Mikroorganisme Laut :: BAKTERI LAUT ANTARA MITOS DAN KENYATAAN

BAB II

BAKTERI LAUT ANTARA MITOS DAN KENYATAAN

1. Pengantar.

Dalam modul ini akan dibahas tentang kebenaran adanya bakteri laut. Secara terinci pembahasan mencakup :

-         Kebutuhan ion organik untuk pertumbuhan

-         Kehidupan sel-sel pada media dengan kadar garam berbeda.

-         Transport nutrisi tergantung pada natrium dan kalium.

-         Aktifitas rantai respirasi

-          

2. Tujuan Intruksional Umum

Setelah mempelajari modul ini mahasiswa diharapkan dapat menjelaskan tentang mikroba di lingkungan laut.

3.Tujuan Instruksional Khusus

Setelah menyelesaikan modul ini mahasiswa diharapkan mampu untuk menjelaskan tentang:

-         Mikroba asli laut.

-         Kebutuhan sel-sel pada media dengan kadar garam berbeda

-         Transport nutrisi pada Natrium dan Kalium.

-         Aktifitas rantai respirasi

4. Kegiatan Belajar 2 dan 3.

4.1 Uraian dan Contoh.

Bakteri  Laut Antara Mitos Dan Kenyataan

4.1.1. Pendahuluan

      Mikroorganisme laut pada dasarnya sangat beragam, sebagaimana halnya dengan kerabat Mikroorganisme  sebagaimana halnya dengan kerabat mereka yang ada di darat. Organisme yang dapat dikelompokkan sebagai mikrobia laut antara lain adalah protista, sianobakteri (cyanobacteria), bakteri, jamur, dan virus. Mikroorganisme tersebut berperan penting dalam proses-proses yang berlangsung dalam kolom-kolom air laut. Salah satu proses penting, seperti yang diajukan oleh Ducklow (1983) yang dikenal sebagai microbial loop atau lingkar mikrobia, yang meliputi proses mineralisasi senyawa organik terlarut (SOT; DOM= dissolved organic matter), respirasi, daur nutrien, pertumbuhan, dan pemangsaan (grazing) terhadap bakteri.

Pemahaman mengenai peran ekologi mikrobia laut didasari oleh dua (2) metode utama dan mendasar dalam Ekologi Mikrobia yakni autekologi dan sinekologi. Autekologi mempelajari mikrobia dalam tataran spesies (jenis), yang meliputi proses dan reaksi khusus serta interaksi di antara individu mikrobia. Metode mendasar yang digunakan adalah isolasi dan identifikasi jenis mikrobia untuk mempelajari kemampuan mtabolisme mikrobia tertentu. Metode ini merupakan pengembangan lebih lanjut dari metode Robert Koch (1841-1910). Pada skala laboratorium metode ini dapat dilakukan dengan meneliti peran ekologi dan fisiologi suatu jenis mikrobia, yang kemudian dapat dideduksi untuk menetapkan sebuah kesimpulan. Keuntungan dari metode ini adalah eksperimen atau percobaan dapat dilakukan dengan menggunakan mikrobia yang telah diketahui atau dikenali potensinya dalam keadaan lingkungan yang ditetapkan.

Metode sinekologi, sebaliknya, mempelajari mikrobia pada tataran yang lebih kompleks atau berupa gabungan beberapa jenis mikrobia dalam satu tempat. Metode yang telah dilakukan oleh sejak masa Louis Pasteur (1822-1895) ini umumnya diterapkan untuk memahami proses-proses daur biokimiawi (misal daur karbon) dan jejaring makanan (food webs) laut. Metode sinekologi ini ternyata dapat menjawab pertanyaan besar para ahli mikrobiologi kelautan jaman ZoBell (1946) tentang jumlah bakteri laut yang viable serta bakteri yang tak-dapat-dikulturkan/diisolasi (uncultured bacteria). Keberadaan bakteri laut yang tak-dapat-dikulturkan sangat berpengaruh terhadap munculnya komposisi taksonomi yang lebih kompleks.

Untuk menetahui bakteri laut itu ada atau tidak adanya bakteri spesifik laut. Diantara sejumlah spesies adalah Halotolerans, dimana artinya bahwa bakteri ini hanya mampu berkembang atau tumbuh dengan adanya bakteri laut maupun air tawar. Dan untuk bakteri lainnya hanya bisa tumbuh pada dengan adanya garam yang dikenal dengan bakteri Haloplilik. Bakteri-bakteri ada secara khusus dengan kebutuhan  spesifik dari Na⁺ untuk mencapai perkembangan maksimum. Ditambah lagi dengan besarnya stabilitas dari komposisi kimia dari air laut dan samudera, dengan beranggapan bahwa beradaptasinya dengan biotop apapun tidak membatasi pertumbuhan tetapi juga dipengaruhi oleh aspek lainnya dari kehidupan sel.

            Setelah mengetahui kondisi perkembangan fungsi komposisi ion pada media kultur, kita persiskan pengaruh sel-sel dan tentang ekpresi dari fungsi physiologic tertentu. Dan kita melihat perbandingan antara bakteri asal laut dan bakteri halophilik moderes dan ekstren. Dengan memberikan satu visi synthetik dari halophilisme pada bakteri.

4.1.2. Kebutuhan Ion Organik Untuk Pertumbuhan

            Air laut mengandung berbagai garam, utamanya garam dapur (NaCl), di samping itu terdapat juga garam lain berupa kombinasi kation basa (K, Ca, Mg) dan anion sulfat, bikarbonat dan klor. Kandungan ion tersebut dapat mencapai > 500 mg/l, suatu kondisi tingkat kegaraman yang sangat jauh di atas kondisi tanah pertanian pada umumnya (< 1 mg/l).

            Sebagian besar bakteri yang berasal dari air laut tidak mampu berkembang dengan abses total dari NaCl. Adanya NaCl adalah sangat spesifik, tetapi konsentrasi dibutuhkan untuk mencapai satu pertumbuhan optimal bervariasi dalam batas yang sempit 50-1000 mM. Konsentrasi lebih sering  rendah dari yang ada di air laut. Malah dia lebih sering rendah dari yang ada di air laut dan dia lebih kecil untuk spesies tertentu. Lagi pula sejumlah bakteri menurut definisi Larsen (1986) adalah bakteri halophilik lemah, yaitu tidak dapat berkembang pada media yang mengandung hanya NaCl saja tetapi juga membutuhkan ino K, Mg dan Ca, diamana kebutuhan akan ion ini lebih besar dari bakteri air tawar dan bakteri tanah.

