PERANAN
MIKROORGANISME
Mikroorganisme merupakan jasad hidup yang mempunyai
ukuran sangat kecil (Kusnadi, dkk, 2003). Setiap sel tunggal mikroorganisme
memiliki kemampuan untuk melangsungkan aktivitas kehidupan antara lain dapat
dapat mengalami pertumbuhan, menghasilkan energi dan bereproduksi dengan
sendirinya. Mikroorganisme memiliki fleksibilitas metabolisme yang tinggi
karena mikroorganisme ini harus mempunyai kemampuan menyesuaikan diri yang
besar sehingga apabila ada interaksi yang tinggi dengan lingkungan menyebabkan
terjadinya konversi zat yang tinggi pula. Akan tetapi karena ukurannya yang
kecil, maka tidak ada tempat untuk menyimpan enzim-enzim yang telah dihasilkan.
Dengan demikian enzim yang tidak diperlukan tidak akan disimpan dalam bentuk
persediaan.enzim-enzim tertentu yang diperlukan untuk perngolahan bahan makanan
akan diproduksi bila bahan makanan tersebut sudah ada.
Mikroorganisme ini juga tidak memerlukan tembat yang
besar, mudah ditumbuhkan dalam media buatan, dan tingkat pembiakannya relative
cepat (Darkuni, 2001). Oleh karena aktivitasnya tersebut, maka setiap
mikroorganisme memiliki peranan dalam kehidupan, baik yang merugikan maupun
yang menguntungkan.
Sekilas, makna praktis dari mikroorganisme disadari
tertutama karena kerugian yang ditimbulkannya pada manusia, hewan, dan
tumbuh-tumbuhan. Misalnya dalam bidang mikrobiologi kedokteran dan fitopatologi
banyak ditemukan mikroorganisme yang pathogen yang menyebabkan penyakit dengan
sifat-sifat kehidupannya yang khas. Walaupun di bidang lain mikroorganisme
tampil merugikan, tetapi perannya yang menguntungkan jauh lebih menonjol.
Menurut Schlegel ( 1994) beberapa bukti mengenai peranan mikrobiologi dapat
dikemukakan sebagai berikut:
A.
Proses klasik
menggunakan mikroorganisme
Di
Jepang dan Indonesia sudah sejak zaman dahulu kacang kedelai diolah dengan
menggunakan bantuan fungi, ragi, dan bakteri asam laktat. Bahkan sudah sejak
zaman perang dunia pertama fermentasi terarah dengan ragi digunakan untuk
membuat gliserin. Asam laktat dan asam sitrat dalam jumlah besar yang
diperlukan oleh industri makanan, masing-masing dibuat dengan pertolongan
bakteri asam laktat dan cendawan Aspergillus niger.
B.
Produk
Antibiotika
Penemuan
antibiotik telah menghantarkan pada terapi obat dan industri obat ke era baru.
Karena adanya penemuan penisilin dan produk-produk lain sekresi fungi,
aktinomiset, dan bakteri lain, maka kini telah tersedia obat-obat yang manjur
untuk memerangi penyakit infeksi bakteri.
C.
Proses
menggunakan mikroba
Fermentasi
klasik telah diganti dengan cara baru untuk produksi dan konversi menggunakan
mikroba. Senyawa karotenoid dan steroid diperoleh dari fungi. Sejak ditemukan
bahwa Corynebacterium glutamicum memproduksi glutamat dengan rendemen
tinggi dari gula dan garam amonium, maka telah diisolasi berbagai mutan dan
dikembangkan proses baru yang memungkinkan pembuatan banyak jenis asam amino,
nukleotida, dan senyawabiokimia lain dalam jumlah besar. Mikroorganisme juga
diikutsertakan oleh para ahli kimia pada katalisis sebagian proses dalam
rangkaian sintesis yang panjang; biokonversi oleh mikroba lebih spesifik dengan
rendemen lebih tinggi, mengungguli koversi secara kimia; amilase untuk
hidrolisis pati, proteinase pada pengolahan kulit, pektinase untuk penjernihan
sari buah dan enzim-enzim lain yang digunakan di industri diperoleh dari biakan
mikroorganisme.
