RANGKUMAN BIOLOGI MIKROBA

1. Intro

- First Observation:

Robert Hooke => istilah ‘sel’ (ruang kecil) Antony van Leeuwenhoek => ‘animalcules’ (hewan kecil); 3 bentuk bakteri: kokus, batang

(basil/ rod), spiral

- Debate over Spontaneous generation

Aristoteles, Samson, Virgil => Spontaneous Generation Francesco Redi:

o percobaan I: daging diletakkan di dalam dua wadah, satunya ditutup rapat dan satunya dibuka. Di wadah yang tertutup tidak muncul belatung. (orang yang kontra Redi mengatakan udara dibutuhkan untuk memunculkan kehidupan)

o percobaan II: daging diletakkan dalam tabung yang ditutup dengan jaring (gauze). Tidak ada belatung muncul di atas daging.

John Needham: kaldu dipanaskan, lalu dituang ke bejana tertutup, tetap muncul mikroorganisme dalam kaldu.

Lazzaro Spallanzani: kaldu dipanaskan dalam bejana tertutup => tidak ada mikroba (Needham melawan; menurutnya, dengan pemanasan dan dipasangnya tutup pada bejana, tidak ada ‘gaya vital’ yang dibutuhkan untuk kehidupan)

Laurent Lavoisier: oksigen dibutuhkan untuk kehidupan (orang yang kontra Spallanzani mengatakan dalam percobaan Spallanzani, tidak ada cukup oksigen untuk mendukung kehidupan mikroba)

Rudolf Virchow: sebuah sel hidup berasal hanya dari sel hidup yang ada sebelumnya Louis Pasteur:

o percobaan ‘tabung leher angsa’o mikroba di udara bisa mencemari larutan, tetapi udara itu sendiri tidak bisa

menciptakan mikrobao mikroba bisa dibunuh dengan panas => dasar dari teknik aseptik, pasteurisasi

John Tyndall: penemu teknik tyndallisasi yang bisa membunuh spora, dengan cara pemanasan benda yang akan disterilkan (terbentuk endospora bakteri), lalu didinginkan (endospora menjadi bakteri/ vegetatif), dan dipanaskan kembali (bakteri mati). Proses diulang hingga 3 hari.

- Golden Age of Microbiology

Pasteur: mikroorganisme bernama ragi (yeast) mengubah gula menjadi alkohol tanpa adanya udara => fermentasi => digunakan untuk membuat wine dan bir

Germ theory of disease:o Ignaz Semmelweiz: dokter yang tidak membersihkan tangannya dengan tepat saat

akan/ telah menangani persalinan akan menularkan infeksi dari satu pasien ke pasien lain.

o Joseph Lister: penggunaan larutan fenol saat menangani luka operasio Robert Koch: membuktikan bahwa bakteri menyebabkan penyakit <= isolasi Bacillus

anthracis dari hewan yang mati karena anthraxo Postulat Koch:

Organisme (parasit) harus ditemukan dalam hewan yang sakit, tidak pada yang sehat.

Organisme harus diisolasi dari hewan sakit dan dibiakkan dalam kultur murni.

Organisme yang dikulturkan harus menimbulkan penyakit pada hewan yang sehat.

Organisme tersebut harus diisolasi ulang dari hewan yang dicobakan tersebut

Vaksinasi

Edward Jenner: terdapat kasus seorang pemerah susu tidak terkena cacar (smallpox) karena sudah terkena cowpox. Jenner lalu mengerok bagian kulit yang terkena cowpox dengan jarum, lalu jarum tersebut digoreskan pada seorang sukarelawan. Orang tersebut menjadi sedikit sakit, tetapi kemudian sembuh dan kemudian tidak pernah terkena cacar ataupun cowpox => vaksinasi (vacca=sapi)

- The Birth of Modern Chemotherapy

Paul Ehrlich:o ‘magic bullet’, bisa menghancurkan patogen tanpa merugikan hosto penemuan salvarsan sebagai anti sifilis

Domagk: prontosil sebagai anti streptococcus => dalam tubuh diubah menjadi sulfanilamide Alexander Fleming: jamur Penicillium notatum memproduksi inhibitor pertumbuhan

mikroorganisme => penisilin, antibiotik pertama (yang memaksimalkan fungsi penisilin: Florey and Chain)

Rene Dubos: penemu antibiotik dari Bacillus brevis , gramicidin dan tirosidin.

- Mikroskop

compound light microscope: menggunakan cahaya tampak sebagai sumber cahaya, perbesaran lensa objektif: 10x, 40x, 100x (menggunakan minyak imersi supaya cahaya tidak dibelokkan oleh udara sebelum memasuki lensa), perbesaran lensa okuler: 10x, perbesaran total: perbesaran lensa okuler x lensa objektif

darkfield microscopy: untuk melihat mikroorganisme yang tidak bisa dilihat dengan mikroskop cahaya biasa/ yang tidak bisa diwarna (contohnya untuk melihat T. pallidum), di kondensor ada opaque disc sebagai latar belakang yang gelap (supaya spesimen tampak lebih terang),

phase-contrast microscopy: untuk mengamati struktur internal mikroorganisme secara detil fluorescence microscopy: sumber cahaya: sinar UV, menggunakan pewarna fluoresensi

