Tes Jurnal Praktikum Mikrobiologi Jilid VIII (Kinetika Pertumbuhan Escherichia coli)

TES JURNAL (KINETIKA PERTUMBUHAN Escherichia coli )

1.             Apa tujuan percobaan kali ini ?

•         Mahasisiwa mampu mengukur konsentrasi sel dengan metode turbidimetri
•         Mahasiswa mampu mengukur konsentrasi substrat
•          Mahasiswa mampu menghitung parameter kinetika pertumbuhan Escherichia coli

2.             Apa yang Anda ketahui mengenai teknik pengukuran konsentrasi sel dengan metode turbidimetri ?

Massa sel dapat diukur secara optis dengan menentukan jumlah cahaya yang dipancarkan oleh suspensi sel. Teknik ini didasarkan pada kenyataan bahwa partikel memancarkan cahaya yang jumlahnya proporsional dengan konsentrasi. Ketika cahaya dilewatkan pada suspensi organisme, terjadi pengurangan jumlah cahaya yang diteruskan. Penentuan semacam ini biasa digunakan pada spektrofotometri, dan terbaca sebagai Absorbansi. Absorbansi adalah logaritma dari ratio intensitas cahaya yang mengenai suspensi (Io) dengan intensitas cahaya yang diteruskan oleh suspensi (I). Kalibrasi dilakukan dengan mengukur absorbansi sampel yang diketahui konsentrasinya. Pengukuran biasanya dilakukan pada panjang gelombang 600-700 nm.

3.             Apa yang Anda ketahui mengenai fase pertumbuhan bakteri ?

(Waluyo,2004)

Gambar 1.1. Kurva Pertumbuhan Jasad Renik

I) Fase I: fase adaptasi (fase lag)

Bila jasad renik dipindahkan ke dalam suatu medium, mula-mula akan mengalami fase adaptasi. Fase in untuk menyesuaikan diri dengan substrat dan kondisi lingkungan di sekitarnya. Fase in belum terjadi pembelahan sel karena beberapa enzim mungkin belum disintesis. Jumlah sel pada fase ini mungkin tetap, tetapi kadang-kadang menurun. Lamanya fase ini bervariasi, dapat cepat atau lambat tergantung dari kecepatan penyesuaian dengan lingkungan di sekitarnya.

II) Fase II: fase pertumbuhan awal (fase permulaan pembiakan)

Setelah mengalami fase adaptasi, sel mulai membelah dengan kecepatan yang masih rendah karena baru selesai tahap penyesuaian diri.

III) Fase III: fase pertumbuhan logaritmik (fase eksponensial atau fase pembiakan cepat)

Setelah mikroba menyesuaikan diri dengan lingkungan, yakni pada fase adaptasi dan fase permulaan pembiakan, maka sel jasad renik membelah dengan cepat, dimana pertambahan jumlahnya mengikuti kurva logaritmik. Pada fase ini kecepatan pertumbuhan sangat dipengaruhi oleh medium tempat tumbuhnya seperti pH dan kandungan nutrien, suhu dan kelembaban udara. Pada fase ini sel membutuhkan energi lebih banyak dibandingkan dengan fase lainnya, selain itu sel paling sensitif terhadap keadaan lingkungan. Bila diinginkan untuk mengadakan piaraan yang cepat tumbuh, maka bakteri pada fase ini baik sekali untuk diadakan inokulum.

IV) Fase IV: fase pertumbuhan lambat (fase pembiakan diperlambat)

Pada fase ini pertumbuhan jasad renik diperlambat, karena beberapa sebab, misalnya: (1) zat nutrisi di dalam medium sudah sangat berkurang, (2) adanya zat hasil-hasil metabolisme yang mungkin beracun atau dapat menghambat pertumbuhan jasad renik. Pada fase ini pertumbuhan sel tidak stabil, tetapi jumlah populasi masih naik. Hal ini karena jumlah sel yang masih tumbuh lebih banyak daripada jumlah sel yang mati.

V) Fase V: fase pertumbuhan tetap (statis)

Pada fase ini jumlah populasi sel tetap karena jumlah sel yang tumbuh sama dengan jumlah sel yang mati. Ukuran sel pada fase ini lebih kecil karena sel tetap membelah meskipun zat nutrisi sudah habis. Karena kekurangan zat nutrisi, maka kemungkinan sel tersebut mempunyai komposisi berbeda dengan sel yang tumbuh pada fase logaritma. Pada fase ini sel-sel menjadi lebih tahan terhadap keadaan ekstrem seperti panas, dingin, radiasi, dan bahan kimia.