D.
Posisi
monopoli dari mikroorganisme
Beberapa bahan dasar yang terutama
tersedia dalam jumlah besar, seperti minyak bumi, gas bumi, dan selulosa hanya
dapat diolah oleh mikroorganisme dan dapat mengubahnya kembali menjadi bahan
sel (biomassa) atau produk antara yang disekresi oleh sel.
E.
Teknik genetika
modern
Kejelasan mengenai mekanisme pemindahan
gen pada bakteri dan peran dari unsur-unsur ekstrakromosom, telah membuka
kemungkinan untuk memindahkan DNA asing ke dalam bakteri. Manipulasi genetik
memungkinkan untuk memasukkan sepotong kecil pembawa informasi genetik dari
manusia ke dalam bakteri sehingga terjadi sintesis senyawa protein yang
bersangkutan. Kegiatan ini sering dilakukan dalam hal pembuatan hormon,
antigen, dan antibodi.
Berdasarkan penjelasan di atas,
mikroorganisme memiliki peranan yang cukup besar dalam kehidupan, baik peranan
yang merugikan maupun yang menguntungkan.
Beberapa peranan yang dimiliki oleh
mikroorganisme antara lain sebagai berikut:
F.
Peranan yang
Merugikan
a.
Penyebab penyakit, baik pada manusia, hewan maupun tumbuhan
Misalnya Strptococcus
pneumoniae penyebab pneumonia dan Corynebacterium diphtheriae
penyebab dipteri.
b. Penyebab kebusukan makanan (spoilage)
Adanya kebusukan pada
makanan dapat disebabkan oleh beberapa jenis bakteri yang tumbuh dalam makanan
tersebut. Beberapa di antara mikroorganisme dapat mengubah rasa beserta aroma
dari makanan sehingga dianggap merupakan mikroorganisme pembusuk. Dalam
pembusukan daging, mikroorganisme yang menghasilkan enzim proteolitik mampu
merombak protein-protein. Pada proses pembusukan sayur dan buah, mikroorganisme
pektinolitik mampu merombak bahan-bahan yang mengandung pektin yang terdapat
pada dinding sel tumbuhan (Tarigan, 1988). Mikroorganisme seperti bakteri, khamir (yeast) dan
kapang (mould) dapat menyebabkan perubahan yang tidak dikehendaki pada
penampakan visual, bau, tekstur atau rasa suatu makanan. Mikroorganisme ini
dikelompokkan berdasarkan tipe aktivitasnya, seperti proteolitik, lipolitik,
dll. Atau berdasarkan kebutuhan hidupnya seperti termofilik, halofilik, dll.
c.
Penyebab keracunan makanan (food borne disease).
Kusnadi, dkk (2003) menjelaskan bahwa bakteri penghasil racun
(enterotoksin atau eksotoksin) dapat mencemari badan air, misalnya spora Clostridium
perfringens, C. Botulinum, Bacillus cereus, dan Vibrio parahaemolyticus.
Spora dapat masuk ke dalam air melalui debu/tanah, kotoran hewan, dan
makanan-limbah. Jika makanan atau minuman dan air bersih tercemari air
tersebut, maka dalam keadaan yang memungkinkan, bakteri tersebut akan
mengeluarkan racun sehingga makanan atau minuman mengandung racun dan bila
dikonsumsi dapat menyebabkan keracunan makanan. Bahkan menurut Dwidjoseputro
(2005) pada makanan yang telah dipasteurisasi pun juga dapat mengandung racun
(toksin) . Makanan yang telah dipasteurisasi kemudian terus menerus disimpan di
dalam kaleng pada temperatur kamar, dapat mengandung racun yang berasal dari Clostridium
botulinum. Spora-spora dari bakteri ini tidak mati dalam proses
pasteurisasi. Dalam keadaan tertutup (anaerob) dan suhu yang menguntungkan,
maka spora-spora tersebut dapat tumbuh menjadi bakteri serta menghasilkan
toksin. Racun yang dihasilkan tidak mengganggu alat pencernaan, melainkan
mengganggu urat saraf tepi.
d.