(fluorokrom)=> dasar teknik immunofluoresensi confocal microscopy: sumber cahaya: laser, menggunakan fluorokrom, untuk mengamati

fisiologi sel electron microscopy: biasanya digunakan untuk melihat virus, menghasilkan perbesaran

10.000x-100.000x, menggunakan lensa elektromagnetik

2. Taksonomi, Nomenklatur, Pewarnaan

- Taksonomi: ilmu untuk mengklasifikasikan makhluk hidup supaya bisa mempelajari keterkaitan satu organisme dengan yang lainnya

Aristoteles => membagi makhluk hidup menjadi dua kelompok: hewan dan tumbuhan Carolus Linnaeus => sistem klasifikasi formal (binomial nomenklatur) => Plantae dan

Animalia

Ernst Haeckel => kingdom Protista (bakteri, alga, protozoa, fungi) Robert Murray => kingdom Prokaryotes R.H. Whittaker => sistem lima kingdom (Monera, Protista, Fungi, Plantae, Animalia) Carl R. Woese => tiga domain (Eukarya, Bacteria, Archaea)

- Hierarki Taksonomi: Domain-Kingdom-Filum-Class-Ordo/Order-Famili-Genus-Spesies

- Binomial nomenklatur: terdiri dari nama genus dan specific epithet (species), nama genus diawali huruf besar, ditulis dengan menggunakan garis bawah/ dicetak miring

- Pewarnaan:

- Tujuan pewarnaan: mengamati struktur bakteri dan sifat bakteri terhadap pewarnaan

- Sebelum dilakukan pewarnaan, bakteri difiksasi (biasanya dengan pemanasan). Tujuan fiksasi:

supaya bakteri mati supaya bakteri menempel pada slide supaya lebih mudah diwarna supaya preparat bisa disimpan

- Jenis:

Pewarnaan sederhana: menggunakan satu pewarna (safranin/metilen blue), untuk mengetahui struktur bakteri

Pewarnaan diferential: menggunakan pewarna utama dan pembanding (counterstain), mengetahui sifat terhadap pewarnaan

o Gram: pewarna utama: crystal violet, counterstain: safranin, peluntur: alkohol 96%, pengikat/mordant: lugol

o Pewarnaan tahan asam (Ziehl Neelsen): pewarna utama: carbol fuchsin, counterstain: methylene blue, peluntur: alkohol asam, pengikat/mordant: carbol fuchsin, panas

Pewarnaan khusus: o Metachromatic Staining (Neisser): untuk mengetahui granula metakromatik (Babes-

Ernst bodies/ volutin granules) pada Corynebacterium diphteriae, menggunakan Neisser AB dan Neisser C, bentukan yang khas: Chinese letter, bentuk seperti barbel

o Spore Staining (Schaeffer Fulton): untuk mengamati adanya spora dan vegetatif, menggunkaan malachite green dan safranin, spora akan berwarna hijau dan vegetatif berwarna merah

o Capsule Staining: disebut juga Negative Staining, mewarnai latar belakang dengan tinta Cina, kapsul tampak lebih terang dari latar belakang

3. Obat Antimikroba Obat antimikroba : pengobatan penyakit infeksius menggunakan bahan-bahan kimia Selective toxicity : kemampuan obat untuk membedakan antara sel host dan mikroba Tergantung dari perbedaan fungsi dan struktur sel antara host dan mikroba, seperti dinding

sel, ribosom, atau komponen membran sel. Anti bakteri : selective toxicity tinggi Anti fungal, anti parasite, anti virus : selective toxicity rendah Ciri-ciri obat anti mikroba yg baik :

Mempunyai selective toxicity yg baik Tidak menimbulkan reaksi hipersensitivitas Mempunyai kelarutan yg baik dan efek penetrasi pada jaringan

Metabolisme dan ekskresi lambat Tidak mudah memicu resistensi Tidak merusak flora normal host Tidak mahal

Asal obat antimikroba :1. Obat yg sudah disintesis dgn prosedur kimia di laboratorium = obat sintetis

Ex : Sulfonamide, Quinolone2. Obat yg diproduksi oleh bakteri dan fungi := antibiotik

Ex : Penicillin, Chloramphenicol, Tetracycline3. Obat semi sintetis = menggunakan formula alami dan dimodifikasi di lab, bertujuan

untuk : Meningkatkan efek farmakokinetik Meningkatkan aktivitas spektrum Meningkatkan stabilitas obat Menurunkan toksisitas obat

Ex. Amoxicillin, Methicillin, Cefotaxim, Amantadine Aktivitas anti mikroba

Cidal = berarti membunuh mikrobaStatic = menghambat pertumbuhan mikroba

Spektrum sempit = mempengaruhi bagian mikroba, baik bakteri gram positif atau gram negatif, ex : Erythromycin, Penicillin

Spektrum luas = mempengaruhi jangkauan luas bakteri gram positif dan gram negatif, ex : Amoxicillin, Tetracycline, Sulfonamide

Anti mikroba spektrum luas : Keuntungan = karena identitas patogen tidak selalu diketahui dengan segera, obat

tsb memiliki keuntungan untuk mengobati penyakit dgn menghemat waktu Kerugian = 1. banyak flora normal host yg dirusak oleh obat tsb

2. Superinfeksi = istilah pertumbuhan mikroorganisme yg berlebihan yg tidak sensitif terhadap antibiotik

Kerja obat anti mikroba : Menghambat sistesis dinding sel Merusak membran plasma Menghambat sintesis protein Menghambat sintesis asam nukleat Menghambat sintesis metabolit esensial

