BAKTERI
1. Karakteristik Umum Bakteri
- Prokariotik: Tidak memiliki membran inti sel (nukleus).
- Uniseluler: Tubuh hanya terdiri dari satu sel tunggal.
- Ukuran: Sangat mikroskopis, umumnya berkisar antara 0,5-5 mikrometer (µm).
- Kosmopolit: Dapat ditemukan di hampir semua habitat di bumi (tanah, air, udara, hingga di dalam tubuh makhluk hidup lain).
2. Struktur Sel Bakteri
- Struktur sel bakteri dibagi menjadi dua kategori: struktur luar (penutup sel) dan struktur dalam (sitoplasma).
- Struktur Luar (Dinding Sel & Pembungkus)
- Dinding Sel
- Berfungsi memberi bentuk sel, melindungi sel dari lisis (pecah) akibat tekanan osmotik, dan sebagai pelindung mekanis.
- Tersusun atas peptidoglikan (kompleks protein dan polisakarida).
- Kapsul atau Lapisan Lendir
- Lapisan terluar di atas dinding sel (tidak semua bakteri memiliki kapsul).
- Fungsi: Membantu bakteri menempel pada substrat, melindungi bakteri patogen dari serangan sistem imun inang, dan mencegah dehidrasi.
- Membran Plasma
- Terletak di sebelah dalam dinding sel, tersusun atas fosfolipid bilayer.
- Fungsi: Mengatur keluar masuknya zat (selektif permeabel) dan tempat pelekatan enzim untuk respirasi seluler (misalnya pada lipatan membran yang disebut mesosom).
- Flagela (Bulu Cambuk)
- Alat gerak atau lokomosi bakteri yang tersusun atas protein flagelin.
- Pili (Fimbria)
- Struktur rambut halus yang lebih pendek dari flagela.
- Fungsi: Membantu bakteri menempel pada permukaan sel inang atau memfasilitasi transfer materi genetik saat konjugasi (disebut pili seks).
- Dinding Sel
- Struktur Dalam (Sitoplasma & Materi Genetik)
- Sitoplasma: Cairan di dalam sel tempat berlangsungnya metabolisme.
- Nukleoid: Wilayah konsentrasi materi genetik utama berupa satu molekul DNA sirkular beruntai ganda (DNA kromosom) tanpa protein histon.
- Plasmid: DNA sirkular non-kromosom berukuran kecil di luar nukleoid. Plasmid membawa gen-gen khusus, seperti gen resistensi terhadap antibiotik, dan dapat ditransfer antar-bakteri.
- Ribosom (Ukuran 70S): Organel kecil yang tersebar di sitoplasma, berfungsi sebagai tempat sintesis protein.
- Inklusi (Granula Penyimpanan): Tempat menyimpan cadangan makanan seperti pati, glikogen, fosfat, atau lipid.
- Endospora: Struktur pertahanan khusus yang dibentuk oleh beberapa bakteri (contoh: Bacillus dan Clostridium) ketika kondisi lingkungan sangat ekstrem atau tidak menguntungkan. Endospora sangat tahan terhadap panas, radiasi, dan kekeringan.
3. Bentuk-Bentuk Bakteri
- Bakteri dikelompokkan menjadi tiga bentuk dasar, dengan variasi penataan koloni, yaitu:
- Kokus (Bulat):
- Monokokus: Bulat tunggal (contoh: Chlamydia trachomatis).
- Diplokokus: Berpasangan dua-dua (contoh: Neisseria gonorrhoeae).
- Streptokokus: Membentuk rantai panjang (contoh: Streptococcus pyogenes).
- Stafilococcus: Membentuk untaian seperti buah anggur (contoh: Staphylococcus aureus).
- Sarsina: Membentuk kubus delapan sel.
- Basil (Batang):
- Monobasil: Batang tunggal (contoh: Escherichia coli).
- Diplobasil: Berpasangan dua-dua.
- Streptobasil: Membentuk rantai panjang (contoh: Bacillus anthracis).
- Spirilum (Spiral):
- Spirilum: Berbentuk spiral kaku (contoh: Spirillum volutans).
- Vibrio: Berbentuk koma atau spiral tidak sempurna (contoh: Vibrio cholerae).
- Spiroseta: Berbentuk spiral halus dan sangat fleksibel (contoh: Treponema pallidum).
