Perkembangbiakan dan Rekombinasi pada Bakteri serta Nutrisi Untuk bakteri
Perkembangbiakan dan Rekombinasi pada Bakteri (Transformasi, Konjugasi dan Transduksi) - Bakteri berkembang biak secara aseksual dengan pembelahan sel.
Pada akhir pembelahan sel, membran plasma dan dinding sel tumbuh ke arah dalam yang membagi sel menjadi dua. Dinding sel yang baru kemudian memisahkan kedua sel anak.
Bila dinding sel ini tidak memisah atau memisah kurang sempurna, maka akan terbentuk rantai/koloni bakteri.
Pada bakteri tidak ditemukan reproduksi seksual yang melibatkan peleburan sel gamet dengan diikuti pengurangan jumlah kromosom. Namun pada beberapa bakteri, terjadi permindahan bahan genetik dari satu sel ke sel yang lain. Sel yang memberikan bahan genetik disebut sel donor dan sel yang menerima bahan genetik disebut sel resipien. Penggabungan dua jenis bahan genetik ini disebut rekombinasi. Rekombinasi bahan genetik dapat terjadi melalui tiga cara, yaitu transformasi, konjugasi, dan transduksi.
a. Transformasi
Transformasi adalah pemindahan bahan genetik dari satu sel ke sel yang lain tanpa melalui kontak langsung. Pada keadaan tertentu (misalnya perlakuan dengan kalsium klorida/CaCl2) bakteri dapat mengambil potongan ADN dari luar sel secara langsung.
Pemindahan materi genetik juga dapat berlangsung melalui perantaraan plasmid. Jika plasmid suatu bakteri masuk ke dalam bakteri yang lain maka akan terjadi rekombinasi. Contoh bakteri yang diketahui dapat melakukan transformasi secara alami adalah Haemophilus, Neisseria, Streptococcus, dan Bacillus.
b. Konjugasi
Konjugasi adalah pemindahan bahan genetik dari sel donor ke sel resipien secara langsung melalui saluran konjugasi sehingga kedua sel saling berhubungan.
Melalui saluran konjugasi ini materi genetik sel donor berpindah ke sel resipien sehingga terjadi rekombinasi genetik. Tentu kamu masih ingat struktur pili pada permukaan sel bakteri. Pili inilah yang digunakan sebagai saluran konjugasi yang disebut pili seks.
c. Transduksi
Transduksi adalah pemindahan bahan genetik melalui perantaraan virus bakteri (bakteriofag). Coba kamu ingat lagi proses replikasi virus. Ketika terjadi sintesis partikel-partikel virus, sebagian kecil ADN sel inang dapat bergabung dengan materi genetik virus. Jika virus ini kemudian menginfeksi bakteri yang lain, maka fragmen-fragmen ADN bakteri yang terbawa dapat bergabung dengan ADN sel inang yang menyebabkan terjadinya rekombinasi.
Nutrisi dan Faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan Bakteri - Untuk dapat hidup, bakteri memerlukan nutrisi yang tepat. Semua sel bakteri membutuhkan sumber karbon, nitrogen, belerang, fosfor, garam-garam anorganik (misalnya kalium, magnesium, natrium, kalsium, dan besi), dan sejumlah mikronutrien (antara lain seng, tembaga, mangan, selenium, tungsten, dan molibdenum dalam jumlah sedikit).
Terdapat dua jenis sumber karbon bagi bakteri, yaitu karbon yang berasal komponen organik dan dari komponen anorganik. Berdasarkan cara memperoleh makanan (sumber karbon), bakteri dibedakan menjadi bakteri heterotrof dan autotrof.
a. Bakteri Heterotrof
Bakteri heterotrof memerlukan karbon yang berasal dari komponen organik. Bakteri jenis ini tidak dapat membuat senyawa organik dari substansi anorganik sederhana, jadi selalu hidup dengan memperoleh makanan dari organisme lain. Kelompok terbesar bakteri heterotrof adalah bakteri saprofit, yaitu bakteri yang memperoleh zat organik dari penguraian sampah, bangkai, kotoran, dan sebagainya.