Penghambatan sintesis dinding sel : Dinding sel bakteri terdiri dari makromolekul yg disebut peptidoglycan Obat dapat mempengaruhi sintesis dinding sel dgn beberapa cara :

- Mengganggu sintesis peptidoglycan pada tahap awal, ex : Vancomycin, Bacitracin

- Mengganggu sintesis peptidoglycan pada tahap akhir, ex : Penicillin, Cephalosporine

- Menghambat perolehan gula dan lipid yg merupakan komponen peptidoglycan, ex : Fosfomycin

Antibiotik β Lactam : Penicillin, Chepalosporine, Carbopenem, Atreonam Menempel pada reseptor yg disebut PBPs (Penicillin Binding Proteins)

- Menghambat transpeptidase pada sintesis peptidoglycan - Mengaktivasi enzim litic (terdapat pada dinding sel)

PBPs : - Tipe 3-6 = mempresentasi enzim transpeptidase

- Dibawah kontrol kromosom

Hanya bekerja pada sel yang sedang tumbuh Kerusakan dinding sel :

- Pada tonicity normal = sel mengalami lisis- Pada hipertonicity = bisa masih dalam bentuk sel hidup

Bakteri gram positive = protoplastBakteri gram negative = spheroplast

β Lactamase- enzim yg akan menghidrolisis cincin β lactam Penicillin dan Cephalosporin- diproduksi oleh banyak spesies gram positif dan gram negatif- dimediasi plasmid, juga kromosom- ESBLs (extended-spectrum β-lactamases) : β lactamase yg mempunyai

kemampuan untuk menghidrolisis Cefotaxim, Ceftazidime, dan Aztreonam- Asam clavulanic, Sulbactam, Tazobactam : mempunyai afinitas tinggi dan

mengikat beberapa β lactamase (penghambat β lactamase) Penicillins

1. Natural Penicillin = dari Penicillium notatum- Dirusak oleh Penicillinase (β lactamase)- Memiliki spektrum sempit- Ex. Penicillin-G (dihancurkan oleh asam lambung)

Penicillin-V (asam stabil)2. Semisynthetic Penicillin

- Asam stabil, ex. Ampicillin, Amoxicillin- Resistan terhadap penicillinase, ex. Methicillin, Cloxacillin, Oxacillin- Memiliki spektrum luas, ex. Ampicillin, Amoxicillin

Cephalosporines- Dari Cephalosporium acremonium = Cephalosporine C- Resistan terhadap penicillinase (tetapi sensitif terhadap kelompok β lactamase

terpisah)- Semisynthetic cephalosporine :

Generasi pertama : Cephalexin, Cephradine, Cefazolin Generasi kedua : Cefamandole, Cefoxitin Generasi ketiga : Cefoperazone, Cefotaxime, Ceftriaxon Generasi keempat : Cefepime

Kerusakan terhadap membran plasmaAntimikroba tertentu dapat mempengaruhi membran plasma dgn :

- Mengubah permeabilitas (dgn menempel pada fosfolipid membran), ex : Polymyxin B

- Kombinasi dgn sterol pada membran plasmaEx. Amphotericin B, Azole derivatives (antifungal drugs)

Menghambat sintesis protein- Sintesis protein adalah keistimewaan umum dari semua sel, baik prokariotik

atau eukariotik- Sel eukariotik memiliki 80S ribosom, sedangkan sel prokariotik memiliki 70S

ribosom (mitokondria juga mengandung 70S ribosom)- Ex. Chloramphenicol, Tetracycline, Erythromycin

Menghambat sintesis asam nukleat- Mengganggu proses replikasi DNA, ex. turunan Quinolone- Mengganggu proses transkripsi, ex. Rifampicin

Resistensi mikroba berarti upaya mikroba untuk bertahan hidup Mekanisme resistensi :1. Menghasilkan enzim untuk merusak obat

2. Merubah permeabilitas membran terhadap anti mikroba3. Merubah struktur target dari anti mikroba4. Membuat jalan baru metabolisme5. Memproduksi zat metabolit yg antagonis kompetitif terhadap obat

4. Virology

Ciri-ciri umum virus :1. Mengandung asam nukleat tipe tunggal : DNA atau RNA2. Mengandung selubung protein yg mengelilingi asam nukleat3. Bereplikasi di dalam sel hidup dengan menggunakan mesin sintesis sel = obligate

intracellular parasites Ukuran virus dapat dilihat dengan mikroskop elektron saja, sekitar 20 sampai 14,000 nm Struktur virus :

- Virion adalah bentuk sempurna dari partikel virus yang terdiri dari asam nukleat dikelilingi selubung

- Asam nukleat : virus mengandung DNA atau RNA (tidak pernah dua-duanya), single atau double stranded, linear atau circular

- Capsid dan envelopeCapsid : selubung protein yg mengelilingi asam nukleat virus, terdiri dari subunit capsomersCapsid beberapa virus dikelilingi oleh sebuah envelope yg mengandung lipid, protein, dan karbohidratBeberapa envelope dikelilingi oleh karbohidrat-protein complexes disebut spikes

