Upload
danzbro
View
907
Download
68
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Pembentukan biofilm
Citation preview
PEMBENTUKAN BIOFILM
ABSTRACT
Praktikum Mikrobiologi Air dengan judul “Pembentukan Biofilm” bertujuan untuk mengetahui apa saja mikroorganisme penyusun biofilm dan proses pembentukan biofilm. Praktikum dilaksanakan pada tanggal 1 maret 2012 di Laboratorium Selatan Mikrobiologi Fakultas Pertanian, Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. Bahan yang digunakan adalah sampel air sumur, air kolam ikan, air selokan, air sawah, air PDAM, dan medium NA. Alatnya adalah petridish, Erlenmeyer, deckglass, pinset, dan Bunsen. Pertama-tama medium Na cair dituang kedalam petridish steril, ditunggu memadat. Lalu sebanyak 6 buah deckglass ditancapkan secara tegak lurus pada medium yang sudah padat dalam petridish. Sampel air dituang ke atas medium hingga ¾ dari tinggi petridish. Lalu diinkubasi pada suhu kamar sekitar 3 minggu. Cara ini diperlakukan untuk semua sampel dan dilakukan pengamatan di setiap minggunya. Namun hasil yang diperoleh belum sesuai harapan. Preparat yang diuji pada pengamatan terakhir belum menunjukkan terbentuknya biofilm. Ini disebabkan terjadinya kompetisi antar bakteri sehingga biofilm belum terbentuk sempurna.
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
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 (Wikipedia, 2012).
Biofilm berkembang di permukaan keras yang cenderung lembab dalam lingkungan
akuatik, peralatan industri dan masih banyak lagi. Permukaan hidup itu berisi banyak tipe
mikroorganisme seperti fungi, bakteri,, archae, algae, dan protista. Biofilm juga dapat
berkembang di alat-alat industri sebagai penukar panas dalam pipa-pipa pembuangan limbah.
Ini bisa menimbulkan korosi pada alat-alat perindustrian. (Dong, H.Choi, et all, 2010).
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 (Ratih Dewanti & Hariadi, 2002).
B. Tujuan
1. Mengetahui keragaman mikroorganisme pembentuk biofilm dari lingkungan.
2. Mengetahui proses-proses pembentukan biofilm
II. TINJAUAN PUSTAKA
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.
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 (Yoo, ES.2000).
Jarak ketebalan dari beberapa mikron sampai lebih dari 1000 mikron.
Permukaan tidak rata (kasar)
Spesies heterogen
Tersusun dari dua bagian, yaitu dasar biofilm dan permukaan biofilm.
Biofilm lebih toleran terhadap bahan kimia dan sejenisnya. Oleh karena itu bisa
mengontrol dan mengeliminasi sel planktonik. Lebih dari itu,standar test membuktikan
bahwa komunikasi antar mikroorganisme yang terjadi dalam biofilm dapat membuat biofilm
mereduksi senywa kimia seperti detergen (Jasmin Gattlen et all, 2010).
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 (Rheinheimer G. 2000).
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 (Suriawiria,
2001).
Proses Terbentuknya Biofilm
Bakteri di habitat alamiah umumnya dapat hidup dalam dua lingkungan fisik yang
berbeda:
Keadaan planktonik, berfungsi secara individu dan
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, sedangkan banyak 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 (Evi Damayanti, 2001).