Menimbulkan pencemaran
Materi fekal yang masuk ke dalam badan air, selain membawa bakteri
patogen juga akan membawa bakteri pencemar yang merupakan flora normal saluran
pencernaan manusia, misalnya E. coli. Kehadiran bakteri ini dapat
digunakan sebagi indicator pencemaran air oleh materi fekal.
G.
Peranan yang
Menguntungkan
Banyak
yang menduga bahwa mikroorganisme membawa dampak yang merugikan bagi kehidupan
hewan, tumbuhan, dan manusia, misalnya pada bidang mikrobiologi kedokteran dan
fitopatologi banyak ditemukan mikroorganisme yang pathogen yang menyebabkan
penyakit dengan sifat-sifat kehidupannya yang khas. Meskipun demikian, masih
banyak manfaat yang dapat diambil dari mikroorganisme-mikroorganisme tersebut.
Penggunaan mikroorganisme dapat diterapkan dalam berbagai bidang kehidupan,
saperti bidang pertanian, kesehatan, dan lingkungan. Beberapa manfaat yang
dapat diambil antara lain sebagai berikut:
a.
Bidang pertanian
Dalam bidang
pertanian, mikroorganisme dapat digunakan untuk peningkatan kesuburan tanah
melalui fiksasi N2, siklus nutrien, dan peternakan hewan. Nitrogen bebas merupakan komponen terbesar udara. Unsur
ini hanya dapat dimanfaatkan oleh tumbuhan dalam bentuk nitrat dan pengambilan
khususnya melalui akar. Pembentukan nitrat dari nitrogen ini dapat terjadi
karena adanya mikroorganisme. Penyusunan nitrat dilakukan secara bertahap oleh
beberapa genus bakteri secara sinergetik.
Dalam Dwidjoseputro (2005) dijelaskan bahwa ada beberapa genera
bakteri yang hidup dalam tanah (misalnya Azetobacter, Clostridium, dan
Rhodospirillum) mampu untuk mengikat molekul-molekul nitrogen guna
dijadikan senyawa-senyawa pembentuk tubuh mereka, misalnya protein. Jika
sel-sel itu mati, maka timbullah zat-zat hasil urai seperti CO2 dan
NH3 (gas amoniak). Sebagian dari amoniak terlepas ke udara dan
sebagian lain dapat dipergunakan oleh beberapa genus bakteri (misalnya Nitrosomonas
dan Nitrosococcus) untuk membentuk nitrit. Nitrit dapat dipergunakan
oleh genus bakteri yang lain untuk memperoleh energi daripadanya. Oksidasi
amoniak menjadi nitrit dan oksidasi nitrit menjadi nitrat berlangsung di dalam
lingkungan yang aerob. Peristiwa seluruhnya disebut nitrifikasi.
Pengoksidasian nitrit menjadi nitrat dilakukan oleh Nitrobacter.
Proses nitrifikasi ini
dapat ditulis sebagai berikut:
2NH3 + 3O2
Nitrosomonas, Nitrosococcus 2HNO2 + 2H2O
+ energi
2HNO2 + O2
Nitrobacter 2HNO3 + energi
Selain itu, mikroorganisme ini juga dapat digunakan
sebagai agen pembusuk alami, yang akan mendekomposisi sampah-sampah organik
menjadi materi inorganik sehingga dapat mengurangi kuantitas sampah,
menyuburkan tanah dan dapat menjadi sumber nutrisi bagi tumbuhan (Anonim a,
2006). Seorang peneliti dari Amerika Serikat yaitu Waksman telah
menemukan mikroorganisme tanah yang menghasilkan streptomisin, yaitu bakteri Streptomyces
(Dwidjoseputro, 2005).