Dalam proses penguraian itu dihasilkan CO2, H2O, energi, dan mineral-mineral. Kelompok bakteri heterotrof yang lain memperoleh makanan langsung dari organisme lain, disebut bakteri parasit. Bakteri parasit ditemukan pada manusia, hewan, dan tumbuhan. Bakteri parasit yang menyebabkan penyakit disebut bakteri patogen, misalnya Bacillus antrachis yang menyebabkan penyakit antraks pada sapi.
Beberapa jenis bakteri parasit tidak menimbulkan penyakit pada organisme yang ditumpanginya dan disebut bakteri apatogen,
misalnya Escherichia coli yang hidup di usus besar manusia.
b. Bakteri Autotrof
Bakteri autotrof dapat menggunakan karbon anorganik atau karbon dioksida bebas (CO2) sebagai sumber karbon. Bakteri jenis ini dapat membuat senyawa organik dari zat-zat anorganik, jadi dapat menyusun makanan sendiri. Berdasarkan sumber energi yang dipergunakan untuk mensintesis senyawa organik, bakteri autotrof dibedakan menjadi bakteri fotoautotrof dan bakteri kemoautotrof.
1) Bakteri fotoautotrof
Bakteri fotoautotrof menggunakan energi cahaya untuk mensintesis senyawa organik yang diperlukan melalui proses fotosintesis. Bakteri ini mempunyai klorofil yang disebut bakterioklorofil. Contohnya adalah bakteri sulfur hijau, bakteri sulfur ungu, dan bakteri nonsulfur ungu. Proses fotosintesis pada bakteri dilakukan secara anaerobik dan tidak dihasilkan oksigen.
2) Bakteri kemoautotrof
Bakteri kemoautotrof menggunakan energi kimia dari oksidasi molekul organik untuk menyusun makanannya. Molekul organik yang dapat digunakan oleh bakteri
kemoautotrof adalah senyawa nitrogen, belerang, dan besi, atau dari oksidasi gas hidrogen. Dalam prosesnya bakteri ini membutuhkan oksigen.
Contohnya adalah bakteri besi, bakteri belerang, dan bakteri nitrogen.
Selain ketersediaan nutrisi, bakteri juga memerlukan kondisi lingkungan yang memungkinkan untuk tumbuh optimum. Kondisi lingkungan sangat memengaruhi aktivitas dan pertumbuhan bakteri. Berikut ini dijelaskan beberapa faktor yang memengaruhi pertumbuhan bakteri.
a. Oksigen
Reaksi biokimiawi dalam proses metabolisme memerlukan energi yang dihasilkan melalui respirasi. Dalam respirasi, ada bakteri yang memerlukan oksigen dan ada pula yang tidak memerlukan oksigen. Berdasarkan kebutuhan terhadap oksigen, bakteri dibedakan menjadi tiga kelompok.
1) Bakteri aerob obligat
Bakteri aerob obligat memerlukan oksigen bebas dalam proses respirasi. Bakteri ini hanya dapat tumbuh di tempat yang cukup tersedia oksigen. Oksigen diperlukan untuk memecah bahan organik (zat makanan) sehingga diperoleh energi. Bakteri jenis ini menyukai tempat hidup yang dapat berhubungan dengan udara bebas. Contohnya adalah Bacillus substilis, Pseudomonas aeruginosa, Mycobacterium tuberculosis, dan Thiobacillus ferooxidans.
2) Bakteri anaerob obligat
Bakteri anaerob obligat tidak memerlukan oksigen bebas untuk melangsungkan proses respirasi. Bakteri ini hanya dapat tumbuh di tempat yang tidak mengandung oksigen bebas. Untuk respirasinya, bakteri jenis ini mempunyai enzim tertentu yang spesifik guna memecah bahan organik (menghasilkan energi) dalam keadaan anarob. Contoh bakteri anaerob obligat adalah Clostridium tetani, Methanobacterium, dan Bacteroides.
