Makalah biofilm

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Bioteknologi merupakan cabang ilmu yang mempelajari

pemanfaatan makhluk hidup (bakteri, fungi, virus, dan lain-

lain) maupun produk dari makhluk hidup (enzim, alkohol)

dalam proses produksi untuk menghasilkan barang dan jasa.

Dewasa ini, perkembangan bioteknologi tidak hanya didasari

pada biologi semata, tetapi juga pada ilmu-ilmu terapan dan

murni lain, seperti biokimia, komputer, biologi molekular,

mikrobiologi, genetika, kimia, matematika, dan lain

sebagainya. Dengan kata lain, bioteknologi adalah ilmu

terapan yang menggabungkan berbagai cabang ilmu dalam

proses produksi barang dan jasa.

Berkembangnya bioteknologi ini tidak lepas dari

peranan mikroba. Mikroba merupakan organisme yang berukuran

kecil yang tidak kasat mata Mikroba sering disebut jasad

renik karena ukurannya yang kecil (kurang dari 0,1 mm),

sehingga sukar dilihat dengan mata biasa, umumnya hanya

dapat dilihat dengan alat pembesar atau mikroskop, ada

mikroba yang berukuran besar sehingga dapat dilihat tanpa

alat pembesar, pengaturan kehidupannya yang lebih sederhana

dibandingkan dengan jasad tingkat tinggi. Adapun berbagai

macam mikroba antara lain jamur mikroskopis, protozoa,

bakteri, dan virus.

Makalah BIOFILM- MK BIOTEKNOLOGI Page 1

Berbicara mengenai biofilm seharusnya tidak asing lagi

bagi kita semua. Biofilm terdapat di sekitar kita, baik

dalam tubuh kita maupun dilingkungan sekitar kita. Biofilm

merupakan kumpulan mikroorganisme yang terus tumbuh di

sebuah permukaan. Contoh sederhana adalah karang yang

tumbuh pada gigi kita merupakan salah satu bentuk biofilm.

Biofilm adalah suatu istilah yang digunakan untuk

menggambarkan suatu lingkungan kehidupan yang khusus dari

sekelompok mikroorganisme, yang melekat ke suatu permukaan

padat dalam lingkungan perairan. Hal ini membentuk mikro

lingkungan dimana mikroorganisme dalam biofilm berbeda

secara struktural maupun fungsional dengan yang hidup bebas

(planktonik).

Biofilm memberi dampak kepada berbagai kehidupan

sehari-hari, oleh sebab itu penelitian mengenai biofilm

menjadi penting. Biofilm dapat tumbuh di berbagai

permukaan, termasuk batu dan air, gigi, makanan, pipa,

alat-alat medis dan jaringan implant. Walaupun biofilm

biasanya mengakibatkan kerugian seperti infeksi, adakalanya

biofilm juga menguntungkan. Contohnya, biofilm dapat untuk

memurnikan air dengan cara menguraikan senyawa-senyawa

berbahaya dalam perairan. Sedangkan efek negatif biofilm

diantaranya adalah kontaminasi air, makanan, gangguan

terhadap alat pendistribusian panas, dan kontaminasi

peralatan medis serta jaringan implant seperti infeksi

jantung buatan. Dampak ini sudah menjadi perhatian banyak

peneliti dari negara-negara maju seperti Amerika,

Australia, Inggris terutama bidang-bidang terkait dengan


mikrobiologi untuk menggali proses terjadinya biofilm,

keanekaragaman spesies, faktor-faktor pemacu, akibat dan

pengendalian biofilm.

Masalahnya sekarang seberapa jauh para peneliti

menyadari fakta tentang biofilm sehingga akan dapat

memfokuskan penelitian-penelitian terutama mikrobiologi

dengan merujuk kepada fakta yang sudah ada tentang biofilm.

Karena akan dapat dikacaukan oleh banyak penelitian selama

ini yang berdasarkan kepada sel mikroorganisme yang

planktonik terutama yang bertujuan untuk pengendalian

serta pemanfaatan. Sedangkan bentuk kehidupan yang dominan

dari mikroba di alam adalah dalam bentuk biofilm (lebih

dari 90%). Selain itu biofilm mempunyai keunggulan

dibandingkan sel planktonik dimana dia lebih tahan terhadap

bahan antimikroba, temperatur, pH dan lainnya sampai

beberapa ribu kali. Maka akan sangat efektif bila

pengendalian dan pemanfaatan mikroba dilakukan terhadap

mikro lingkungan biofilm ini. Dalam bidang bioteknologi,

peranan biofilm sangat penting, sebab adanya biofilm ini

akan sangat mempengaruhi keberhasilan dari rekayasa

bioteknologi.

Berdasarkan latar belakang diatas, dalam

makalah ini akan dibahas lebih jauh pengertian biofilm,

proses pembentukannya pembentukan, peranannya dalam

kehidupan manusia dan lingkungan.

1.2 Rumusan Masalah


Berdasarkan latar belakang masalah tersebut diatas, maka

dapat dikemukakan beberapa masalah yang akan dikaji dalam

tulisan ini, yaitu sebagai berikut.

1. Bagaimanakah konsep dasar biofilm?

2. Bagaimanakah proses terbentuknya biofilm?

3. Apakah penyusun dari biofilm?

4. Apakah manfaat dan pengaplikasian dalam

bioteknologi dari biofilm?

5. Apakah dampak yang ditimbulkan dari biofilm?

1.3 Tujuan

Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam pembuatan tulisan

ini adalah sebagai berikut.

1. Untuk mengetahui konsep dasar biofilm.

2. Untuk mengetahui proses terbentuknya biofilm.

3. Untuk mengetahui penyusun dari biofilm.

4. Untuk mengetahui manfaat dari pengaplikasian

biofilm di bidang bioteknologi.

5. Untuk mengetahui dampak-dampak yang di

timbulkan dari biofilm.

1.4 Metode Penulisan

Adapun metode penulisan yang kami gunakan dalam

pembuatan makalah ini adalah dengan menggunakan metode

telaah pustaka. Dimana kami mencari berbagai pustaka yang

berhubungan dengan materi yang dikaji dan menganalisisnya

untuk dijadikan bahan dalam pembuatan makalah ini. selain


pustaka, kami juga mencari data melalui internet guna

memperkaya bahan dalam pembuatan makalah ini.

1.5 Manfaat Penulisan

Dalam pembuatan makalah ini, adapun manfaat yang dapat

diperoleh adalah sebagai berikut.

1. Sebagai bahan diskusi dalam memecahkan masalah

yang berhubungan dengan biofilm.

2. Untuk mengenal lebih lanjut dan mendalam mengenai

biofilm sehingga ke depan dapat diaplikasikan

dalam bioteknologi secara sederhana.

3. Dapat dijadikan pengetahuan tambahan dalam upaya

menjadi calon guru yang professional.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Konsep Dasar Biofilm


Bakteri yang hidup bebas (planktonik) dalam

perairan di alam akan cenderung untuk melekat ( sesil ) ke

berbagai macam permukaan

baik abiotik maupun biotik.

Pelekatan ini didukung

berbagai faktor diantaranya

oleh matrik ekstrasellular.

Di alam, bakteri yang

melekat ini jumlahnya jauh

lebih besar dari yang hidup bebas (Costerton, 1995).

Walaupun banyak bakteri dapat hidup dengan bebas di alam,

yang sering disebut dengan istilah planktonik, tetapi

terdapat pula bakteri melekat pada suatu permukaan dengan

memproduksi substansi ekstraseluler polisakarida (Dearcon,

1997). Bakteri yang melekat ini akan membentuk mikro

koloni, yang akan mengatur perkembangan membentuk biofilm.

