Kalian sudah mengetahui bahwa bakteri tidaklah sama dengan virus. Bakteri adalah nyata mahluk hidup dan dalam klasifikasi sistem 5 kingdom, bakteri disebut juga kingdom Monera. Monera sendiri terbagi menjadi dua kelompok yaitu Eubacteria dan Archaeabacteria.

Dasar dikelompokkannya eubacteria dan archaeabacteria ke dalam kingdom yang sama yaitu karena keduanya termasuk organisme prokariotik, yaitu tidak memiliki nukleus sejati, sehingga materi genetiknya melayang-layang dalam sitoplasma. Namun, dewasa ini, beberapa ahli biologi, dengan alasan adanya perbedaan RNA ribosom dan urutan lengkap genom, maka keduanya dipisahkan menjadi dua domain yang berbeda yaitu Domain Bacteria dan Archaea (lihat kembali Bab Keanekaragaman Hayati).

Pada pembahasan kali ini, Eubacteria dan Archaeabacteria dibahas dalam satu bab yaitu bab monera, karena alasan  mengikuti klasifikasi sistem 5 kingdom.

A. ARCHAEABACTERIA

Selain memiliki kesamaan, Archaeabacteria juga memiliki banyak perbedaan dengan eubacteria. Archaeabacteria mampu hidup dalam lingkungan yang ekstrim dan dinding selnya tidak mengandung peptidoglikan. Persamaan dan perbedaan Archaeabacteria dengan Eubacteria lebih jelasnya dapat dilihat pada  Tabel 4.1.

Beberapa anggota Archaeabacteria diduga merupakan salah satu bentuk kehidupan pertama di bumi. Bumi purbakala adalah bumi yang tanpa oksigen, oleh karena itu organisme yang mungkin mendiaminya saat itu adalah organisme anaerob yang bersifat kemoautotrof yang mendapatkan energi dari bahan kimia anorganik dan mensintesis makanannya sendiri.

Senyawa kimia anorganik seperti Hidrogen Sulfida (H₂S) dan besi (Fe²⁺) pada saat itu sangat melimpah, dan organisme primitif seperti Archaeabacteria kemungkinan mendapatkan energi dari reaksi yang melibatkan kedua senyawa tersebut. Asumsi ini didasarkan pada kenyataan yang ada saat ini bahwa terdapat archaeabacteria yang dapat bertahan hidup pada sumber air panas yang mengandung sulfur dengan melakukan reaksi sebagaimana berikut.

FeS  +  H₂S      ——–>            FeS₂  +  H₂  + energi bebas

Ada 3 kelompok utama archaeabacteria berdasarkan habitatnya ditempat yang ekstrim yaitu: metanogen, halofil ekstrim dan termofil ekstrim.

1. Metanogen

Penamaan metanogen ini, disesuaikan dengan metabolisme energinya yang khas, yaitu mensintesis metana (CH₄) dengan mereduksi CO₂ menggunakan H₂ sebagai donor elektron. Metanogen tergolong anaerob (tidak membutuhkan oksigen), bahkan keberadaan oksigen akan meracuni dirinya.

Metanogen hidup di lumpur dan rawa, juga merupakan dekomposer yang digunakan untuk mengolah kotoran. Mikroorganisme ini juga ada yang menempati ruangan anerob perut  herbivora yaitu di dalam rumen untuk melakukan proses fermentasi selulosa. Archaeabacteria yang termasuk metanogen yaitu Methanobacterium dan Methanosarcina.

2. Halofil Ekstrim.

Halofil (berasal dari bahasa Yunani halo berarti garam dan philos berarti pencinta), hidup di tempat berkadar garam tinggi seperti Great Salt Lake, Utah dan Laut Mati. Halofil ditemukan pula di kolam penguapan air laut yang difungsikan untuk memproduksi garam. Kolam penguapan air laut di ujung teluk San Fransisco menjadi berwarna karena adanya populasi halofil ekstrim yang sangat padat ketika air mencapai salinitas 15 – 20 . Sebelum penguapan salinitas air laut hanya 3 .

Koloni halofil membentuk suatu buih berwarna merah ungu, yang dihasilkan oleh pigmen (zat warna) bakteriorhodopsin. Pigmen ini tersimpan dalam membran plasma, berfungsi untukmenangkap cahaya. Contoh halofi ekstrim meliputi Halobacterium halobium.

3. Termofil Ekstrim

Archaeabacteria ini dapat bertahan hidup dalam lingkungan panas dengan suhu optimum 60⁰C – 80⁰C.  Contoh  termofil ekstrim adalah Sulfolobus, yang hidup pada mata air panas  mengandung sulfur, seperti di Taman Nasional Yellowstone, Amerika. Termofil mendapatkan energi dengan mengoksidasi sulfur.

B. EUBACTERIA

Pada pembahasan Eubacteria di sini digunakan sebutan bakteri digunakan untuk kelompok eubacteria. Bakteri, pertama kali ditemukan oleh Antony van Leeuwenhoek (1632-1723) pada tahun 1676 yang baru dipublikasikan pada tahun 1684. Sejak saat itulah, studi tentang bakteri menjadi berkembang pesat.

Bakteri adalah organisme kosmopolitan, artinya dapat ditemukan dimana-mana bahkan pada habitat yang terlalu panas, terlalu dingin, terlalu asin, terlalu asam atau terlalu basa sekalipun. Jumlahnya pun tak dapat dihitung, jika kita mampu menghitung bakteri yang ada di segumpal tanah, maka jumlahnya melebihi jumlah seluruh manusia yang ada di muka bumi.