            Selain itu mikroorganisme juga dapat berkembang jika terdapat bahan makanan yang sesuai dan kelembaban yang memadai serta suhu yang sesuai. Limbah domestik menyediakan   lingkungan yang ideal bagi pertumbuhan mikroba terutama golongan bakteri, serta  beberapa   virus dan protozoa. Kebanyakan mikroba tidak berbahaya dan dapat dihilangkan dengan proses biologi yang mengubah zat organik menjadi produk akhir yang stabil.    Tetapi limbah domestik dapat pula mengandung patogen (organisme yang menimbulkan penyakit) berasal dari ekskreta manusia yang terinfeksi penyakit menular yang   dapat  menyebar melalui air yang terkontaminasi. Penyakit akibat bakteri yang   berasal  dari  air  antara   lain   kolera,  tifus   dan    tuberkulosis,    serta       penyakit akibat virus seperti hepatitis dan disentri akibat protozoa.

            Ion-ion yang terkandung didalam limbah seperti limbah padat, jumlah zat padat dalam limbah cair adalah residu limbah cair setelah bagian cairnya diuapkan dan sisanya dikeringkan hingga mencapai berat yang konstan pada suhu 103oC. Perbandingan antara padatan terlarut dan tidak larut dilakukan dengan menguapkan sampel limbah cair yang disaring dan yang tidak disaring. Selisih berat zat padat antara kedua sampel merupakan berat padatan terlarutnya. Kandungan anorganik, mencakup : klorida dan sulfat, biasanya berasal dari air dan limbah yang berasal dari manusia, nitrogen dan fosfat, dalam berbagai bentuk (organik dan anorganik) dalam limbah dari aktivitas manusia dan fosfat dari deterjen, karbonat dan bikarbonat, biasanya terdapat dalam bentuk garam kalsium dan magnesium, zat toksik: arsen, sianida, logam berat seperti Cd, Cr, Cu, Hg, Pb dan Zn yang berasal dari limbah industri.

Kondisi yang paling menguntungkan untuk isolasi ditemukan pada penggunaan media kultur yang disiapkan dengan air laut alamni dan sintetik, diinkubasi pada temperatur antara 18-20 ⁰C. Konsentrasi ion organik dipengaruhi oleh lama phase latennya dan sel.

            Kenyataan dari pengisolasian dari isolat-isolat tertentu membuktikan bahwa isolat-isolat tersebut dapat berkembang dengan waktu yang lebih panjang dengan konsentrasi natrium yang sedikit dan sebaliknya akan kebutuhan ion menjadi lebih stabil.(Growt et al, 1981).

4.1.3. Pengaruh Lingkungan Ionik Terhadap Komponen Sel pada Media Hypotonik

            Bakteri yang diisolasi dari medium lau, yang membutuhkan ion Na untuk pertumbuhannya, ada yang lebih sering terjadi se lyser pada media hypotonik khusunya pada akuades. Cytolise bersamaan dengan modifikasi sel permeable, dapat diartikan dengan penurunan turbidinitas pada pembebasan metabolisme, ion Na dan K dari molekul yang diserap pada ultraviolet sekitar 260 nm. Pada sejumlah kasus yang dipelajari ultrastruktur menyetujui secara persis phenomena ini. Perbandingan sinthesa dari hasil yang diterima dari sejumlah sumber yang dipelajari (Laddaga dan Mcleod, 1982). Dapat disimpulkan :

1.     Sifat-sifat dari sumber benar-benar bervariasi

2.     Lyse dapat dijelaskan dengan unik dengan penurunan osmolaritas, efek komponen yang terakhir dengan pertambahan ddalam akuades dengan membedakan molekul organik (sakarosa, glyserol), tidak dapat mencegah lyse, sering sendirian kekuatan ion pada inkubasi sering intervensi.

3.     Beberapa ion organik mampu dihindari lyse dan sifat ini bervariasi sangat jelas dengan fungsi alami dengan konsentrasi ion, juga Na dan Li lebih aktif dari K atau NH₄.  Dengan kata lain kation divalen seperti Mg atau Ca bereaksi pada konsentrasi lebih rendah dari kation monovalen.

4.     Biasanya bereaksi dengan dua tahap:

Pertama sangat cepat beroperasi dengan skala 0,1 detik dengan bersamaan dengan kejatuhan yang brutal dari turbiditas.

Yang kedua jauh lebih lambat dengan ciri-ciri oleh penurunan secara lambat tapi terjadi secara terus-menerus dari densitas optik larutan seluler sepanjang waktu.

5.     Dia tidak berhubungan langsung dengan aksi enzim.

6.     Lyse pada media hypotonik adalah fungsi dari perlakuan permeabel disediakan oleh sel. Sebagian besar sumber yang direndam dengan larutan MgSO₄ (diamana Mg mempunyai konsentrasi yang sama dengan air laut) tidak terjadi se lyser atau sangat lemah sekali, dalam waktu transfer mereka ke akuades. Sebaliknya jika direndam dengan larutan NaCl 0,5-1 M. Kita mendapatkan labih sering pengurangan turbiditas larutan selular, lebih kurang penting fungsi dari sumber yang dipelajari. Dengan perlakuan sering entraine alterasi membran eksternal. Pengamatan untuk 24 spesies menunjukkan bahwa 10 diantaranya, membran eksternal hilang (total atau sebahagian). Setelah direndam suksesif  pada larutan NaCl (3 pencucian) dan Ssacharosa (Laddage dan Mcleod, 1982)

Secara persis dapat diketahui sudut aksi dari kation dan eksplikasi peranan mereka pada komponen dari integritas dari lapisan sel. Seperti yang telah ditandai, ion Mg secara khusus untuk menghindari lyse. Kita beranggapan bahwa bentuk jembatan antara group anion yang terdiri dari membran, walaupun sudut hydrophiles phospholipid dan group  karboxyles dari protein. Jembatan ini cukup stabil untuk menjafa pada akuades. Adanya kation dengan polarisasi yang tinggi, seperti Na (Bertrand et al, 1976). Pada kondisi ini kohesi dari struktur membran ditemukan berkurang pada saat inkubasi pada akuades entraine apda lyser seluler. Hypotesa ini menunjukkan kandungan bakteri-bakteri setelah direndam pada larutan NaCl. Ada kompetisi antara ino Na dengan Mg untuk pengembangan interaksi elektrotastik dengan konstitusi lapisan seluler. Hypotesa ini menunjukkan kandungan bakteri-bakteri setelah direndam pada larutan NaCl. Ada kompetisi antara ion Na dan Mg untuk pengembangan interaksi elektrostatik dengan konstitusi lapisan seluler.