- Morphology umum Virus helical (ex. Ebola virus) : long rods, kapsid berbentuk hollow silinder

mengelilingi asam nukleat Virus polyhedral (ex. adenovirus) : banyak sisi, kapsid membentuk

icosahedron Taxonomy virus

- Klasifikasi virus berdasarkan tipe asam nukleat, strategi replikasi, dan morfologi- Nama family virus berakhiran dengan -viridae, genus berakhiran dengan –virus- Klasifikasi virus berdasarkan tipe asam nukleat-nya

Virus mengandung DNA1. Adenovirus2. Herpesvirus3. Parvovirus4. Poxvirus5. Hepadnavirus6. Papovavirus

Virus mengandung RNA 1. Picornavirus2. Arbovirus3. Togavirus4. Flavivirus5. Rotavirus

6. Rhabdovirus7. Orthomyxovirus8. Paramyxovirus9. Viroid10. Coronavirus

- Klasifikasi virus berdasarkan cell tropism (kecocokan menginfeksi sel) : Enteric virus : rotavirus (menginfeksi G.I.T) Hepatotropic virus : hepatitis virus Respiratoric virus : influenza virus Oncogenic virus : human papilloma virus Neurotropic virus : poliovirus Dermatotropic virus : herpes virus

Multiplikasi virus1. Attachment : langkah pertama infeksi virus adalah perlekatan (interaksi virion dengan

tempat reseptor tertentu di permukaan sel)2. Penetration : partikel virus masuk ke dalam sel (penelanan)3. Uncoating : pelepasan selubung, terjadi bersamaan dengan atau segera setelah

penetrasi. Pelepasan selubung adalah pemisahan fisis asam nukleat virus dari komponen struktural luar virion sehingga asam nukleat virus dapat berfungsi.

4. Biosintesis DNA atau RNA5. Maturasi dan pelepasan

Bakteriofaga : virus yg menginfeksi bakteriBerfungsi untuk : 1. Bacterial epidemiology

2. Study host-parasite relationship Siklus hidup bakteriofaga :

1. Siklus litik : berakhir dengan lisis atau kematian sel host2. Siklus lisogenik : sel host tetap hidup

Patogenesis penyakit virusUntuk menyebabkan penyakit, virus harus memasuki sebuah host, kontak dengan sel susceptible, replikasi, dan menyebabkan cedera sel.

5. Mycology

Karakteristik Jamur : Eukariotik, Fakultatif parasit, Sitoplasma membran = ergosterol,Non-fotosintetik

Pertumbuhan & StrukturMould:Multiseluler, berserabutSel vegetatif = hifaHifa : septate dan nonseptate -> coenocytic/ continuous cells Berdasarkan fungsi ada dua hifa: hifa aerial untuk reproduksi dan hifa vegetatif (yang mendatar)Identifikasi : berdasarkan morfologi koloni, formasi spora, jenis hifa, dan produksi pigmen.

Beberapa ragi perlu reaksi biokimia (tes urease)

Yeast:

UniselulerOval atau bulatMenyerupai koloni bakteriReproduksi oleh budding (blastospores)Beberapa bisa menghasilkan pseudohyphae

Jamur Dematiaceous:Jamur yang dinding selnya mengandung melanin,memberi pigmen coklat dan hitam (jamur ini bisa mengubah warna kulit orang yang terserang)

Dinding selPolisakarida:Chitin, rantai poli-N-asetilglukosamin, kaku, unsoluble,Glucan, terikat untuk chitin untuk menambah kekakuan dinding selMannan, terikat pada protein, salah satu penentu serologisDapat menghasilkan protoplas (jamur tidak berdinding sel) dalam:

solusi hipertonik, oleh zat mutagenik, dan dengan obat yang mempengaruhi sintesis dinding sel

External CoatingLapisan lendir (slime layer) atau kapsul, mucilagenous (licin, seperti musin)Fungsi: adherence factor, faktor penggumpalan, substansi antiphagocytic (misalnya Cryptococcus neoformans)

MetabolismeAerob obligat, beberapa anaerob fakultatifHeterotrofikDapat tumbuh dalam medium minimal yang sederhana

ReproduksiAseksual : sporulasi, diikuti dengan perkecambahan sporangiospores, conidiospores, thallospores (arthrospores, chlamydospores, blastospores)Seksual : gamet / organ seks (ascospores, basidiospora, zygospores)

DimorfismeBiasanya pathogen pada manusiaTumbuh dalam 2 bentuk yang berbeda: mould dan yeastBiasanya disebabkan oleh suhu yang berbeda -> dimorfisme termal

contoh:Blastomyces dermatitidis: yeast pada 370C, mold pada suhu kamarCoccidioides immitis: yeast pada jaringan, mold pada suhu kamar

PathogenesisMekanisme yang tepat dari patogenesis masih belum jelas Faktor-faktor dapat berkontribusi pada patogenesis:• Menempel pada sel Host -> secara kolonisasi • Invasiveness -> kemampuan untuk menyerang jaringan

• Produk ekstraseluler : protease, elastase, dll • Interaksi fagosit -> PMNs dapat membunuh jamur, tapi jamur dimorfik dan pseudo-hifa resisten terhadap fagositosis

Diagnosa lab:Pemeriksaan mikroskopis langsung: Spesimen (nanah, jaringan, cairan tubuh) + KOH 10% + lactophenol cotton blue Gram stain: Gram positif -> ragiHistologi: HE, PAS Kultur: Sabouraud Dextrose Agar

