MIKROBIOLOGI, menyumbangkan suatu pandangan baru tentang kehidupan di planet ini. Apakah gerangan pandangan kehidupan yang disumbangkannya? Yang jelas, pasti tidak akan lepas urusannya dengan segala jenis makhluk hidup yang “kecil-kecil” yang kita kenal sebagai mikroba.
Di planet bumi ini mikroba hidup dengan cara yang sangat beraneka ragam, terkadang aneh dan tak mungkin dilakukan oleh jenis makhluk hidup lainnya seperti tumbuhan atau hewan. Kita ambil sebagai contoh yaitu bakteri. Di dalam air mendidih, tumbuhan atau hewan tentu akan mati kepanasan, tapi ada bakteri yang malah tumbuh dengan subur. Ada lagi yang lebih aneh. Kita tahu, bahwa kebanyakan makhluk hidup membutuhkan oksigen.
Nah, ada jenis bakteri yang sama sekali tidak membutuhkan oksigen untuk hidup, kalau ada oksigen dia malah mati. Cara-cara mikroba hidup memang mencengangkan. Hal inilah yang menarik perhatian para ahli sehingga tak bosan-bosannya diselidiki.
ADVERTISEMENT
SCROLL TO RESUME CONTENT
Salah satu aspek yang juga menarik perhatian para ahli adalah apa, mengapa, dan bagaimana mikroba mati secara alami. Sebab, kebanyakan mikroba mati akibat ulah manusia yang disengaja. Sterilisasi, pemberian desinfektan atau antibiotika, misalnya. Nah, yang ingin diselidiki para ahli adalah mekanisme molekuler dan fisiologi sel mikroba yang mati secara alami. Berhasilkah mereka menyelidiki hal tersebut? Mari kita lihat berbagai hasil penelitian yang telah dilakukan para ahli berikut ini.
Bakteri yang banyak diminati para ahli untuk diteliti adalah Klebsiella pneumoniae. Dari namanya, sudah dapat diduga bahwa bakteri ini pastilah ‘biang keladi’ berbagai penyakit yang menyerang paru-paru. Kebanyakan bakteri ini senang menghuni tanah atau usus Mamalia. Bentuknya batang. Kekhasannya, beberapa strain bakteri Klebsiella mampu memfiksasi nitrogen dari udara. Ada atau tidak ada oksigen, tidak menjadi masalah bagi bakteri Klebsiella. Dia dapat terus tumbuh dengan subur. Dalam hal makanan bakteri inipun tidak rewel. Berbagai senyawa organik akan dilahapnya. Bakteri Klebsiella tidak memerlukan vitamin atau mineral melebihi apa yang biasa diperlukan makhluk hidup lainnya. Dia hanya membutuhkan potasium, sodium, magnesium, dan beberapa unsur makro lain. Di dalam kultur yang sehat, sel- sel bakteri Klebsiella terlihat serupa. Mereka tidak membentuk struktur sel yang khusus, misalnya spora atau kapsula. Apabila sel-sel itu diamati dengan seksama, beberapa sel terlihat lebih panjang dibandingkan sel lainnya. Tapi, yang paling banyak adalah sel-sel berukuran pendek. Sel-sel yang pendek itu akan tumbuh hingga mencapai suatu ukuran tertentu. Selanjutnya, sel- sel itu membelah dan menjadi dua sel baru yang mungil-mungil. Sel-sel baru tersebut,
sama pendeknya dan sama kecilnya.
Pada saat pembelahan sel sedang berlangsung, sel induk dan sel anak tidak bisa dibedakan. Begitu juga pada pembelahan sel bakteri Escherichia coli, ‘saudara sepupu’ Klebsiella. Lucunya, setiap kali sebuah sel induk membelah, dia akan berumur sama dengan sel anak. Dan sejak itu, mereka berdua sama-sama mulai menjalani kehidupan dari awal. Nah, inilah yang menjadi pertanyaan ! Kalau setiap kali sebuah sel yang membelah dianggap seumur dengan sel baru belahannya, kapan sel bakteri menjadi tua lalu mati? Padahal siklus hidup suatu makhluk hidup biasanya adalah lahir, tumbuh menjadi dewasa, berkembang biak, menjadi tua, lalu mati. Lalu, akankah bakteri menjadi tua kemudian mati seperti halnya makhluk hidup lainnya?