Efek protektor dari ion terhadap deterjen dan agen-agen Chaootropic dikonfirmasikan pada Salteromonas haloplankis dan vibrio alginolyticus interaksi mereka dengan kandungan membran.

4.1.4. kehidupan sel-sel pada media dengan kadar garam berbeda

            Informasi yang diterima dari study tentang lyse menarik perhaitan yang besar untuk mengetahui peranan ion-ion organik pada komponen sel. Hasil ini tidak berbeda pada pengukuran atau secara persis tentang keadaan physiologi sel, kususnya tingkat kehidupan mereka.

            Kematian lyse yang direndam dengan akuades, lebih kurang cepat, ini bervariasi berdasarkan fungsi dari sumber dan dia diperkirakan mempunyai hubungan antara intensitas dari turbiditas suspensi dan presentase dari kehidupan (Partt, 1974). Penyebab dari kematian berlipat dan kita tidak tahu aktualnya dengan mengukur formula suatu eksplikasi persis dan aplikable secara keseluruhan dari spesies. Sebagai contoh semua unsur dari membran eksternal, partikel dan total dari penurunan sejumlah sel hidup dari suatu populasi. Suatu study yang lebih detail tentang spesies Alcaligenes sp (Bertrand et al 1976) mampumenentukan pengaruh ion-ions terhadap kemampuan hidup. Sel-sel yang direndam pada larutan NaCl 1M dan dimasukkan suspensi kedalam suatu larutan yang mengandung beberapa kation mampu menghindari lyse (Na, Li, K, Mg, dan Ca). Setelah diinkubasi selam 7 hari, tidak satupun sel yang diuji mampu hidup. Jika diinkubasi  pada air laut sekitar 90-95% sel masih bisa hidup, persentase sel hidup dapat dijaga sampai 50% dalam NaCl (400 mM) - MgSO₄ (50mM). Hasilnya menunjukkan kebutuhan akan ion organik untuk kehidupan bakteri halophilik lemah, yang diisolasi pada laut komplek.

4.1.5. Oksidasi substrat exogen oleh sel-sel dengan adanya garam-garam

            McLeod et al 1985, menemukan bahwa penambahan Na dan K pada sistem reaksi adalah penting pada oksidasi substrat oksigen oleh sel Alteromonas haloplanktis. Untuk mencapai nilai maksimum oksidasi, kwantitas Na ditambahkan bervariasi dengan fungsi asal dari substrat yaitu 50 mM untuk acetat, butyrate dan propianat dan 150-200 mM untuk citrat, fumarat, succianat dan malat, sebaliknya aktifitas enzim dari siklus asam trikarboksilat tergantung pada ion-ion. Hasil-hasil yang ditulis oleh Payne (1960) ditemukan pada sisi sama: oksidasi asam gluconik oleh sel-sel Pseudomonas natrigens maksimal dengan adanya NaCl (250mM) dan KCl (10mM). Pratt dan Happold mengatakan produksi trytopane oleh sel vibrio ada hubungan dengan ion Na sama oksidasi beberapa ion aromatik oleh sel Acinetobakter sp (souche OP – 1) tergantung dari Na. Adanya sel-sel yang ditemukan pada souch Alcaligenes sp L 16.1 (bertrand et al 1976). Oksidasi hexadecana diukur oleh sel-sel yang direndam dan yang diinkubasi pada larutan yang asin dengan komposisi bervariasi. Untuk inkubasi 24 jam, jika sel-sel diletakkan pada suspensi dalam air laut, aktifitas respiratori initial (diukur selama 3 jam inkubasi) tidak berubah. Sel-sel tetap sangat tinggi 88% untuk sel-sel yang diinkubasi pada larutan yang mengandung NaCl 400mM dan KCl 10mM. Oksidasi substrat selalu lemah pada system yang mengandung satu sel : dibandingkan dengan nilai yang ditemukan dengan adanya air laut. Dan menjadi 45%, 20% dan 18% pada larutan yang mengandung NaCl 400 mM, MgSO₄ 50mM dan CaCl₂ 15mM. Dan nol pada larutan LiCl 600 mM, KCl dan CaCl. Dari beberapa eksperimen relevant kebutuhan komplek ion inorganik untuk eksperimen aktifitas respirasi sel-sel. Observasi ini dikonfirmasikan oleh pekerjaan Sakai (1980), yang disimpulkan oksidasi maksimal asamsuksinat dan fumarat oleh isolat Pseudomonas yang berbeda mengandung bebrapa ion masuk dalam komposisi air laut, khususnya Natrium.

4.1.6. Transport nutrisi tergantung pada natrium dan kalium

            Kebutuhan akan ion Na⁺ ditemukan pada spesies Alteromonas haloplanktis untuk oksidasi substrat dengan reflek adanya Na⁺ untuk transport. Kesimpulan ini didasarkan atas kesamaan konsentrasi Na⁺ yang dibutuhkan untuk oksidasi  D-Galaktosa dan L-Alanin dan untuk akumulasi analog mereka yang tidak dimetabolisme, yaitu D-Fucosa dan asam alpha aminoisobuthyirat (AIB) (DRAPEAN et al, 1966). Studi tentang transport AIB dapat diambil dua kesimpulan:

1.     Na⁺ dibutuhkan untuk transport, efek sinetik akumulasi pada sel menunjukkan Km transport AIB menurun ketika dinaikkan konsentrasi Na⁺, tidak K⁺, Li⁺ dapat menggantikannya (WONG at al, 1969).

