Friday, May 23, 2014

Sejarah Perkembangan Mikrobiologi

A. Penemuan Animalculus
      Awal terungkapnya dunia mikroba adalah dengan ditemukannya mikroskop oleh Leeuwenhoek (1633-1723).  Mikroskop  temuan  tersebut  masih  sangat  sederhana, dilengkapi  satu  lensa  dengan jarak  fokus  yang  sangat  pendek,  tetapi  dapat menghasilkan bayangan jelas yang perbesarannya antara 50-300 kali.
       Leeuwenhoek melakukan pengamatan tentang struktur mikroskopis biji, jaringan tumbuhan  dan invertebrata  kecil,  tetapi  penemuan  yang  terbesar  adalah  diketahuinya dunia mikroba yang disebut sebagai “animalculus” atau hewan kecil. Animalculus adalah jenis-jenis  mikroba  yang  sekarang diketahui  sebagai protozoa,  algae,  khamir,  dan bakteri. 
B. Teori Abiogenesis dan Biogenesis
      Penemuan  animalculus  di  alam,  menimbulkan  rasa  ingin  tahu  mengenai  asal usulnya. Menurut teori abiogenesis, animalculus timbul dengan sendirinya dari bahanbahan  mati.  Doktrin  abiogenesis dianut  sampai  jaman Renaissance,  seiring  dengan kemajuan pengetahuan mengenai mikroba, semakin lamadoktrin tersebut menjadi tidak terbukti.
       Sebagian ahli menganut teori biogenesis, dengan pendapat bahwa animalculus terbentuk dari “benih” animalculus yang selalu berada di udara. Untuk mempertahankan pendapat  tersebut  maka  penganut teori  ini  mencoba  membuktikan  dengan  berbagai percobaan.
      Fransisco  Redi  (1665),  memperoleh  hasil  dari  percobaannya  bahwa  ulat  yang berkembang biak di  dalam  daging  busuk,  tidak  akan  terjadi  apabila  daging  tersebut disimpan di dalam suatu tempat tertutup yang tidak dapat disentuh oleh lalat. Jadi dapat disimpulkan bahwa ulat tidak secara spontan berkembang dari daging. Percobaan lain yang  dilakukan  oleh  Lazzaro  Spalanzani  memberi  bukti yang menguatkan  bahwa mikroba tidak muncul dengan sendirinya, pada percobaan menggunakan kaldu ternyata pemanasan  dapat  menyebabkan  animalculus  tidak  tumbuh.  
      Percobaan  ini  juga  dapat menunjukkan bahwa perkembangan mikrobia di dalam suatu bahan, dalam arti terbatas menyebabkan terjadinya perubahan kimiawi pada bahantersebut. 8Percobaan yang dilakukan oleh Louis Pasteur juga banyak membuktikan bahwa teori  abiogenesis  tidak  mungkin,  tetapi  tetap tidak dapat  menjawab  asal  usul animalculus.  Penemuan  Louis  Pasteur  yang  penting  adalah  (1)  Udara mengandung mikrobia  yang  pembagiannya  tidak  merata,  (2)  Cara  pembebasan  cairan  dan bahanbahan  dari  mikrobia,  yang  sekarang  dikenal  sebagai  pasteurisasi  dan  sterilisasi. Pasteurisasi adalah  cara  untuk  mematikan  beberapa  jenis  mikroba  tertentu  dengan menggunakan uap air panas, suhunya kurang lebih 62oC. Sterilisasi adalah cara untuk mematikan  mikroba  dengan  pemanasan  dan tekanan  tinggi,  cara  ini  merupakan penemuan bersama ahli yang lain.