3) Bakteri anaerob fakultatif
Bakteri anaerob fakultatif dapat tumbuh dengan baik pada lingkungan dengan konsentrasi oksigen yang rendah. Oksigen tidak diperlukan dalam pembentukan energi, tetapi dapat memacu proses metabolisme, sehingga keberadaan sedikit oksigen mengakibatkan proses respirasi lebih efisien dibandingkan keadaan anaerob. Contohnya adalah Streptococcus pneumoniae, Escherichia coli, dan Staphylococcus aureus.
b. Suhu
Laju pertumbuhan bergantung pada reaksi biokimiawi dan reaksi ini dipengaruhi oleh suhu. Dengan demikian pola pertumbuhan bakteri dipengaruhi oleh suhu. Suhu optimum yang dikehendaki bakteri untuk pertumbuhan berbeda-beda. Suhu optimum merupakan suhu yang paling baik/sesuai untuk kehidupan suatu jenis bakteri.
Berdasarkan suhu optimumnya, bakteri dibedakan menjadi tiga kelompok.
1) Bakteri psikrofil, dapat tumbuh pada suhu 0° – 30°C dengan suhu optimum 15°C. Contoh bakteri psikrofil adalah Pseudomonas, Flavobacterium, Achromobacter, dan Alcaligenes.
2) Bakteri mesofil, dapat tumbuh pada suhu 25° – 37°C dengan suhu optimum 32°C. Umumnya bakteri jenis ini hidup di dalam alat pencernaan. Beberapa jenis bakteri bahkan dapat hidup dengan baik pada suhu sekitar 40°C. Semua jenis bakteri yang bersifat patogen pada hewan merupakan bakteri mesofil.
3) Bakteri termofil, dapat tumbuh pada daerah yang suhunya tinggi, lebih dari 40°C. Temperatur optimumnya antara 55 – 60°C. Bakteri ini dijumpai pada sumber-sumber air panas, kawah gunung berapi, geiser, dan sebagainya. Contoh bakteri termofil adalah Thermus aquaticus, Sulfolobus acidocaldarius, dan Chloroflexus.
c. Kelembapan
Bakteri dapat tumbuh dengan baik pada lingkungan yang lembap. Jika keadaan lingkungan menjadi kering, kegiatan metabolismenya terhenti. Dalam keadaan ini bakteri akan membentuk spora yang dapat bertahan hidup dalam jangka waktu yang lama.
d. Tekanan Osmosis
Sel bakteri mempunyai tekanan osmosis tertentu, sehingga menghendaki lingkungan yang tekanan osmosisnya sama dengan tekanan osmosis sel (isotonis). Jika sel bakteri berada pada lingkungan yang hipertonis (misalnya dalam larutan gula/garam yang pekat) pertumbuhannya akan terhambat karena dapat menyebabkan plasmolisis, yaitu terlepasnya membran sel dari dinding sel.
Namun demikian beberapa jenis bakteri diketahui dapat menyesuaikan diri terhadap kadar garam atau kadar gula yang tinggi. Bakteri yang dapat hidup di lingkungan yang berkadar garam tinggi disebut bakteri halofil, misalnya Halobacterium.
e. Derajat Keasaman/pH
Setiap jenis bakteri menghendaki pH tertentu untuk dapat tumbuh optimum. Hal ini berkaitan dengan batas pH bagi kerja enzim. Derajat keasaman di luar batas nilai optimum menyebabkan kerusakan pada enzim, sehingga metabolisme sel terganggu.
Beberapa jenis bakteri dapat hidup dengan baik pada pH tinggi (lingkungan bersifat basa) maupun pada pH rendah (lingkungan bersifat asam), namun kebanyakan bakteri memerlukan pH antara 6,5 – 7,5. Thiobacillus ferrooxidans dapat tumbuh dengan baik pada pH 1,3.
f. Radiasi
Pada umumnya radiasi cahaya menyebabkan kerusakan pada bakteri nonfotosintetik. Cahaya dengan panjang gelombang yang pendek jika dipaparkan pada bakteri akan menyebabkan ionisasi komponen sel yang dapat berakibat pada kematian. Oleh karena itu energi radiasi dari sinar X, sinar gamma, dan sinar ultraviolet banyak digunakan untuk sterilisasi bahan makanan.
g. Senyawa Kimia
Beberapa bahan kimia seperti antibiotik dan desinfektan dapat merusak dan mematikan sel bakteri, sehingga keberadaan bahan kimia dapat menghambat pertumbuhan bakteri.