Pada awalnya mungkin hanya tersusun satu tipe bakteri

saja, tetapi seiring perkembangannya akan tersusun

beberapa tipe bakteri yang hidup dalam komunitas yang

kompleks. Faktanya hampir pada setiap permukaan yang

terpapar cairan dan nutrien akan ditumbuhi mikroorganisme.

Contoh umum dari biofilm adalah pada gigi kita. yang

mengatur perkembangan lubang gigi (dental caries) ketika

bakteri seperti Streptococcus mutans menguraikan senyawa gula

menjadi asam-asam organik. Biofilm juga ditemukan pada zat

padat. Biofilm ditemukan pada permukaan tangki air, pipa,

alat pembedahan, dimana bakteri melekat kuat. Disinfektan


Gambar 2.1. Biofilm (secaramikroskopis)

tidak mampu dengan mudah menembus matriks polisakarida

(Dearcon, 1997).

Biofilm adalah lapisan yang merupakan koloni dari

konsorsium mikroba yang menempel dan menutupi suatu

permukaan benda padat di lingkungan berair. Para ahli

mikrobiologi memperkirakan bahwa biofilm adalah cara hidup

mikroorganisme yang dominan dibandingkan dengan cara hidup

melayang-layang di dalam cairan atau planktonis (Helianti,

2007). Turner (2006) menjelaskan bahwa biofilm merupakan

sebuah struktur komunitas dari bakteri, algae atau jenis

sel lainnya yang menghasilkan matriks polimerik dan melekat

pada permukaan. Bakteri kebanyakan hidup sesil (pada suatu

permukaan), membentuk komunitas kehidupan jika

memungkinkan, yang dapat memberikan keuntungan lebih

dibanding hidup secara planktonik. Secara fisik, keberadaan

biofilm dapat dicirikan sebagai berikut (Bukhari, 2006)

a) Jarak ketebalan dari beberapa mikron sampai lebih

dari 1000 mikron.

b) Permukaan tidak rata (kasar)

c) Spesies heterogen

d) Tersusun dari dua bagian, yaitu dasar biofilm dan

permukaan biofilm.

Jamilah (2003) menjelaskan bahwa biofilm merupakan

sebuah kumpulan yang kompleks dari mikroorganisme (bakteri)

yang melekat pada substrat padat. Biofilm biasanya ditandai

dengan struktur yang beranekaragam, keberagaman genetik,

interaksi komunitas yang kompleks, dan matriks

ektraselulernya berupa substansi polimerik.


Biofilm terdiri dari sel-sel mikroorganisme yang

melekat erat ke suatu permukaan sehingga berada dalam

keadaan diam (sesil), tidah mudah lepas atau berpindah

tempat (irreversible). Pelekatan ini seperti pada bakteri

disertai oleh penumpukan bahan-bahan organik yang

diselubungi oleh matrik polimer ekstraseluller yang

dihasilkan oleh bakteri tersebut. Matrik ini berupa

struktur benang-benang bersilang satu sama lain yang dapat

berupa perekat bagi biofilm.

Biofilm terbentuk khususnya secara cepat dalam

sistem yang mengalir dimana suplai nutrisi tersedia secara

teratur bagi bakteri. Pertumbuhan bakteri secara ekstensif

disertai oleh sejumlah besar polimer ekstraseluller,

menyebabkan pembentukan lapisan berlendir (biofilm) yang

dapat dilihat dengan kasat mata pada permukaan baik biotik

seperti daun dan batang tumbuhan air, kulit hewan-hewan air

maupun abiotik seperti batu-batuan, bagian bawah galangan

kapal serta pada tempat lainnya.

Walaupun banyak bakteri dapat tumbuh pada keadaan

bebas (free-living) atau planktonik, secara umum bakteri

melekat ke suatu permukaan dengan menghasilkan polisakarida

ekstra seluller (EPS) atau pada beberapa kasus dengan

menggunakan holdfast. Pelekatan ini menghasilkan mikro

koloni, sebagai awal perkembangan biofilm yang dimulai dari

satu sel tapi sering berkembang menjadi beberapa bakteri

membentuk multilayers dengan matrik yang hidup pada komunitas

komplek. Dalam kenyataannya, hampir semua permukaan


berhubungan dengan cairan dan nutrisi akan dikoloni oleh

mikroorganisme.

Contoh klasik dari biofilm adalah yang terdapat pada

gigi, mengawali pembentukan gigi berlubang (dental caries)

bilamana bakteri seperti Streptococcus mutan memecah gula

menjadi asam-asam organik. Untuk dapat melihat biofilm

lebih dekat dapat dilakukan dengan cara tidak membersihkan

pipa kamar mandi seminggu atau pada bebatuan pada aliran

sungai di pegunungan. Biofilm juga biasa ditemukan pada

badan kapal, peralatan medis, kontak lensa (contact lenses),

pipa pada industri minyak, serta saluran-saluran yang

tersumbat. Selain itu, biofilm juga ditemukan di tempat-

tempat (lingkungan) yang ekstrim, seperti di daerah kutub,

lingkungan dengan kadar garam yang sangat tinggi, daerah

beracun atau kotor, sumber air panas serta di daerah dengan

kadar asam yang tinggi.

2.2 Proses Terbentuknya Biofilm

Bakteri di habitat alamiah umumnya dapat hidup dalam

dua lingkungan fisik yang berbeda:

1. Keadaan planktonik, berfungsi secara individu dan

2. Keadaan diam (sesil) dimana dia melekat ke suatu

permukaan membentuk biofilm dan berfungsi sebagai

komunitas yang bekerjasama dengan erat.

Kepadatan populasi yang rendah adalah karakteristik

umum dari komunitas planktonik pada ekosistem mikroba di

alam. Keadaan oligotropik dari ekosistem ini mendapatkan

ketidakcukupan masukan nutrisi untuk mendukung aktivitas


mikroba. Jika kepadatan populasi rendah, kompetisi antara

bakteri secara individu untuk tempat, oksigen, serta

faktor-faktor pembatas lainnya hanya sedikit. Pada keadaan

planktonik, kesempatan bagi induvidu untuk terpisah dari

komunitas, khususnya oleh arus dalam medium berair,

relatif lebih besar. Hal ini juga dialami oleh bakteri

yang motil, termasuk respon kemotatis yang sesuai dengan

gradien nutrisi.

Pada medium air, bakteri oligotropik tumbuh secara

aktif walaupun lambat, diantaranya tidak dapat mengambil

makanan yang cukup untuk mendukung pertumbuhan lalu hanya

bertahan pada keadaan kekurangan nutrisi. Keadaan ini

memberikan beberapa kesimpulan adanya kemampuan bakteri

untuk bertahan (revert) dalam keadaan diam (sesil). Seringkali

kekurangan nutrisi disertai oleh mengecilnya ukuran dan

respirasi endogenous, peningkatan hidrofobisitas permukaan sel

dan meningkatkan pelekatan. Faktor ini membuat bakteri

cenderung melekat ke permukaan padat, dimana kesempatan

untuk mendapatkan nutrisi lebih tinggi.

Secara sederhana, siklus hidup bakteri biofilm dapat

dijelaskan sebagai berikut. Pertama-tama terjadi penyisipan

dari bakteri plaktonik pada suatu permukaan atau dari

perpindahan atau pembelahan sel untuk menutupi suatu

permukaan yang kosong. Selanjutnya bakteri ini akan

memproduksi kelompok senyawa polisakarida yaitu substansi

polimerik ekstraseluler (EPS) untuk perlekatan sel pada

permukaan. Tahap selanjutnya adalah terjadi penambahan

secara terus produksi substansi polimertik estraseluler


(EPS). Selanjutnya sel bakteri akan melakukan pembelahan

(reproduksi) guna memperbanyak jumlah dan mempertebal

komposisi biofilm. Tahap terakhir adalah beberapa bakteri

akan melakukan perpindahan untuk membentuk biofilm yang

baru, sehingga lama-kelamaan jumlah biofilm akan semakan

banyak dan membesar.