Melimpahnya jumlah bakteri  ini karena mudahnya bakteri melakukan reproduksi dan memperbanyak populasi. Namun jangan khawatir, meskipun bakteri dapat menyebabkan penyakit, namun itu hanyalah sejumlah kecil, sebagian besar bakteri lainnya justru sangat penting bagi kehidupan.

1. Struktur Bakteri

Umumnya bakteri merupakan organisme uniseluler (bersel satu), tetapi ada sebagian kecil yang termasuk multiseluler (bersel banyak) yaitu beberapa dari spesies Cyanobacteria. Khusus pada cyanobacteria, terdapat pembagian kerja yang khusus di antara sel-sel yang telah terspesialisasi seperti heterosista yang terspesialisasi sebagai pengikat nitrogen.

Bakteri uniseluler ada yang hidup soliter, namun biasanya membentuk koloni, baik koloni sementara yang merupakan kumpulan dua atau lebih sel maupun koloni sejati yang merupakan kumpulan tetap sel-sel yang identik.  Ukuran tubuh bakteri sangat kecil, umumnya berdiameter 1-5 µm dan panjangnya 1-10 µm, oleh karena itu hanya dapat dilihat dengan menggunakan mikroskop.

Struktur tubuh bakteri, umumnya terdiri atas flagella, pili, kapsul, dinding sel, membran plasma, sitoplasma, ribosom, kromosom dan plasmid. Kadang-kadang terdapat endospora, jika lingkungan berada pada kondisi yang ekstrim. Gambar 4.1 memperlihatkan struktur umum bakteri berbentuk batang.

     a. Flagela

Banyak di antara bakteri  yang bersifat motil. Motilitas bakteri dikendalikan oleh flagela, suatu struktur berbentuk seperti cambuk yang tersusun atas protein dan flagelin. Flagela dapat tersebar di seluruh permukaan sel atau terpusatkan pada salah satu atau kedua ujung sel itu. Flagela yang ditemukan di salah satu ujung sel jika jumlahnya  tunggal disebut monotrik, akan tetapi jika jumlahnya banyak disebut lofotrik. Jika  di kedua ujung terdapat masing-masing satu flagela disebut amfitrik dan jika flagela ditemukan menyebar di seluruh permukaan tubuh disebut peritrik (lihat gambar4.2).

     b. Pili

Selain dengan kapsul, bakteri menempelkan dirinya pada substrat  dan sesama bakteri  dengan suatu struktur yang disebut pili. Pili (tunggal =pilus) berada di permukaan sel bakteri. Beberapa pili memiliki peran khusus untuk menempelkan pada sesama bakteri dalam jangka waktu yang lama agar dapat mentransfer DNA selama proses konjugasi.

     c. Kapsul

Beberapa bakteri mensekresikan bahan kental dan lengket di luar dinding selnya yang disebut kapsul. Kapsul berfungsi sebagai alat untuk menempelkan dirinya pada substrat  dan sesama bakteri sehingga terbentuk koloni . Selain itu, kapsul juga berfungsi untuk meningkatkan resistensi ketika berada di dalam tubuh inang.

     d. Dinding sel

Fungsi dinding sel pada bakteri adalah untuk mempertahankan bentuk sel, memberi perlindungan fisik dan mencegah supaya sel tidak lisis dalam lingkungan yang hipotonis. Dinding sel bakteri mengandung peptidoglikan yang terletak di luar membran sitoplasma. Berdasarkan kandungan peptidoglikan pada dinding selnya bakteri dapat dibagi menjadi dua kelompok yaitu Bakteri Gram positif dan Bakteri Gram negatif. Teknik yang digunakan untuk memisahkan kedua kelompok bakteri ini adalah perwarnaan Gram yang diperkenalkan oleh Hans Christian Gram. Pewarnaan Gram dilakukan dengan terlebih dahulu mewarnai bakteri dengan zat warna violet dan Yodium kemudian dibilas dengan alkohol. Selanjutnya dilakukan pewarnaan dengan zat warna merah. Dinding sel bakteri Gram positif memiliki struktur yang sederhana dan memiliki lapisan peptidoglikan tebal, sehingga manakala dilakukan prosedur pewarnaan Gram akan menjerat  warna violet, sehingga bakteri tampak berwarna violet. Sedangkan dinding sel bakteri Gram negatif, memiliki struktur yang lebih kompleks dimana bagian luar dinding mengandung lipopolisakarida dan memiliki lapisan peptidoglikan yang tipis. Hal ini menyebabkan warna violet mudah luntur ketika dibilas dengan alkohol, namun selnya tetap mengikat warna merah sehingga bakteri tampak berwarna merah.

     e. Membran plasma dan Sitoplasma

Membran plasma bakteri sama halnya dengan membran plasma sel eukariot, tersusun atas senyawa lipoprotein. Membran ini  menutupi sitoplasma, bersifat semipermiabel dan berfungsi mengatur lalu lintas zat dari ataupun keluar sel. Sitoplasma adalah cairan sel yang berada di dalam sel di antara nukleoid dan ribosom berada.