6. Hubungan Hospes-Parasit

Simbiosis: interaksi antar individu dalam ekosistem (mutualisme, komensalisme, parasitisme)Penyakit dalam komunitas:- epidemik (wabah penyakit di suatu daerah yang luas), - endemik (penyakit umum, tetapi di satu populasi prevalensinya tinggi), - sporadik (penyakit tidak meluas/ hanya ditemui pada beberapa orang di tempat yang berbeda),- pandemik (penyakit yang meluas melewati batas negara)

Herd immunity: saat cukup banyak orang sudah kebal terhadap suatu penyakit, maka penyakit itu akan menghilang dari komunitas

Faktor dari Mikroba yang berperan menyebabkan penyakit:• Adhesin: untuk menempel pada sel host (mekanisme penempelan -> ligan-reseptor, ada

docking: reversibel, dan anchoring: irreversibel)• Invasin • Toxin: endotoxin (LPS pada dinding sel bakteri Gram negatif , baru keluar setelah bakteri

pecah) dan exotoxin (dikeluarkan waktu bakteri hidup, lebih bersifat antigenik dari endotoxin)

• Antiphagocytic factors• Intracellular pathogenicity • Antigenic variation• Biofilm: melindungi bakteri dari antibiotik• Genetik: misalnya dari plasmid yang mengandung penyandi toxin, atau dari profaga (genom

virus dengan siklus lisogenik yang bergabung dengan genom bakteri) bisa membuat bakteri menghasilkan toxin

Portal of entry: mukosa, kulit, parenteral (misal transfusi, infus)Portal of exit/ extry: pernafasan (bersin/ batuk), GI tract (saliva/ feces), sekret urogenital

Faktor patogenisitas agen non-bakteria: • virus menghindar dari sistem imun dengan tumbuh di dalam sel host• virus bisa membunuh sel -> cytopathic effect -> kerusakan sel• jamur bisa memproduksi toksin, memiliki kapsul untuk melindungi diri dari fagosit

Natural History of Disease• Incubation Period: belum muncul gejala tapi sudah ada agen dalam tubuh• Prodromal Period: gejala tidak spesifik• The Period of Illness : gejala spesifik• The period of Decline • The Period of Convalescence : pemulihan

Gejala: tidak bisa diukur, tanda: bisa diukur, sindrom: serangkaian gejala

Penularan:- langsung : sexual, per continuitatum (agen menerobos masuk organ, misal pada invasi Entamoeba hystolitica dari usus besar ke hepar dll.)- tidak langsung: lewat vektor atau lewat ‘kendaraan’ lain (air, udara, dll.)

Reservoir: sumber penularan penyakit, bisa makhluk hidup atau bukan (misal: tanah)

Faktor hospes: Imunitas

7. Microbial Genetics

Pada dasarnya seluruh sifat mikroba dikontrol atau dipengaruhi oleh gen yang dibawanya. Struktur dan Fungsi Materi Genetik :

Genom : Informasi genetic yang terdapat dalam sel (genom sel terorganisir di dalam kromososom).

Kromosom : merupakan komponen structural yang mengandung DNA yang membawa informasi genetic . Kromosom membawa gen-gen.

Gen : merupakan segmen DNA (kecuali pada beberapa virus yang terbentuk dari RNA) yang mengkode informasi genetic.

DNA : merupakan makromolekul yang terdiri dari nukleotida-nukleotida Tiap nukleotida terdiri atas basa nitrogen (adenine (A),thymine(T), cytosine (C), dan

guanine (G)), deoksiribosa, dan posfat. Pasangan basa yaitu A-T dan C-G

REPLIKASI DNA

Dua untaian DNA asal double helix (parental molecule) akan terpisah satu sama lain kemudian masing-masing akan membentuk pasangannya sendiri-sendiri (daughter molecules).

Titik awal pemisahan à REPLICATION FORK Enzim yang berperan :

- DNA polymerase - DNA ligase

Proses replikasi DNA disebut SEMICONSERVATIVE REPLICATION

TRANSKRIPSI : sintesa mRNA dengan menggunakan bagian tertentu dari DNA sebagai cetakan

Hanya 1 untai DNA yg bertindak sebagai template à SENSE STRAND, Untai DNA pasangannya à ANTI SENSE STRAND

Enzim yg berperan : RNA-polymerase Titik Awal Transkripsi à Promoter Site Titik Akhir Transkripsi à Terminator Site

TRANSLASI : Proses menggunakan informasi urutan basa nitrogen dari mRNA untuk menyusun asam amino suatu protein

mRNA berhubungan dengan RIBOSOME (terdiri atas rRNA & protein) Asam amino tertentu melekat pada tRNA Pada bagian tertentu dari tRNA tdp 3 nukleotida à ANTICODON Segmen 3 nukleotida pada mRNA à CODON Ribosome bergerak sepanjang rantai mRNA, setiap kali asam-asam amino berikatan

membentuk polypeptides Bila beberapa ribosome melekat pada satu rantai mRNA disebut POLYRIBOSOMES

KODE GENETIK

Terdapat kemungkinan 64 kodon, tetapi Asam Amino hanya 20, karena 1 Asam Amino bisa disandi oleh beberapa kodon. Keadaan ini disebut : DEGENERACY OF THE CODE.