Peran lain mikroba dalam bidang
pertanian antara lain dalam teknologi kompos bioaktif dan dalam
hal penyediaan dan penyerapan unsur hara bagi tanaman(biofertilizer).
Kompos bioaktif adalah kompos yang diproduksi dengan bantuan mikroba
lignoslulotik unggul yang tetap bertahan di dalam kompos dan berperan sebagai
agensia hayati pengendali penyakit tanaman. Teknologi kompos bioaktif ini
menggunakan mikroba biodekomposer yang mampu mempercepat proses pengomposan
dari beberapa bulan menjadi beberapa minggu saja. Mikroba akan tetap hidup dan
aktif di dalam kompos, dan ketika kompos tersebut diberikan ke tanah, mikkroba
akan berperan untuk mengendalikan organisme.
Dalam hal penyediaan dan penyerapan
unsur hara bagi tanaman(biofertilizer), aktivitas mikroba diperlukan
untuk menjaga ketersediaan tiga unsur hara yang penting bagi tanaman antara
lain, Nitrogen (N), fosfat (P), dan kalim (K). Kurang lebih 74% kandungan udara
adalah N. Namun, N udara tersebut harus ditambat oleh mikroba dan diubah
bentuknya terlebih dahulu agar bisa langsung dimanfaatkan oleh tanaman. Mikroba
penambat N ada yang hidup bebas dan ada pula yang bersimbiosis. Mikroba penambat N simbiotik antara lain : Rhizobium sp
yang hidup di dalam bintil akar tanaman kacang-kacangan ( leguminose ).
Mikroba penambat N non-simbiotik misalnya: Azospirillum sp dan Azotobacter
sp. Mikroba penambat N simbiotik hanya bisa digunakan untuk tanaman
leguminose saja, sedangkan mikroba penambat N non-simbiotik dapat digunakan
untuk semua jenis tanaman.
Mikroba tanah lain yang berperan
dalam penyediaan unsur hara adalah mkroba pelarut unsur fosfat (P) dan kalium
(K). Kandungan P yang cukup tinggi (jenuh) pada tanah pertanian kita, sedikit
sekali yang dapat digunakan oleh tanaman karena terikat pada mineral liat
tanah. Di sinilah peran mikroba pelarut P yang melepaskan ikatan P dari mineral
liat dan menyediakannya bagi tanaman. Banyak sekali
mikroba yang mampu melarutkan P, antara lain: Aspergillus sp, Penicillium
sp, Pseudomonas sp dan Bacillus megatherium. Mikroba yang
berkemampuan tinggi melarutkan P, umumnya juga berkemampuan tinggi dalam
melarutkan K.
Mikroba sebagai agen biokontrol.
Mikroba yang dapat mengendalikan hama tanaman antara lain: Bacillus thurigiensis (BT), Bauveria bassiana , Paecilomyces
fumosoroseus, dan Metharizium
anisopliae . Mikroba ini mampu menyerang dan membunuh berbagai
serangga hama. Mikroba yang dapat mengendalikan penyakit tanaman misalnya: Trichoderma sp yang mampu mengendalikan penyakit
tanaman yang disebabkan oleh Gonoderma sp,
JAP (jamur akar putih), dan Phytoptora sp.
Beberapa biokontrol yang tersedia di pasaran antara lain: Greemi-G, Bio-Meteor,
NirAma, Marfu-P dan Hamago.
Gambar 2. Larva serangga
yang mati diserang jamur biokontrol
b.
Bidang makanan dan industri
Beberapa bahan makanan yang sampai saat ini dibuat dengan menggunakan
mikroorganisme sebagai bahan utama prosesnya, misalnya pembuatan bir dan
minuman anggur dengan menggunakan ragi, pembuatan roti dan produk air susu
dengan bantuana bakteri asam laktat, dan pembuatan cuka dengan bantuan bakteri
cuka.