     f. Ribosom

Bakteri memiliki banyak ribosom yang berfungsi untuk sintesis protein sebagaimana pada sel eukariot. Akan tetapi, ukuran ribosom bakteri sedikit lebih kecil dan kandungan protein serta RNAnya berbeda. Keadaan ini berpengaruh pada sintesis protein, dimana beberapa antibiotik akan dengan mudah berikatan dengan ribosom dan menghambat sintesis protein.

     g. Kromosom dan plasmid

Pada umumnya bakteri mempunyai kromosom tunggal. Kromosom bakteri tidak diselimuti membran dan tampak sebagai benang kusut yang melayang-layang dalam sitoplasma yang disebud nukleoid. Kromosom bakteri ini berisi DNA yang berbentuk sirkular. Selain memiliki DNA kromosom yang berbentuk sirkular, bakteri juga memiliki DNA sirkular lain yang lebih kecil dan mengandung beberapa gen saja yang disebut dengan plasmid. DNA plasmid terpisah dari DNA kromosom dan mampu melakukan replikasi sendiri.

     h. Endospora

Pada saat bakteri berada dalam kondisi yang tidak menguntungkan, bakteri akan membentuk sel resisten yang disebut  endospora.  Endospora ini akan melindungi bakteri dari kekurangan nutrien ataupun air dan dari panas atau dingin  yang ekstrim bahkan senyawa racun sekalipun.

2. Bentuk-Bentuk Bakteri

Keanekaragaman bentuk dapat ditemukan sel bakteri dengan tiga bentuk dasar yaitu bulat (kokus), batang (basilus) dan spiral. Keanekaragaman bentuk bakteri dapat dilihat pada gambar 4.3.

1. Kokus adalah bentuk bulat seperti bola pada bakteri dengan beberapa variasi sebagai berikut:
   • Kokus, bulat tunggal, contohnya: Leuconostoc cremoris.
   • Diplokokus, bulat bergandengan dua-dua, contohnya: Diplococcus pneumonia.
   • Stafilokokus, bulat bergerombol seperti untaian anggur, contohnya: Staphylococcus aureus.
   • Streptokokus, bulat bergandengan membentuk rantai, contohnya: Streptococcus lactis.
2. Basilus adalah bentuk batang atau silinder pada bakteri dengan variasi sebagai berikut:
   • Basilus, batang tunggal, contohnya: Eschericia coli.
   • Diplobasilus, batang bergandengan dua-dua, contohnya: Bacillus subtilis.
   • Streptobasilus, batang bergandengan membentuk rantai, contohnya: Streptobacillus moniliformis
3. Heliks adalah bentuk ulir (terpilin) pada bakteri dengan variasi sebagai berikut:
   • Vibrio, terpilin seperti bentuk koma, contohnya: Vibrio comma.
   • Spirila, terpilin seperti spiral dengan struktur yang kaku, contohnya: Spirillium minor.
   • Spirochaeta, terpilin dengan struktur yang fleksibel, contohnya: Treponema palidum.

3. Reproduksi Bakteri

Pada umumnya, bakteri melakukan reproduksi hanya secara aseksual dengan pembelahan sel yang disebut dengan pembelahan biner. Dalam lingkungan yang cocok, satu sel bakteri akan menjadi suatu koloni melalui pembelahan berulang-ulang, dimana tiap-tiap pembelahan akan menghasilkan dua kali lipat jumlah sel setiap generasi, dan rentang antara generasi satu dengan generasi berikutnya sangatlah pendek. Misalnya, E. coli, bakteri yang hidup secara alami pada colon (usus besar) manusia, dapat membelah diri setiap 20 menit.

Mekanisme pembelahan biner pada bakteri diawali dengan pelekatan kromosom pada membran plasma. Setelah sel bakteri mereplikasi kromosomnya dalam persiapan untuk pembelahan, kedua salinannya tetap melekat pada membran di tempat yang bersebelahan. Membran akan mengalami proses pertumbuhan di antara kedua salinan kromosom hingga keduanya terpisah.  Manakala ukuran bakteri telah mencapai sekitar dua kali ukuran semula, membran plasma melekuk ke dalam sampai membagi sel induk menjadi dua sel anakan dengan genom yang lengkap. Mekanisme pembelahan biner bakteri dapat dilihat pada gambar 4.4.

Selain dengan pembelahan biner, beberapa spesies dari kelompok Cyanobacteria berbentuk filamen melakukan reproduksi dengan cara fragmentasi. Mula-mula  pada bagian tertentu pada filamen terbentuk sel mati  yang memisahkan filamen induk dengan filamen pendek yang disebut hormogonium. Hormogonium ini kemudian akan memisahkan diri dari sel   induk dan menjadi individu baru.

4. Rekombinasi Genetik Bakteri

Bakteri tidak melakukan reproduksi secara seksual, namun bisa melakukan pemindahan materi genetik dari satu bakteri ke bakteri lain sehingga terjadi rekombinasi genetik. Peristiwa ini kadang-kadang disebut proses paraseksual.

Bakteri memiliki tiga mekanisme paraseksual (rekombinasi genetik) yaitu transformasi, transduksi dan konjugasi. Mekanisme paraseksual ini, melibatkan transfer gen (DNA) dari satu bakteri kebakteri lain.

      a. Transformasi

Mekanisme transformasi pada bakteri didefinisikan sebagai perubahan genotipe yang disebabkan oleh asimilasi DNA asing oleh suatu sel bakteri. Asimilasi ini terjadi melalui protein membran yang terspesialisasi untuk mengambil DNA asing dari strain bakteri yang sudah mati (DNA telanjang) pada medium. Kejadian ini jarang ditemui, karena sedikit sekali bakteri yang memiliki kemampuan mengasimilasi DNA asing.