4. Reproduksi Bakteri
- Bakteri bereproduksi secara vegetatif (aseksual) untuk memperbanyak diri, serta melakukan rekombinasi genetik untuk variasi materi genetiknya.
- Reproduksi Aseksual (Pembelahan Biner)
- Mekanisme: Satu sel induk membelah diri secara langsung secara amitosis (tanpa melalui tahapan mitosis) menjadi dua sel anakan yang identik.
- Proses: Diawali dengan replikasi DNA nukleoid, diikuti pembentukan sekat/dinding pemisah di tengah sel, dan diakhiri dengan pemisahan menjadi dua sel baru. Pada kondisi optimal, pembelahan ini dapat terjadi setiap 20 menit sekali.
- Tahapan pembelahan biner:
- Tahap 1: Sel Induk. Bakteri memulai proses dalam bentuk satu sel tunggal (Parent Cell). Pada tahap ini, sel memiliki satu salinan materi genetik sirkular utama berupa kromosom yang tersimpan di dalam sitoplasma, serta dilindungi oleh membran plasma dan dinding sel.
- Tahap 2: Replikasi DNA. Sebelum sel membelah, DNA kromosom bakteri harus disalin terlebih dahulu melalui proses replikasi. Pada tahap replikasi DNA, sel bakteri memanjang dan menghasilkan dua salinan kromosom yang identik.
- Tahap 3: Pemisahan Kromosom & Pembentukan Sekat. Dua salinan DNA yang telah terbentuk mulai bergerak memisahkan diri menuju kutub sel yang berlawanan (segregasi DNA). Di saat yang bersamaan, dinding sel dan membran plasma di bagian tengah mulai melekuk ke dalam membentuk sekat pemisah yang disebut Septum.
- Tahap 4: Pemisahan Fisik Menjadi Dua Sel. Septum berlanjut membelah sel secara penuh di bagian tengah. Setelah dinding sel baru terbentuk sempurna di area sekat tersebut, kedua sel memisahkan diri secara fisik menghasilkan dua sel anak yang mandiri dan serupa, yang disebut sel anak yang identik.
- Rekombinasi Genetik (Transpor Horisontal DNA)
- Bakteri tidak melakukan reproduksi seksual (tidak ada peleburan gamet), tetapi melakukan pertukaran materi genetik melalui tiga cara:
- Transformasi
- Bakteri mengambil fragmen DNA telanjang yang tersebar bebas di lingkungannya (misalnya dari bakteri lain yang telah lisis/mati) dan langsung mengintegrasikannya ke dalam genomnya sendiri.
- Tahap 1: Isolasi dan Pemotongan Gen Target. Pada sel donor, terdapat DNA kromosom utama dan plasmid (DNA sirkular kecil). Bagian gen spesifik yang ingin dipindahkan dipotong dari plasmid donor menggunakan enzim restriksi.
- Tahap 2: Penyerapan DNA oleh Sel Inang. Fragmen gen target yang sudah terpotong dilepaskan ke lingkungan sekitar. Fragmen DNA asing ini lalu diserap masuk menembus dinding dan membran sel bakteri yang bertindak sebagai resipien.
- Tahap 3: Ligasi (Penyambungan Gen). Setelah masuk ke dalam sel bakteri inang, fragmen gen asing tersebut akan disisipkan ke dalam cincin plasmid milik bakteri inang. Proses penyambungan atau pengeleman kedua untai DNA ini dikatalisis oleh enzim perekat yang disebut enzim DNA ligase.
- Tahap 4: Pembentukan Plasmid Rekombinan. Setelah enzim DNA ligase selesai bekerja, gen asing tersebut telah menyatu secara permanen menjadi bagian dari struktur plasmid sel inang. Bakteri ini sekarang disebut sebagai bakteri rekombinan karena membawa kombinasi materi genetik baru dan siap mengekspresikan sifat dari gen tersebut (misalnya gen insulin).
- Transduksi
- Perpindahan materi genetik dari satu bakteri ke bakteri lain dengan bantuan vektor virus bakteri (Bakteriofag).