61 merupakan SENSE CODONS à menyandi Asam Amino 3 merupakan NONSENSE CODONS à mengakhiri sintesa protein (TERMINATOR

CODONS) : UAA, UAG, UGA INITIATOR CODON à AUG untuk Methionine à memulai sintesa protein

MODEL OPERON

STRUCTURAL GENES : - gen yg menyandi protein tertentu à enzim - membentuk mRNA

OPERATOR GENES : mengatur kerja structural genes REGULATOR GENES : membentuk bahan represor (supaya tidak over

production).

MUTASI BAKTERI

Perubahan pada gen à morfologi/biokimia

Melindungi thd seleksi alam

Dapat terjadi secara spontan

Dapat diturunkan ke generasi berikutnya

Dapat kembali ke bentuk semula à BACK MUTATION

KECEPATAN MUTASI à relatif konstan

àdalam 1 generation time

MORPHOLOGIC MUTANTS

Normal bacteria à Agar plate + mutagenàObservasi koloni kuman yang tumbuh àBandingkan dengan koloni kuman normal

MUTASI dapat dipercepat 10 – 100 x dng bahan MUTAGEN Fisis à sinar x, sinar uv, sinar a, γ Kimia à nitrat, acridine, N-mustard

MACAM MUTASI

Subtitusi Basa (point mutation) Missense mutation Nonsense mutation

Adisi/ Delesi Frameshit mutation

Inversi

PEMINDAHAN MATERI GENETIK

1. TRANSFORMATION

Kali pertama diamati oleh Frederick Griffith (1928) pada kuman Streptococcus pneumoniae Sel Donor lisis à mengeluarkan DNA ,Sel Resipien mengambil DNA terlarut yang dilepaskan oleh sel Donor

2.TRANSDUCTION

Pemindahan materi genetik dari suatu kuman ke kuman yang lain dengan perantara bacteriophage ada dua macam yaitu generalized transduction dan restricted transduction.

3. CONJUGATION

Pada proses ini perlu kontak antara 2 sel à SEX PILI

Sel donor adalah F+, sel resipen F-

F+ ( F factor ) merupakan Plasmid à dapat ditransfer

Jika F factor à integrasi ke dlm khromosom à HFr ( High Frequency of Recombination)

PLASMID

Extrachromosomal Genetic Element yg tdp dlm sel bakteri dalam bentuk bebas

Mengandung circular DNA à 1 – 5 % dari ukuran khromosom bakteri

Dapat mengadakan replikasi sendiri

Dapat dipindahkan à pada umumnya dng konjugasi tapi beberapa transduksi

CONTOH :

1.F Factor, 2.Col Factor, 3.R Factors (Resistance Factors) yang terdiri atas :

- resistance transfer factor (RTF) à gen utk replikasi dan konjugasi - r- determinant à resistance genes à menyandi produksi - enzim à inaktivasi obat tertentu 4. Penicillinase plasmid à resisten thd penicillin à transduksi

TRANSPOSONS

Adalah segmen DNA pendek yg dpt berpindah (transposisi) dari satu bagian dari molekul DNA ke bagian yg lain dalam kromosom yg sama, atau ke kromosom yg lain, atau plasmid. Seringkali disebut “jumping genes”

Complex transposons à mengandung gen lain yg tidak berhubungan dengan proses transposisi, misalnya mengandung gen utk toksin atau utk resisten thd antibiotika.

GENETIC ENGINEERING (REKAYASA GENETIK)

Pengetahuan ttg plasmid dan enzim yg terlibat dlm metabolisme DNA memungkinkan untuk à Isolasi gen dari berbagai organisme dan menyatukannya ke dalam sel bakteri

Rekayasa genetik à prosedur pembuatan dan manipulasi materi genetik DNA rekombinan à hasil dari saling berikatannya DNA dari sumber yang berbeda Dibutuhkan : Restriction Enzymes (Endonucleases) utk memotong : bacterial plasmid,

segmen DNA dari organisme lain

APLIKASI DARI REKAYASA GENETIK

THERAPUTIC APPLICATION1. sintesis gen : membuat insulin pada manusia2. subunit vaksin : hepatitis B (yang diisolasi proteinnya)3. produksi produk mikroba : antibioticDll

BASIC RESEARCH AND MEDICAL APPLICATION1. DNA fingerprinting à kedokteran forensic2. terapi gen3.PCR (polymerase chain reaction)4. DNA sequencing5. DNA probes for pathogen identification (pelacak u/ diagnosis molekuler)

8. Microbial Control

Aplikasi

Klinik: mencegah penyebaran infeksi pada komunitas maupun di rumah sakit.

Laboratorium Mikrobiologi: mencegah kontaminasi mikroba dari peralatan dan medium kultur dari mikroba yang tidak kita inginkan.

Industri : mencegah komposisi dekomposisi obat, makanan atau untuk mensterilkan peralatan medis .

Istilah :

Sterilisasi: destruksi semua bentuk kehidupan mikroba, termasuk endospores yang merupakan bentuk yang sangat resisten (Pemanasan adalah metode yang paling umum digunakan untuk tujuan sterilisasi)

Disinfeksi: kontrol ditujukan untuk merusak mikroorganisme dalam bentuk vegetatif (bukan pembentuk spora).