Yuk, kita simak animasi transformasi bakteri pada video berikut!

     b. Transduksi

Rekombinasi genetik yang disebut transduksi adalah pemindahan (transfer) gen antar bakteri dengan bantuan virus. Coba kalian ingat-ingat kembali siklus reproduksi pada fage. Pada siklus litik, ketika fage merakit komponen tubuhnya, sebagian kecil DNA bakteri yang hancur ikut terbungkus oleh kapsid fage menggantikan genom fage. Ketika fase lisis, fage yang mengandung DNA bakteri tersebut akan terlepas dari inang dan menempel pada bakteri lain dan menginjeksikan DNA bakteri inang pertama, sehingga pada inang kedua mengandung kombinasi DNA yang berasal dari dua sel.

Transduksi dapat terjadi pada fage temperat (ingat-ingat kembali apa yang dimaksud fage tempertat). Pada saat memasuki siklus lisogenik, fage akan menyambungkan genomnya ke dalam DNA bakteri dan membentuk profage. Namun ketika genom fage memisahkan diri dari kromosom bakteri, kadangkala dengan membawa sepenggal DNA bakteri. Dengan demikian, ketika fage memasuki fase lisis dan menempel pada bakteri lain, fage akan menginjeksikan DNAnya yang mengandung sepenggal DNA inang pertama. Pada saat itu,terbentuklah kombinasi DNA dari dua sel.

     c. Konjugasi

Transfer DNA melalui konjugasi terjadi jika dua sel bakteri melakukan hubungan sementara, dimana satu sel menyumbangkan (donor) DNAnya dan sel lainnya menerima.  Donor DNA dilakukan dengan menggunakan pili yang ditempelkan pada penerima sehingga terjadilah rekombinasi genetik dari dua sel bakteri yang berhubungan tersebut. Pada peristiwa konjugasi, DNA yang ditransferkan dapat berupa DNA plasmid maupun DNA kromosom.

Berikut animasi konjugasi bakteri:

5. Cara Bakteri Mendapatkan Nutrien

Energi diperoleh bakteri dari nutrien (makanan) yang didapatnya. Bakteri mendapatkan nutrien dengan beberapa cara sesuai dengan karakteristik masing-masing bakteri. Secara umum, ada empat cara bakteri mendapatkan nutriennya yaitu fotoautotrof, kemoautotrof, fotoheterotrof dan kemoheterotrof.

Fotoautotrof, yaitu pemanfaatan energi cahaya untuk mensintesis senyawa organik dari CO₂ (fotosintesis), misalnya kelompok cyanobacteria. Cyanobacteria seperti Anabaena memiliki klorofil a seperti pada tumbuhan dan menjalankan dua fotosistem untuk memecah air (H₂O) yang menghasilkan produk samping berupa O₂. Ada pula bakteri yang tidak memiliki klorofil a, tetapi memiliki klorofil khusus yang disebut bakteriklorofil dan hanya menjalankan  fotosistem I untuk memecah H₂S yang menghasilkan produk samping sulfur, misalnya  bakteri Chromatium.

Kemoautotrof, yaitu pemanfaatan energi kimia sebagai sumber nutrien dengan cara mengoksidasi bahan-bahan anorganik. Beberapa bahan kimia yang digunakannya diantaranya hidrogen sulfida (H₂S), ammonia (NH₃) dan ion (Fe²⁺). Bakteri kelompok kemoautotrof misalnya, Rhizobium.

Fotoheterotrof, yaitu pemanfaatan energi cahaya untuk menghasilkan ATP dan menggunakan senyawa organik sebagai sumber karbon. Bakteri kelompok fotoheterotrof, misalnya Erythrobacter, bakteri yang hidup di laut dan Rosseococcus, bakteri yang hidup di air tawar.

Kemoheterotrof, yaitu penggunaan senyawa organik sebagai sumber energi dan sumber karbon. Bakteri kemoheterotrof, sebagian diantaranya hidup sebagai saproba yang menyerap nutrien dari sisa bahan organik, misalnya Desulfovibrio desulfuricans, bakteri yang membusukkan bangkai. Sebagian lagi hidup sebagai parasit yang menyerap nutrien dari cairan tubuh inang yang masih hidup, misalnya Borrelia burgdorferi, parasit pada hewan dan manusia.

Jika ingin melihat gambaran ringkas bagaimana karakteristrik bakteri hingga cara bakteri mendapatlkan nutrient, kalian bisa simak video berikut!

6. Pengaruh Keberadaan Oksigen Terhadap Bakteri

Apa yang kalian butuhkan ketika melakukan respirasi? Tentu jawabnya oksigen. Demikian juga bakteri untuk respirasi membutuhkan oksigen, tetapi ternyata tidak seluruh bakteri membutuhkan oksigen. Berdasarkan kebutuhan akan oksigen, bakteri dibedakan menjadi dua kelompok yaitu bakteri aerob dan bakteri anaerob. Bakteri aerob, yaitu bakteri yang membutuhkan oksigen untuk respirasi dan tidak dapat tumbuh tanpa adanya oksigen, contohnya bakteri Rhizobium.