Ingat, kejadian yang diamati para ahli itu berlangsung di laboratorium. Nyatanya, di alam bakteri-bakteri itu mengalami pasang surut makanan. Mereka justru lebih sering menderita kelaparan. Di tanah misalnya, bakteri umumnya kelaparan. Mereka harus bersaing dengan ketat dengan penghuni-penghuni tanah lainnya untuk memperebutkan makanan. Makanan yang diperebutkan terutama berupa senyawa organik hasil penguraian humus. Namun, kelaparan tidak selamanya dialami oleh bakteri-bakteri tanah. Kadang-kadang ada senyawa organik yang diekskresikan oleh makhluk hidup tingkat tinggi, mungkin hewan atau mungkin juga manusia.
Pada saat seperti itulah bakteri penghuni tanah akan berpesta pora. Mereka lalu mengadakan pembelahan sel secara besar-besaran sehingga jumlahnya berlipat ganda dengan cepat. Akibatnya, makanan yang semula berlimpah, kini menjadi berkurang dan berkurang terus sampai akhirnya habis. Kembalilah bakteri-bakteri itu dilanda kelaparan.
Diduga, ketika mengalami kelaparan, bakteri Klebsiella menjadi tua, dan tak lama kemudian mati. Ada sel yang mati lebih cepat dan ada yang mati lebih lambat. Kematian yang terjadi secara alami biasanya disebabkan oleh ‘stress’. Ah, rupanya bakteri pun tak luput dari ‘stress’ ! Namun, penyebab ‘stress’ pada bakteri berbeda dengan kita. Suhu yang menurun dengan drastis, perubahan kadar garam (salinitas) dan kadar asam`secara tiba-tiba dapat berakibat fatal bagi bakteri. Keadaan kelaparan tidak seberapa fatal dibandingkan dengan perubahan faktor lingkungan secara mendadak. Oleh karena itu, hanya sedikit ahli yang berminat untuk meneliti kematian bakteri akibat kelaparan.
Kini, mungkin timbul pertanyaan di benak para pembaca. Bagaimana cara mengetahui jumlah sel yang mati di dalam suatu populasi bakteri? Cara yang umum adalah dengan mengambil sampel dari populasi itu. Sampel kemudian dibiakkan di dalam medium dan diinkubasi selama beberapa jam. Bila menggunakan medium yang disimpan di dalam cawan Petri, lama inkubasi biasanya semalam suntuk. Setelah lewat masa inkubasi, bakteri dihitung jumlahnya untuk mengetahui berapa banyak bakteri yang berhasil melakukan pembelahan sel untuk membentuk koloni-koloni baru. Sel-sel bakteri yang tidak membelah dianggap mati. Mungkinkah bakteri yang mati itu memang sudah mati sebelum dihitung? Ataukah bakteri itu mati sewaktu dilakukan penghitungan? Kemungkinan sebagian besar bakteri mati sewaktu penghitungan dilakukan. Demikian menurut pendapat para ahli.
Kapan tepatnya bakteri-bakteri itu mati, sulit ditentukan. Sebagian mungkin memang mati akibat perlakuan yang ‘kasar’ sewaktu mengambil sampel. Tapi bisa jadi mereka memang sudah mati beberapa jam yang lalu. Wah, ternyata susah meng-adakan penelitian untuk mengamati proses kematian yang wajar pada bakteri. Salah penanganan sedikit saja ketika mengambil sampel, dapat berakibat fatal. Jumlah sel bakteri yang mati jadi bertambah. Akibatnya data yang didapat pun tidak sesuai dengan keadaan sebenarnya. Bagaimana cara mengatasi hal itu?
Cara baru pun dicoba. Yang diamati kali ini adalah kemampuan bakteri untuk bertahan hidup (viabilitas) meskipun mengalami ‘stress’ atau ‘penderitaan’ lainnya. Untuk itu sifat- sifat dasar bakteri yang diamati perlu dipertimbangkan. Sifat-sifat itu antara lain bentuk dan ukuran sel, respon sel terhadap zat-zat kimia yang digunakan untuk pewarnaan terhadap sel bakteri, dan respon sel terhadap ‘stress’ yang tarafnya ringan. Sayang, dengan cara baru ini pun para ahli belum memperoleh hasil yang memuaskan.
John Postgate dan koleganya pada tahun 1960 pernah meneliti kematian sel bakteri Klebsiella yang mengalami kelaparan. Mereka membiakkan sampel bakteri pada kaca mikroskop. Setelah diinkubasi selama 1,5 sampai 3,5 jam, sel-sel yang mati dan koloni-koloni baru dihitung. Dari data itu diperoleh perban-dingan antara bakteri yang hidup dan yang mati. Walaupun cara itu belum dapat digunakan untuk memastikan kapan sel bakteri mati, tapi data yang dihasilkan, secara statistik cukup absah (valid) dan bila dilakukan pengulangan hasilnya akan sama. Cara itu sering dipakai untuk meneliti kematian bakteri dari sudut fisiologinya.
