minggu 10 pertumbuhan mikroba

5/28/2018 minggu 10 pertumbuhan mikroba

1/11

Pertumbuhan Mikroba

PERTUMBUHAN MIKROBIA

Pertumbuhanindividu sel

hasil daripembelahan sel.

Pada uniseluler

pembelahan sel = pertambahan jumlah individu.

Pada multiselulerpembelahan sel = pembentukan jaringan atau

bertambah besar jasadnya

pertambahan jumlah individunya

PertumbuhanPertumbuhan

MikrobiaMikrobia

pertumbuhan masing-masing individu sel

pertumbuhan kelompok sel atau

pertumbuhan populasi

Pertumbuhan kelompok sel / populasi ??????


2/11

Pertumbuhan Kelompok sel / Populasi

dapat diamati dari meningkatnya jumlah sel atau

massa sel (berat kering sel)

BakteriBakteri memperbanyakmemperbanyak diridiri dengandengan pembelahanpembelahan binerbiner

PertumbuhanPertumbuhan dapatdapat diukurdiukur daridari bertambahnyabertambahnyajumlahjumlah selsel..

Metoda Pengukuran ????

Waktu yang diperlukan untuk membelah diri ????

Kecepatan pertumbuhan ?????

Karakter pertumbuhan dalam sistem batch (tertutup) ?????

Karakter Pertumbuhan dalam sistem kontinu ???

Waktu yang diperlukan untukmembelah diri ???? WAKTU GENERASI :WAKTU GENERASI : waktu untuk membelah diri dari

satu sel menjadi dua sel sempurna

waktu penggandaan / doubling time : waktu yang diperlukanoleh sejumlah sel atau massa sel menjadi dua kalijumlah/massa sel semula

Kecepatan pertumbuhan : perubahan jumlah atau massa sel

per unit waktu ()

Waktu penggandaan tidak sama antara berbagai mikrobia,dari beberapa menit, beberapa jam sampai beberapa haritergantung kecepatan pertumbuhannya.


3/11

Perhitungan Waktu Generasi

A. Menggunakan persamaan

Dari hal tersebut dapat dirumuskan menjadi:

N = N0 2n N: jumlah sel akhir,

N0: jumlah sel awal,

n : jumlah generasi

Dari hasil pembelahan sel secara biner:

1 sel menjadi 2 sel

2 sel menjadi 4 sel 21 menjadi 22 atau 2x2

4 sel menjadi 8 sel 22 menjadi 23 atau 2x2x2

t: waktu pertumbuhan eksponensial,

n: jumlah generasi

Dalam bentuk logaritma,

rumus N = N0 2n menjadi:

log N = log N0 + n log 2

log N log N0 = n log 2

2log

NlogNlog 0=n

0,301

NlogNlog 0=n

0,301

107)(5xlog108log=n

10,301

7,6-8

==n

n

t=generasiwaktu

Contoh : Hitung waktu generasi

N = 108 , N0 = 5x107 , t = 2 jam

Dengan rumus dalam bentuk

logaritma:

Jadi

n

t=generasiwaktu

n

t=generasiwaktu = 2 jam

N = N0 2n

N: jumlah sel akhir,

N0: jumlah sel awal,

n : jumlah generasi


4/11

dihitung dari slope garis dalam plot

semilogaritma kurva pertumbuhan

eksponensial

Persamaan

Perhitungan Waktu Generasi

B. Menggunakan Grafik Pertumbuhan

Slope

0,301generasiwaktu =

Pengukuran Pertumbuhan diukur dari perubahan jumlah sel atau berat kering massa sel

Metode

pengukuran

Mengukur jumlah sel total yang tidak

membedakan jumlah sel hidup atau mati

Mengukur jumlah sel hidup (viable count)

Mengukur

jumlah sel

total yang

tidakmembedakan

jumlah sel

hidup atau

mati

Pengamatan mikroskopis

Dalam bentuk sampel kering yang diletakkan di permukaan gelas

benda (slide)

Dalam sampel cairan metode counting chamber, contoh :

Petroff-Hausser Bacteria Counter (PHBC)

Haemocytometer untuk menghitung khamir, spora, atau sel-

sel yang ukurannya relatif lebih besar dari bakteri

Mengukur jumlah sel hidup (viable count)....???


5/11

Mengukur jumlahMengukur jumlah

sel hidupsel hidup

(viable count)(viable count)

Metode plate count

atau colony count

Ditaburkan pada medium agar sehingga

satu sel hidup akan tumbuh

membentuk satu koloni, jadi jumlah

koloni dianggap setara dengan jumlah sel

Metode taburan hanya di permukaan(spread plate method)

Metode taburan ke seluruh bagian

media (pour plate method).

Filter membran / MPN (Most

Probable Number) yang

menggunakan medium

cair.

mengukur turbiditas

(kekeruhan) cairan medium

tumbuh

Massa sel dapat dipisahkan dari cairan

mediumnya menggunakan alat sentrifuge sehingga dapat

diukur berat keringnya (dikeringkan dahulu dengan

pemanasan pada suhu 90oC-1100C semalam) satuannya

mg/l.

