih besar, sehingga masihSebagai pegangan dapat dicatat bahwa: memungkinkan terlepasnya kompleks ungu kristal-Iodium.- Kuman berbentuk kokus yang patogen ter- Pewarnaan tahan asam hadap manusia bersifat positif Gram, kecuali kokus dari famili Neisseriaceae. - Pewarnaan Ziehl-Neelsen Cara pewarnaan:- Kuman berbentuk batang dan spiral yang pa- l. Sediaan kuman diwarnai dengan larutan fukhsin karbol dan dipanaskan dengan api togen bagi manusia umumnya bersifat negadf kecil sehingga keluar asap, biarkan selama Gram, kecuali batangdari genus berikut: fuIyco- 5 menit. bacterium, Corynebacterium, Listeria, Bacillus dan Clostridium.Ada berbagai teori tentang dasar perbedaaflyangmenyebabkan kelainan kedua golongan tersebut.- Teori Salton. Teori ini berdasarkan kadar lipid yang tinggi Q)\"D di dalam dinding sel kuman negatif Gram. Zatlipid ini larut selama pen- cucian dengan alkohol. Poripori pada din- ding sel membesar, sehingga zat warna yang

Ultrastruhur, Mo{ologi dan Pewarnaan Kuman 31 2. Sediaan dicuci dengan air dandimasukkan nyakit tuberkulosis. Sebenarnya hasil ini hanya menunjukkan adanya kuman tahan asam dan dalam larutan H2SOa 5olo selama 2 detik. kuman yang ditemukan ini mungkin juga bukan Untuk kuman M. leprae digunakan larutan H2SOa 1%. kuman tuberkulosis. 3. Kemudian dicuci dengan alkohol 60olo Pewarnaan khusus (special staining) Pewarnaan ini dipakai untuk mewarnai bagian- sehingga tidak ada warna merah mengalir. bagian sel kuman atau kuman tertentu yang 4. Sediaan dicuci dengan air dan diwarnai sukar diwarnai dengan pewarnaan biasa. dengan larutan biru metilen selama L-2 Misalkan: menit, dicuci dengan air dandikeringkan. - Flagel dengan:Hasil dapat dibaca sebagai berikut: Pewarnaan Gray. Di sini diperlukan peman-- Kuman tahan asam berwarna merah tek (mordant) yang meningkatkan afinitas- Bukan kuman tahan asam berwarna biru. flagel terhadap zat warna dan memperbesarSesudah pencucian dengan asam-alkohol kuman diameter flagel. Suspensi koloidal garam asamtahan asam mempertahankan warna merahnya, tanat menyebabkan ter ladiny a presipitat padasedangkan kuman bukan tahan asam melepas- dinding sel dan flagel. Badan kuman dan flagel membesar sehingga mudah terlihat dengankan warna ini dan menjadi tidak berwarna. mikroskop biasa setelah diwarnai dengan kar- Sifat tahan asam ini disebabkan karena terda- bol fukhsin Pewarnaan Novelpatnya asam mikoiaty^ngterikat dalam dinding Pewarnaan Zettnowsel. Dinding sel kuman tahan asam terdiri dari Pewarnaan Fontana-Tribondeaupeptidoglikan, arabinogalaktan dan lipid, sedang- Ketiga pewarnaan tersebut di atas mengguna-kan 50o/o dari lipid ini adalah asam mikolat. kan impregnasi dengan Ag.- Pewarnaan Kinyoun-Gabbett atau Tan - Simpai dengan: Thiam Hok Pewarnaan Muir; simpai berwarna biru dan Cara pewarnaan: badan kuman berwarna merah. 1. Sediaan kuman diwarnai dengan larutan Pewarnaan Hiss; simpai berwarna ungu Kinyoun selama 3 menit dan dicuci dengan muda dan badan kuman ungu tua. air. Pewarnaan Gins Burri; adalah suatu kom- 2. Sediaan diwarnai dengan larutan Gabbett binasi pewarnaan negatif dengan pewarnaan selama L menit, dicuci dengan air dan di sederhana, misalkan karbol fukhsin. Simpai keringkan.Ditemukannya kuman tahan asam dalam sputumpenderita seringkali dihubungkan dengan pe-

32 Buku Ajar Mikrobiologi Kedokteran' tidak diwarnai dan terlihat sebagai bulatan- Dinding spora yang tebal memerlukan pema- bulatan terang dengan latar belakang gelap, nasan,agarpori-porimembesardanzatwarnasedangkan badan kuman berwarna merah. dapat masuk.Simpai kuman mudah ditembus zat warfla, - Inti dengan pewarnaan Feulgen -Difteri dengan pewarnaan Neissertetapisukarmengikat zatw^rna' untuk- Spora dengan: melihat granula Babes-ErnstPewarnaan Klein; spora kuman berwarn a -Spirokhaeta d.rg* pewarnaan Becker-Krantzmerah dan badan kuman berwarna biru. dan pewarnaan Fontana Tribondeau.