2.     Transport AIB tergantung pada konsentrasi intra seluler K⁺, walaupun setelah perendaman dengan sel-sel MgSO₄ 50 mM, kita dapatkan sel-sel yang miskin akan K⁺ (98% K⁺ hilang ), yang tidak mampu terakumulasi substrat jika K⁺ tidak ditambah pada media inkubasi (HAAN dan McLEOD, 1975) telah mempelajari transport sejumlah besar asam amino pada Alteromona haloplanktis dan mereka telah menuliskan dua sistem trasport aktif (sistem DAG dan sistem LIV) yang membutuhkan Na⁺ untuk aktifitas mereka (konsentrasi Na⁺ adalah 0,3 M untuk mencapai suatu aktifitas maksimal). Studi yang telah dipelajari tentang metabolisme lainnya pada Alteromonas haloplanktis dan Vibrio fisheri, kecepatan mereka menggunakan sangat jelas di stimulasi oleh penambahan natrium pada media (DRONIUK et al, 1978). Beberapa penelitian sebelumnya menuliskan realisasi  dari sel-sel dikendalikan oleh membraine AIB (TOKUDA et al, 1982) pada sakrosa (KAKINUMA dan UNIMOTO, 1985) seperti pada kasus Alteromonas haloplanktis, akumulasi nutrisi pada sel-sel hanya mungkin jika konsentrasi intraseluler K⁺ mengandung jumlah yang normal (400 mM).

Pada kondisi yang sama, menunjukkan akumulasi asam suksinat dan alanin pada beberapa souches Pseudumonas asal laut hanya berproduksi pada konsentrasi tertentu Na⁺ dan K⁺ (SAKAI dan SAKAI, 1980).

Kebutuhan akan natrium untuk transport beberapa metabolisme inorganik telah dilakukan juga pada Phosphate untuk Potassium (HASASAN  dan McLEOD, 1975).

4.1.7. Aktivitas Rantai Respirasi

Oksidasi dan transport substrat tergantung pada Na^+.  ini penting diketahui pada sudut mana Na+ pada rantai respirasi dan diidentifikasi oleh membran enzim yang distimulasi oleh ion tersebut. Rantai respirasi dan inhibitornya juga merupakan ringkasan jalur metabolik mitokondria. Semua kompleks ini berada di membran dalam dan mereka dapat dicapai oleh substrat baik yang berada pada membran maupun pada matriks. Telah diketahui pula berbagai inhibitor rantai respirasi dan efek kliniknya yang dapat dianggap sebagai pengetahuan awal dari mitochondrial medicine.

Dalam tiap-tiap sel, mitokondria dapat disamakan dengan mesin mobil. Mesin biologi yang kecil ini mengkombinasikan makanan yang kita makan dengan oksigen untuk memproduksi energi bagi kelangsungan hidup. Energi yang dibentuk oleh mitokondria disimpan dalam bentuk zat kimia yang disebut adenosine triphosphate (ATP).12,14 Selain memproduksi energi seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, mitokondria juga terlibat dalam berbagai aktivitas yang penting seperti memproduksi hormon steroid dan membangun blok DNA. Adanya defek pada bagian mitokon-drion yang disebut rantai respirasi atau rantai transport elektron akan menyebabkan miopati mitokondria yang melibatkan otot, dan bila melibatkan otak disebut ensefalomiopati mitokondria. Proses yang terjadi tersebut menimbulkan gang-guan suplai energi, timbunan sekunder produk toksik seperti radikal bebas dan asidosis laktat, atau kombinasi dari kedua keadaan tersebut.

Bila komponen kunci rantai respirasi dalam mitokondria hilang atau terjadi kerusakan maka akan terjadi proses yang saling berkelanjutan. Peristiwa tersebut dapat terjadi dalam dua tahap yaitu; (a)Yang pertama terjadi adalah tidak terbentuk elektron. ATP tidak terbentuk secara efisien dan sel kehilangan energi untuk melakukan fungsi normal. (b) Kedua, semua dari tahap-tahap sesudahnya menjadi terhenti, selanjutnya sering menimbulkan bahan kimia abnormal yang akan memproduksi bahan toksik. Produk tersebut adalah radikal bebas dan metabolik yang berlebihan seperti asam laktat yang dalamjumlah besar akan membahayakan.

UNMOTO et al (1977) telah mempelajari mengenai peranan dan fungsi komponen-komponen yang berbeda dari rantai respirasi Vibrio alginoytis pada oksidasi HADH. Mereka juga menunjukan bahw NADH oxidase ada Na untuk aktivitasnya dan ia mencapai nilai maximum konsentarasi NaCl 0,3 M. kation lainnaya hanaya sebagain yang bisa mengggantikan natrium. Jika persentase aktivitasnya sama 100% dngan adanya Na maka dengan menggunakan Li^+., K dan Mg^+.hanya 38 %, 19 % dan 12 %.

UNIMOTO dan HAYASHI (1979) yang selanjutnya mengamati yang lebih persis tentang kebutuhan ion-ion pada konsitusi yang berbeda dari rantai respirasi. NADH Dehydrogenase dan Cytochrom Oksidase tidak membutuhkan sama sekali garam-garam untuk aktivitas mereka. Berlawanan dengan penelitian penghilang dan reingkooperasi dari Quinone (MK4 dan Q10). Pengarang yang sama dengan jelas menunjukkan reduksi transporteur (pembawa) elektron, khususnya Menaquino tergsntung pada Na. Kesimpulan ini cendrung membuktikan titik aksi Na ditentukan pada tingkat NADH: Quinone Oxydoreduktase (gambar 1)

Gambar 1. rantai respirasi Vibrio alginolytus. Pompa natrium dalam bentun Na^+.. formasi Radikal QH2 tergantung pada natrium. HQNO menghambat fungsi pompa natrium. Hambatan ini hilang dengan hadirnya YMPQ dalam bentuk oksida.

Q= quinone; GH= semi quinone; QH2= Hydroquinone; HQNO= 2 heptyl-4 hydro xyquinone-N-Oxyde ; TMPD=N,N’,N’’ tetramethyl-p-phenilinediamine.

Aktivitas NADH oksidase pada Na sam dengan bakteri lainnya yang diisolasi dari air laut (isolat 1055-1) oleh ICHKAWI et al (1981). KCL dan LiCl hanya sebagaian yang dapat menggantikan Na^+., hanya 40% dan 30% dari aktivitas jika dibandingkan dengan Nacl. Bagian aktivitas enzim yang berbeda dari rantai respirasi membtuhkan Na^+. , komponen yang terbentuk terletak antara NADH Dehydrogenase dan Ubiquinone.