III. METODOLOGI
Praktikum Mikrobiologi Air dengan acara “Pembentukan Biofilm” dilaksanakan
pada tanggal 1 maret 2012 di Laboratorium Selatan Mikrobiologi Fakultas Pertanian,
Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. Bahan yang digunakan adalah sampel air sumur, air
kolam ikan, air selokan, air sawah, air PDAM, dan medium NA. Alatnya adalah petridish,
Erlenmeyer, deckglass, pinset, dan Bunsen. Pertama-tama medium Na cair dituang kedalam
petridish steril, ditunggu memadat. Lalu sebanyak 6 buah deckglass ditancapkan secara tegak
lurus pada medium yang sudah padat dalam petridish. Sampel air dituang ke atas medium
hingga ¾ dari tinggi petridish. Lalu diinkubasi pada suhu kamar sekitar 3 minggu. Cara ini
diperlakukan untuk semua sampel dan dilakukan pengamatan di setiap minggunya.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil
(Foto Penampakan mikroskopis yang diduga Biofilm dari air kolam perbesaran 100x)
(Foto Penampakan mikroskopis yang diduga Biofilm dari air sumur perbesaran 10x)
(Foto Penampakan mikroskopis yang diduga Biofilm dari air selokan)
Foto-foto diatas adalah hasil yang diduga adalah biofilm. Dan ternyata foto diatas
bukanlah biofilm. Melainkan kumpulan mikroorganisme yang belum sempurna membentuk
biofilm. Ini disebabkan terjadi kompetisi antar bakteri pembentuk biofilm sehinga formasi
biofilm belum terbentuk sempurna.
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 menjadi mikrolingkungan yang unik 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 riset
mengenai biofilm menjadi penting dan memperoleh popularitas. 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 dia
juga menguntungkan. Contohnya biofilm dapat untuk memurnikan air dengan cara
menguraikan senyawa-senyawa berbahaya dalam perairan. Sedangkan efek negative biofilm
diantaranya adalah kontaminasi air, makanan, gangguan terhadap alat pendistribusian panas,
dan kontaminasi peralatan medis serta jaringan implant seperti infeksi jantung buatan.
Kolonisasi ini dapat menimbulkan operasi ulang, amputasi bahkan kematian. Dampak ini
sudah menyita perhatian banyak peneliti dari egara-negara maju tseperti Amerika, Australia,
Inggris terutama bidang-bidang terkait dengan mikrobiologi untuk menggali proses
terjadinya biofilm, keaneka ragaman spesies, faktor-faktor pemacu, aakibat dan
pengendalian biofilm (Suriawiria, 2003).
Kepadatan populasi yang rendah adalah karakteristik umum dari komunitas
planktonik pada ekosistim mikroba di alam. Keadaan ologotropik dari ekositim ini
menyiratkan ketidakcukupan masukan nutrient untuk mendukung aktivitas mikroba lebih
jauh. Jika kepadatan populasi rendah, kompetisi antara bakteri secara individu untuk ruang,
oksigen, serta faktor-faktor pembatas lainnya hanya sedikit. Pada keadaan planktonik,
kesempatan bagi induvidu untuk terpecah dari komunitas, khususnya oleh arus dalam fasa
berair, secara relatif tinggi. Hal ini jugai dialami oleh bakteri yang motil, termasuk respon
khemotactic yang sejalan dengan gradien nutrien.
Pada air oligotropik bakteri tumbuh seara aktif walaupun lambat, sedangkan banyak
diantaranya tidak dapat mengambil makanan yang cukup untuk mendukung pertumbuhan
lalu hanya survive pada keadaan lapar. Keadaan suvive-lapar ini memberikan beberapa
kesimpulan adanya kemampuan bakteri untuk bertahan (revert) dalam keadaan diam (sesil).
Seringkali kelaparan disertai oleh mengecilnya ukuran dan respirasi endogenous,
peningkatan hidrofobisitas permukaan sel dan meningkatkan pelekatan. Faktor ini membuat
bakteri cendrung melekat ke permukaan padat, dimana kesempatan untuk mendapatkan
nutrisi lebih tinggi.
Beberapa sel pada populasi yang berbeda dari bakteri planktonik menempel ke
berbagai macam permukaan. Pada sistim mengalir, bakteri yang melekat memperoleh akses
ke sumber nutrien yang kontinyu yang dibawa oleh yang mengalir. Di laboratorium
ditemukan bakteri yang kelaparan, setelah melekat ke permukaan, tumbuh menjadi ukuran
yang normal kemudian memulai reproduksi sel. Pelekatan kontinyu dan pertumbuhan
mendukung pembentukan biofilm.