Berapa lama bakteri dapat mempertahankan kemarnpuan untuk berlipat ganda tergantung pada makanan yang disantap bakteri sebelum mereka mengalarni kelaparan. Klebsiella yang dibiakkan di dalam medium yang mengandung makanan berenergi tinggi (contohnya gliserol) berlipat ganda dengan cepat sehingga mampu bertahan hidup cukup lama, padahal persediaan nitrogen di dalam medium tersebut terbatas. Sebaliknya, bila medium mengandung sedikit gliserol tetapi mengandung banyak nitrogen, populasi Klebsiella menurun dengan cepat. Tetapi, populasi bakteri yang
dibiakkan di medium dengan persediaan magnesium terbatas akan lebih cepat mati. Kemampuan dan kecepatan bakteri berlipat ganda mempengaruhi kecepatan kematian bakteri ketika dilanda kelaparan. Dengan kata lain, makin cepat populasi bakteri tumbuh, makin lambat populasi bakteri itu mati. Hal ini logis, bukan? Penjelasan secara biokimia akan membantu untuk memahami hal tersebut. Dalam keadaan kelaparan sel-sel bakteri menggunakan bahan penyusun selnya (berupa cadangan karbohidrat, protein, dan asam nukleat) untuk memper-tahankan hidup. Makin banyak cadangan makanan yang dimiliki sel bakteri, makin lama bakteri itu mampu bertahan hidup. Sebagai contoh, perhatikanlah grafik pada gambar di atas.
Populasi bakteri yang dibiakkan di dalam medium dengan karbohidrat berlimpah, bertahan hidup cukup lama walaupun persediaan nitrogen terbatas.
Cadangan makanan yang pertama-tama digunakan adalah karbohidrat. Selanjutnya, pilihan jatuh pada cadangan protein. Bila cadangan protein mulai berkurang, maka asam ribonukleat (ARN) di dalam sel menurun banyak tetapi asam deoksiribonukleat (ADN) hanya menurun sedikit. Penurunan ARN di dalam sel bakteri dapat menyebabkan keadaan kritis. Biasanya jenis-jenis bakteri Klebsiella mempunyai cukup banyak ARN di dalam selnya. Meskipun demikian, bila ARN digunakan hingga tinggal separuhnya, bakteri-bakteri itu akan sekarat. Mereka tidak bisa lagi membentuk koloni-koloni baru bila dibiakkan pada medium. Namun, bakteri-bakteri yang sekarat tetap menunjukkan tanda-tanda hidup. Mereka masih melakukan pernapasan (respirasi) meskipun dengan sangat pelan. Mereka masih mampu menahan perubahan kadar garam lingkungan (salinitas). Zat-zat warna beracun tetap dapat mereka singkirkan agar tidak masuk ke dalam sel. Persediaan asam amino dan adenosin trifosfat (ATP) di dalam sel mampu dipertahankan. Yang tidak dapat mereka lakukan adalah memperbanyak diri! Bakteri-bakteri itu dikatakan berada dalam keadaan sekarat.
Apakah bakteri-bakteri yang sekarat bisa dibiakkan? Ternyata bisa. Untuk membiakkan bakteri yang sekarat perlu disiapkan suatu kultur kontinyu (continuous culture). Di dalam kultur kontinyu itu, persediaan gliserol terbatas. Populasi yang dibiakkan di dalamnya lama kelamaan sebagian akan mati. Nah, sel- sel yang mati itu meninggalkan ‘warisan’ berupa sejumlah molekul gliserol yang belum terpakai. Warisan gliserol itu kemudian dipakai oleh sel-sel lain yang berada di sekitarnya untuk melanjutkan hidup dan memperbanyak diri.
Para pembuat model matematika dibuat sibuk dengan model dinamika populasi bakteri yang harus mereka kerjakan. Penghitungan aljabar model itu sebenamya tidak sulit. Yang harus dihitung adalah perbandingan jumlah bakteri pada berbagai keadaan yang dibiakkan di dalam bermacam-macam medium. Jenis jenis medium yang digunakan adalah ‘medium dengan persediaan magnesium terbatas, nitrogen terbatas, atau nutrien-nutrien lain yang juga dibatasi persediannya.
Suatu penelitian telah dilakukan terhadap Klebsiella pneumoniae . Populasi bakteri itu dibiakkan di dalam medium yang mengandung sedikit magnesium. Kultur bakteri tersebut diinkubasi pada suhu 37° C. Medium diganti setiap 6 hari. Hasilnya, hanya sekitar 50% sel bakteri di dalam kultur itu yang mampu bertahan hidup. Sangat disayangkan bahwa para peneliti belum dapat memisahkan antara bakteri yang hidup dan dalam keadaan ‘segar bugar’, bakteri yang dalam keadaan sekarat, serta bakteri yang benar-benar telah mati. Seandainya telah ditemukan metodanya, bakteri dalam berbagai keadaan tersebut dapat diteliti secara lebih mendalam.