Proses terbentuknya biofilm dibagi menjadi 5 tahap

(Maier,2009) :

1. Tahap pelekatan awal : pada tahap ini mikroba meleket

pada permukaan benda padat dengan perantara fili (rambut

halus). Contoh bakteri yang dapat melekat dan membentuk

koloni adalah Pseudomonas aeruginosa, bakteri gram negatif

dengan molekul sinyal utama homoserin lakton. Pelekatan

awal ini disebabkan

oleh hydrophobik

(tidak larut air,larut

diminyak) dan

elektrostatik(medan

listrik statik).

2. Tahap pelekatan

permanen : mikroba semakin menempel dengan diprakarsai

oleh matriks polimer ekstraseluler dengan bantuan

eksopolisakarida (EPS). Contoh : pada tahap 2 P.aeruginosa

akan berubah menjadi fase flagella.

3. Maturasi I : Terjadi penarikan pada bakteri lain

membentuk polisakarida ekstraseluler dan sel bakteri

terus tumbuh dan berkembang. Pada tahap ini ketebalan


biofilm lebih dari 10 µm. Contoh : pada bakteri

P.aeruginosa akan berubah menjadi Type IV pili flagella.

4. Maturasi II : Pada tahap ini ketebalan biofilm mencapai

100 mm. Bakteri yang terakumulasi membentuk beberapa

lapisan. Bakteri yang ada dilapisan dalam akan lebih

terlebih terlindungi dari pada bakteri yang berada pada

lapisan luar. Koloni ini akan membentuk nutriennya

sendiri, karena bakteri yang mati dapat menjadi nutrien

bagi yang hidup.

5. Dispersi : Pada tahap ini biofilm yang sudah terbentuk

dapat mengalami pelepasan sel secara erosi atau

sloghing. Erosi terjadi secara berkala karena geseran

dari cairan yang mengalir. Sloughing adalah pelepasan

banyak sel yang terjadi secara acak karena adanya

perubahan dalam medium pertumbuhan.

Beberapa sel pada populasi yang berbeda dari bakteri

planktonik menempel ke berbagai macam permukaan. Pada

medium cair yang mengalir, bakteri yang melekat

memperoleh akses ke sumber nutrien yang berkelanjutan yang

dibawa oleh aliran medium. Di laboratorium ditemukan

bakteri yang kekurangan nutrien, setelah melekat ke

permukaan, tumbuh menjadi ukuran yang normal kemudian

memulai reproduksi sel. Pelekatan kontinyu dan pertumbuhan

mendukung pembentukan biofilm.

Biofilm terbentuk ketika mikroba perintis mulai

menempel pada suatu permukaan benda padat (plastik,

bebatuan dan lain-lain) di lingkungan berair. Mikroba ini


dapat berupa spesies tunggal atau bermacam spesies yang

kemudian menghasilkan zat polimer yang kental dan lengket-

seperti lem- ke luar sel. Inilah yang membuat mereka dapat

menempel kuat pada permukaan benda padat dan saling

merekatkan diri satu sama lain. Polimer yang lengket ini

biasanya terdiri dari kelompok senyawa polisakarida.

Polisakarida ini tidak hanya berguna untuk menempel pada

suatu permukaan, tetapi juga dapat menjerat sekaligus

mengkonsentrasikan zat makanan yang terkandung dalam air

yang mengelilingi permukaan biofilm. Polisakarida ini juga

melindungi sel mikroba dari toksik yang dapat membunuh

mikroba biofilm. Karena itu dengan membuat biofilm,

mikroba menjadi lebih bisa bertahan terhadap lingkungan

yang tidak menguntungkan dari pada hidup secara

planktonis. Kumpulan bakteri ini ibarat membangun

masyarakat sebuah kota yang tangguh dimana kebutuhan hidup

mikroba tersebut seperti energi, zat gizi, dan pertahanan

tercukupi dengan saling tergantung satu sama lain. Mereka

hidup saling menempel dengan tingkat kepadatan yang tinggi

dan mobilitas individu yang hampir tidak ada.

Pertumbuhan biofilm ini bergantung pada substansi

matriks bahan yang digunakan. Matriks bahan yang digunakan

ini akan menyediakan aseptor elektron bagi mikroba untuk

proses oksidasi dalam upaya menghasilkan energi. Selain

itu, pembentukan biofilm ini bergantung pada

keragaman/variasi jenis mikroba yang tumbuh. Biofilm dapat

dibentuk dari satu jenis mikroba saja, namun secara alami

hampir semua jenis biofilm terdiri dari campuran berbagai


jenis mikroba. Sebagai contoh fungi, algae, yeast (ragi),

amoeba, bakteri dan jenis mikroba lainnya. Semakin beragam

mikroba yang tumbuh, maka biofilm yang terbentuk akan

semakin cepat dan kompetitif. Bagi bakteri yang bersifat

aerob akan tumbuh di bagian luar, sedangkan bakteri yang

bisa tumbuh secara anaerob akan berada di lapisan bagian

dalam. Semakin beragam bakteri, maka interaksi antara

bakteri semakin kompleks. Demikian halnya jenis mikroba

yang lain.

Biofilm akan terbentuk pada permukaan yang lembab, hal

ini disebabkan mikroba dapat bertahan hidup jika mikroba

tersebut mendapatkan kelembaban yang cukup. Pada prosesnya

biofilm mengekskresikan suatu bahan yang licin (berlendir)

pada sebuah permukaan, kemudian akan menempel dengan baik

di permukaan tersebut jika keadaan minimum bakteri

tersebut terpenuhi. Beberapa lokasi yang dapat dijadikan

tempat hidup biofilm meliputi material alami di atas dan

di bawah tanah, besi, plastik dan jaringan sel. Selama

kita dapat menemukan kombinasi nutrien, air dan sebuah

permukaan yang tidak mengandung senyawa beracun, disana

sangat mungkin bisa temukan biofilm.

Biofilm menjaga kesatuan bentuknya dengan saling

berikatan satu sama lain pada rantai molekul gula yang

disebut sebagai EPS atau extracellular polymeri substance, yaitu

terbentuknya polimer antar biofilm, sehingga kemungkinan

untuk terlepas menjadi sulit. Karena dengan

mengekskresikan EPS ini, masing-masing biofilm sangat

mungkin saling mendukung untuk berkembang dalam dimensi


yang kompleks dan sangat erat (utuh). Matriks yang

terbentuk dengan EPS ini akan melindungi sel dan

memudahkan komunikasi antar sel melalui pertukaran senyawa

biokimia. Beberapa biofilm berada dalam fase cair, dimana

keadaan tersebut membantu sel dalam mendistribusikan zat

yang dibutuhkan dan memberi sinyal molekul pada sel.

Matriks ini cukup kuat, oleh sebab itu pada kondisi-

kondisi tertentu, biofilm dapat berwujud padat. Masing-

masing lapisan dalam biofilm akan mempunyai ketebalan yang

berbeda, hal ini sangat dipengaruhi oleh keadaan

lingkungan tumbuhnya.