Adapun bakteri anaerob, yaitu bakteri yang tidak membutuhkan oksigen untuk respirasinya. Bakteri ini dibedakan lagi menjadi bakteri anaerob fakultatif dan anaerob obligat. Bakteri anaerob fakultatif yaitu bakteri yang menggunakan oksigen jika ada tetapi juga dapat tumbuh dengan cara fermentasi dalam lingkungan tanpa oksigen, contohnya E. coli. Sedangkan bakteri anaerob obligat yaitu bakteri yang hidup hanya melalui fermentasi, keberadaan oksigen justru akan meracuninya, contohnya: bakteri Chromatium.

7. Klasifikasi Bakteri

Bakteri terbagi menjadi sembilan kelompok, namun yang akan dibahas di sini hanya lima kelompok yaitu Proteobacteria, Chlamydia, Spirochaeta, Bakteri Gram Positif dan Cyanobacteria. Pengklasifikasian ini didasarkan pada sistematika molekulernya terutama urutan basa khas rRNA.

     a. Proteobacteria

Ada tiga subkelompok proteobakteri, subkelompok pertama adalah alpha proteobakteri.  Anggota alpha proteobakteri diantaranya Rhizobium, yang hidup pada nodul (bintil) akar tanaman legum (kacang-kacangan) dan menambat N₂ (nitrogen) di atmosfer. Agrobacterium, juga merupakan anggota alpha proteobakteri, namun bertolak belakang dengan Rhizobium, bakteri ini menyebabkan tumor pada tanaman. Namun karena keadaan ini, justru Agrobacterium sering digunakan dalam bioteknologi sebagai vektor DNA asing yang akan disisipkan dalam genom tanaman.

Subkelompok kedua yaitu gamma proteobakteri, meliputi organisme fotosintetik dengan pigmen bakterioklorofil seperti bakteri sulfur yang mengoksidasi H₂S. Selain itu, yang termasuk gamma proteobakteri meliputi bakteri yang tinggal di usus hewan seperti Salmonella (penyebab makanan beracun), Vibrio cholera (penyebab kolera) dan E. coli yang hidup pada usus manusia dan hewan mamalia.

Subkelompok ketiga adalah delta proteobakteri, meliputi myxobacteria, yaitu bakteri yang ditemukan dalam kotoran hewan dan tanah yang kaya akan bahan organik atau tanah yg memiliki pH tinggi (basa).  Beberapa myxobakteria mendapatkan nutrisinya dengan memanfaatkan selulose, tetapi banyak pula yang memakan bakteri lain dengan mensekresikan antibiotik untuk membunuh mangsanya dan memproduksi enzim untuk menghancurkan sel mangsanya.

Pada kondisi tanah yang kering atau kekurangan bahan makanan, bakteri ini akan membentuk tubuh buah dan menghasilkan myxospora yang sedikit resisten terhadap panas. Contoh myxobacteria yaitu bakteri Bdellovibrio, bakteri yang memangsa bakteri lain. Bakteri ini menyerbu mangsanya pada kecepatan hingga 100 µm/sec dan mengebor mangsanya dengan penusuknya pada kecepatan 100 putaran per sekon.

     b. Chlamydia

Chlamydia, bakteri yang hidup sebagai parasit pada organisme eukariotik. Contohnya, Chlamydia trachomatis, penyebab kebutaan pada negara berkembang dan penyebab penyakit seksual yang menular (nongonococcal urethritis) yang banyak terjadi di Amerika Serikat.

     c. Spirochaeta

Spirochaeta merupakan kelompok bakteri berbentuk heliks, yang panjangnya berkisar antara beberapa µm sampai 500 µm. Dinding selnya lentur sehingga mudah melengkung. Beberapa spirochaeta merupakan patogen, misalnya, Treponema pallidum penyebab sifilis, suatu penyakit kelamin menular pada manusia.

     d. Bakteri Gram Positif

Anggota kelompok bakteri gram positif, diantaranya satu subkelompok yang disebut Actinomycetes, bakteri berbentuk koloni yang bercabang yang menyerupai fungi. Actinomycetes banyak ditemukan di tanah dan akan menguraikan materi organik tanah. Beberapa spesies dari genus Streptomyces dibiakkan dalam industri farmasi sebagai sumber antibiotik.

Selain Actinomysetes, anggota bakteri gram positif juga meliputi bakteri yang berbentuk batang seperti Bacillus anthracis serta bakteri bentuk kokus seperti Staphylococcus dan Streptococcus. Mycoplasma, juga merupakan bakteri gram positif, bakteri ini tak berdinding sel dan berukuran paling kecil dibandingkan dengan semua sel. Memiliki diameter sekitar 0,1 µm, hanya lima kali lipat dari ukuran ribosom yang terbesar.

     e. Cyanobacteria

Cyanobacteria adalah bakteri yang mampu menghasilkan oksigen melalui fotosintesis sebagaimana pada tanaman. Cyanobacteria juga sering disebut dengan Bakteri Hijau-biru karena memiliki klorofil dan pigmen biru (fikosianin) sehingga memberikan warna hijau biru. Dahulu, organisme ini dikenal dengan sebutan Cyanohyta (alga hijau biru) karena mirip dengan alga dalam hal habitat dan cara fotosintesisnya.