- Tahap 1: Penempelan dan Injeksi DNA. Proses diawali ketika sebuah bakteriofag menempel pada permukaan sel bakteri inang pertama. Virus tersebut kemudian menginjeksikan materi genetiknya yang berupa Viral DNA ke dalam sel bakteri yang memiliki materi genetik berupa DNA bakteri.
- Tahap 2: Penghancuran DNA Inang dan Replikasi Virus. Setelah masuk ke dalam sel, virus mengambil alih mesin metabolik bakteri. DNA virus memicu penghancuran (fragmentasi) DNA bakteri menjadi potongan-potongan kecil. Di saat yang sama, virus mereplikasi DNA miliknya sendiri serta menyintesis protein-protein penyusun tubuh virus baru.
- Tahap 3: Perakitan Virus Baru dan Lisis Sel. Komponen-komponen virus dirakit menjadi partikel virus yang utuh. Selama proses perakitan ini, terjadi sebuah “kesalahan” fatal yang krusial bagi proses transduksi: salah satu partikel virus secara tidak sengaja mengemas potongan DNA bakteri ke dalam kepala kapsidnya, bukan mengemas DNA virus. Setelah perakitan selesai, sel bakteri mengalami lisis (pecah) dan melepaskan virus-virus baru tersebut.
- Tahap 4: Infeksi Bakteri Resipien. Virus “transduksi” (bakteriofag yang membawa DNA bakteri pertama, ditunjukkan dengan kombinasi warna biru-merah di kepalanya) pergi dan menempel pada sel bakteri kedua yang bertindak sebagai resipien (penerima).
- Tahap 5: Injeksi DNA Bakteri Pertama. Virus tersebut menginjeksikan materi genetik yang dibawanya ke dalam sel bakteri kedua. Karena virus ini membawa DNA bakteri dari inang sebelumnya (bukan DNA virus yang utuh), bakteri kedua tidak akan hancur atau lisis, melainkan menerima fragmen DNA baru.
- Tahap 6: Integrasi DNA (Rekombinasi). Fragmen DNA bakteri pertama yang masuk kemudian menyatu dan terintegrasi ke dalam kromosom utama bakteri kedua melalui peristiwa rekombinasi homolog (ditandai dengan bintik biru tua pada untai DNA). Kini, bakteri resipien telah memiliki kombinasi materi genetik baru (sifat baru) hasil transfer dari bakteri pertama.
- Konjugasi
- Perpindahan plasmid secara langsung dari satu bakteri (sel donor, F+) ke bakteri lain (sel resipien, F-) melalui jembatan sitoplasma yang dibentuk oleh pili seks.
- Tahap 1: Kontak Awal Antara Sel Donor dan Resipien. Proses ini melibatkan dua sel bakteri berbeda:
- Donor: Memiliki kromosom (DNA kromosom utama), Mobile plasmid (DNA sirkular tambahan di luar kromosom), dan Pilus (rambut halus penjelajah).
- Resipien: Hanya memiliki kromosom utama dan belum memiliki plasmid.
- Tahap 2: Pembentukan Jembatan Konjugasi. Pilus dari sel Donor memanjang dan menempel pada permukaan sel Recipient. Pilus ini kemudian memendek untuk menarik kedua bakteri agar saling mendekat hingga dinding sel mereka bersentuhan dan membentuk saluran atau jembatan sitoplasma.
- Tahap 3: Pemotongan dan Transfer Untai Plasmid. Kompleks protein khusus yang disebut Relaxosome bekerja memotong salah satu untai dari mobile plasmid sirkular pada sel donor. Untai DNA tunggal yang telah dipotong tersebut kemudian ditransfer melewati jembatan sitoplasma menuju sel resipien dengan bantuan kompleks protein transpor yang disebut Transferosome.
- Tahap 4: Sintesis Untai Komplementer (New Donor). Setelah proses transfer selesai, masing-masing bakteri (baik donor lama maupun resipien) menyintesis untai DNA komplementer pasangannya sehingga plasmid kembali menjadi beruntai ganda (double-stranded) berbentuk sirkular utuh kembali. Hasil akhirnya, kedua bakteri kini sama-sama memiliki plasmid tersebut dan keduanya bertindak sebagai New donor yang siap menularkan plasmid/sifat baru (seperti resistensi antibiotik) ke bakteri lainnya.