Adapun faktor-faktor yang dapat mempengaruhi

terbentuknya dan perkembangan biofilm adalah terdapat

empat faktor penting, yaitu:

a. Material pada permukaan

Material pada permukaan memiliki efek yang sedikit atau

bahkan tidak ada terhadap perkembangan biofilm. Mikroba

akan dapat menempel pada suatu permukaan yang mengandung

nutrient. Mikroba dapat menempel pada staenless steel atau

pada permukaan plastik dengan daya yang hampir sama.

b. Areal Permukaan

Areal permukaan merupakan satu faktor utama yang

mempengaruhi perkembangan biofilm.

c. Permukaan yang licin


Walaupun permukaan yang licin dapat menghambat

pertumbuhan awal dari penyisipan bakteri, kelicinan

tidak mempunyai efek yang sangat signifikan terhadap

jumlah total biofilm pada suatu permukaan setelah

beberapa hari.

d. Kecepatan aliran

Aliran yang tinggi tidak akan dapat mencegah

penyisipan bakteri, tidak akan mampu menghilangkan

biofilm secara keseluruhan, tetapi ketebalan biofilm

akan mengalami keterbatasan.

e. Ketersediaan nutrisi

Sama halnya dengan makhluk hidup yang lainnya, bakteri

juga memerlukan nutrisi untuk pertumbuhan dan

reproduksi. Ketersediaan nutrisi merupakan faktor

pembatas dari pertumbuhan bakteri. Biofilm yang

terdapat pada daerah yang memiliki aliran (misalnya

sungai atau sistem pipa), nutrisi akan diperoleh dari

aliran tersebut.

2.3 Penyusun Biofilm

Secara kimia, biofilm tersusun atas polimerik ekstra

seluler (EPS). EPS ini terdiri dari sebagian besar

hidroksil dan kelompok karboksilat (OH-, COO-). EPS sangat

penting bagi kehidupan biofilm. EPS dapat menyediakan

makanan bagi biofilm, terlibat dalam mekanisme pertahanan

inang, dan membantu dalam agregasi dan pelekatan permukaan.

Perlindungan EPS menyebabkan biofilm untuk bertahan pada


kondisi dimana sel planktonik sudah tidak mampu bertahan

hidup.

Biofilm tersusun atas mikroba dan EPS (extracellular polymer

substance) yang terdiri atas 50 – 90% dari total karbon

organik dari biofilm itu sendiri dan dapat dinyatakan

sebagai materi utama dari biofilm. EPS dapat berupa senyawa

kimia utamanya polisakarida. Polisakarida yang ada bersifat

netral atau disebut polyanionik khususnya EPS pada bakteri

gram negatif. Kehadiran asam uronat (seperti D-Glukoronat,

D-Galaktonat, Asam Manuronat) atau keton yang terikat pada

piruvat, membentuk bagian anionik. Bagian ini merupakan

bagian yang penting karena merupakan jalur asosiasi dari

ion-ion seperti kalsium, magnesium, yang terlihat melintas

berikatan dengan polimer dan menyediakan ikatan yang kuat

yang terbentuk pada biofilm. Pada bakteri gram positif,

seperti staphylococcus, komposisi kimia dari EPS terlihat

cukup berbeda utamanya pada ion kation. Hal ini dilihat

dari kondisi endapan koagulasi bakteri terdiri dari asam

teichioc yang tercampur pada protein dalam kadar yang rendah.

EPS memiliki daya hidrasi yang tinggi karena dapat

mengabsorbsi air dalam jumlah yang besar kedalam struktur

ikatan hidrogen. EPS sebagian besar hidropobik, meskipun

banyak tipe EPS dapat berupa hidropobik dan hidrofilik. EPS

juga tergantung pada kondisi kelarutannya. Ada dua bagian

penting dari EPS sebagai efek penanda pada biofilm.

Pertama, komposisi dan struktur dari polisakarida

mengindikasikan konformasi utama mereka. Sebagai contoh,

beberapa bakteri EPS memiliki ikatan 1,3-β-heksosa atau


1,4-β-heksosa residu dan cenderung untuk lebih kaku, lebih

sedikit deformabel, dan pada kasus-kasus tertentu sulit

terlarut atau tidak dapat larut. Molekul EPS lain mungkin

lebih mudah terlarut dalam air. Kedua, EPS dari biofilm

secara umum tidak sama tergantung kondisi dari bakteri itu

sendiri. Ikatan khusus dari lektin pada gula sederhana

digunakan untuk menguji perkembangan bakteri biofilm pada

organisme berbeda. Penelitian menunjukan bahwa organisme

berbeda menunjukan produksi EPS yang berbeda pula serta

jumlah EPS dapat meningkatkan umur biofilm itu sendiri. EPS

dapat berasosiasi dengan ion metal, kation divalent dan

makro melekul yang lain (seperti protein, DNA, dan lemak).

Produksi EPS diketahui berasal dari kondisi nutrient pada

medium pertumbuhan; ditemukannya karbon, nitrogen, potasium

atau pospat dapat menghambat sintesis EPS. Perlambatan

pertumbuhan bakteri juga mengubah produksi EPS. Karena EPS

sifatnya yang sangat hidraktif, maka kondisi kekeringan

dapat dicegah pada biofilm alami. EPS juga berkontribusi

pada bagian resistensi antimikroba biofilm yang merintangi

tranportasi utama dari antibiotik pada biofilm, biasanya

dengan ikatan langsung pada agen pembawa.


Gambar Matriks yang terbentuk dari bakteri dan Struktur

Kimia EPS

Biofilm terbentuk karena adanya interaksi antara

bakteri dan permukaan yang ditempeli. Interaksi ini terjadi

dengan adanya faktor-faktor yang meliputi kelembaban

permukaan, makanan yang tersedia, pembentukan matrik

ekstraseluller (exopolimer) yang terdiri dari polisakarida,

faktor-faktor fisikokimia seperti interaksi muatan

permukaan dan bakteri, ikatan ion, ikatan Van Der Waals, pH

dan tegangan permukaan serta pengkondisian permukaan.

Artinya terbentuknya biofilm adalah karena adanya daya

tarik antara kedua permukaan (psikokimia) dan adanya alat

yang menjembatani pelekatan

(matriks eksopolisakarida).

Biofilm adalah suatu

bentuk mekanisme pertahanan

sel. Berdasarkan studi

invitro, biofilm dapat

menghindari serangan

pertahanan inang. Sebagai contoh adalah sel fagosit sulit


untuk menelan bakteri dalam bentuk biofilm. Biofilm juga

lebih resisten dibandingkan dengan sel planktonik terhadap

agen antibakteri. Contohnya khlorinasi biofilm sering tidak

berhasil sebab biosidal hanya membunuh bakteri pada lapisan

luar biofilm, sedangkan bakteri bagian dalam tetap hidup

dan biofilm dapat berkembang. Penggunaan ulang agen

antibakteri diantara biofilm meningkatkan resistensinya

terhadap biosida.

Sel bakteri pada permukaan biofilm berbeda dari sel

dengan matrik biofilm. Sifat sel yang terselubung dalam

matrik dapat berubah sejalan dengan perubahan ketebalannya.

Sel permukaan cenderung untuk sel permulaan biofilm muda

yang aktif secara metabolisme. Sel permukaan membelah dan

meningkatkan ketebalan biofilm. Oksigen yang tersedia bagi

sel dalam matrik lebih sedikit oleh sebab itu mereka lebih

kecil dan tumbuh dengan lambat. Bakteri akan menjadi

sedikit dorman, dan menjadi aktif bila lapisan luarnya

dibunuh.