Di laut dangkal yang airnya hangat, cyanobacteria hidup sebagai koloni-koloni besar, di sekitarnya terbentuk endapan mineral membentuk kolom-kolom dan bukit-bukit kecil berlapis-lapis yang disebut stromatolit.  Di Afrika bagian selatan dan Australia Barat ditemukan fosil bakteri pada stromatolit yang berumur 3,5 milyar tahun dan fosil ini merupakan fosil organisme tertua.

8. Membuat Kultur Murni Bakteri

Untuk meneliti sifat-sifat suatu spesies bakteri atau untuk keperluan identifikasi bakteri dapat dilakukan melalui pengamatan sifat-sifat biakan (kultur) murninya. Kultur murni yaitu kultur yang terdiri dari satu spesies mikroba dalam hal ini bakteri yang ditumbuhkan pada media buatan. Hal-hal yang perlu diperhatikan untuk membuat kultur murni bakteri diantaranya adalah sterilisasi, membuat media, isolasi dan inokulasi (menanam bakteri).

     a. Sterilisasi

Sterilisasi adalah hal yang paling penting ketika melakukan kerja ilmiah yang berhadapan dengan bakteri. Sterilisasi bertujuan untuk mematikan semua organisme yang teradapat pada suatu benda. Terdapat 3 macam cara dalam proses sterilisasi, yaitu secara fisik, kimia dan mekanik.

Sterilisasi secara fisik yaitu sterilisasi dengan pemanasan dan penggunaan sinar gelombang pendek. Pemanasan yang biasanya dilakukan meliputi pemijaran, udara panas, uap air panas dan uap air panas bertekanan.

Pemijaran biasanya dilakukan untuk mensterilkan kawat inokulasi seperti ose dan jarum inokulasi. Kawat tersebut sebelum digunakan, terlebih dahulu dibakar hingga merah membara dengan pembakar Bunsen, kemudian didinginkan, baru digunakan untuk mengambil bakteri dari kultur. Demikian pula setelah digunakan, kawat tersebut dibakar kembali. Adapun tujuan dipanaskannya kawat sampai merah membara adalah untuk memastikan bahwa tidak terdapat spora bakteri, sehingga tidak menimbulkan kontaminasi.

Sterilisasi dengan uap air panas bertekanan biasanya menggunakan autoklaf. Sterilisasi cara ini, dilakukan pada alat-alat berbahan gelas dan media.

Sterilisasi secara kimia, yaitu sterilisasi dengan menggunakan bahan kimia, misalnya penggunaan desinfektan, larutan alkohol dan larutan formalin. Contohnya mengulaskan alkohol pada tangan sebelum melakukan inokulasi. Penggunaan alkohol bertujuan untuk mencegah pertumbuhan bakteri. Alkohol yang umum dipakai untuk sterilisasi adalah konsentrasi 70% karena efektif memecah protein yang ada dalam mikroorganisme.

Untuk beberapa bahan yang sekiranya disterilisasi dengan pemanasan tinggi atau tekanan tinggi akan mengalami perubahan, maka dilakukan sterilisasi secara mekanik misalnya dengan saringan atau filter. Sistem kerja filter adalah melakukan seleksi terhadap partikel-partikel yang lewat khususnya bakteri.

     b. Membuat Media Kultur Bakteri

Setiap mahluk hidup, demi kelangsungan hidupnya membutuhkan makanan. Jika bahan makanan tidak tersedia atau berkurang, maka pertumbuhannya menjadi terhambat.  Demikian pula dengan bakteri, membutuhkan makanan sesuai dengan karakteristik habitat dan cara mendapatkan makanannya masing-masing untuk pertumbuhannya, namun untuk kepentingan penelitian, sebagai upaya mendukung pertumbuhannya, bakteri ditanam dan dibiakan pada media yang berisi cukup nutrisi.

Media kultur bakteri merupakan substrat yang berisi campuran bahan-bahan makanan untuk menumbuhkan bakteri pada laboratorium. Pada media kultur, bakteri akan melakukan aktivitas pertumbuhannya yang ditandai dengan adanya perubahan pada media tersebut. Media yang umumnya digunakan untuk menanam dan membiakkan bakteri di laboratorium adalah media cair dan media padat.

Media cair yaitu media yang bahan dasarnya tidak menggunakan agar sehingga tetap berupa cairan, contohnya Nutrient Broth (NB), sedangkan media padat yaitu media yang bahan dasarnya mengandung agar 12-15 gram setiap satu liter media, contohnya Nutrient Agar (NA). Tabel 4.7 memperlihatkan perbedaan komposisi Nutrient Broth dan Nutrient Agar.  Sekarang ini, sudah ada NA dan NB dalam bentuk kemasan, sehingga pembuatan media menjadi lebih praktis.

Bergantung pada tujuan penanaman, media kultur NA dapat dibuat dalam bentuk media NA cawan, NA tegak dan NA miring.  Media NA tegak dan NA miring serta NB, dibuat di dalam tabung reaksi.  Media NA cawan digunakan untuk tujuan isolasi dan enumerasi (menghitung) jumlah bakteri.

Media NA tegak biasanya digunakan untuk menguji gerak bakteri secara makroskopis. Media NA miring biasanya digunakan untuk menumbuhkan dan menyimpan kultur murni sebagai sediaan. Sedangkan NB digunakan untuk tujuan propagasi (perbanyakan sel) dalam uji fermentasi dan biokimia atau jika bakteri yang akan diinokulasi hanya dapat tumbuh pada media cair. Gambaran mengenai media kultur bakteri ini dapat dilihat pada gambar 4.8 berikut!

     d. Isolasi dan Inokulasi

Mikroba yang tumbuh di alam, berada dalam bentuk kehidupan bersama dalam berbagai jenis, padahal untuk keperluan identifikasi diperlukan kultur murni.  Oleh karena itu, dilakukan suatu upaya pemisahan mikroba tertentu (misal bakteri) dari campurannya menjadi kultur murni yang disebut isolasi.