C. Penemuan Bakteri Berspora
      John  Tyndall  (1820-1893),  dalam  suatu  percobaannya  juga  mendukung pendapat Pasteur. Cairan bahan organik yang sudah dipanaskan dalam air garam yang mendidih selama 5 menit dan diletakkan di dalam ruangan bebas debu, ternyata tidak akan membusuk walaupun disimpan dalam waktu berbulan-bulan, tetapi apabila tanpa pemanasan maka akan terjadi pembusukan. Dari percobaan Tyndall ditemukan adanya fase  termolabil  (tidak  tahan  pemanasan,  saat  bakteri  melakukan  pertumbuhan)  dan termoresisten pada bakteri (sangat tahan terhadap panas). Dari penyelidikan ahli botani Jerman  yang bernama  Ferdinand  Cohn,  dapat  diketahui secara  mikroskopis  bahwa pada fase termoresisten, bakteri dapat membentuk endospora.
      Dengan  penemuan  tersebut,  maka  dicari  cara  untuk  sterilisasi  bahan  yang mengandung  bakteri pembentuk  spora,  yaitu  dengan  pemanasan  yang  terputus  dan diulang  beberapa  kali  atau  dikenal sebagai  Tyndallisasi.  Pemanasan  dilakukan  pada suhu  100 oC  selama  30  menit,  kemudian dibiarkan pada  suhu  kamar  selama  24  jam, cara ini diulang sebanyak 3 kali. Saat dibiarkan pada suhu kamar, bakteri berspora yang masih  hidup  akan  berkecambah  membentuk  fase  pertumbuhan  /  termolabil, sehingga dapat dimatikan pada pemanasan berikutnya.
D. Penemuan Kehidupan Anaerob
       Selama  meneliti  fermentasi  asam  butirat,  Pasteur  menemukan  adanya  proses kehidupan  yang tidak  membutuhkan  udara.  Pasteur  menunjukkan  bahwa  jika  udara dihembuskan ke dalam bejana fermentasi butirat, proses fermentasi menjadi terhambat, bahkan dapat terhenti sama sekali. Dari hal ini kemudian dibuat 2 istilah, (1) kehidupan anaerob,  untuk  mikroba  yang  tidak  memerlukan  Oksigen, dan  (2)  kehidupan  aerob, untuk mikroba yang memerlukan Oksigen.
       Secara  fisiologis  adanya  fermentasi  dapat  digunakan untuk  mengetahui beberapa  hal.  Oksigen umumnya  diperlukan  mikroba  sebagai  agensia  untuk mengoksidasi senyawa organik menjadi CO2. Reaksi oksidasi tersebut dikenal sebagai “respirasi  aerob”,  yang  menghasilkan  tenaga  untuk kehidupan  jasad  dan pertumbuhannya.  Mikroba  lain  dapat  memperoleh  tenaga  dengan  jalan memecahkan senyawa  organik  secara  fermentasi  anaerob,  tanpa  memerlukan  Oksigen.  Beberapa jenis  mikroba  bersifat  obligat  anaerob  atau  anaerob sempurna.  Jenis  lain  bersifat fakultatif anaerob, yaitu mempunyai dua mekanisme untuk mendapatkan energi. Apabila ada Oksigen, energi diperoleh secara respirasi aerob, apabila tidak ada Oksigen energi diperoleh  secara  fermentasi  anaerob.  Pasteur mendapatkan  bahwa  respirasi  aerob adalah proses yang efisien untuk menghasilkan energi.
E. Peran Mikroba dalam Transformasi Bahan Genetik
      Suatu bahan yang ditumbuhi oleh mikroba akan mengalami perubahan susunan kimianya.  Perubahan kimia  yang  terjadi  ada  yang  dikenal  sebagai  fermentasi (pengkhamiran)  dan  pembusukan (putrefaction).  Fermentasi  merupakan  proses  yang menghasilkan  alkohol  atau  asam  organik, misalnya  terjadi  pada  bahan  yang mengandung  karbohidrat.  Pembusukan  merupakan  proses peruraian  yang menghasilkan bau busuk, seperti pada peruraian bahan yang mengandung protein.