Infeksi mikroba dapat terbentuk pada biomaterial yang

secara total berada dalam tubuh manusia atau sebagian

terbuka ke luar. Spesies E.coli, Staphylococci dan Pseudomonas

diantaranya adalah penginvansi yang umum. Banyak bagian

gastrointestinal (rongga pencernaan) manusia dan hewan dikoloni

oleh kelompok spesifik bakteri (mikrobiota normal) memberi

kesempatan terhadap biofilm alami yang memberikan sejumlah

proteksi terhadap spesies patogenik. Penggunaan alat-alat

prostetik dengan memasukkan ke tubuh manusia sering

menyebabkan pembentukan biofilm pada permukaan alat-alat


tersebut oleh Stahylococcus epidermidis, Stahylococci koagulase

negatif yang lain dan bakteri Gram negatif penghuni normal

kulit ini memiliki derajat pelekatan yang tinggi ke alat

prostetik. Bakteri dalam biofilm terlindung dari antibiotik

yang memacu biofilm secara kontinyu menyebarkan sumber

infeksi ke bagian lain tubuh dengan terjadinya pelepasan

(detachment) sel.

Setelah biomaterial dicangkok, baik jaringan sel atau

mikroorganisme akan mengkoloninya. Jika sel jaringan

mengkoloni pertama kali cangkokan kemungkinan besar akan

berhasil. Jika bakteri mengkoloni pertama kali, banyak

mikroorganisme dapat melekat ke permukaan cangkokan.

Bakteri ini dapat mengkoloni dan memulai pembentukan

biofilm. Karena resisten terhadap agen antibakteri, biofilm

sering tidak dapat ditanggalkan dari peralatan medis,

dengan demikian dibutuhkan operasi tambahan. Komponen

biomedis yang rentan terhadap kolonisasi biofilm termasuk

jantung buatan, pengganti sendi, kontak lensa, katup

jantung, cangkokan gigi, intravascular catheter. Dengan kemajuan

teknologi modern banyak manusia menjadi inang bagi

biomaterial, dan menjadi beresiko terhadap infeksi biofilm.

2.4 Manfaat Biofilm dalam Bidang Bioteknologi

Biofilm ternyata juga bisa memberi keuntungan bagi

manusia dan dapat dimanfaatkan sebagai solusi alternatif

untuk stabilisasi bangunan yang berdiri di atas tekstur

tanah yang rentan terhadap bencana gempa bumi. Penelitian

ini dilakukan oleh para peneliti dari Lafayette College,

Amerika Serikat. Biofilm yang diaplikasikan ini adalah


koloni dari bakteri Flavobacterium johnsoniae yang secara alami

terdapat di tanah. Bakteri ini dipilih karena bersifat non-

patogenik, terdapat secara alami pada aliran (pembuangan)

air tanah, tidak perlu zat nutrien tinggi, bahkan dapat

menguraikan molekul makro yang banyak terdapat dalam limbah

seperti kitin, dan membentuk biofilm. Penggunaan bakteri

ini diharapkan dapat secara alami membentuk polimer biofilm

pada lapisan tanah yang rentan terhadap gempa tempat

bangunan berdiri lewat aliran air tanah.

Selain itu, manfaat dari biofilm juga dapat

diaplikasikan dalam dunia industri, seperti:

a) Bioremediasi

Bioremediasi merupakan pengembangan dari bidang

bioteknologi lingkungan dengan memanfaatkan proses

biologi dalam mengendalikan pencemaran. Bioremediasi

bukanlah konsep baru dalam mikrobiologi terapan, karena

mikroba telah banyak digunakan selama bertahun-tahun

dalam mengurangi senyawa organik dan bahan beracun baik

yang berasal dari limbah rumah tangga maupun dari

industri.

Selama beberapa dekade terakhir, perhatian luas

telah dibayarkan pada pengelolaan pencemaran lingkungan

disebabkan oleh polutan berbahaya seperti logam berat dan

berbagai senyawa xenobiotik. Biofilm terstruktur

komunitas mikroba di mana sel-sel mikroba ireversibel

menempel pada permukaan atau antarmuka dan menjadi

tertanam dalam matriks polimer ekstraseluler zat yang

diproduksi oleh sel-sel ini.


Biofilm telah ditemukan untuk menjadi cocok untuk

remediasi polutan karena biomassa mikroba yang tinggi dan

kemampuan untuk melumpuhkan polutan. Penelitian biofilm

dalam lingkungan alam tanah, pasir, sedimen dan vegetasi

lahan basah telah mengungkapkan potensi biofilm memiliki

kemampuan untuk mengobati air limbah bantalan beberapa

polutan. Sistem biofilm sangat cocok untuk pengobatan

senyawa bandel karena biomassa mikroba yang tinggi dan

kemampuan untuk melumpuhkan senyawa polutan.

Lingkungan darat dan perairan yang terkontaminasi

dengan berbagai jenis polutan . Di antaranya , Jumlah

hidrokarbon minyak bumi ( TPHs ) , hidrokarbon aromatik

polisiklik ( PAH ) dan pestisida dari antropogenik sumber

menimbulkan risiko bagi kesehatan manusia. Ada contoh

sukses dari penggunaan positif biofilm yang disebut

biofilm menguntungkan yang menawarkan sel anggota mereka

beberapa manfaat , di antaranya perlindungan lingkungan

dari efek berbahaya dari polutan beracun berdiri pertama.

Reaktor biofilm berbasis umumnya digunakan untuk

pengobatan volume besar air limbah industri dan kota .

Bakteri seperti, Pseudomonas aeruginosa,

Acinetobacter calcoaceticus, Arthrobacter

sp.,Streptomyces viridans, dan lain-lain menghasilkan

senyawa biosurfaktan / bioemulsi yangdapat menyerap

berbagai jenis logam berat seperti Cd, Cr, Pb, Cu dan Zn

dari tanah yang terkontaminasi. Berbagai jenis Baccillus

yang membentuk biofilm pada permukaan perairan

dapatmenyerap Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, dan Zn dari dalam air.


Mikroba yang membentuk film dalam ekosistem perairan juga

memiliki peranan yang penting dalam bioremediasi logam

seperti Saccharomyces cerevisiae dan Candida sp dapat

mengakumulasi Pb dari dalam perairan, Citrobacter san

Rhizopus arrhizus memiliki memampuan menyerap uranium

(Roane, et all. 1998).

Selain itu, biosorpsi kromium heksavalen menggunakan

biofilm E. Coli didukung pada pasir karbon aktif juga dapat

menghilangkan ion Cr lingkungan berair. Ilmuwan telah

mengembangkan strain hasil rekayasa genetika, yaitu

Escherichia coli yang bermanfaat untuk pembersihan merkuri dan

logam berat lainnya. Beberapa bakteri hasil rekayasa

genetika dapat mengabsorbsi merkuri secara langsung,

sementara yang mengikat merkuri dari suplai air dapat

tumbuh pada biofilm. Biofilm harus diganti secara

periodik untuk menghilangkan bakteri yang mengandung

merkuri. Hal yang sama terjadi pada sel tunggal alga yang

diubah secara genetik yang mengandung gen

metallothioniein dan bakteri yang disebut Cyanobakteri,

yang telah menunjukkan kemampuan untuk mengabsorbsi

cadmium, yaitu logam berat lain yang bersifat toksik yang

dapat menyebabkan masalah kesehatan yang serius pada

manusia.

b) Biofiltrasi

Biofiltrasi adalah sebuah cara pemurnian limbah dengan

bantuan bahan pengendali biologis yang sangat efektif

dan tidak membahayakan perairan maupun mencemari

perairan. Teknik biofiltrasi merupakan salah satu


alternatif yang tepat untuk dikembangkan dalam upaya

penyisihan polutan. Teknik ini memanfaatkan kemampuan

aktifitas mikroba dalam mendegradasi/ mengeliminasi

senyawa polutan. Pengembangan teknik biofiltrasi,

memerlukan jenis media serta mikroba yang handal

sehingga pemilihan biofilm tepat untuk digunakan dalam

proses biofiltrasi. Contohnya: proses biofilter untuk

menghilangkan senyawa amonia dengan menggunakan biofilm

sebagai media penyangga.