- Secara praktis, untuk istilah disinfeksi umum menggunakan bahan kimia (disinfektans) untuk aplikasi pada permukaan benda mati

- Bila proses tersebut dilakukan pada jaringan hidup, disebut antisepsis dan bahan kimia-nya disebut antiseptika

Sepsis : berarti pembusukanà mengindikasikan adanya kontaminasi oleh bakteri

Degerming: proses mekanikal untuk menghilangkan mikroba pada area tertentu

Sanitasi: proses yang ditujukan untuk menurunkan jumlah mikroba sehubungan dengan kesehatan komunitas dan meminimalkan kemungkinan transmisi penyakit dari satu ke lain orang

Bakteriostatik: suatu perlakuan yang hanya menghambat dan multiplikasi bakteri. Apabila bahan bakteriostatika dihilangkan, maka bakteri akan tumbuh kembali

Faktor yang mempengaruhi control terhadap mikroba :

1. Jumlah mikroba

2. Sifat Mikroba

3.Pengaruh Lingkungan

4.Waktu Kontak

METODE KONTROL TERHADAP MIKROBA :

METODE FISIS

1.Pemanasan Basah à memutus ikatan hydrogen yang mempertahankan struktur tiga dimensi dari protein mikroba.

Pendidihan (100oC pada permukaan laut)

a. Otoklaf (umumnya 121oC selama 15 menit)Untuk: media kultur, peralatan, dressing, larutan, syringes, i.v.equipment, alat gelas, dan bahan lain yang tahan terhadap suhu dan tekanan tinggi

b. Pasteurisasi (63oC selama 30 menit) Ditemukan oleh Louis Pasteur, merupakan pemanasan ringan, yang cukup untuk membunuh mikroba yang menyebabkan pembusukan tanpa merusak secara serius rasa/ tekstur dari produk . Hampir semua virus di inaktifkan.

c. Tindalisasi (63oC selama 30 menit) proses selama tiga hari berturut-turutuntuk memberi kesempatan endospora menjadi vegetatif (germinasi) membunuh bentuk vegetatif dan endospora.

d.HTST (high temperature short-time) pasteurization (72oC selama 15 detik):menurunkan jumlah total bakteri, sehingga susu tetap bagus di dalam penyimpanan almari

es

e. UHT (ultra high temperature) (140oC selama kurang dari 1 detik):

susu dapat disterilkan, sehingga dapat disimpan tanpa almari es

2. PEMANASAN KERING à mikroorganisme mati karena proses oksidasi

a. Flaming : melewatkan alat diatas api (bunsen) ,mis: skalpel, pinset, waskom

b.Red heat (pemijaran), untuk: inoculating loops (ose) di laboratorium mikrobiologi

Incineration: metode efektif untuk mensterilkan dan membuang kertas, kantong, pembalut luka yang terkontaminasi

c. Hot air sterilization (170oC selama 2 jam), bahan/alat yang disterilkan ditempatkan dalam oven, untuk: alat gelas, larutan minyak, lemak,bedak, alat logam

3. FILTRASI à adalah proses melewatkan cairan atau gas melalui alat saring dengan pori-pori yang dapat menahan mikroorganisme . Membutuhkan alat (vacuum pump) untuk membantu menarik cairan melewati saringan ; untuk: media kultur, larutan enzim, vaksin, antibiotika (material yang sensitif terhadap panas)

HEPA (High efficiency particulate air) filters: biasanya di ruangan perawatan luka bakar untuk menurunkan jumlah mikroorganisme yang berasal dari udara (menahan hampir semua mikroba dengan diameteryang lebih besar dari 0.3 µm)

Membrane filters, tersusun dari ester selulosa atau polimer plastik (populer di industri dan laboratorium) ukuran: 0,22 µm & 0,45 µm, untuk menahan bakteri; 0,01 µm akan menahan virus

4. RADIASI à ada 2 yaitu ionizing dan non ionizing

Ionizing radiation : Gamma rays, X rays (mempunyai panjang gelombang pendek (kurang dari 1 nm), energi yang besar dan efek penetrasi yang tinggi )

prinsip kerja: mengionkan mol.air, akan membentuk radikal hidroksil yang sangat reaktif yang selanjutnya menyerang DNA

untuk: alat farmasi, peralatan medis disposibel seperti semprit injeksi, sarung tangan, benang jahit, dan kateter

Non Ionizing radiation : - mis. sinar ultra violet (UV) mempunyai panjang gelombang > 1 nm, sinar UV merusak DNA sel yang terpapar dengan membentuk ikatan antara thimin yang berdekatan dalam rantai DNA ; (thymine dimers) à menghambat replikasi DNA yang benar selama proses reproduksi ; panjang gelombang UV 260 nm à diabsorbsi DNA secara khusus à paling efektif sbg antimikroba

Untuk: kontrol mikroba di udara, disinfeksi vaksin dan produk medis lainnya

5. SUHU RENDAH : efek suhu bergantung pada mikroba tertentu dan intensitas penggunaan ; mis. pada suhu refrigerator biasa (0-7oC), metabolisme kebanyakan mikroba (bakteri patogen) ditekan (efek bakteriostatik)

6. PENGERINGAN (DESSICATION) : suatu kondisi tanpa adanya air à mikroorganisme tidak dapat tumbuh atau berkembang biaK, tetapi dapat tetap hidup

- Lyophilization: metode pengeringan dan pendinginan untuk mengawetkan mikroba (di laboratorium)