VI) Fase VI: fase menuju kematian dan fase kematian

Pada fase ini sebagian populasi jasad renik mulai mengalami kematian karena sebab, yakni: (1) nutrien di dalam medium sudah habis, (2) energi cadangan di dalam sel habis. Jumlah sel yang mati semakin lama akan semakin banyak, dan kecepatan kematian dipengaruhi kondisi nutrien, lingkungan dan jenis jasad renik.

4.             Dari hasil percobaan mengenai perhitungan konsentrasi sel, data apa saja yang Anda dapatkan ?

Nilai konsentrasi sel tiap waktu (Xt)

5.             Setelah mendapat hasil tersebut, perhitungan apa yang Anda lakukan selanjutnya ?

Memasukkan nilai-nilai dari Xt dan t pada persamaan ln X =  μ . t + ln Xo. Setelah itu dilakukan regresi linear sehingga didapatkn nilai μ dan Xo.

6.             Apa sebenarnya yang mau digambarkan oleh persamaan Monod ?

Monod (1949) menjelaskan tentang hubungan antara konsentrasi substrat pembatas pertumbuhan yang tersisa dengan laju pertumbuhan spesifik. Turunnya laju pertumbuhan disebabkan karena adanya penurunan konsentrasi substrat. Turunnya laju pertumbuhan disebabkan karena adanya penurunan konsentrasi substrat yang dapat dijelaskan dengan persamaan berikut :  

dimana : S   = konsentrasi substrat sisa

            K_s = konstanta pemanfaatan substrat, dimana untuk E. coli pada substrat glukosa K_s = 2,0-4,0 mg/L(Dwidjoseputro,1994)

Kecepatan pertumbuhan spesifik maksimum (µm) adalah kecepatan maksimum pertumbuhan yang dapat dicapai pada saat konsentrasi nutrien pembatas pertumbuhan tidak terbatas. Semakin tinggi harga µ, semakin cepat kecepatan pertumbuahannya di mana organisme dapat tumbuh.

Konstanta Monod (Ks) adalah konsentrasi dari nutrien pembatas pertumbuhan di mana kecepatan pertumbuhan spesific adalah setengah dari harga maksimumnya. Ini menunjukkan afinitas yang dimiliki organisme untuk nutrien.

Harga µm dan Ks tidak tergantung pada organismenya,  nutrien pembatas pertumbuhan, media fermentasi, dan faktor lingkungan seperti pH dan temperatur. Harga µm adalah sekitar 0.01. Harga konstanta Monod biasanya kurang dari 0.1.

7.             Mengapa bakteri yang akan diukur konsentrasi selnya perlu diinkubasikan terlebih dahulu selama 24 jam ?

Hal ini bertujuan agar poada saat pengamatan, bakteri diharapkan sudah berada pada fase eksponensial. Karena untuk mengukur laju pertumbuhan maksimum bakteri hanya bisa dilakukan pada saat bakteri berada pada fase eksponensial, karena bakteri akan tumbuh dengan cepat pada fase eksponensial.

8.             Apa alasan digunakannya bakteri E.coli untuk dipelajari kinetika pertumbuhannya ?

Pada percobaan ini, dipelajari pertumbuhan bakteri Escherichia coli dengan mengamati perubahan konsentrasi sel terhadap waktu. Bakteri yang digunakan adalah Escherichia coli karena bakteri ini memiliki kecepatan pertumbuhan yang cukup tinggi. Pada kondisi optimum, E. coli dapat menggandakan diri dalam waktu 12,5 menit, sementara sebagian besar bakteri memiliki waktu penggandaan sekitar 20 menit.

9.             Apa kelemahan metode turbidimetri dalam menentukan konsentrasi sel ?

Kelemahan metode turbidimetri adalah semua sel yang terdapat pada sampel ikut terukur, baik sel yang hidup maupun sel yang mati.

10.         Mengapa setiap setelah dilakukan sampling, sampel harus dimasukkan ke dalam ice bath ?

Fungsi dari ice bath adalah menghambat pertumbuhan bakteri Escherichia coli, karena bakteri Escherichia coli merupakan bakteri mesofil, maka pada temperatur ruang (± 29^oC) bakteri ini dapat tumbuh. Apabila tabung reaksi ini tidak dimasukkan ke dalam ice bath maka pertumbuhan bakteri akan terus terjadi sehingga pengukuran konsentrasi sel menjadi tidak akurat.