Secara sederhana proses tersebut dapat dilihat pada

gambar dibawah ini.

Sumber : Said, 2006

Lapisan terluar dari media penyangga adalah lapisan

tipis zona aerobik. Senyawa amonia dioksidasi dan diubah

ke dalam bentuk nitrit. Sebagian dari senyawa nitrit

yang ada diubah menjadi gas dinitrogen dioksida (N2O).

Proses tersebut disebut nitrifikasi. Semakin lama

lapisan biofilm yang tumbuh dalam media penyangga

semakin tebal sehingga oksigen tidak dapat masukMakalah BIOFILM- MK BIOTEKNOLOGI Page 25

sehingga terbentuk zona anaerobik. Pada zona anaerobik

senyawa nitrat yang diubah menjadi nitrit kemudian

dilepaskan menjadi gas Nitrogen (N2).

c) Bioreaktor

Bioreaktor atau dikenal juga dengan nama fermentor adalah

sebuah peralatan atau sistem yang mampu menyediakan

sebuah lingkungan biologis yang dapat menunjang

terjadinya reaksi biokimia dari bahan mentah menjadi

bahan yang dikehendaki. Reaksi biokimia yang terjadi di

dalam bioreaktor melibatkan mikroorganisme atau komponen

biokimia aktif (enzim) yang berasal dari mikroorganisme

tertentu, baik secara aerobik maupun anaerobik. Dengan

kata lain, sebuah bioreaktor adalah tempat berlangsungnya

proses kimia yang melibatkan mikroorganisme atau enzim

yang dihasilkan oleh suatu mikroorganisme.

Gambar Bioreaktor untuk skala lab (kiri) dan skala

industri (tengah) dan Bagian Bioreaktor (kanan)

Sumber :

Komponen utama bioreaktor terdiri atas tangki,

sparger, impeller, saringan halus atau baffle dan sensor


http://id.wikipedia.org/wiki/Sensor

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Baffle&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Saringan

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Impeller&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Sparger&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Tangki&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Kimia

http://id.wikipedia.org/wiki/Anaerobik

http://id.wikipedia.org/wiki/Aerobik

http://id.wikipedia.org/wiki/Organisme

http://id.wikipedia.org/wiki/Enzim

http://id.wikipedia.org/wiki/Biokimia

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Mentah&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Biokimia

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Reaksi&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Menunjang&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Lingkungan

http://id.wikipedia.org/wiki/Sistem

http://id.wikipedia.org/wiki/Peralatan

untuk mengontrol parameter. Tangki berfungsi untuk

menampung campuran substrat, sel mikroorganisme, serta

produk. Volume tanki skala laboratorium berkisar antara 1 –

30 L, sedangkan untuk skala industri dapat mencapai lebih

dari 1 000 L. Sparger terletak di bagian bawah bioreaktor

dan berperan untuk memompa udara, dan mencegah pembentukan

gelembung oksigen. Impeller berperan dalam agitasi dengan

mengaduk campuran substrat dan sel. Impeller digerakkan

oleh rotor. Baffle juga berperan untuk mencegah terjadinya

efek pusaran air akibat agitasi yang dapat mengganggu

agitasi yang seharusnya. Sensor berperan untuk mengontrol

lingkungan dalam bioreaktor. Kontrol fisika meliputi sensor

suhu, tekanan, agitasi, foam, dan kecepatan aliran.

Sedangkan, kontrol kimia meliputi sensor pH, kadar oksigen,

dan perubahan komposisi medium.

2.5 Dampak Negatif Dari Biofilm

1. Industri Makanan

Biofilm dikhawatirkan dalam industri makanan,

dalam hal ini biofilm dapat muncul dari bahan mentah,

permukaan, manusia, hewan, dan udara. Ketika makanan atau

permukaan pada pabrik pemprosesan makanan terkontaminasi,

bakteri dapat membentuk koloni, akhirnya membentuk biofilm.

Sebagai contoh adalah papan iris yang digunakan untuk

memotong daging dapat terinfeksi dengan mikroorganisme.

Mikroorganisme lain dapat menempel pada mikroorganisme yang

duluan melekat dan biofilm dapat terbentuk. Pembersih yang

digunakan untuk mengusap papan iris dapat membunuh


http://id.wikipedia.org/wiki/Medium

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Komposisi&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/PH

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Foam&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Tekanan

http://id.wikipedia.org/wiki/Suhu

http://id.wikipedia.org/wiki/Sensor

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Pusaran&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Rotor

http://id.wikipedia.org/wiki/Agitasi

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Impeller&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Gelembung&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Udara

planktonik, bakteri yang hidup lepas, tapi terkadang

tidak mampu menembus biofilm. Makanan yang bersentuhan

dengan papan iris dapat terkontaminasi.

Biofilm mikroba adalah suatu lapisan tipis yang

terbentuk hasil enkapsulasi mikroorganisme yang dipadatkan

(agregat) dalam sebuah matrik cair yang terbentuk dari

campuran protein, asam nukleat dan polisakarida. Di dalam

lapisan biofilm, mikroba

cenderung tumbuh dan berkembang dengan pesat hingga

membentuk koloni terutama pada permukaan bahan yang lembab

dan kaya akan nutrisi (Tarver, 2009).

Dalam industri makanan, kehadiran biofilm juga

menyebabkan masalah yang potensial. Kekhawatiran terjadi

bila bakteri patogen melekat pada alat pemerosesan makanan.

Kalau biofilm tidak dibersihkan, organisme yang melekat

dalam perkembangannya dapat terlepas dari permukaan dan

mengkontaminasi produk sebelum produksi. Masalah yang

ditimbulkan oleh adanya kontaminasi ini adalah terjadinya

pembusukan makanan yang akan memperpendek masa simpan (shelf-

life) maupun penyebaran penyakit melalui makanan (foodbom

desease).

Lebih dari 60 tahun sejak kasus pertama yang

dilaporkan (Zobell, 1943), biofilm

menjadi masalah yang banyak mendapat perhatian industri

pangan, lingkungan maupun

biomedis (Sihorkar and Vyas, 2001; Maukonen et al., 2003).

Hingga saat ini, biofilm bahkan merupakan persoalan serius

yang ditemukan pada beberapa sektor industri pangan,


seperti pada industri minuman bir, proses pengolahan susu,

produk buah dan sayuran segar, pengolahan produk unggas dan

daging (Jessen and Lammert, 2003; Somers and Wong, 2004;

Chen et al., 2007). Beberapa laporan penelitian menyebutkan

biofilm berperan nyata pada munculnya resistensi terhadap

produk anti mikroba (Langsrud et al., 2003; Simoes et al.,

2006; Simoes and Viera, 2009).

Bakteri yang berasal dari golongan Enterobacter,

Lactobacillus, Listeria, Micrococcus, Streptococcus, Bacillus serta

Pseudomonas umumnya banyak ditemukan

pada proses pengolahan susu (Wiedmann et al., 2000; Waak et

al., 2002; Salo et al. 2006). Wong (1998) melaporkan adanya

mikroba kontaminan seperti: Lactobacillus curvatus and Lactobacillus

fermentum yang tertinggal pada residu susu pada pabrik

pembuat keju meskipun telah dilakukan proses pencucian

berulang. Bacillus spp. khususnya Bacillus cereus merupakan

bakteri perusak pangan dan berkontribusi hingga 12% dari

total komposisi bakteri penyusun biofilm (Sharma and Anand,

2002). B. cereus dapat menyebar ke seluruh area selama proses

pengolahan pangan. Oleh karenanya kontaminasi B. Cereus

seringkali tidak terlacak, terlebih spora bakteri tersebut

juga tahan terhadap kondisi lingkungan yang ekstrim dan

bersifat hidrofobik. B. cereus umumnya juga ditemukan pada

peralatan pengolahan pangan (Lindsay et al., 2006).