       Pada tahun 1837, C. Latour, Th. Schwanndon, dan F.  Kutzing secara terpisah menemukan bahwa zat gula yang mengalami fermentasi alkohol selalu dijumpai adanya khamir. Sehingga dapat disimpulkan bahwa perubahan  gula menjadi alkohol dan CO2merupakan fungsi fisiologis dari sel khamir tersebut. Teori biologis ini ditentang oleh Jj. Berzelius,  J.  Liebig,  dan  F.  Wahler.  Mereka  berpendapat  bahwa fermentasi  dan pembusukan merupakan reaksi kimia biasa. Hal ini dapat dibuktikan pada tahun 1812 telah berhasil disintesa senyawa organik urea dari senyawa anorganik.
       Pasteur  banyak  meneliti  tentang  proses  fermentasi  (1875-1876).  Suatu  saat perusahaan pembuat  anggur  dari  gula  bit,  menghasilkan  anggur  yang  masam. Berdasarkan  pengamatannya secara  mikroskopis,  sebagian  dari  sel  khamir  diganti kedudukannya oleh sel lain yang berbentuk bulat danbatang dengan ukuran sel lebih kecil. Adanya sel-sel yang lebih kecil ini ternyatamengakibatkan sebagian besar proses fermentasi alkohol tersebut didesak oleh proses fermentasi lain, yaitu fermentasi asam laktat.  Dari  kenyataan  ini,  selanjutnya  dibuktikan  bahwa  setiap  proses  fermentasi tertentu disebabkan  oleh  aktivitas  mikroba  tertentu pula,  yang  spesifik  untuk  proses fermentasi  tersebut. Sebagai  contoh  fermentasi  alkohol  oleh  khamir,  fermentasi  asam laktat oleh bakteri Lactobacillus, dan fermentasi asam sitrat oleh jamur Aspergillus. 
F. Penemuan Enzim
       Menurut  Pasteur,  proses  fermentasi  merupakan  proses vital  untuk  kehidupan. Pendapat tersebut ditentang oleh Bernard (1875), bahwa khamir dapat memecah gula menjadi  alkohol  dan  CO2  karena mengandung  katalisator  biologis  dalam  selnya. Katalisator  biologis  tersebut  dapat  diekstrak  sebagai larutan  yang  tetap  dapat menunjukkan kemampuan fermentasi, sehingga fermentasi dapat dibuat sebagai proses yang tidak vital lagi (tanpa sel).
       Pada  tahun  1897,  Buchner  dapat  membuktikan  gagasan  Bernard,  yaitu  pada saat menggerus sel khamir dengan pasir dan ditambahkan sejumlah besar gula, terlihat dari  campuran  tersebut  dibebaskan CO2 dan  sedikit  alkohol.  Penemuan  ini  membuka jalan ke perkembangan biokimia modern. Akhirnya dapat diketahui bahwa pembentukan alkohol  dari  gula  oleh  khamir,  merupakan  hasil  urutan beberapa reaksi  kimia,  yang masing-masing dikatalisir oleh biokatalisator yang spesifik atau dikenal sebagai enzim.
G. Mikroba Penyebab Penyakit
      Pasteur  menggunakan  istilah  khusus  untuk  mengatakan kerusakan  pada minuman anggur oleh mikrobia, yaitu disebut penyakit Bir. Ia juga mempunyai dugaan kuat tentang adanya peran mikroba dalam menyebabkantimbulnya penyakit pada jasad tingkat  tinggi.  Bukti-buktinya  adalah  dengan ditemukannya  jamur  penyebab  penyakit pada tanaman gandum (1813), tanaman kentang (1845),dan penyakit pada ulat sutera serta kulit manusia.