11.         Bagaimana perkiraan hasil percobaan kali ini ?

Dalam percobaan pertama dimana yang dilakukan adalah membandingkan pertumbuhan Escherichia coli dengan perlakuan yang menggunakan aerasi dan tanpa aerasi. Bakteri Escherichia coli yang merupakan bakteri yang anaerob fakultatif (organisme yang dapat tumbuh dengan ada atau tanpa oksigen, tetapi pertumbuhannya akan lebih baik lagi apabila ada oksigen) akan tumbuh dengan lebih baik pada kondisi diaerasi. Hal ini disebabkan karena dengan adanya proses aerasi maka suplai oksigen untuk bakteri Escherichia coli menjadi bertambah banyak. Oleh karena itu, laju pertumbuhan dalam keadaan aerasi akan lebih baik daripada non-aerasi.

Percobaan kedua yang dilakukan adalah membandingkan pertumbuhan Escherichia coli yang diinkubasikan pada suhu 26°C, 30°C dan 50°C.  Escherichia coli adalah salah satu bakteri mesophil sehingga ia tumbuh baik pada suhu dengan kisaran suhu 25°C-37°C. Dari hasil laju pertumbuhan spesifik tersebut dapat diketahui bahwa bakteri Escherichia coli mampu tumbuh lebih baik pada suhu 50⁰C. Sedangkan, dari literatur diketahui bahwa bakteri Escherichia coli hidup optimum pada suhu 25°C-37°C karena bakteri Escherichia coli merupakan bakteri mesofil. Kesalahan ini mungkin disebabkan karena penyimpanan dalam ice bath yang terlalu lama saat menunggu untuk diuji dengan spektrofotometer, sehingga bakteri tersebut mampu tumbuh kembali saat suhu menurun dari 50⁰C dalam ice bath.

12.         Langkah Kerja

          Pengaruh Aerasi Terhadap Pertumbuhan Escherichia coli

1.    Diisi ke dalam 2 buah erlenmeyer 250 mL masing-masing 100 mL media Nutrient Broth.

2.    Disterilisasi media dalam autoclave pada suhu 121°C dan tekanan 15 psi.

3.    Diinokulasikan dalam masing-masing erlenmeyer suatu biakan murni Escherichia coli dari agar miring.

4.    Diinkunbasikan semua erlenmeyer di dalam inkubator pada suhu 30⁰C selama 16 jam.

5.    Setelah diinkubasi selama 16 jam, dimasukkan sebuah erlenmeyer ke dalam shaker untuk dilakukan pengocokan pada suhu ruang dan diletakkan erlenmeyer yang lain pada suhu ruang tanpa dilakukan pengocokan.

6.    Dilakukan sampling setiap 20 menit dengan memipet secara aseptik sebanyak 6 mL kemudian dimasukkan ke dalam tabung reaksi dan didinginkan di dalam ice bath.

7.    Dipipet sampel ke dalam kuvet lalu dimasukkan ke dalam spektrofotometer untuk pengukuran konsentrasi sel.

Pengaruh Temperatur Terhadap Pertumbuhan Escherichia Coli

1.    Diisi ke dalam 2 buah erlenmeyer 250 mL masing-masing 100 mL media.

2.    Disterilisasi media dalam autoclave pada suhu 121°C dan tekanan 15 psi.

3.    Diinokulasikan dalam masing-masing erlenmeyer suatu biakan murni Escherichia coli dari agar miring.

4.    Diinkunbasikan semua erlenmeyer di dalam inkubator pada suhu 30⁰C selama 16 jam.

5.    Setelah diinkubasi selama 16 jam, dimasukkan sebuah erlenmeyer ke dalam inkubator bersuhu 20°C dan diletakkan erlenmeyer yang lain pada inkubator bersuhu 50°C.

6.    Dilakukan sampling setiap 20 menit dengan memipet secara aseptik sebanyak 6 mL kemudian dimasukkan ke dalam tabung reaksi dan didinginkan di dalam ice bath.

7.    Dipipet sampel ke dalam kuvet lalu dimasukkan ke dalam spektrofotometer untuk pengukuran konsentrasi sel.