PERTUMBUHAN MIKROBA

Pertumbuhan mikroorganisme

Growth is an increase in cellular constituents that may result in an increase in cell size, an increase in cell number, or both Because observing growth of single cells is difficult, microbiologists usually study growth of a population of microbes

Kurva pertumbuhan mikroorgsnisme

Kurva pertumbuhan

Pertumbuhan populasi dianalisis dalam kultur batch diplot sebagai log jumlah sel vs waktu inkubasi

Fase lag :

periode adaptasi sel thd lingkungan baru dan persiapan pertumbuhan reproduktif sintesis komponen sel Lamanya beragam, tergantung pd kondisi mikroba, medium sifat kimia dan fisika

Fase eksponential / fase log :

Periode organisme mengalami pertumbuhan dengan kecepatan pertumbuhan maksimal Dipengaruhi oleh kemampuan genetik, medium, kondisi lingkunganPopulasi seragam sifat kimia dan fisikaSelama fase eksponensial organisme tumbuh pd laju pertumbuhan spesifik maksimum max

Fase log atau eksponensial :

dx/dt = x

x konsentrasi biomassa

t waktu (jam)

laju pertumbuhan spesifik (jam-1)

atau :

xt = xo et

xo konsentrasi biomassa awal

xt konsentrasi biomassa setelah

waktu t jam

e dasar logaritma natural

ln xt = ln xo + t

Fase stasioner :

Periode dimana jumlah mikroba yang hidup konstan karena sel berhenti reproduksi atau karena laju reproduksi seimbang dengan laju kematian sel

Populasi mikroba masuk fase ini karena keterbatasan nutrien, akumulasi bahan toksik, dan kepadatan sel

Respon thd starvation conditions are penting dlm medis dan industri respon meliputi perubahan morfologi dan perubahan dlm ekspresi gen dan fisiologi

periode setelah fase pertumbuhan log fase pertumbuhan stasioner fase dimana laju pertumbuhan bergerak ke 0

BuLock :

fase pertumbuhan tropofase fase eksponential

fase pertumbuhan idiofase fase stasioner fase dimana dihasilkan metabolit sekunder

Death phase Periode dimana sel mengalami kematian dengan laju eksponential

Pertumbuhan mikroorganisme secara matematis :

Rerata laju pertumbuhan : jumlah generasi per unit waktu, sering digambarkan sbg generasi/jam

Penghitungan jumlah sel (N, bukan biomassa sel : x) :

Bila jumlah sel awal adalah No (misal No = 1) maka setelah waktu t sel akan membelah menjadi 2, selanjutnya menjadi 4 dan seterusnya sebagai hasil pembelahan sel (binary fission).

Setelah waktu t, jumlah sel pada waktu t (Nt) menjadi :Nt = No. 2 n Dimana n = jumlah pembelahan

Dengan logaritma natural menjadi :Ln Nt = ln No + n ln 2

Maka , jumlah pembelahan (n) adalah :n = (ln Nt - ln N0) / ln 2Jumlah pembelahan per unit waktu selama pertumbuhan eksponential adalah dengan membaginya dengan periode waktu t :

n/t = (ln Nt - ln N0) / t.ln 2dimana n/t = konstanta laju pembelahan (rata-rata jumlah generasi per jam).

Waktu generasi bervariasi, tgt pd species mikroorganisme dan kondisi lingkungan dpt bervariasi dr 10 menit pd bbrp bakteri hingga bbrp hari pd mikroba eukariot

Rerata waktu generasi (doubling time) : waktu yang dibutuhkan populasi menjadi dua kali lipat (double)

td = t / n = t.ln 2 / (ln Nt - ln No)

Pengukuran pertumbuhan mikroorganisme

1. Pengukuran jumlah sel Direct count methods / metode penghitungan langsung :

- tidak membedakan antara sel hidup dan sel mati

- pengamatan secara mikroskopis menggunakan slide khusus spt : Petroff-Hausser chambers or hemacytometers

- atau menggunakan penghitung elektronik spt Coulter Counters menghitung mikroba yang melalui small hole

Penghitungan sel hidup / Viable cell count

plating diluted samples pour plate atau spread plate pd media pertumbuhan dan menghitung jumlah koloni

hanya menghitung sel yang aktif reproduksi

Karena tdk dpt memastikan bhw koloni tumbuh dr single cell, maka hasil penghitungan diekspresikan sbg colony forming units (CFU)

analysis sampel aquatic sering menggunakan penghitungan koloni pd membran filter yg memiliki pori yg dpt menjebak bakteri

2. Pengukuruan massa sel

Digunakan utk menduga jumlah sel bila paramater proporsional thd jumlah mikroorganisme :

- dry weight

- light scattering in liquid solutions

- biochemical determinations of

specific cellular constituents such as

protein, DNA, or ATP

Kultur kontinyu mikroorganisme

Used to maintain cells in the exponential growth phase at a constant biomass concentration for extended periods of time (these conditions are met by continual provision of nutrients and removal of wastes)

A chemostat-a continuous culture device that maintains a constant growth rate by supplying a medium containing a limited amount of an essential nutrient at a fixed rate and by removing medium that contains microorganisms at the same rate

A turbidostat-a continuous culture device that regulates the flow rate of media through the vessel in order to maintain a predetermined turbidity or cell density; there is no limiting nutrient

Faktor lingkungan yang mempengaruhi pertumbuhan :

1. Solutes and water activity

2. pH

3. Temperature

4. Oxygen concentration

5. Pressure

6. Radiation

Pembentukan produk :

Growth-linked product metabolit primernon-growth-linked product metabolit sekunder

Pembentukan growth-linked product :dp/dt = qpx

p konsentrasi produkqp laju pembentukan produk spesifik

Pembentukan produk juga berhubungan dg pembentukan biomassa :

dp/dx = Yp/x

Yp/x hasil produk berdasarkan substrat yg dikonsumsi

dp/dt = Yp/x . dx/dt dx/dt = x

dp/dt = Yp/x . x dp/dt = qpx

qp = Yp/x .

Bila pembentukan produk berasosiasi dg pertumbuhan maka laju pembentukan produk spesifik meningkat dg meningkatnya laju pertumbuhan

Bila pembentukan produk tdk bersosiasi dg pertumbuhan maka laju pembentukan produk spesifik tetap konstan pd kisaran laju pertumbuhan yg lebar atau dpt bervariasi

Batch culture dpt utk menghasilkan biomassa, metabolit primer, dan metabolit sekunder

utk produksi biomassa kondisi pengkulturan hrs mendukung pertumbuhan populasi maksimumutk produksi metabolit primer kondisi mendukung fase eksponential dan ekskresi produkutk produksi metabolit sekunder kondisi mengurangi fase eksponential dan memanjangkan fase stasioner atau mengurangi laju pertumbuhan pd fase log shg menghasilkan pembentukan metabolit sekunder lbh awal