Menghitung

volume massa

(berat) sel

Memakai alat photometer

Memakai alat spektrofotometer

Perhitunganbakteri dalam

susu, air, makanan, dsb

Biasanya

dibuat seri

pengenceran

Mengukur jumlah sel hidup melalui pengukurakekeruhan cairan medium

1. Alat photometer (penerusan cahaya)1. Alat photometer (penerusan cahaya),,Semakin pekat atau semakin banyak populasi mikroba maka cahaya yangditeruskan semakin sedikit.

Jumlah

sel

berdasar

kan

metoda

penguku

ran lainAngka yang ditunjukkan

spektrofotometer

Langkah 1. Sebelumnya dibuat kurva standar

berdasarkan pengukuran jumlah sel dengan

cara lain (misal jumlah total, jumlah hidup

saja, atau metoda berat kering sel).

Langkah 2. Setelah kurva standar tersedia,hasil pengukuran diplot terhadap kurva

standarnya baru kemudian diketahui jumlah

selnyaUnit photometer atau OD proporsional dengan massa sel dan juga jumlahsel, sehingga cara ini dapat digunakan untuk memperkirakan jumlah ataumassa sel secara tidak langsung.

2. Spektrofotometer (optical density/ OD)2. Spektrofotometer (optical density/ OD),kurva standar


6/11

Pertumbuhan Populasi Mikroba

Jenis Reaktor pertumbuhanJenis Reaktor pertumbuhan Biakan sistem tertutup (batch culture)

Mikroba diberikan nutrisi (dalam media) satu kali, selanjutnya tidak ada

aliran masuk dan keluar

Biakan sistem terbuka (continous culture)

Ada aliran masuk dan keluar nutrisi (dalam media). Aliran masuk = alirankeluar sehingga jumlah cairan di dalam reaktor tetap.

Bakteri yang dimasukkan ke dalam medium baru yang sesuai :

Tumbuh memperbanyak diri.

Grafik atau kurva pertumbuhan :jumlah bakteri dihitung pada waktu-waktu tertentu

dibuat grafik hubungan antara jumlah bakteri dengan waktu.

Pertumbuhan populasi mikrobiaPada biakan sistem tertutup

FaseFase--fase pertumbuhanfase pertumbuhan

fase permulaan,

fase pertumbuhan lambat,

fase pertumbuhan logaritma (eksponensial),

Fase pertumbuhan yang mulai terhambat,

fase stasioner / statis,

fase kematian lambat,

fase kematian logaritma.


7/11

Kurva tumbuh

Fase-fase Pertumbuhan Pada Biakan

Sistem Tertutup (Batch) Fase permulaan bakteri baru menyesuaikan diri dengan

lingkungan yang baru, sehingga sel belum membelah diri

Fase pertumbuhan lambat (lag phase ) . Sel mikrobia mulaimembelah diri pada, tetapi waktu generasinya masih panjang.

Fase pertumbuhan logaritma atau pertumbuhan eksponensial :Kecepatan sel membelah diri paling cepat waktu generasisingkat dan konstan metabolisme sel paling aktif, sintesisbahan sel sangat cepat dengan jumlah konstan sampai nutrienhabis.

Fase pertumbuhan melambat nutrien atau terjadinyapenimbunan hasil metabolisme yang menyebabkanterhambatnya pertumbuhan, kecepatan pembelahan selberkurang dan jumlah sel yang mati mulai bertambah.


8/11

Fase-fase Pertumbuhan Pada Biakan

Sistem Tertutup (Batch)

Fase stasioner /statis. Terjadi penumpukan produk racun /kehabisan nutrien. Jumlah sel hidup hasil pembelahan samadengan jumlah sel yang mati, sehingga jumlah sel hidupkonstan, seolah-olah tidak terjadi pertumbuhan (pertumbuhannol).

Pada fase kematian lambat kecepatan kematian sel terusmeningkat sedang kecepatan pembelahan sel nol

fase kematian logaritma

Kecepatan kematian sel mencapai maksimal, sehingga jumlah

sel hidup menurun dengan cepat seperti deret ukur.Walaupun demikian penurunan jumlah sel hidup tidakmencapai nol, dalam jumlah minimum tertentu sel mikrobiaakan tetap bertahan sangat lama dalam medium tersebut.

Analisis Pertumbuhan Eksponensial1. Konstanta kecepatan pertumbuhan ()

Mengapa dianalisa ?

digunakan untuk memperkirakan kecepatan pertumbuhanpopulasi dari masing-masing aktivitas sel individual dapatdigunakan untuk mengetahui dinamika pertumbuhan secarateoritis

Gunanya : misalnya untuk dasar dalam pengaturanpertumbuhan dalam sistem kontinu

Rumus matematika pertumbuhan menggunakan persamaandiferensial:

..............................................................(1)

X: jumlah sel / komponen sel spesifik

: konstanta kecepatan pertumbuhan

Xt

X=


9/11

Dalam bentuk logaritma dengan bilangan dasar e, rumusyang menggambarkan

aktivitas populasi mikrobia dalam biakan sistem tertutupadalah:

ln X = ln X0 + (t)......................................................(2)X0: jumlah sel pada waktu nol,

X : jumlah sel pada waktu t,

t : waktu pertumbuhan diamati.