Pengolahan
kacang kedelai di beberapa negara banyak yang menggunakan bantuan fungi, ragi,
dan bakteri bakteri asam laktat. Bahkan asam laktat dan asam sitrat yang dalam
jumlah besar diperlukan oleh industri bahan makanan masing-masing dibuat dengan
bantuan asam laktat dan Aspergillus niger (Darkuni, 2001).
Beberqapa kelompok mikroorganisme dapat digunakan sebagai indikator kualitas
makanan. Mikroorganisme ini merupakan kelompok bakteri yang keberadaannya
di makanan di atas batasan jumlah tertentu, yang dapat menjadi indikator suatu
kondisi yang terekspos yang dapat mengintroduksi organisme hazardous
(berbahaya) dan menyebabkan proliferasi spesies patogen ataupun toksigen.
Misalnya E. coli tipe I, coliform dan fekal streptococci digunakan
sebagai indikator penanganan pangan secara tidak higinis, termasuk keberadaan
patogen tertentu. Mikroorganisme indikator ini sering digunakan sebagai
indaktor kualitas mikrobiologi pada pangan dan air.
Tidak semua mikroba yang ada dapat
digunakan dalam industri. Menurut Kusnadi, dkk (2003) mikroorganisme industri
merupakan organisme yang dipilih secara hati-hati sehingga dapat membuat satu
atau banyak produk khusus. Bahkan jika mikroorganisme industri merupakan salah
satu yang sudah diisolasi dengan teknik tradisional, mikroorganisme tersebut
menjadi organisme yang sangat termodifikasi sebelum memasuki industri berskala
besar. Sebagian besar mikroorganisme industri merupakan spesialis metabolik
yang secara spesifik mampu menghasilkan metabolit tertentu dalam jumlah yang
sangat besar pula. Untuk mencapai spesialisasi metabolik tinggi tersebut,
strain industri diubah secara genetika melalui mutasi dan rekombinasi.
Berbagai proses industri digunakan
untuk menghasilkan produk mikrobiologi dan dipisahkan menjadi beberapa kategori
berdasarkan kecenderungan penggunaan produk akhir sebagai berikut:
1.
Produksi bahan kimia farmasi
Produk yang paling terkenal adalah
antibiotika, obat-obatan steroid, insulin, dan interferon yang dihasilkan
melalui bakteri hasil rekayasa genetika.
2. Produksi bahan
kimia bernilai komersial
Produk yang termasuk dalam kelompok ini adalah pelarut
dan enzim serta berbagai senyawa yang digunakan untuk bahan pemula (starting)
untuk industri sintesis senyawa lain.
3. Produksi
makanan tambahan
Produksi massa ragi, bakteri dan alga dari media murah
mengandung garam nitrogen anorganik , cepat saji, dan menyediakan sumber
protein dan senyawa lain yang sering digunakan sebagai makanan tambahan untuk manusia
dan hewan.
4. Produksi
minuman alkohol
Pembuatan beer dan wine dan poduksi minuman alkohol lain
yang merupakan proses bioteknologi berskala besar paling tua.
5. Produksi vaksin
Sel mikroorganisme maupun bagiannya atau produknya
dihasilkan dalam jumlah besar dan digunakan untuk produksi vaksin.
6. Produksi
mikroorganisme untuk digunakan sebagai insektisida (biosida)
Pengendalian
hama tanaman dengan menggunakan mikroorganisme yang berperan sebagai
insektisida. Khususnya untuk spesies tertentu, misalnya Bacillus (B. Larvae,
B. Popilliae, dan B. Thurungiensis). Spesies tersebut menghasilkan protein
kristalin yang mematikan larva lepidoptera (ngengat, kupu-kupu, kutu loncat),
misalnya ulat kubis, ngengat gipsy, dan sarang ulat.
7. Penggunaanya
dalam industri perminyakan dan pertambangan
Sejumlah prosedur mikrobiologi digunakan untuk
meningkatkan perolehan kembali logam dari bijih berkadar rendah dan untuk
perbaikan perolehan minyak dari sumur-sumur bor.
c.
