Pertumbuhan, Reproduksi dan Rekombinasi Bakteri


Pertumbuhan Bakteri

Pertumbuhan bakteri didefinisikan sebagai penambahan jumlah sel dan penambahan ukuran suatu sel dalam suatu populasi bakteri. Bakteri melakukan reproduksi dengan pembelahan biner, yaitu satu sel bakteri membelah menjadi dua bakteri, dua sel bakteri menjadi 4 sel bakteri dan seterusnya. Untuk mengamati pertumbuhan bakteri, sulit dilakukan hanya dengan mengamati satu sel bakteri karena ukurannya yang sangat kecil. Oleh karena itu untuk mengamati atau mengukur pertumbuhan bakteri dilakukan dengan mengamati atau mengukur perubahan populasi bakteri. Pengukuran pertumbuhan bakteri biasanya dilakukan dengan menumbuhkan bakteri di suatu media cair kemudian diukur tingkat kekeruhannya menggunakan suatu alat. Alat yang seringkali digunakan untuk mengukur pertumbuhan bakteri adalah spektrofotometer. Pertumbuhan bakteri biasanya diplotkan sebagai logaritma antara jumlah sel dengan masa inkubasi dan menghasilkan sebuah kurva yang disebut dengan kurva pertumbuhan bakteri.Dari yang terbentuk, pertumbuhan bakteri dibedakan menjadi beberapa fase yaitu :
kurva pertumbuhan bakteri, waktu generasi bakteri, Pembelahan biner pada bakteri, Proses konjugasi pada bakteri,transduksi bakteri
Gambar 1. Kurva pertumbuhan bakteri terbagi menjadi 4 fase yaitu fase lag, fase eksponensial, fase stationer dan fase kematian

1. Fase Lag
Selama fase lag ini, terlihat tidak terjadi penambahan massa atau jumlah sel bakteri. Pada fase lag bakteri mengalami adaptasi dari media lama ke media baru. Meskipun tidak terlihat penambahan massa, di fase log bakteri sudah memulai memproduksi komponen – komponen untuk pembelahan sel seperti sintesis ribosom dan organela lain serta melakukan recovery.
Lamanya fase lag bervariasi, tergantung kondisi bakteri yang diinokulasikan (ditumbuhkan) dan tergantung kondisi media. Fase lag dapat berlangsung lama jika inoculum sebelumnya ditempatkan di refrigenerator atau komposisi media yang digunakan berbeda dengan media sebelumnya. Sebaliknya jika menggunakan inoculum yang fresh dan komposisi media sama dengan komposisi media sebelumnya maka fase lag dapat berlangsung singkat bahkan tidak mengalami fase lag.

2. Fase eksponensial
Fase eksponensial atau seringkali disebut dengan fase log adalah fase pertumbuhan bakteri dimana bakteri tumbuh dan membelah secara maksimal. Dalam kurva pertumbuhan terlihat terjadi penambahan biomassa bakteri secara eksponensial. Fase eksponensial atau fase log akan terus terjadi akan terus berlangsung jika nutrisi masih tersedia. Dalam fase eksponensial, kecepatan pertumbuhan bakteri berlangsung konstan. Kecepatan pertumbuhan populasi bakteri disebut dengan waktu generasi. Waktu generasi adalah waktu yang digunakan oleh bakteri untuk membelah diri. Dengan kata lain, Waktu generasi adalah waktu yang digunakan oleh satu sel bakteri untuk membelah menjadi dua sel bakteri. Setiap spesies bakteri mempunyai waktu generasi yang berbeda beda, berikut contoh waktu generasi dari beberapa bakteri : 

kurva pertumbuhan bakteri, waktu generasi bakteri, Pembelahan biner pada bakteri, Proses konjugasi pada bakteri,transduksi bakteri
Gambar 2. Contoh waktu generasi dari beberapa bakteri, setiap spesies bakteri mempunyai waktu generasi yang berbeda-beda