Vibrio sp merupakan salah satu Bakteri patogen yang tergolong dalam divisi bakteri klas Schizomicetes, ordo Eubacteriales, Famili Vibrionaceae. Bakteir ini bersifat gram negatif, fakulttif anaerobik, fermentatif, bentuk sel batang dengan ukuran panjang antara 2-3 um, menghasilkan katalase dan oksidase dan bergerak dengan satuflagella pada ujung sel (Austin, 1988).

Vibrio merupakan patogen oportunistik yang dalam keadaan normal ada dalam lingkungan pemeliharaan, kemudian berkembang dari sifat yang saprpfitik menjadi patogenik jika kondisi lingkungannya memungkinkan.Bakteri Vibrio yang patogen dapat hidup di bagian tubuh organisme lain baik di luar tubuh dengan jalan menempel, maupun padaorgan tubuh bagian dalam seperti hati, usu dan sebagainya. Menurut Wagiyo (1975) dampak langsung Bakteri patogen dapat menimbulkan penyakit, parasit, pembusukan dna toksin yang dapat menyebabkan kematian biota yang menghuni perairan.

Pada Alealigenes sp (isolat 1.16.1) bakteri mampu berkembang pada hidrokarbon. Aktivitas NADH oksidase, alkohol dan aldehyd dehydrogenenase maksimal (100%) dengan membran cytoplasmik yang disiapkan dengan air laut ataua larutan yang mengandung NaCl (400 mM) dengan MgCl (50 mM)  (BERTRAND et al, 1976c). nilai dari aktivitas ini tetap tinggi dengan menyipkan membran dengan larutan NaCl (88-99%). Ion-ion dehidrogenerase, MgSO₄ (50 mM), LiCl (600 mM), CaCl₂ (15 mM) memberikan aktivitas diukur dengan adanya air laut. Pengaruh garam menunjukkan esensial V max.

KAHNNA et al (1984) menemukan pada Alteromonas haloplankin oksidasi NADH oleh sel-sel yang dilakukan pada dua titik yang pertama pada luar ,membran cytoplasma aktif oleh Na^+. dan Li^+., yang kedua ditempatkan pada membran internal khususnya aktif oleh Na . Psoudomonas dan Vibrio fisheri menunjukkan hanya oksidasi maksimal NADH hanya jika ada Na^+..

Nitrat reduktase Pseudomonas nautica 617 mereduksi nitrat menjadi nitrogen molekuler, dintimulasi khususnya oleh Na^+..  analisa cynetik ini mempengaruhi peningkatan enzim untuk nitrat (BONIN et al, 1987).

Kesimpulan, bahwa seluruh spesies yang diuji dengan adanya Na^+. untuk mencapai pertumbuhan yang maksimal aktivitas membran tertentu membutuhkan Na^+. spesifik.

4.1.8. Bioenergetik bakteri-bakteri halopilik rendah

Organisme aerobik atau aerob adalah organisme yang melakukan metabolisme dengan bantuan oksigen. Aerob, dalam proses dikenal sebagai respirasi sel, menggunakan oksigen untuk mengoksidasi substrat (sebagai contoh gula dan lemak) untuk memperoleh energi.

• Aerob obligat membutuhkan oksigen untuk melakukan respirasi sel aerobik.
• Aerob fakultatif dapat menggunakan oksigen tetapi dapat juga menghasilkan energi secara anaerobik.
• Mikroaerofil adalah organisme yang bisa menggunakan oksigen tetapi dalam konsentrasi yang sangat kecil (mikromolar).
• Organisme aerotoleran dapat hidup walaupun terdapat oksigen di sekitarnya, tetapi mereka tetap anaerobik karena mereka tidak menggunakan oksigen sebagai terminal electron acceptor (akseptor elektron terminal).

            Baru saja ditunjukkan bahwa beberapa bakteri halophilik rendah, transfer elektron berhubungan dengan respirasi yang menyediakan energi yng dibutuhkan untuk transport nutrisi pada sel, tergantung pada Na^+. pada tingkat ini menimbulkan pertanyaan peranan dari Na^+. pada proses energinik tersebut membran cytoplasmik.

            Vibrio alginolytis akumulasi nutrisi berhubungan dengan adanya gradien elektrokimia Na^+.. oksidasi substrat menjamin dua fungsi dua sistem transport yang alamiahnya bervariasi sesusi dengan pH (TUKUDA dan UNEMOTO,1982). Pada pH asam (6,5) ada pembangunan kekuatan proton motrice yang mengizinkan membnagaun suatu gradien elektrokimia Na^+. oleh suatu sistem yaitu pada Na^+./H^+. (sistem sekunder). Deposit pertama (gambar 2A) total dihambat oleh CCCP (Carbonylidep-tricoholorovenylhyrazone). pH alkaline (8,5-9) kita mencatat potensial elektrokimia Na^+. (bersama dengan respirasi,  tetapi tidak sensitif terhadap CCCP). Yang menjamin 3 fungsi : Osmotik (akumulasi substrat di dalam sel ); mekanik(perputaran flagela); dan kimia(pembentukan ATP) (SKULACHEP,1985) (gambar 2B).

            Ada susunan iorce Na^+. Motrice (Na^+. analogik dengan iorce motrice proton yang menjamin pertumbuhan Vibrio alginoliticus dengan adanya CCCP dengan artinya absennya sirkulasi proton. TOKUDA (1983) yang telah mengisolasi mutan yang tidak mempunyai pompa natrium. Pada kondisi ini extruction Na effectue mutans. Aktivitas ini NADH oksidase maksimal dengan absennya Na berlawanan dengan isolat liar yang tergnatung dengan Na^+.. hasil ini menunjukan adanya korelasi antara ekpresi dari enzim dan fungsinya dengan pompa natrium. Kebutuhan akan Na^+. tidak hanya ditunjukkan NADH quinone oxydoresuktase. Itu  mungkin pompa sodium terdapat pada bagian rantai respirasi. (TUKUDA dan UNEMOTO,1984 gambar 1). Hipotesa ini ini diperoleh dari eksprimen larutanya dan rekonstruksi aktifitas NADH oksidase yang menunjukkan pengembangan gradien  elektrokimia Na yang berhubungan dengan oksidasi NADH TOKUDA,1984).