Bidang kesehatan
Salah satu manfaat mikroorganisme
dalam bidang kesehatan adalah dalam menghasilkan antibiotika. Bahan antibiotik
dibuat dengan bantuan fungi, aktinomiset, dan bakteri lain. Antibiotik ini
merupakan obat yang paling manjur untuk memerangi infeksi oleh bakteri.
Beberapa mikroba menghasilkan metabolit sekunder, yang sangat bermanfaat
sebagai obat untuk mengendalikan berbagai penyakit infeksi. Sejak dulu dikenal
jamur Penicillium yang pertama kali ditemukan oleh Alexander fleming (1928),
dapat menghasilkan antibiotika penisilin. Sekarang banyak diproduksi berbagai
antibiotik dari berbagai jenis mikroba yang sangat berperan penting dalam
mengobati berbagai penyakit. Selain untuk antibiotik, dalam bidang kesehatan
mikrorganisme juga dapat digunakan sebagai agen
pembusuk di dalam saluran pencernaan alami, yang turut membantu mencerna
makanan di dalam saluran pencernaan.
d.
Bidang lingkungan dan energi
Mikroorganisme ini banyak dimanfaatkan
untuk bahan bakar hayati (metanol dan etanol), bioremediasi, dan pertambangan.
Selain itu, mikroorganisme yang ada di lingkungan berperan dalam
perputaran/siklus materi dan energi terutama dalam siklus biogeokimia dan
berperan sebagai pengurai (dekomposer). Mikroorganisme tanah berfungsi merubah
senyawa kimia di dalam tanah, terutama pengubahan senyawa organik yang
mengandung karbon, nitrogen, sulfu, dan fosfor menjadi senyawa anorganik dan
bisa menjadi nutrien bagi tumbuhan. Mikroorganisme pada lingkungan alami juga
dapat digunakan sebagai indikator baik buruknya kualitas lingkungan, baik
perairan ataupun terestrial.
e.
Bidang bioteknologi
Kemajuan
bioteknologi, tak terlepas dari peran mikroba.Karena materi genetika mikroba
sederhana, sehingga mudah dimanipulasi untuk disisipkan ke gen yang lain.
Disamping itu karena materi genetik mikroba dapat berperan sebagai vektor
(plasmid) yang dapat memindahkan suatu gen dari kromosom oganisme ke gen
organisme lainnya (Anonim b, 2007). Misalnya terapi gen pada penderita gangguan
liver. Terapi ini dapat dilakukan secara ex-vivo maupun in-vivo.
Dalam terapi gen ex vivo, sel hati
(misalnya) dari pasien yang hatinya telah mengalami kerusakan dipindahkan
melalui pembedahan dan perawatan. Kemudian melalui terapi gen akan
menyalurkannya dengan menggunakan vektor. Sel-sel hati yang dirubah secara
genetik kemudian akan ditransplantasikan kembali dalam tubuh pasien tanpa
khawatir akan kegagalan dari proses pencangkokan jaringan tersebut karena
sel-sel ini pada awalnya berasal dari pasien.
Strategi terapi gen in vivo meliputi
pemasukan gen ke dalam jaringan dan organ di dalam tubuh tanpa diikuti oleh
pemindahan sel-sel tubuh. Tantangan utama dalam terapi gen in vivo adalah
pengiriman gen hanya terjadi pada jaringan yang diharapkan dan tidak terdapat
pada jaringan yang lain. Pada terapi ini, virus digunakan sebagai vektor untuk
pengiriman gen (Thieman, 2004).
Beberapa hasil perkembangan
bioteknologi lain yang penting dan melibatkan mikroba adalah produksi insulin,
tanaman transgenik serta antibodi monoklonal. Antibodi monoklonal (MAbs)
merupakan salah satu antibodi murni yang bersifat sangat spesifik dan menjadi
peluru ajaib bagi dunia pengobatan.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar