pertumbuhan bakteri merupakan proses yang kompleks yang melibatkan banyak reaksi biokimia dan mengakibatkan pembelahan sel bakteri. Jika kita harus mendefinisikannya lebih tepat, kita akan mengatakan bahwa itu adalah peningkatan jumlah bakteri dalam suatu populasi, bukan ukuran masing-masing bakteri.
Bakteri adalah organisme prokariotik, tidak memiliki nukleus atau kompartemen membran intraseluler lainnya. Mereka adalah organisme mikroskopis uniseluler, didistribusikan secara alami di semua ekosistem di biosfer: di tanah, badan air, hewan, tumbuhan , jamur, dll.
Kultur Klebsiella pneumoniae pada agar MacConkey
Dibandingkan dengan banyak eukariota, bakteri umumnya menyebar jauh lebih cepat, yang dapat terjadi baik dalam konteks alami setiap spesies dan dalam lingkungan eksperimental terkontrol ( in vitro ).
Indeks artikel
Bagaimana pembelahan sel terjadi pada bakteri?
Seperti pada organisme seluler lainnya, pembelahan sel pada bakteri adalah proses yang terjadi di bawah kendali ketat, baik spasial maupun temporal, yang meliputi:
– replikasi atau duplikasi DNA (materi genetik)
– distribusinya antara dua sel anak masa depan (kutub berlawanan dari sel pembagi)
– pemisahan dua sel yang dihasilkan berkat pembentukan “septum” atau dinding tengah di sel yang membelah
Dalam organisme ini, pembelahan sel tersebut dikenal sebagai pembelahan biner dan merupakan proses yang mengarah pada peningkatan jumlah individu bakteri dalam suatu populasi, yaitu pertumbuhan bakteri.
Karena setiap sel selama pembelahan harus menduplikasi materi genetiknya dan, akibatnya, meningkatkan ukurannya, ini menyiratkan bahwa pembelahan biner adalah peristiwa aktif secara biokimia, yang membutuhkan investasi energi, yaitu reaksi sintesis dan reaksi degradasi.
Pertumbuhan populasi bakteri dapat diplot sebagai peningkatan jumlah sel sebagai fungsi waktu dan grafik ini menggambar kurva yang disebut “kurva pertumbuhan bakteri”, di mana beberapa fase dibedakan di mana proses karakteristik yang berbeda terjadi.
Kurva pertumbuhan bakteri
Ilustrasi bakteri
Banyak penulis telah menggambarkan pertumbuhan populasi bakteri sebagai proses eksponensial atau geometris, karena setiap siklus pembelahan (juga dikenal sebagai generasi) menyebabkan 2 muncul dari 1 sel awal, kemudian 4 muncul dari keduanya, kemudian 8, kemudian 16 dan seterusnya. pada.
Waktu yang diperlukan untuk setiap generasi ini untuk membentuk dikenal, oleh karena itu, sebagai waktu generasi atau waktu penggandaan, yang dapat dengan mudah dihitung, yang umumnya konstan dan hampir selalu spesifik spesies.
Untuk E. coli , misalnya, salah satu organisme caral di antara prokariota, waktu penggandaan kurang lebih 20 menit, sedangkan spesies lain seperti Clostridium perfringens atau Mycobacterium tuberculosis memiliki waktu penggandaan masing-masing 10 menit dan lebih dari 12 jam.
Mikrograf elektron bakteri Escherichia coli
Penting untuk disebutkan bahwa waktu generasi dan, oleh karena itu, pertumbuhan bakteri, dapat diubah tergantung pada berbagai faktor, yang akan kita bicarakan nanti.
Bagaimana kurva pertumbuhan bakteri?
Ilustrasi kurva pertumbuhan bakteri yang menunjukkan, dalam urutan itu, fase latensi, eksponensial, stasioner, dan kematian
Selama bertahun-tahun, para ilmuwan telah berhasil menggambarkan fenomena pertumbuhan bakteri menggunakan metode grafik, dan inilah yang kita kenal sekarang sebagai kurva pertumbuhan bakteri.
Kurva ini tidak lebih dari grafik yang menunjukkan peningkatan jumlah sel dalam kultur (diplot pada skala logaritmik) per unit waktu, dari mana informasi berharga diperoleh.
Umumnya, semua bakteri yang ditumbuhkan secara eksperimental in vitro dimana semua nutrisi yang diperlukan disediakan untuk tumbuh menunjukkan pola pertumbuhan yang serupa, yang dapat dengan mudah diamati ketika kurva pertumbuhan diplot.
Dalam kurva pertumbuhan ini beberapa tahap atau fase dibedakan, yang sangat khas dan untuk itu ahli mikrobiologi telah memperoleh penjelasan biologis yang masuk akal.
Fase pertumbuhan bakteri
Foto dua cawan Petri dengan media agar dan kultur bakteri padat (Gambar oleh WikiImages di www.pixabay.com)
Seperti yang telah kita sebutkan, populasi bakteri tumbuh secara eksponensial, sehingga kurva pertumbuhan diplot pada skala logaritmik.