Dalam suatu keadaan di mana tanpa pemberian oksigen yang telah larut, maka kegunaan dari oksigen sebagai penerima elektron yang terakhir untuk pernafasan terhambat GAUDY et al (1980). Dalam keadaan seperti ini, maka kebanyakan dari mikroorganisme fakultatif harus bertumpu pada fermentasi guna menimbulkan lagi NAD⁺ Bagaimanapun, tentu chemoorganotrops mampu di dalam menempatkan O₂ dengan NO₃ sebagai penerima elektron terakhir dan respirasi dapat dilakukan dengan cara mereduksi nitrat ke dalam bentuk nitrit, oksidasi nitrit dan oksidasi nitrous atau nitrogen.

Pada vibrio parahaemolyticus sering diisolasi dari air laut dan kerang-kerangan. TSUCHIYA dan SHINODA (1985) juga telah menetapkan tentang pompa nutrien. Dia berfungsi disebabkan oleh energi yang disediakan oleh respirasi, diizinkan extrusion Na^+. sel dapat dibuktikan dengan pH alkalin.

4.1.9. Bakteri Halophilik rendah asal laut

Penelitian dimulai dengan melihat tingkat produksi enzim-enzim protease dan lipase yang diproduksi secara ekstra selluler oleh bakteri halophilik Pseudoalteromonas haloplanktis, yang ditumbuhkan dengan media sintetik VNSS yang cocok untuk jenis bakteri laut. Aktifitas enzim protease dan lipase dari sample yang dikumpulkan selama proses fermentasi telah diassay. Kita temukan bahwa produksi enzim ini telah dimulai sejak phase awal pertumbuhan, dan terus meningkat sampai dengan phase stationer akhir. Hal ini juga telah dikonfirmasikan dari hasil analisa SDS-PAGE dan Zymography. Teknik zymography telah berhasil dimodifikasikan guna menjaga aktifitas enzimatis dari halophilik bakteria ini. Sehingga telah berhasil ditemukan paling sedikit empat (4) spesies (atau molekul yang memiliki aktifitas katalisis) proteases dengan berat relatif molekul 10; 21,6;66,5; dan 75 kDa. Berbagai macam metoda assay (phase padat dan cair) telah dilakukan guna mencari metoda yang cepat dan akurat dari enzim halophilik tersebut, dan berdasarkan kepada kurva standard tertentu. Ammonium suplhate digunakan untuk meningkatkan konsentrasi protein sebelum diassay. Effect daripada kekuatan ionik larutan terhadap assay enzim standard dan enzim halophilik juga telah dianalisa dan hasilnya menunjukkan bahwa assay enzim protease tetap stabil sampai dengan konsentrasi garam 3 M sedangkan assay daripada enzim lipase hanya sampai dengan maksimum 2 M. Usaha untuk mencari pH optimum enzim-enzim ini belum berhasil ditemukan secara pasti.

4.1.10. Penemuan Genus Laut

Di laut Indonesia terdapat cumi-cumi yang dapat memancarkan cahaya akibat hubungan simbiosa dengan bakteri Photobacterium phosphoreum yang hidup didalam organ cahaya cumi jenis Loligo duvaucelli. Penyebab dan mekanisme fotonik dari bakteri sangat menarik untuk dikaji karena merupakan contoh fabrikasi fotonik alamiah. Proses pemancaran cahaya pada bakteri luminsensi melibatkan enzim yang disebut luciferase yang mengkatalis tiga substrat yaitu flavin mononukleotida tereduksi (FMNH2), molekul oksigen (02) dan aldehid rantai panjang (RCOH). Reaksi tersebut membebaskan flavin (FMN), asam lemak rantai panjang.(RCOOH), molekul air (H20) sambil memancarkan cahaya tampak (hv). Reaksi pemancaran cahaya dapat dibagi atas empat intermediat yaitu intermediat I, II, III dan IV. Intermediat I adalah keadaan substrat FMNH2 terikat ke luciferase, intermediat II adalah keadaan penambahan substrat 02 pada reaksi intermediat I, intermediat III adalah keadaan penambahan substrat RCOH pada reaksi intermediat II dan intermediat IV adalah keadaan eksitasi yang akan meluruh keadaan dasar sambil memancarkan cahaya tampak.

Pola-pola aktivitas setiap intermediat dari bakteri luminisensi lain telah banyak diungkap oleh para peneliti-peneliti terdahulu. Namun mekanisme pembentukan intermediat-intermediat sampai terjadi keadaan eksitasi belum bisa dijelaskan. Hal ini disebabkan energi yang terlibat dalam pembentukan setiap intermediat tidak diketahui. Disamping itu identifikasi senyawa aktif, karakterisasi sifat-sifat fisis senyawa aktif dan identifikasi pembentukan keadaan eksitasi pada bakteri Photobacterium phosphoreum yang diisolasi dari cumi laut Indoensia belum pernah dilaporkan.

Berdasarkan hal tersebut maka tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah mengidentifikasi senyawa aktif, mengkarakterisasi sifat fisis senyawa aktif dan mengidentifikasi pembentukan keadaan eksitasi sehingga terjadi proses fotonik pada bakteri Photobacterium phosphoreum yang diisolasi dari cumi laut Indoensia. Ruang lingkup penelitian adalah mendapatkan model mekanisme pemancaran cahaya dari bakteri Photobacterium phosphoreum. Model ini diperoleh berdasarkan karakteristik fisis cahaya dari bakteri yang diperoleh secara eksperimen dan karakteristik fisis pembentukan keadaan eksitasi yang diperoleh secara komputasi.

Asumsi utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah karena reaksi pemancaran cahaya pada bakteri Photobacterium phosphoreum merupakan reaksi reduksi-oksidasi maka transfer proton atau elektron menyebabkan perubahan energi potensial sehingga dapat dihitung dengan metoda MNDO-PM3. Hipotesa yang digunakan pada penelitian ini adalah karakter fisis fotonik bakteri Photobacterium phosphoreum yang diisolasi dari cumi laut Indonesia berbeda dengan karakter fisis dari bakteri luminisensi yang lain. Energi cahaya yang dipancarkan bersumber dari proses reduksi oksidasi. Perubahan energi potensial terhadap perubahan jarak antar atom pada sisi aktif dengan susbtrat-substrat adalah akibat perpindahan proton.