3. Fase Stationer
Dalam kurva pertumbuhan, fase stationer terlihat sebagai garis horizontal /datar. Garis horizontal / datar tersebut menunjukkan bahwa tidak terjadi penambahan biomassa bakteri karena jumlah sel yang membelah sama dengan jumlah sel yang mati. Fase stationer terjadi karena populasi yang tinggi dalam suatu media. Biasanya bakteri mencapai fase stationer jika telah mencapai kepadatan populasi 109 sel / ml. Selain karena kepasan populasi, fase stationer juga terjadi karena habisnya nutrisi dan oksigen (O2) yang diperlukan bakteri untuk proses metabolisme. Dalam fase stationer ini, bakteri masih melakukan aktivitas memproduksi metabolit sekunder seperti antibiotik.
4. Fase kematian (death fase)
Pada fase kematian, jumlah sel bakteri bakteri yang mengalami kematian lebih besar dari pada bakteri yang membelah. Kematian sel terjadi karena populasi bakteri yang padat, kekurangan nutrisi dan oksigen yang terjadi dalam fase stationer terus berlangsung serta adanya toxic dari sisa metabolisme.

Reproduksi bakteri 

Bakteri memperbanyak diri atau melakukan reproduksi dengan pembelahan biner. Pembelahan biner berbeda dengan mitosis karena tidak melalui tahapan-tahapan pembelahan. Dalam pembelahan biner, bakteri langsung membelah diri dari satu sel menjadi dua sel, empat sel, delapan sel, enam belas sel, dan seterusnya.
Selama melakukan reproduksi dengan pembelahan biner, bakteri selalu menghasilkan keturunan yang identik kecuali terjadi kesalahan dalam replikasi DNA. Kesalahan replikasi DNA saat pembelahan biner mengakibatkan terjadinya mutasi genetik sehingga keturunan yang dihasilkan pembelahan biner tidak identik DNA bakteri induk. Kemungkinan terjadinya mutasi genetik dalam reproduksi bakteri E coli (pembelahan biner) adalah 1/10 juta (1 x 10 -7). Namun karena dalam usus manusia terjadi 2 x 1010 reproduksi sel bakteri E coli baru, maka terdapat 2.000 sel bakteri E coli  (2 x 1010) x (1 x 10–7) yang mengalami mutasi genetik. Mutasi genetik tersebut menyebabkan terjadinya variasi dalam suatu populasi bakteri.

kurva pertumbuhan bakteri, waktu generasi bakteri, Pembelahan biner pada bakteri, Proses konjugasi pada bakteri,transduksi bakteri
Gambar 3. Pembelahan biner yang terjadi pada bakteri

Rekombinasi Genetik pada Bakteri

Meskipun mutasi merupakan sumber utama terjadinya variasi dalam suatu populasi bakteri, rekombinasi genetik juga berperan dalam terjadinya variasi tersebut. Rekombinasi genetik adalah terjadinya kombinasi DNA yang berasal dari dua sumber yang berbeda. Rekombinasi genetik pada eukariotik terjadi saat meiosis dan fertilisasi zigot. Pada prokariotik, tidak terjadi meiosis dan fertilisasi zigot, namun terjadi tiga mekanisme rekombinasi genetik, yaitu :
1. Konjugasi
Konjugasi adalah transfer materi genetik (DNA) antar dua bakteri secara langsung melalui suatu pili yang disebut dengan sex pili. Konjugasi pada bakteri terjadi secara one way, artinya satu bakteri memberikan materi genetiknya dan satu bakteri lainnya menerima materi genetik. Kemampuan bakteri untuk mendonorkan / memberikan DNA ke bakteri lain serta kemampuan membentuk sex pili ditentukan oleh suatu fragmen DNA yang disebut dengan F factor. F factor  menyandikan kurang lebih 25 gen yang sebagian besar digunakan untuk membentuk sex pili. F factor dapat berupa plasmid atau merupakan fragmen dari DNA inti suatu bakteri.

kurva pertumbuhan bakteri, waktu generasi bakteri, Pembelahan biner pada bakteri, Proses konjugasi pada bakteri,transduksi bakteri
Gambar 4. Gambar skematis proses konjugasi pada bakteri


Plasmid yang merupakan F factor disebut dengan F plasmid. Bakteri yang memiliki F plasmid disebut dengan sel F+ sedangkan bakteri yang tidak memiliki F plasmid disebut dengan sel F-. Sel F+ akan mentrasfer F plasmid ke sel F-. F plasmid terdiri dari double stranded DNA, sel F+ akan mentrasfer 1 strand DNA F plasmid melalui sex pili yang terbentuk.
F factor dapat terintegrasi ke DNA kromosomal bakteri. Ketika F factor terintegrasi, DNA kromosomal bakteri dapat ditransfer melalui mekanisme konjugasi ke bakteri lain. Bakteri dengan F factor yang terintegrasi dalam DNA kromosomnya disebut dengan Hfr cell.
 Satu dari dua strand DNA kromosomal bakteri yang telah terintegrasi dengan F factor akan dikonjugasikan ke bakteri lain melewati sex pili. Sex pili akan terputus sebelum semua DNA kromosomal bakteri dikonjugasikan. Di dalam sel bakteri F-, DNA kromosomal bakteri yang homolog dengan DNA baru hasil konjugasi akan mengalami crossing over sehingga sel bakteri F- menjadi bakteri rekombinan yang mempunyai DNA kromosomal dari dua bakteri yang berbeda.
Selain F plasmid, R plasmid yang merupakan plasmid pembawa gen ketahanan antibiotik. R plasmid juga di transfer / disebarkan ke bakteri lain melalui mekanisme konjugasi.

2. Transformasi
Transformasi adalah peristiwa masuknya DNA asing k edalam DNA kromosom bakteri. Sel bakteri yang dapat menerima disebut dengan sel kompeten. Salah satu contoh tranformasi yang terjadi secara alami adalah pada bakteri Streptococcus pneumoniae. Ketika biakan bakteri Streptococcus pneumoniae non virulent dicampurkan dengan DNA dari Streptococcus pneumoniae virulent penyebab penyakit maka bakteri Streptococcus pneumoniae non virulent menjadi Streptococcus pneumoniae yang virulent.
Transformasi pada bakteri fasilitasi oleh DNA- binding protein yang berada pada dinding sel. DNA- binding protein akan mengikat DNA yang terdapat pada media bakteri. Dengan mekanisme tertentu DNA kemudian ditransport ke sitoplasma dan diintegrasikan ke DNA kromosom bakteri.
kurva pertumbuhan bakteri, waktu generasi bakteri, Pembelahan biner pada bakteri, Proses konjugasi pada bakteri,transduksi bakteri
Gambar 5. Gambar skematis proses transformasi bakteri

3. Transduksi
Transduksi adalah proses transfer materi genetik dari satu bakteri ke bakteri lain dengan perantara virus. Bakteriofag adalah virus yang dapat menyerang bakteri. Ketika menginfeksi suatu bakteri, bakteriofag akan melakukan replikasi genetik dan terkadang membawa gen dari bakteri inang. Namun juga terkadang terjadi suatu insiden yaitu bakteriofag mampu menginfeksi bakteri lain, memindahkankan materi genetik yang dibawa namun tidak mampu lagi memperbanyak diri.
 Ketika bakteriofag yang baru terbentuk, bakteriofag tersebut akan menginfeksi bakteri lain dan memasukkan materi genetiknya serta materi genetik bakteri yang dibawa tersebut ke sel host yang baru. Materi genetik bakteri tersebut kemudian akan menyatu dengan DNA kromosom host yang baru melalui mekanisme crossing over.


kurva pertumbuhan bakteri, waktu generasi bakteri, Pembelahan biner pada bakteri, Proses konjugasi pada bakteri,transduksi bakteri
Gambar 6. Gambar skematis transduksi pada bakteri
Baca Juga :
Morfologi dan Struktur Bakteri

Testcross dan Hukum Mendel II

Gregor Mendel dan Hukum Segregasi (Hukum Mendel I)

Pola Pewarisan yang Lebih Kompleks dari Hukum Mendel

Kata kunci :
kurva pertumbuhan bakteri, waktu generasi bakteri, Pembelahan biner pada bakteri, Proses konjugasi pada bakteri,transduksi bakteri, transformasi bakteri
Load disqus comments

0 comments