Karena perilaku selama pertumbuhan bakteri tidak seragam, yaitu tidak menggambarkan garis lurus yang selalu naik, dalam kurva pertumbuhan yang khas diamati empat fase, yang dikenal sebagai:
– fase latency ( lag )
– fase eksponensial atau logaritmik ( log )
– Fase diam
– fase kemunduran atau kematian
Fase latensi atau fase lag
Untuk memulai kultur bakteri, inokulum sel kecil dimulai. Ketika inokulum ini dimasukkan ke dalam media kultur segar yang lengkap, yaitu, dengan semua nutrisi yang diperlukan untuk menumbuhkan spesies bakteri tertentu, awalnya tidak ada perubahan yang diamati dalam jumlah individu.
Telah ditunjukkan bahwa selama fase “latensi” ini, di mana tampaknya tidak ada pertumbuhan sel, bakteri meningkatkan ukurannya dan sangat aktif secara metabolik, karena mereka mensintesis asam nukleat, protein dan enzim, dll.
Durasi fase ini dalam waktu tergantung pada beberapa faktor intrinsik populasi dan beberapa faktor lingkungan. Sebagai contoh:
– ukuran inokulum awal
– kondisi lingkungan inokulum sebelumnya
– waktu untuk mensintesis unsur yang diperlukan untuk pembagian
Fase eksponensial atau logaritmik ( log )
Ketika bakteri siap untuk membelah, peningkatan eksponensial dalam jumlah sel per satuan volume per satuan waktu diamati . Mereka, kemudian, dalam fase eksponensial atau logaritmik dari kurva.
Selama fase ini, sebagian besar bakteri dianggap mengalami peristiwa pembelahan biner pada tingkat yang konstan dan pada fase inilah para ilmuwan menghitung waktu penggandaan.
Seperti semua fase pertumbuhan bakteri, fase eksponensial atau logaritmik dan waktu penggandaan populasi tidak hanya bergantung pada spesies, tetapi juga pada apakah bakteri dalam media kultur menemukan semua nutrisi yang diperlukan dan kondisi yang tepat untuk pertumbuhannya.
Fase diam
Pertumbuhan eksponensial bakteri tidak terbatas dan ini karena media kultur, yang merupakan sistem pertumbuhan tertutup, cepat atau lambat kehabisan nutrisi (bakteri mengkonsumsi segalanya).
Selain nutrisi, peningkatan jumlah sel dalam volume yang konstan (peningkatan konsentrasi sel) juga identik dengan peningkatan konsentrasi metabolit atau produk limbah yang dapat memiliki efek penghambatan pada pertumbuhan.
Jumlah sel yang lebih besar dalam ruang terbatas juga menyiratkan bahwa pada akhirnya tidak akan ada cukup ruang untuk lebih banyak sel, yang mengakibatkan penghambatan pertumbuhan.
Dalam fase ini, yang disebut fase diam, beberapa sel terus membelah, tetapi yang lain mulai mati dengan kecepatan yang sama, sehingga kurvanya mendatar.
Fase penurunan atau kematian
Setelah fase stasioner, yang terlihat sebagai dataran tinggi pada kurva pertumbuhan, fase kematian atau penurunan berlanjut, di mana bakteri mulai mati dan kurva menurun.
Selama fase kematian bakteri mati secara eksponensial, sehingga dianggap sebagai tahap “terbalik” daripada fase eksponensial.
Faktor yang mempengaruhi pertumbuhan bakteri
Ada banyak faktor yang mempengaruhi pertumbuhan bakteri, banyak di antaranya terkait dengan lingkungan tempat mereka tumbuh.
Seperti semua organisme hidup, bakteri membutuhkan kondisi “dasar” tertentu untuk bertahan hidup, yang melampaui makanan. Dengan demikian, kita dapat membuat daftar beberapa faktor utama yang dapat mengubah atau mempengaruhi tampilan kurva pertumbuhan bakteri:
– komposisi media tumbuh: dalam hal sumber karbon dan dalam hal unsur-unsur penting
– pHnya
– suhu medium
– konsentrasi ion dan mineral
– konsentrasi gas
– ketersediaan air
– jumlah sel
– adanya metabolit
– adanya antibiotik dan zat yang berpotensi bakterisida lainnya
Referensi
- Bramhill, D. (1997). Pembelahan sel bakteri. Tinjauan tahunan biologi sel dan perkembangan, 13 (1), 395-424.
- Monod, J. (1949). Pertumbuhan kultur bakteri. Tinjauan tahunan mikrobiologi, 3 (1), 371-394.
- Pepper, IL, Gerba, CP, Gentry, TJ, & Maier, RM (Eds.). (2011). Mikrobiologi lingkungan. pers akademik.
- Vedyaykin, AD, Ponomareva, EV, Khodorkovskii, MA, Borchsenius, SN, & Vishnyakov, IE (2019). Mekanisme pembelahan sel bakteri. Mikrobiologi, 88 (3), 245-260.
- Widdel, F. (2007). Teori dan pengukuran pertumbuhan bakteri. Di dalam Grundpraktikum Mikrobiologie, 4 (11), 1-11.
- Willey, JM, Sherwood, L., & Woolverton, CJ (2011). Mikrobiologi Prescott (Vol. 7). New York: McGraw-Hill.