Dalam bentuk antilogaritma menjadi:X = X0e

t ......................................................................(3)

Analisis Pertumbuhan Eksponensial2. Waktu generasi (waktu penggandaan,k)Parameter penting untuk konstante pertumbuhan populasi secara eksponensial adalah waktu

generasi (waktu penggandaan).

Penggandaan populasi terjadi saat

Sehingga rumus (3)

menjadi:

2 = e (t generasi) .... .................................................................................... (4)

Dalam bentuk logaritma dengan bilangan dasar e:

......................................................................(5)

Waktu generasi (t generasi) dapat digunakan untuk mengetahui parameter lain, seperti k( konstante kecepatan pertumbuhan) sebagai berikut:

......................................................................(6)

Untuk biakan sistem tertutup, kombinasi persamaan 5 dan 6 menunjukkan bahwa 2

konstante kecepatan pertumbuhan dan k saling berhubungan:

= 0,693 k ....................................................................................................(7)

generasit

2ln=

20

=X

generasit

0,693=

generasit

1=k


10/11

Perbedaan

dan k ??? keduanya menggambarkan proses pertumbuhan yang

sama dari peningkatan populasi secara eksponensial.

Perbedaannya

merupakan konstante kecepatan pertumbuhan yangberlaku, yang digunakan untuk memperkirakankecepatan pertumbuhan populasi dari masing-masingaktivitas sel individual dan dapat digunakan untukmengetahui dinamika pertumbuhan secara teoritis,

k adalah nilai rata-rata populasi pada periode waktuterbatas, yang menggambarkan asumsi rata-rata

pertumbuhan populasi.

Contoh perhitungan k

Bilangan dasar yang digunakan untuk kerapatan populasi sel adalah 10,sehingga persamaan (3) apabila dirubah menjadi bentuk logaritma berdasarkan

bilangan 10 (log 10) dan k disubstitusi dengan , rumusnya menjadi:

Contoh 1:

X0 = 1000 = 103 log10 dari 1000 = 3

Xt = 100.000 = 105 log 10 dari 100.000 = 5

t = 4 jam

waktu generasi (t generasi) = 0,60 jam = 36 menit

Contoh 2:X0 = 1000 = 10

3 log10 dari 1000 = 3

Xt = 100.000.000 = 108 log 10 dari 100.000.000 = 8

t = 120 jam

waktu generasi (t generasi) = 7,2 jam = 430 menit

t0,301

XXlog 0t10=k

jam/generasi1,664x0,301

35==k

jam/generasi138,0201x0,301

38==k


11/11

Biakan Sistem Terbuka (Continuous

culture) dalam Khemostat Ukuran populasi dan kecepatan pertumbuhan dapat diatur pada nilai

konstan menggunakan khemostat (reaktor yang memiliki aliran inlet danoutlet)

Sel dapat dipertahankan terus menerus pada fase pertumbuhaneksponensial / fase pertumbuhan logaritma.

Ada aliran keluar untuk mempertahankan volume biakan dalamkhemostat sehingga tetap konstan (misal V ml).

Untuk mengatur proses di dalam khemostat :

Diatur kecepatan aliran medium dan kadar substrat (nutrien pembatas) Sebagai nutrien pembatas dapat menggunakan sumber C (karbon),

sumber N atau faktor tumbuh.

Jika aliran masuk ke dalam tabung biakan adalah W ml/jam, maka

kecepatan pengenceran kultur (dilution rate)adalah D = W/Vper jam.

Populasi sel dalam tabung biakan dipengaruhi oleh : peningkatan populasi hasil pertumbuhan

pengenceran kadar sel sebagai akibat penambahan medium baru

pelimpahan aliran keluar tabung biakan.

Kecepatan pertumbuhannya dirumuskan sebagai :

Pada keadaan mantap (steady state), maka = D, sehinggadX

/dt = 0.

Pada sistem continous :

Sel seolah-olah dibuat dalam keadaan setengah kelaparan, dengan nutrien pembatas.

Kecepatan pertumbuhan adalah sebagai fungsi konsentrasi nutrien

Kadar nutrien yang rendah menyebabkan kecepatan pertumbuhan berbanding lurusdengan kadar nutrien atau substrat tersebut

Persamaan:

= max S / (Ks + S)

max : kecepatan pertumbuhan pada keadaan nutrien berlebihan

S : konstante nutrien

Ks : konstante pada konsentrasi nutrien saat = max.

XD

DXXt

X

)( =

=

minggu 10 pertumbuhan mikroba

Documents

Transcript of minggu 10 pertumbuhan mikroba