       Pada  tahun  1850  diketahui  bahwa  dalam  darah  hewan  yang  sakit  antraks, terdapat  bakteri berbentuk  batang.  Davaine  (1863-1868)  membuktikan  bahwa  bakteri tersebut hanya terdapat pada hewan yang sakit, dan  penularan buatan menggunakan darah  hewan  yang  sakit  pada  hewan  yang sehat  dapat  menimbulkan  penyakit  yang sama. Pembuktian bahwa antraks disebabkan oleh bakteri dilakukan oleh Robert Koch (1876), sehingga ditemukan “postulat Koch”yang merupakan langkah-langkah untuk membuktikan bahwa suatu mikroba adalah penyebab penyakit.
Postulat Koch dalam bentuk umum adalah sebagai berikut: 
  1. Suatu  mikroba  yang  diduga  sebagai  penyebab  penyakit  harus  ada  pada  setiap tingkatan penyakit.
  2. Mikroba  tersebut  dapat  diisolasi  dari  jasad  sakit  dan  ditumbuhkan  dalam  bentuk biakan murni. 
  3. Apabila biakan murni tersebut disuntikkan pada hewan yang sehat dan peka, dapat menimbulkan penyakit yang sama.
  4. Mikroba dapat diisolasi kembali dari jasad yangtelah dijadikan sakit tersebut.
H. Penemuan Virus
       Iwanowsky menemukan bahwa filtrat bebas bakteri -(cairan yang telah disaring dengan  saringan bakteri)-  dari  ekstrak  tanaman  tembakau  yang  terkena  penyakit mozaik, ternyata masih tetap dapat menimbulkan infeksi pada tanaman tembakau yang sehat.  Dari  kenyataan  ini  kemudian  diketahui adanya jasad  hidup  yang  mempunyai ukuran  jauh  lebih  kecil  dari  bakteri  (submikroskopik)  karena dapat  melalui  saringan bakteri, yaitu dikenal sebagai virus.
       Untuk  membuktikan  penyakit  yang  disebabkan  oleh  virus,  dapat  digunakan postulat River (1937), yaitu: 
  1. Virus harus berada di dalam sel inang.
  2. Filtrat bahan yang terinfeksi tidak mengandung bakteri atau mikroba lain yang dapat ditumbuhkan di dalam media buatan.
  3. Filtrat dapat menimbulkan penyakit pada jasad yang peka.
  4. Filtrat yang sama yang berasal dari hospes peka  tersebut harus dapat menimbulkan kembali penyakit yang sama.
I. Mikrobiologi Tanah
       Beberapa  penelitian  menunjukkan  bahwa  mikrobia  berperan  atas  perubahan kimiawi  yang terjadi  di  dalam  tanah.  Peranan  mikrobia  dalam  beberapa  siklus  unsur hara yang penting, seperti siklus Karbon, Nitrogen,Sulfur, ditunjukkan oleh Winogradsky dan Beijerinck.
       Winogradsky  menemukan  bakteri  yang  mempunyai  fisiologis  khusus,  yang disebut  bakteri autotrof.  Bakteri  ini  dapat  tumbuh  pada  lingkungan  yang  seluruhnya anorganik.  Energi  diperoleh dari  hasil  oksidasi  senyawa  anorganik  tereduksi,  dan menggunakan  CO2 sebagai  sumber  Karbon. Bakteri  autotrof  dapat  dicirikan  dari kemampuannya  menggunakan  sumber  anorganik  tertentu. Sebagai  contoh,  bakteri Belerang  dapat  mengoksidasi  senyawa  Belerang  anorganik.  Penemuan  lain bersama Beijerinck  adalah  adanya  bakteri  penambat  Nitrogen  nonsimbiotik  dan simbiotik,  yang dapat memanfaatkan Nitrogen dalam bentuk gas N2.