Golongan bakteri lainnya, yakni : Escherichia colli O157:H7,

Salmonella spp. Dan Listeria monocytogenes termasuk kelompok

bakteri penyebab keracunan pangan yang mampu membentuk

biofilm pada produk unggas maupun ternak, serta buah dan


sayuran segar (Dewanti and Wong, 1995; Stepanovic et al.,

2003; Mahmoud et al., 2008.

Salmonella spp. khususnya Salmonella enterica ternyata bisa

menyebabkan terjadinya penyakit Salmonellosis. Gejala umum

penyakit ini adalah terjadinya kram pada dada, diare dan

demam selama kurang lebih 4-7 hari (CDC, 2008a). Ternak dan

unggas biasanya mudah terinfeksi S. enterica, namun beberapa

binatang lainnya seperti kucing dan tupai dapat pula

menjadi media pembawa penyakit ini. Hal yang perlu

diwaspadai adalah bakteri ini dapat memicu terbentuknya

biofilm pada melon ketika disimpan pada 10-20 C selama 24

jam (Annous et al., 2004; Annous et al., 2005). Bahan – bahan

sanitasi juga tidak efektif ketika digunakan untuk

mengeluarkan atau menginaktivasi biofilm S. Enterica pada

melon, khususnya ketika patogen tersebut telah tersebar

pada buah selama lebih dari 24 jam (Ukuku and Sapers 2001).

Namun demikian, pola pembentukan biofilm oleh Salmonella spp.

dipengaruhi interaksi dinamis antara faktor pasokan nutrisi

dan ketersediaan oksigen (Gerstel and Romling, 2001).


Gambar 2.4.

Tampilan fisik melon dipenuhi koloni bakteri E.colli

(Mahmoud et all, 2008)

2. Sistem Perairan

Dalam suatu survei pada aliran sampah, populasi

bakteri sesil (biofilm) melebihi sel planktonik sebanyak

200 unit logaritma. Kandungan nutrisi yang tinggi tersedia

dalam sistem limbah, merangsang pertumbuhan biofilm.

Biofilm yang melekat pada pipa logam dapat menyebabkan

korosi. Potensi korosi dibangun antara permukaan logam yang

tidak dikoloni dan permukaan logam yang dikoloni oleh

biofilm. Perbedaan pH sekitar 1,5 unit dapat terjadi pada

zona yang lebih rendah dari biofilm yang tumbuh pada

permukaan metalik.

Di lingkungan laut, suksesi kerusakan secara ekologi

pada permukaan benda/substrat misalnya karet, pastik, kayu,

dan besi, diinisiasi oleh perlekatan secara permanen

mikroba laut yang bersifat heterotrofik (Disalvo dan

Daniels, dalam Atlas1975). Selanjutnya, akan diperparah oleh

inveretebrata seperti cacing teredo, molusca, bernacle, polycaheta,

brachopoda, sponges, dan bryozoa. Dibawah kondisi euphotik,

mikroalga dan makroalga juga berperan dalam kerusakan

tersebut (Sieburth dalam Atlas, 1993).

Biofilm dapat tumbuh dengan baik pada shower karena

didukung oleh lingkungan yang berubah lembab dan hangat


dari air yang mengalir. Biofilm juga dapat terbentuk

pada bagian dalam pipa sehingga mengakibatkan penyumbatan

dan korosi (http://en.wikipedia.org/wiki/Biofilm).

Pada sistem pembuangan atau pengolahan limbah,

terdapat berbagai macam organisme termasuk bakteri,

protozoa, dan rotifera. Biasanya sistem tersebut

dilengkapai oleh penyaring. Penyaring tersebut seringkali

ditutupi oleh biofilm. Bakteri yang terdapat dalam biofilm

berperan dalam menangkap materi organik dan

menguraikannya, sedangkan protozoa dan rotifera berperan

dalam menguraikan dan membuang suspensi padat, termasuk

patogen dan mikroba (http://en.wikipedia.

org/wiki/Biofilm).

Gambar Berbagai dampak Biofilm bagi lingkungan perairan

3. Dampak Bagi Kesehatan


Dalam kehidupan sehari-hari biofilm banyak dijumpai di

sekitar kita. Salah satu contohnya adalah karang gigi.

Karang gigi biasanya adalah lapisan biofilm dari bakteri

Streptococcus. Biofilm yang dapat terdiri dari multi

lapisan ini menempel pada permukaan gigi dan dapat

menyebabkan caries gigi. Penelitian biofilm pada gigi ini

berdampak luas pada ilmu kedokteran gigi dan kesehatan

mulut. Biofilm juga terdapat pada bagian tubuh manusia

lainnya.

Biofilm dalam tubuh manusia biasanya menjadi masalah

ketika terjadi pencangkokan organ buatan. Koloni

mikroorganisme patogen dalam bentuk biofilmlah yang

biasanya menyebabkan infeksi dan penolakan penanaman organ

baru tersebut ke tubuh pasien. Mikroba penghuni biofilm

yang menutupi permukaan organ buatan itu sulit dijangkau

oleh antibiotik dan dapat menebarkan infeksi yang berujung

pada penolakan tubuh terhadap organ yang dicangkok. Dalam

prespektif industri, biofilm juga dipandang sebagai

gangguan. Sebagai contoh, biofilm yang terdapat pada pipa-

pipa minyak atau saluran air dapat menyebabkan korosi pipa

secara pelan tetapi pasti, sehingga menyebabkan kebocoran

pipa.

Biofilm meningkat resitance Antibiotik. Dengan

mikroorganisme sangat resisten terhadap pengobatan

antimikroba dan gigih terikat

ke permukaan. Bio film campur

dalam Terapi Antibiotik

Bakteri yang tumbuh dalam


biofilm sangat resisten terhadap antibiotik, hingga 1.000

kali lebih tahan daripada bakteri yang sama tidak tumbuh

dalam biofilm. Dalam menangani Biofilm dibutuhkan

konsentrasi yang lebih tinggi dari Antibiotik. Biofilm

adalah sangat sulit untuk diobati dengan antimikroba .

Antimikroba mungkin mudah dilemahkan atau gagal untuk

menembus ke dalam biofilm . Selain itu, bakteri dalam

biofilm telah meningkat ( hingga 1000 kali lipat lebih

tinggi ) resistensi terhadap senyawa antimikroba.

Sekitar 80% dari semua penyakit infeksi mikrobial

pada manusia diketahui berhubungan dengan biofilm

(http://grants.nih.gov.html). Misalnya, infeksi saluran

urin, infeksi catheter, infeksi telinga tengah,

pembentukan dental plaque dan gingivitis (Karatan and

Watnick, 2009), terbentuknya lapisan pada lensa kontak

(Imamura et al, 2008), endocarditis, infeksi cystic fibrosis,

dan infeksi permanen pada sambungan prostheses dan heart

valves (Lewis, 2001; Parsek and Singh, 2003). Pada hampir

80% dari seluruh pasien pengidap sinusitis kronis,

ditemukan biofilm pada jaringan sampel operasinya yang

ditandai dengan cilia dan sel goblet yang tidak normal

(cenderung seperti hilang/lebih pendek) (Sanclement et al,

2005).

Sejumlah besar orang yang terkena infeksi biofilm yang

berkembang pada perangkat medis implan dalam tubuh seperti

kateter ( tabung yang digunakan untuk melakukan cairan

dalam atau keluar dari tubuh ), sendi buatan , dan katup

jantung mekanik.


Mikroorganisme dapat melampirkan dan mengembangkan

biofilm pada komponen katup jantung mekanis dan jaringan

sekitar jantung , yang mengarah ke kondisi yang dikenal

sebagai katup prostetik endokarditis . Mikroorganisme yang

bertanggung jawab untuk kondisi ini adalah Sthaphylococcus

epidermidis , S. aureus , Streptococcus spp . , Basil gram negatif ,

diphtheroid , enterococci , dan Candida spp . Organisme ini mungkin

berasal dari kulit , peralatan seperti kateter, vena

sentral,atau perawatan gigi .

Kateter urin adalah lateks atau silikon perangkat

tubular , bila dimasukkan dapat dengan mudah memperoleh

biofilm pada permukaan dalam atau luar. Mikroorganisme yang

biasa mencemari perangkat ini dan mengembangkan biofilm

adalah Sthaphylococcus epidermidis , Enterococcus faecalis , E. coli , Proteus

mirabilis , P. aeruginosa , K. pneumoniae , dan organisme gram -

negatif lainnya. Semakin lama kateter kemih tetap di tempat

, semakin besar kecenderungan organisme untuk mengembangkan

biofilm dan mengakibatkan infeksi saluran kemih.

Contoh yang paling sering mengemuka mengenai hubungan

biofilm dengan penyakit gigi adalah dental caries.

Polimer air ludah dan produk ekstraseluler bakteri biofilm

akan membentuk dental plaque pada gigi semua jenis hewan. Gigi

yang terkena dental plaque dan tidak segera dibersihkan, akan

cepat mengalami tooth decay/ dental caries/ cavity yaitu penyakit

yang disebabkan oleh bakteri dengan cara merusak bagian

gigi yang keras seperti enamel, dentin, dan cementum sehingga

terbentuk lubang pada gigi. Streptococcus mutans dan Lactobacillus

merupakan dua kelompok bakteri yang berperan dalam inisiasi


caries. Selain itu dental plaque akan berakibat pada gum disease

yaitu gingivitis atau inflamasi pada gusi, dan periodontitis atau

sakit pada jaringan periodontium yang mengelilingi dan

memperkuat gigi.

Neisseria gonorrhoeae merupakan patogen manusia yg

sangat spesifik, dapat membentuk biofilm pada permukaan

gelas dan sel manusia. Bakteri ini. diketahui sebagai

penyebab dermatitis-arthritis syndrome, penyakit conjunctivitis,

pharyngitis, proctitis atau urethritis, prostatitis dan orchitis serta infeksi

genital seperti pelvic inflammatory. Gejala infeksinya berbeda-

beda tergantung dari bagian tubuh yang terinfeksi

(Apicella et al, 2010).

Legionellosis adalah penyakit yg disebabkan oleh Legionella,

biasa menginfeksi pekerja pada tower pendingin, orang yang

beraktivitas di ruangan ber-AC, dan pengguna shower yang

tidak didesain, dikonstruksi, dan dipelihara dengan baik

sehingga tercemar oleh Legionella (Murga et al, 2001).

Biofilm juga dapat terbentuk pada permukaan dan dalam

jaringan tumbuhan dan mengakibatkan penyakit tumbuhan

(http://www.cs.montana. edu.htm). Contoh penyakit tumbuhan

yang berhubungan dengan biofilm antara lain Citrus Canker

pada jeruk, Pierce's Disease pada anggur, dan Bacterial Spot pada

banyak tumbuhan termasuk tomat dan cabai

(http://grants.nih.gov.html).


http://grants.nih.gov.html/

Gambar berbagai penyakit yang ditimbulkan oleh Biofilm


BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Berdasarkan pembahasan diatas, maka dapat

penulis simpulkan sebagai berikut.

1. Biofilm merupakan sebuah struktur komunitas dari

bakteri, algae atau jenis sel lainnya yang

menghasilkan matriks polimerik dan melekat pada

permukaan.

2. Proses pembentukan biofilm dapat dibedakan menjadi

tiga tahapan besar yaitu, tahap invasi, tahap

kolonisasi serta tahap pertumbuhan.

3. Penyusun utama biofilm adalah ekstra polymeric substance

(EPS) yang merupakan kelompk dari senyawa

polisakarida. EPS ini di ekskresikan oleh sel yang

memiliki berbagai fungsi dalam kehidupan sel.

4. Biofilm memiliki beberapa manfaat dalam kehidupan

manusia, seperti sebagai biofiltrasi, bioremediasi,

biobarrier, serta bioreactor.

5. Selain memiliki manfaat, biofilm juga memiliki dampak

negative terhadap kehidupan manusia, seperti dapat

merusak makanan, penyebab pipa korosi, menganggu

kesehatan manusia, serta dampak lainnya.

3.2 Saran

Saran yang dapat penulis berikan kepada para

pembaca adalah senantiasa tetap menjaga kebersihan diriMakalah BIOFILM- MK BIOTEKNOLOGI Page 38

kita dan lingkungan dari berbagai mikroorganisme yang

bersifat pathogen. Selain itu, menjaga kebersihan pangan

juga sangat penting, sebab mikroorganisme bisa tumbuh di

makanan.

.

DAFTAR PUSTAKA

Barbara, V., Miao, C., Russell, J., Crawford, dan Elena, P.

I..,2009, Bacterial Extracellular Polysaccharides Involved in

Biofilm Formation, Molecules journal, 2535 – 2554;

doi :10.3390 / molecules 14072535, www.mdpi.com,

diunduh pada tanggal 20 mei 2014

Campbell, Neil A. 2004. Biologi Edisi Kelima Jilid III. Jakarta: Erlangga

Desouky, A.E.H., Usama, B., Abdu, O. A, Hassan, M. dan

Sahar, Z., 2003, Effects of mixed nitrogen sources on

biodegradation of phenol by immobilized Acinetobacter sp. strain

W-17, African Journal of Biotechnology.


Joseph A. Moss, Andreas Nocker, Joe E. Lepo, and Richard A.

Snyder*, 2006 , Stability and Change in Estuarine Biofilm

Bacterial Community Diversity Center for Environmental

Diagnostics and Bioremediation, APPLIED AND ENVIRONMENTAL

MICROBIOLOGY, University of West Florida, Pensacola,

Florida 32514, Copyright © 2006, American Society for

Microbiology. All Rights Reserved.

Pelczar.1988. Microbiology an Introduction. Fourth Ed : The

Benjamin Cummings Publishing Company, Inc.

Ristiati, Ni Putu. 2008. Mikrobiologi Lingkungan. Denpasar :Bagian Ilmu Faal Fakultas Kedokteran Udayana

Rheinhemer, 1991. Laboratory Experiments in Microbiology. California

: Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc.

Sanny, iqbal. 2010. Peranan Bakteri dalam Kehidupan. (Online)

(http://communityerosi.blogspot.com) diakses tanggal

21 Mei 2014

Suriawira U, 1995. Pangantar Mokrobiologi Umum. Bandung:

Angkasa

Tim Perkamusan Ilmiah, 2005. Kamus Pintar Biologi. Surabaya:

Citra Wacana

Uherek, Elmar. 2008. Siklus Belerang.http://www.atmosphere.mpg.de/ (diakses 22 Mei 2014)

Wirawan, Denny. 2011. Peran Mikroorganisme Dalam Kehidupan.

(Online) (http://denny9f.blogspot.com) diakses tanggal

21 mei 2014.


http://www.atmosphere.mpg.de/

Documents

Makalah biofilm