Dalam melakukan isolasi bakteri, diperlukan suatu teknik penanaman bakteri dengan memindahkan bakteri dari media lama ke media baru yang disebut inokulasi. Sebelum melakukan inokulasi bahan yang mengandung bakteri dibuat suspensi (diencerkan) terlebih dahulu dan dibiakkan pada media agar cawan dan diinkubasi.

Setelah tumbuh koloni, baru koloni tersebut diinokulasikan pada media baru sesuai tujuannya. Inokulasi bakteri pada media agar cawan dapat dilakukan dengan tiga metode yaitu metode cawan tebar (spread plate method), tuang (pour plate method) dan gores (streak plate method).

Pada metode cawan tebar, inokulum (bakteri yang hendak diinokulasikan) dibuat suspensi terlebih dahulu, kemudian diambil dengan menggunakan pipet dan diteteskan pada agar cawan. Selanjutnya inokulum disebarkan pada agar cawan dengan menggunakan batang L. Koloni akan tumbuh hanya dipermukaan agar.

Sama halnya dengan metode cawan tebar, inokulum pada metode cawan tuang dibuat suspensi terlebih dahulu, diambil dengan pipet dan dimasukan ke dalam cawan kosong yang steril. Selanjutnya, pada cawan tersebut, dituangkan media agar yang masih cair dan digoyang-goyangkan dengan membentuk angka 8 agar media dan inokulan tercampur. Koloni yang tumbuh pada metode ini, tidak hanya dipermukaan tetapi juga di dalam agar. Metode cawan tebar dan metode cawan tuang dapat dilihat pada gambar 4.9 berikut.

Sedangkan pada metode cawan gores, inokulum diambil dari suspensi dengan ujung ose dan digoreskan membentuk zig-zag pada permukaan agar cawan. Metode ini mudah dilakukan, namun koloni yang tumbuh pada media ini sama dengan pada media dengan metode gores yaitu hanya pada permukaan agar. Metode cawan gores dapat dilihat pada gambar 4.10 berikut.

Jika ingin menambah pemahaman lebih lanjut, ikuti video pembelajara tentang teknik penanaman bakteri berikut!

Metode yang digunakan untuk inokulasi pada pada NA tegak dan NA miring tidak sama dengan metode pada cawan. Inokulasi pada NA tegak menggunakan metode tusukan (stab method) dengan jarum inokulasi.

Pada metode tusukan, jarum inokulasi yang mengandung inokulum ditusukan tegak lurus pada media kurang lebih sampai tengah-tengah media. Sedangkan inokulasi pada NA miring cukup dengan mengulaskan inokulan dengan ose dari bawah ke atas (lihat gambar 4.11). Pada metode tusukan, jika bakteri tumbuh menyebar pada media berarti uji motilitas bakteri menunjukkan hasil positif. Sebaliknya, jika bakteri tumbuh hanya pada daerah tusukan saja berarti motilitas bakteri menunjukkan hasil negatif. Bakteri motil akan bermigrasi ke seluruh permukaan agar dan bekas tusukan.

8. Pengamatan Sel dan Teknik Pewarnaan Gram

Kalian telah tahu bentuk-bentuk bakteri dalam charta ada yang berbentuk kokus, basil dan heliks. Namun kalian perlu membandingkan bentuk bakteri dalam charta tersebut dengan bentuk yang sesungguhnya. Bentuk bakteri yang sesungguhnya hanya dapat kalian lihat dengan pengamatan di bawah mikroskop.

Setelah kalian melakukan isolasi bakteri, isolat yang diperoleh dapat diidentifikasi. Untuk keperluan identifikasi, perlu dilakukan pengamatan isolat sel bakteri di bawah mikroskop, karena yang dapat dilihat dengan mata telanjang hanyalah koloninya belaka. Namun, jika dibuat preparat ulas tanpa pewarnaan, sel bakteri sulit terlihat. Pewarnaan bertujuan untuk memperjelas sel bakteri dengan menempelkan zat warna ke permukaan sel bakteri. Zat warna dapat mengabsorbsi dan membiaskan cahaya, sehingga kontras sel bakteri dengan sekelilingnya ditingkatkan. Di bawah mikroskop kalian dapat melihat bagaimana bentuk isolat, apakah berbentuk kokus, basil ataukah heliks? Samakah bentuknya dengan yang ada pada charta?

Jika kalian ingin melakukan pengamatan lebih lanjut untuk mengetahui apakah isolat tersebut termasuk bakteri Gram positif atau negatif, kalian dapat melakukannya dengan teknik pewarnaan Gram. Masih ingatkah kalian warna apa yang menandakan Gram positif dan warna apa yang menandakan Gram negatif? Jika lupa, kalian dapat membaca kembali bagian yang membahas dinding sel bakteri.