Hasil identifikasi senyawa aktif menunjukkan bahwa luciferase bakteri Photobacterium phosphoreum terdiri dari dua sub unit a dan ¢ dengan berat molekul masing-masing adalah 41 kD dan 38 kD. Selanjutnya, hasil karakteristik fisis pemancaran cahaya yang diperoleh secara eksperimen menyimpulkan bahwa absorbsi maksimum intermediat II terjadi pada panjang gelombang 366 dan intermediat III pada panjang gelombang 350 nm. Intensitas pemancaran maksimum terjadi pada panjang gelombang 516 nm. Perubahan pH, temperatur dan konsentrasi oksigen pada reaksi tidak menyebabkan pergeseran panjang gelombang. Lebih jauh, hasil karakteristik fisis pemancaran cahaya menemukan bahwa konstanta peluruhan cahaya adalah 0,007/detik, quantum yield adalah 0,3 pada kondisi pH 7 dan temperatur 25 °C dan energi aktivasi adalah 19 kkal/mol (0,8 eV).

Hasil analisis pembentukan keadaan eksitasi yang diperoleh secara komputasi menyimpulkan bahwa luciferase bakteri Photobacterium phosphoreum hanya memiliki satu jumlah pengikatan FMNH2 dimana Asparagin (Asn) dan Lysin (Lys-H+) diprediksi sebagai dudukan aktif. Karakteristik energi aktivasi dari urutan reaksi LBPP memperlihatkan bahwa deprotonasi pada kedudukan Ni dari FMNH2 oleh residu asam amino Asn untuk membentuk intermediat I mengalami energi aktivasi sebesar 67 kkal/mol. Reaksi intermediat I dengan 02 membentuk intermediat II dengan energi aktivasi sebesar 18,5 kkal/mol. Reaksi intermediat II dengan RCOH membentuk intermediat III dengan energi aktivasi sebesar 20 kkal/mol. Pelepasan molekul RCOOH dari intermediat III membentuk intermediat IV* yang disebut dengan keadaan eksitasi. Perubahan energi bebas Gibss pada keadaan eksitasi adalah sebesar -59,22 kkal/mol. Kondisi ini mendekati dengan hasil analisis pengukuran panjang gelombang cahaya dimana perubahan energi bebas Gibss adalah -55,22 kkal/mol. Oleh karena itu, mekanisme yang diusulkan untuk pembentukan keadaan eksitasi sudah memenuhi syarat energi bagi terjadinya bioluminisensi pada bakteri Photobacterium phosphoreum. Kontribusi penting penelitian ini adalah informasi penyebab dan mekanisme fotonik bioluminisensi dari bakteri Photobacterium phosphoreum yang diisolasi dari cumi laut Indonesia

4.2 Latihan.

1.     Bagaimana kebutuhan ion organik untuk pertumbuhan bakteri

2.     Bagaiman pengaruh lingkungan ionic terhadap komponen sel pada media hypotonik.

3.     Diskusikan dengan teman anda bagaimana oksidasi substra exogen oleh sel-sel dengan adanya garam

Petunjuk Latihan.

1.Untuk mengerjakan latihan ini dapat mempelajari kegiatan belajar 2-3

point 4.1.2

2.Untuk mengerjakan latihan ini dapat mempelajari kegiatan belajar 2-3

point 4.1.3

3.Untuk mengerjakan latihan ini dapat mempelajari kegiatan belajar 2-3

point 4.1.5

4.3 Rangkuman.

            Berdasarkan informasi yang diperoleh dapat memberikan defenisi bakteri laut, pertanyaannya sederhana, problemnya komplek, dan jawabannya bisa mengawan, dia menyangkut banyak bakteri, yang diisolasi dari bakteri laut, yang membutuhkan garam-garam, khususnya natrium untuk mencapai pertumbuhan yang maksimum. Pada kondisi tertentu bakteri sering ada pada kondisi se lyser pada aquadest. Cytolise dapat dihindari pada beberapa kation; jadi pada titik tertentu, kebutuan Na⁺ tidak spesifik, walaupun evolusi kehidupan sel pada larutan bergaram dengan komposisi yang bervariasi dipelajari bersamaan dengan lyse, kehadiran natrium sangat dibutuhkan, peranan yang utama adalah ditemukan untuk ekspresi aktifitas pada yang terdapat pada membran cytoplasmik, oksidasi dan transport nutrisi, tetapi kebutuhan ion inorganik tidak dibatasi pada natrium. Efeknya isolat tertentu, suatu yang bercampur ion komplek, jadi komposisi kimianya mendekati yang ada  pada air laut, yang dapat komponen-komponen mengadakan aktifitas physiologik normal.

Harus diingat bahwa kesimpulan itu berdasarkan pada sejumlah limit spesies. Jika kita saat ini dapat mengetahui ada bakteri yang membutuhkan garam-garam spesifik (natrium khususnya). Pada biotop laut atau regnent pada kondisi kehidupan yang bervariasi (temperatur, oksigen, tekanan, konsentrasi elemen mineral dan organik). Tidak mungkin memberikan jawaban kategori ada atau tidak adanya bakteri spesifik laut. Untuk membentuk konsep ini, beberapa penelitian telah dilakukan tentang pertumbuhan lyse, oksidasi dan transport nutrisi harus intensif. Penelitian mengenai Alteromonas haloplanktis dapat memberikan model studi (McLEOD, 1985), yang bisa diaplikasi pada bakteri lainnya. Mereka harus menerangkan dengan tema molekuler, peranan ion-ion. Penerapan pompa natrium pada Vibrio alginolyticus dan Vibrio partahaemolyticus adalah dengan cara pandang yang signivicatif. Kehadirannya yang memberikan keuntungan untuk bakteri yang hidup pada media yang kaya natrium (SKULACHEV, 1985, TOKUDA dan UNEMOTO, 1985), membiarkan harapan yang ditemukan pada mekanisme spesifik bioenergetik pada mikroorganisme. Analisa kimia harus menjelaskan secara khusus pada bakteri halophilik lemah atau pada domen ini perlunya analisa menyangkut lemak, sedikit pekerjaan yang menyangkut protein dan khususnya protein membrain. Pengetahuan mengenai komposisi mereka dan konfirmasi adalah elemen dasar untuk komprehension halophilik pada bakteri (LANYI, 1974), menambahkan pertumbuhan studi taksonomi yang dilakukan oleh BAUMANN dan BAUMANN (1981) menentukan dengan jelas dan persis posisi phylogenetik bakteri halophilik lemah.

Walaupun Lacunes dan tidak mungkin mengumumkan hasil yang diterima, kita dapat menghadirkan kesimpulan bahwa kehidupan dalam laut dan samudera luas, pada beberapa bakteri suatu adaptasi pada lingkungan hadir suatu komposisi ion khususnya stabil. Dia bereaksi pada pertumbuhan untuk mengorganisasi sampul sel dan untuk ekspresi beberapa aktifitas yang terdapat pada membrain cytoplasma.

Kita mengakhiri evaquant komponen bakteri pathogen pada media laut eutrophi. Beberpa spesies yang hidup disana mempunyai kemampuan yang sama untuk berkembang. Apa asal dan konsekuensi dari adaptasi ? pertukaran gen antara bakteri heterotrophe autocton  dan allocthonee pada media laut.

4.4 Tes formatif

Tunjukkan pengertian anda dengan memberikan tanda B (benar) atau S (salah) di sebelah kiri setiap pertanyaan di bawah ini.

1.     B – S. Sifat essensial dan nyata dari bakteri asal laut mampu berkembang tanpas absen total NaCl.

2.     B – S Penambahan Na⁺ dan K⁺ pada system reaksi adalah penting pada oksidasi substrat eksogen oleh sel Alteromonas Haloplanktis.

3.     B – S Na+ dibutuhkan untuk tranport, efek sinetik akumulasi pada sel menunjukkan km transport AIB meningkat ketika digantikan dengan ion K⁺ dan Li⁺.

4.     B – S NADH dehydrogebase dan Cytochrome oksidase membutuhkan garam-garam untuk aktifitas mereka.

5.     B – S Bakteri halophilik dibagi menjadi 3 yaitu halophilik lemah, modere dan ekstrem.

6.     B – S Glycine betaine merupkan osmoregulator  yang sering digunakan oleh eubacteriaceae halotolerans.

7.     B – S Fungsi Na⁺ pada semua organisme  menyangkut transport aktif elemen nutrisi

8.     B – S Bakteri Alteromonas haloplanktis membutuhkan Na+ sebesar 3 M untuk aktifitas maksimal.

9.     B – S Bakteri Alteromonas haloplanktin oksidasi NADH oleh sel-sel dilakukan pada dua titik yang pertama pada luar membran cytoplasma aktif Na+ dan Li+, yang kedua aktif pada membran internal yang akhitif khusunya Na+.

4.5. Umpan Balik dan Tindak Lanjut.

  Cocokkan jawaban anda dengan kunci Jawaban Test formatif 1 yang terdapat di bagian akhir modul ini dan hitunglah jumlah jawaban anda yang benar. Kemudian gunakan rumus di bawah ini untuk mengetahui tingkat penguasaan anda dalam materi kegiatan Belajar 1.

Rumus :

Tingkat Penguasaan =  Jumlah Jawaban  yang benar x 100%

                                                9

Arti tingkat penguasaan yang anda capai :

80-100%       = Baik sekali

70-80 %        = Baik

60 – 70%      = Sedang

> 60                = Kurang

Jika anda mencapai tingkat penguasaan diatas 80%, anda dapat meneruskan dengan kegiatan belajar 4. Tetapi kalau dibawah 80%, sebaiknya lakukan ulangan kegiatan Belajar 1 terutama yang belum anda kuasai.

5.Kunci Jawaban tes formatif

1.     B

2.     B

3.     S

4.     S

5.     B

6.     B

7.     B

8.     S

9.     B

DAFTAR PUSTAKA

Austin B. dan D.A.Austin. 1993. Bacterial fish pathogens. Disease in farmed and wild fish. Second edition. Ellis Horword limited. Chichester, England 383 p.

Bonin, P.: Berthand, J.C.; Giordano, G. & Gelewitez, M. 1987. Specific sodium dependence of a nitrate reductase in a marine bacterium. FEMS Microbiol. Lett. 48:5-9.

DiMauro S, Schon E.A. Mitochondrial Respiratory-Chain Diseases. N

Eng J Med. 2003 ; 348 : 2658-68. http://www.nejm.org

Gaudy, A.Fand Gaudy, E. T, “Microbiology for Environmental Scientisi and Engineers,

Mc. Grauo Hil,1980

Grow, J.; McLeod, R.A. 1981. Growth Characteristics Acid at Low Na oncentration and Stability of the Na Requirement of a Marine Pseudomonas. J. Bakteriol.

Khanna, G.; De Voe, L; Niven D.F. & McLeod, R.A. 1984. Relationship between on requirement for respiration and membrane transfort in a marine bacterium. J. Bacteriol. 157:59-63.

Laddage, R. A. & McLeod, R.A. 1983. Factor Affecting the Release of Outer Membrane From a Gram Negatif Marine Bacterium.

McLeod, R.A. 1986. Cloning in Escherichia coli K-12 of a Na Dependent Transport System From a Marine Bacterium.

Partt, D. 1974. Salt Requirement For Growth and Function of Marine Bacteria. University Park Press. Baltimore

Tukoda, H. & Unimoto, T.1982. Na in translocated at NADH Quinone oxidoreductase segement in the respiratory chain of vibrio elginolitycus . J. Biol. Chem. 259:7785-7790.

Tsuchiya, T.; Schinone, S. 1985. Respiration-driven Na circulation in Vibrio parahaemolytichus. J. Bacteriol. 162;704-798.

Sakai, D.K. 1980. Diferentiation of Marine Bakteria: Physiological Roles of in Organig Salts Required for Spesific Marine Bacteria.Osaka

Sidharta, Rahardjo. 2002. Peran Ekologi Bakteri Heterotrof Laut. Yogyakarta

Wagiyo C.E. 1975. Microbial and environment in L H.Stevenson and R.R Colwell (eds)

Estuaries Microbial Ecology. University of South Carolina Press. Columbia.

Artikel terkait :