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. Dengan kata lain terbentuknya biofilm adalah karena adanya daya tarik antara
kedua permukaan (psikokimia) dan adanya alat yang menjembatani pelekatan (matrik
eksopolisakarida) dll.
Walaupun banyak bakteri dapat tumbuh pada keadaan bebas (free-living) atau
planktonik, secara umum mereka melekat ke suatu permukaan dengan menghasilkan
polisakarida ekstra seluller (EPS) atau pada beberapa kasus dengan menggunakan holdfast.
Pelekatan ini menghasilkan mikrokoloni, sebagai awal perkrembangan biofilm yang dimulai
dari satu sel tapi sering berkembang menjadi beberapa bakteri membentuk multilayers
dengan matrik yang hidup pada komunitas komplek. Hampir semua permukaan
berhubungan dengan cairan dan nutrisi akan dikoloni oleh mikroorganisme.
Plak pada gigi adalah salah satu contoh biofilm yang menempel pada lapisan gigi.
Proses pembentukaannya tidak jauh berbeda seperti pembentukan biofilm pada umumnya.
Berikut adalah mekanisme pembentukan plak gigi (Anonim, 2012).
a. Pembentukan pelikel dental
Pembentukan pelikel dental pada permukaan gigi merupakan fase awal dari
pembentukan plak. Pada tahap awal ini permukaan gigi atau restorasi akan dibalut oleh
pelikel glikoprotein. Pelikel tersebut berasal dari saliva dan cairan sulkus, begitu juga
dari produk sel bakteri dan pejamu, dan debris. Komponen khas pelikel pada berbagai
daerah bervariasi komposisinya. Pengamatan terhadap pelikel enamel baru terbentuk
(dua jam) menunjukkan bahwa komposisi asam aminonya berbeda dari komposisi saliva,
hal ini berarti bahwa pelikel dibentuk oleh adsorpsi makromolekul sekitar secara selektif.
Pelikel merupakan suatu lapisan organik bebas bakteri dan terbentuk dalam beberapa
menit setelah permukaan gigi yang bersih berkontak dengan ludah dan pada permukaan
gigi dan berupa material stein yang terang apabila diwarnai dengan bahan pewarna plak.
Pelikel berfungsi sebagai penghalang protektif, yang bertindak sebagai pelumas
permukaan dan mencegah desikasi (pengeringan jaringan). Selain itu pelikel merupakan
substrat tempat bakteri dari sekitarnya melekat. Selain itu, pelikel bekerja seperti perekat
bersisi dua, satu sisi melekat ke permukaan gigi, sedangkan permukaan lainnya
merupakan sisi yang melekatkan bakteri pada permukaan gigi.
b. Kolonisasi awal pada permukaan gigi
Dalam beberapa jam bakteri akan dijumpai pada pelikel dental. Bakteri yang
pertama-tama mengkoloni permukaan gigi yang dibalut pelikel adalah didominasi oleh
mikroorganisme fakultatif gram positif, seperti Actinomices viscosus dan Streptococus
sanguis.18-20 Pengkoloni awal tersebut melekat ke pelikel dengan bantuan adhesin, yaitu
molekul spesifik yang berada pada permukaan bakteri. Adhesin akan berinteraksi dengan
reseptor pada pelikel dental. Masa plak kemudian mengalami pematangan bersamaan
dengan pertumbuhan bakteri yang telah melekat, maupun kolonisasi dan pertumbuhan
spesies lainnya. Dalam perkembangannya terjadi perubahan ekologis pada biofilm, yaitu
peralihan dari lingkungan awal yang aerob dengan spesies bakteri fakultatif gram positif
menjadi lingkungan yang sangat miskin oksigen dimana yang dominan adalah
mikroorganisme anaerob gram-negatif.
c. Kolonisasi sekunder dan pematangan plak
Plak akan meningkat jumlahnya setelah kolonisasi awal permukaan gigi melalui
dua mekanisme terpisah, yaitu:
• Multiplikasi dari bakteri yang telah melekat pada permukaan gigi
• Multiplikasi serta perlekatan lanjut bakteri yang ada dengan bakteri baru
Dalam tiga hari, Pengkoloni sekunder yang tidak turut sebagai pengkoloni awal ke
permukaaan gigi yang bersih, diantaranya Prevotella intermedia, Prevotella loescheii,
spesies Capnocyttophaga, Fusobakterium nucleatum, dan Porphyromonas gingivalis.
Mikroorganisme tersebut melekat ke sel bakteri yang telah berada dalam massa
plak.Interaksi yang menimbulkan perlekatan bakteri pengkoloni sekunder ke bakteri
pengkoloni awal dinamakan koagregasi. Fase akhir pematangan plak pada hari ke 7 ditandai
dengan menurunnya jumlah bakteri gram positif dan meningkatnya bakteri gram negatif
V. KESIMPULAN
Dari praktikum yang telah dilakukan didapatkan bahwa biofilm tersusun dari berbagai
tipe mikroorganisme. Dapat diisi oleh fungi, bakteri, yeast, atau protista.
Jadi proses pembentukan biofilm secara umum berlangsung menjadi 5 tahap yaitu
Pelekatan dimana mikrob melekat pada permukaan suatu benda dan dapat diperantarai oleh
fili. Lalu pelekatan permanen dimana mikrob melekat dengan bantuan eksopolisakarida
(EPS). Lalu terjadi maturasi I atau proses pematangan biofilm tahap awal. Kemudian
maturasi II atau proses pematangan biofilm tahap akhir, mikrob siap untuk menyebar. Dan
akhirnya Dispersi, dimana sebagian bakteri akan menyebar dan berkolonisasi di tempat lain.
Pemicu pembentukkan biofilm salah satunya adalah kondisi lingkungan yang kurang
menguntungkan atau mencekam. Contohnya adalah produksi EPS oleh Escherichia coli
berupa asam dan P. aeruginosa saat ketersediaan nutrisi menipis.
Dari hasil yang didapat, biofilm gagal terbentuk karena terjadi antara kompetisi bakteri
penyusun biofilm.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2012. http://naturaterapi.com/mekanisme-pembentukan-plak-gigi/. Diakses pada
tanggal 28 Maret 2012 pukul 17. 20.
Dewanti, R dan Hariadi. 2002. Pembentukan Biofilm Pada Permukaan Padat. Petunjuk
Praktikum Jurusan Teknologi Pangan dan Gizi, Fakultas Teknologi Pertanian, IPB.
Dong H.Choi, Jae H.Noh, Ok H, Yu, and Yeon S. Kang. 2010. Bacterial Diversity in
Biofilms Formed on Condenser Tube Surfaces in a Nuclear Power Plant.
Biofouling Journal. Vol 26, no 8, November 2010, 953-959.
Evi Damayanti, 2001. Karakterisasi Biofilm pada Escherichia coli Enteropatogen. Skripsi.
Jurusan Biologi, FMIPA Institut Pertanian Bogor.
.http://id.wikipedia.org./wiki/biofilm/. Diakses pada tanggal 27 maret pukul 14.21
Jasmin Gattlen, Caroline Amberg, manfred Zinn, and Laurie Mauclaire. 2010. Biofilms
Isolated from Washing Machines from Three Continents and Their Tolerance to a
Standard Detergent. Biofouling Journal. Vol 26, no 8, November 2010, 873-882.
Rheinheimer, G. 2000. The Aquatic Microbiology. John Wileys & Sons, Chicester. Toronto.
Suriawiria. 2001. Mikrobiologi Air. Penerbit Alumni, Bandung.
Yoo, ES. 2000. Biological and Chemichal Mechanism of Reductive Decolorization od Azzo
dyes biofilm. The Dissertation. Genehmitge, Berlin.
LAPORAN RESMI
PRAKTIKUM MIKROBIOLOGI AIR
ACARA I
PEMBENTUKAN BIOFILM
Disusun Oleh:
Ngurah Kamandanu (11537)
LABORATORIUM MIKROBIOLOGI
PROGRAM STUDI MIKROBIOLOGI PERTANIAN
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS GADJAH MADA
YOGYAKARTA
2012