9. Peranan Bakteri Dalam Kehidupan Manusia

Keberadaan bakteri sangat mempengaruhi kehidupan manusia, baik pengaruh positif yaitu pengaruh yang menguntungkan maupun pengaruh negatif yaitu pengaruh yang merugikan.

     a. Bakteri yang Menguntungkan

Sudah semestinya jika kalian senantiasa bersyukur dengan nikmat Allah yang tiada pernah terhitung. Mahluk kecil ciptaanNya, yang tak tertangkap oleh penglihatan kita, ternyata memberikan banyak manfaat bagi kelangsungan hidup manusia. Keanekaragaman bakteri baik dilihat dari cara mendapatkan nutriennya, rekombinasi genetiknya maupun kebutuhan akan oksigen, menjadikan bakteri dapat dimanfaatkan dalam beberapa bidang kehidupan manusia.

Pada bidang ekologi, keberadaan bakteri sangat penting bagi siklus kimia. Sudah barang tentu, bakteri yang memegang peranan sebagai dekomposer, akan menguraikan molekul organik pada bangkai dan produk buangan. Contohnya bakteri E. coli akan menguraikan produk buangan di dalam usus besar manusia menjadi feses. Sebaliknya, ada bakteri yang mensintesis senyawa anorganik yang berasal dari lingkungan menjadi senyawa organik seperti Anabaena yang dapat mengikat CO₂ untuk mensintesis senyawa organik yang kemudian akan dialirkan ke organisme pemakan bakteri Anabaena tersebut (protozoa serta nematoda) dan konsumen lainnya melalui rantai makanan.

Pada bidang pertanian, bakteri nitrifikasi memegang peranan penting dalam kesuburan tanah. Bakteri nitrifikasi mampu menyusun senyawa nitrat dari senyawa ammonia (NH₃) yang berlangsung secara aerob di dalam tanah. Senyawa nitrat yang terbentuk akan menjadi sumber nitrogen yang dapat diserap oleh tumbuhan. Contoh bakteri nitrifikasi yaitu Nitrosococcus dan Nitrobacter. Nitrogen bebas yang ada di atmosfer juga dapat ditambat oleh tanaman legum berkat simbiosis mutualistik dengan bakteri Rhizobium leguminosorum. Bakteri ini akan membentuk nodul pada akar tanaman kacang (lihat gambar 4.11). Begitu pula pengendalian hama serangga pada tanaman pertanian juga dapat dengan menggunakan bakteri patogen serangga, yaitu Bacillus thuringiensis (Bt). Bakteri Bt menghasilkan protein kristal yang dapat membunuh serangga maupun larva serangga (ulat).

Manfaat bakteri pada bidang kesehatan dan kedokteran diantaranya sebagai penghasil antibiotik seperti Bacillus subtilis menghasilkan basitrasin, Streptomyces griceus menghasilkan streptomisin dan Streptomyces venezuele menghasilkan kloramfenicol. Manfaat lainnya yaitu sebagai penghasil vaksin. Bakteri yang dapat menyebabkan infeksi pada organisme lain, biasanya merupakan sumber utama vaksin. Contohnya, suatu substansi dari sel Bordetela pertussis yang tidak menyebabkan penyakit (toksoid) digunakan sebagai penghasil vaksin yang melawan pertussis (batuk rejan). Hal yang tak kalah pentingnya tentang manfaat bakteri di dunia kesehatan dan kedokteran adalah produksi hormon insulin.  Melalui teknik rekayasa genetika, gen yang berasal kromosom sel manusia yang mengatur sekresi insulin diambil dan disisipkan pada plasmid bakteri. Sehingga ketika bakteri tersebut, akan menghasilkan insulin yang dibutuhkan karena plasmidnya mengandung gen pensekresi insulin.

Bakteri juga dapat dimanfaatkan pada bidang produksi pangan. Sejumlah makanan dan minuman diproduksi dengan bantuan agen hayati berupa bakteri dengan memanfaatkan proses fermentasi. Tabel 4.2 menunjukkan produk pangan hasil fermentasi beberapa bakteri.

Pada bidang industri farmasi dan bahan baku makanan, bakteri dapat dimanfaatkan untuk memproduksi beberapa vitamin, enzim dan asam amino. Produksi vitamin B1 menggunakan bakteri Assbya gossipii, B12 menggunakan Propionibacterium dan Pseudomonas. Enzim yang diproduksi dengan bantuan bakteri diantaranya amilase dan protease. Amilase biasanya digunakan dalam produksi sirup, kanji dan glukosa sedangkan protease digunakan antara lain dalam produksi roti, bir dan protease proteolitik berfungsi sebagai pelunak daging dan campuran deterjen untuk menghilangkan noda protein, kesemuanya diproduksi dengan bantuan Bacillus subtilis.  Produksi asam amino seperti asam glutamat (bahan utama MSG=Monosodium Glutamat) dan Lisin (asam amino esensial), keduanya dengan memanfaatkan Corynobacterium glutamicum.

     b. Bakteri yang Merugikan

Beberapa bakteri menyebabkan kerugian pada manusia baik secara langsung maupun tidak langsung. Ada yang menyebabkan penyakit (patogen) pada hewan, manusia dan tumbuhan dan ada pula yang merusak bahan makanan dengan mengeluarkan senyawa racun. Tabel 4.4. memperlihatkan jenis-jenis bakteri patogen pada manusia.

Tabel 4.5, 4.6, dan 4.7 berikut berturut-turut memperlihatkan jenis-jenis bakteri patogen pada hewan, patogen pada tanaman, dan perusak bahan makanan.