- resistensi sel vegetatif terhadap pengeringan bervariasi tergantung spesies dan lingkungan

mis. - bakteri Go dapat bertahan terhadap kekeringan hanya sekitar 1 jam, tetapi bakteri tuberkulosis dapat bertahan hidup selama ber-bulan2 ;bakteri lebih resisten jika berada di dalam mukus, pus, atau feses

7. TEKANAN OSMOSE àkonsentrasi tinggi dari garam dan gula memiliki efek mengawetkan karena: membuat lingkungan hipertonis (osmotic pressure) yang menyebabkan air keluar dari sel mikroba, sehingga membran plama lepas (plasmolysis). digunakan untuk mengawetkan makanan (mis. daging, buah-buahan. Kapang dan sel ragi mampu tumbuh pada material dengan tekanan osmose yang tinggi

METODE KIMIAWI

untuk kontrol mikroba baik pada jaringan hidup maupun benda mati

kebanyakan agens kimiawi hanya menurunkan populasi mikroba pada level aman atau hanya menghilangkan bentuk vegetatif (Iodium dan Glutaraldehyde disebutkan dapat mempengaruhi endospora)

karakteristik tentang suatu disinfektans dapat dipelajari dari membaca label pada wadah

Jenis Disinfektans

1. Bahan Kimia yang merusak membrane plasma

- Senyawa fenol: CRESOL, HEXACHLOROPHEN

- Golongan biguanides: CHLORHEXIDINE

- Golongan alkohol: ETHANOL (60-90%), ISOPROPANOL

-Senyawa penurun tegangan permukaan: QUATERNARY AMMONIUM

2. Bahan Kimia Yang Merusak Enzim

-oksidators : IODINE, CHLORINE, HYDROGEN PEROXIDE

- logam berat: MERCURI CHLORIDE, SILVER, ZINC

3. Bahan kimia yang bereaksi dengan gugus fungsional Protein

- alkylating agent : ETHYLEN OXIDE, PROPYLEN OXIDE

- aldehyde : FORMALDEHYD, GLUTARALDEHYDE

9. Morfologi dan Ultrastruktur

Ciri Prokaryota paling menonjol: DNA sirkuler tidak diseliputi membran, tidak memiliki histon, tidak punya organel bermembran, dinding sel dari peptidoglikan, binary fission

Struktur:

- Glycocalix: berada di luar dinding sel, membentuk kapsul (jika ikatannya teratur) atau slime layer (jika ikatannya tidak teratur), membantu meloloskan diri dari fagosit karena licin, bisa dilihat dengan negative staining

- flagella: untuk pergerakan, ada monotrik (satu flagella), lophotrik (banyak di salah satu ujung), amphitrik (banyak di dua ujung), peritrik (menyeliputi sel)

Struktur yang menyerupai flagela tapi mengelilingi sel: axial filament

- fimbriae: untuk perlekatan, disebut juga common pili, kalau untuk konjugasi -> sex pili

- cell wall: peptidoglikan, pada Gram + ada asam teikoat, pada Gram – ada LPS (lipid A- endotoxin), jika ini rusak, pada Gram + akan terbentuk protoplas, pada Gram – terbentuk spheroplas

- membran plasma: terdapat mesosom yang berperan dalam pembelahan

- sitoplasma: terdapat nukleoid area tempat adanya kromosom bakteri, substansi genetik melingkar yang terpisah dari kromosom disebut plasmid

- ribosom: 70S, terdiri dari dua subunit, 30S dan 50S

- inclusion: tempat cadangan makanan-à metachromatic granule (pada C. diphteriae)

- endospora: membantu bakteri bertahan dalam kondisi ekstrim, 3 tipe: terminal (di tepi), subterminal (mendekati tepi), central (di tengah)

10. Microbial Growth

Bakteri dipilah-pilah berdasarkan kebutuhannya terhadap:

- Suhu; psikrophilik (suka dingin), mesofilik (patogen manusia), thermofilik (suka panas)

- pH; bakteri biasanya tumbuh pada pH 6,5-7,5, tapi ada yang asidofilik (suka asam)

- osmotic pressure; halofil bisa tumbuh pada konsentrasi garam tinggi

- karbon; ada yang kemoautotrof dan heterotrof

- oksigen; obligat aerob (tdk ada oksigen ->mati), obligat anaerob (ada oksigen -> mati), microaerophilic (membutuhkan oksigen dalam konsentrasi lebih kecil dari atmosfer), fakultatif anaerob (ada oksigen jadi aerob, tdk ada oksigen jadi anaerob), aerotoleran anaerob (ada oksigen tetap anaerob tapi tidak mati)

- kultur: chemically defined media, complex media, reducing media (bisa menciptakan suasana anaerob), selective media (mengandung zat yang bisa membunuh bakteri kontaminan), differential media (untuk membedakan sifat koloni satu bakteri dengan bakteri lain), enrichment media (memperbanyak jumlah mikroba yang diinginkan)

- Fase tumbuh: lag phase (adaptasi, jumlah konstan, aktivitas metabolik tinggi), log/ exponential growth phase (peningkatan jumlah mikroba secara drastis), stationary phase (jumlah mikroba mati=jumlah mikroba yang baru terbentuk), death phase (jumlah mikroba berkurang drastis)

- Metode penghitungan: plate count (menghitung CFU), most probable number, direct microscopic count (Petroff Hauser), kekeruhan, filtrasi