J. Generatio Spontanea (Abiogenesis) Menurut Pandangan Baru
       Bukti-bukti baru mendukung bahwa kehidupan terjadi  dari berbagai unsur kimia, dengan  rangkaian reaksi  yang  mirip  dengan  reaksi  yang  terjadi  di  alam.  Menurut pendapat  Oparin  (1938)  dan Haldane  (1932),  bumi  pada  jaman  prebiotik  mempunyai atmosfer  yang  bersifat  anaerob.  Atmosfer bumi  saat  itu  mengandung  sejumlah  besar Nitrogen, Hidrogen, CO2, uap air, sejumlah ammonia, CO, dan H2S.
       Di atmosfer Oksigen hampir tidak ada, dan lapisan  ozon sangat tipis, sehingga sinar ultra violet banyak mengenai bumi. Radiasi uv, suhu tinggi dan loncatan bunga api listrik,  menyebabkan  sejumlah bahan  anorganik  yang  ada  berubah  menjadi  bahan organik,  serta  terjadinya  evolusi  pada bahan-bahan  organik  menjadi  lebih  kompleks, atau  mulai  terbentuk  makromolekul.  Diduga makromolekul  akan  saling  bergabung membentuk semacam membran, yang kemudian mengelilingi suatu cairan, dan akhirnya terbentuk  suatu  organisme  seluler.  Selanjutnya  untuk  mengevolusikan jasad bersel tunggal  menjadi  bersel  majemuk  memerlukan  waktu  kurang  lebih  2,5  milyar  tahun. Untuk mengevolusikan jasad bersel majemuk menjadi reptil sampai binatang menyusui memerlukan waktu milyaran tahun lagi.
       Teori asal mula kehidupan diatas didukung oleh penemuan S. Miller (1957) dan H. Urey (1954). Bejana Miller diisi dengan gas CH4, NH3, H2O, dan H2. Gas-gas tersebut dibiarkan bersirkulasi terus-menerus melalui loncatan bunga api listrik, kondensor, dan air mendidih. Seminggu kemudian ternyata menunjukkan terbentuknya senyawa organik seperti asam amino glisin dan alanin, serta asam organik seperti asam suksinat. Dengan merubah  bahan  dasar  dan  energi  yang  diberikan  dalam aparat  Miller, maka  dapat disintesa  senyawa-senyawa  lain  seperti  polipeptida, purin,  dan  ATP.  Makromolekul inilah yang diduga sebagai awal terbentuknya kehidupan.
K. Penggunaan Mikroba
  1. Penggunaan  mikroba  untuk  proses-proses  klasik,  seperti  khamir  untuk  membuat anggur dan roti, bakteri asam laktat untuk yogurt dan kefir, bakteri asam asetat untuk vinegar, jamur Aspergillus sp. untuk kecap, dan jamur Rhizopus sp. untuk tempe.
  2. Penggunaan  mikroba  untuk  produksi  antibiotik,  antara  lain  penisilin  oleh  jamur Penicillium sp., streptomisin oleh actinomysetes Streptomyces sp.
  3. Penggunaan mikroba untuk proses-proses baru, misalnya karotenoid dan steroid oleh jamur,  asam glutamat  oleh  mutan  Corynebacterium  glutamicum,  pembuatan  enzimamilase, proteinase, pektinase, dan lain-lain.
  4. Penggunaan mikroba dalam teknik genetika modern,seperti untuk pemindahan gen dari manusia, binatang, atau tumbuhan ke dalam sel  mikrobia, penghasilan hormon,antigen, antibodi, dan senyawa lain misalnya insulin, interferon, dan lain-lain.
  5. Penggunaan mikroba di bidang pertanian, misalnyauntuk pupuk hayati (biofertilizer),biopestisida, pengomposan, dan sebagainya.
  6. Penggunaan  mikroba  di  bidang  pertambangan,  seperti  untuk  proses  leaching  ditambang emas, desulfurisasi batubara, maupun untuk  proses penambangan minyak bumi.
  7. Penggunaan mikroba di bidang lingkungan, misalnya untuk mengatasi pencemaran limbah organik maupun anorganik termasuk logam berat dan senyawa xenobiotik