5. Klasifikasi Bakteri
- Berdasarkan Pewarnaan Gram (Gram Staining):
- Bakteri Gram-Positif: Lapisan peptidoglikan tebal dan berlapis tunggal. Memiliki asam teikoat. Warna Akhir Gram adalah Ungu (mempertahankan zat warna utama kristal violet). Lebih rentan terhadap antibiotik penisilin. Contoh: Bacillus, Staphylococcus.
- Bakteri Gram-Negatif: Lapisan peptidoglikan tipis yang dilapisi oleh membran luar. Warna Akhir Gram adalah Merah/Merah Muda (zat warna utama luntur saat dibilas alkohol, lalu mengikat zat warna penutup safranin). Lebih resisten terhadap antibiotik dan sistem imun karena adanya membran luar. Contoh: Escherichia coli, Salmonella typhi, Cyanobacteria.
- Berdasarkan Kebutuhan Oksigen:
- Aerob Obligat: Mutlak membutuhkan oksigen untuk respirasi sel dan menghasilkan energi (contoh: Nitrosomonas, Mycobacterium tuberculosis).
- Anaerob Obligat: Sama sekali tidak bisa hidup jika ada oksigen karena oksigen bersifat racun baginya (contoh: Clostridium tetani).
- Anaerob Fakultatif: Dapat hidup dengan baik jika ada oksigen (respirasi aerob) maupun tanpa oksigen (melakukan fermentasi). Contoh: Escherichia coli, Salmonella.
6. Peranan Bakteri dalam Kehidupan
- Peranan yang Menguntungkan (Bermanfaat)
- Bidang Pangan (Fermentasi)
- Lactobacillus bulgaricus & Streptococcus thermophilus: Pembuatan yoghurt dari susu.
- Acetobacter xylinum: Pembuatan nata de coco dari air kelapa.
- Lactobacillus casei: Pembuatan minuman susu fermentasi (probiotik).
- Streptococcus lactis: Pembuatan keju dan mentega.
- Bidang Industri & Bioteknologi
- Streptomyces griseus: Menghasilkan antibiotik streptomisin.
- Streptomyces aureofaciens: Menghasilkan antibiotik tetrasiklin.
- Escherichia coli (rekayasa genetika): Digunakan sebagai inang untuk memproduksi hormon insulin manusia skala industri.
- Thiobacillus ferrooxidans: Digunakan dalam pemisahan logam murni (seperti tembaga atau emas) dari bijihnya (bioremediasi tambang).
- Bidang Lingkungan & Pertanian
- Rhizobium leguminosarum: Bersimbiosis dengan akar tanaman polong-polongan (Leguminosae) untuk memfiksasi/mengikat nitrogen bebas (N2) dari udara menjadi amonia yang menyuburkan tanah.
- Nitrosomonas & Nitrosococcus: Bakteri nitrifikasi yang mengoksidasi amonia menjadi nitrit.
- Nitrobacter: Bakteri nitrifikasi yang mengubah nitrit menjadi nitrat (bentuk nitrogen yang dapat diserap tumbuhan).
- Pseudomonas putida: Digunakan dalam bioremediasi untuk mendegradasi/menguraikan limbah tumpahan minyak di laut.
- Bidang Pangan (Fermentasi)
- Peranan yang Merugikan (Patogen & Pembusuk)
- Bidang Kesehatan (Penyebab Penyakit pada Manusia)
- Mycobacterium tuberculosis: Penyebab penyakit TBC (Tuberkulosis).
- Salmonella typhi: Penyebab penyakit demam tifoid (tipes).
- Vibrio cholerae: Penyebab penyakit kolera (diare akut).
- Clostridium tetani: Penyebab penyakit tetanus.
- Neisseria gonorrhoeae: Penyebab penyakit kencing nanah (gonore).
- Kerusakan Pangan (Pembusukan & Racun)
- Pseudomonas cocovenenans: Menghasilkan asam bongkrek yang sangat beracun pada tempe bongkrek.
- Clostridium botulinum: Menghasilkan racun botulinum pada makanan kaleng yang rusak / kedaluwarsa (menyebabkan kelumpuhan otot saraf/botulisme).
- Leuconostoc mesenteroides: Menyebabkan pembusukan dan pembentukan lendir pada makanan atau larutan gula.
- Bidang Kesehatan (Penyebab Penyakit pada Manusia)