Di alam, misalnya di tanah, di danau, atau di dalam lumpur aktif dari suatu instalasi pengolah limbah, kehidupan mikroba mirip suatu kultur kontinyu yang sangat lambat. Hanya kadang- kadang saja yaitu bila ada ‘rejeki nomplok’ berupa bahan organik yang berlimpah, kehidupan mikroba di alam berubah sementara. Pernahkah kita bayangkan apa yang bakal terjadi seandainya mikroba di alam ini semua adalah bakteri Klebsiella? Tentunya seluruh bakteri di dalam biosfer akan mati, atau setidaknya dalam keadaan sekarat. Lucu memang, kalau kita mengambil bakteri, suatu organisma yang tidak istimewa, untuk mewakili kehidupan mikroba di biosfer. Hampir tidak dapat dipercaya, dugaan tentang keadaan yang mungkin terjadiitu, ternyata benar!
Ahli ekologi mikroba sudah membuktikan hal tersebut. Mereka mengambil sejumlah sampel bakteri dari alam dan dari lingkungan buatan. Sampel-sampel itu dibiakkan di dalam berbagai jenis medium. Setiap kali mereka menghitung jumlah sel bakteri hidup pada sampel-sampel itu, hasilnya selalu kecil, angkanya paling-paling berupa kelipatan 10 atau 100. Padahal jumlah yang mereka bayang-kan jauh lebih besar. Apa gerangan yang salah? Tuduhan yang sering dilontarkan adalah kesalahan teknis, terutama berupa perlakuan kasar sewaktu mengerjakan sampel atau medium kultur yang digunakan tidak sesuai. Tidak ada yang salah sebenarnya ! Populasi bakteri itu sendirilah yang mengecoh para peneliti. Di dalam populasi bakteri itu, banyak terdapat sel-sel yang sedang ‘sekarat’, tapi sulit untuk membedakannya dengan sel-sel yang benar-benar telah mati. Belum lagi banyak jenis bakteri tanah, seperti Arthrobacter juga sering mengecoh. Bakteri- bakteri tanah itu kuat menahan rasa lapar yang hebat. Demikian pula spora-sporanya. Tetapi, meskipun secara fisiologis aktif, sel-sel bakteri itu tidak mampu memperbanyak diri. Nah, cukup jelas bukan, penyebab rendahnya jumlah sel bakteri yang dihitung oleh para peneliti?!
Kadang-kadang para ahli menemukan fenoma lainnya. Fenoma itu berupa pertumbuhan populasi bakteri yang terjadi sewaktu populasi sedang mengalami kelaparan. Kejadiaanya adalah sebagai berikut. Sel-sel bakteri yang sekarat lalu mati, meninggalkan ‘warisan’ berupa metabolit, di antaranya asam amino dan ATP. ‘Warisan’ itu kemudian digunakan oleh sel-sel yang merupakan ‘teman-teman dekatnya’. Akibatnya, timbullah fenoma yang dikenal dengan istilah “pertumbuhan kriptik”. Pertumbuhan kriptik ini sebenarnya merupakan suatu bentuk kanibalisme.
Serangkaian penelitian yang dilak-sanakan pada akhir tahun 1988, mengungkapkan suatu teori kemung-kinan baru yang berkaitan dengan evolusi. Seperti telah kita ketahui, pada proses evolusi terjadi peristiwa mutasi. Mutasi umumnya terjadi secara spontan, acak, dan tidak dipengaruhi oleh faktor-faktor lingkungan eksternal. Peristiwa mutasi ini, kemungkinan besar terjadi pada sel-sel bakteri yang dibiakkan di dalam medium dengan persediaan laktosa terbatas. Bakteri yang dipilih untuk diuji adalah Escherichia coli, ‘saudara sepupu’ Klebsiella. Bakteri E. coli yang diuji, tidak mampu memanfaatkan laktosa sebagai sumber energi. Setelah masa inkubasi yang cukup lama, perlahan-lahan terlihat adanya kenaikan jumlah sel bakteri di dalam medium percobaan itu. Berdasarkan hasil tersebut, dicarilah suatu metoda untuk meng-hitung kecepatan mutasi.
John Cairns beserta rekan-rekannya di Universitas Harvard terdarik untuk meneliti hal yang sama pada bakteri yang dibiakkan di dalam medium cair. Penelitian mereka cukup berhasil. Mereka memperoleh sejumlah bakteri mutan pengguna laktosa. Tapi mutan-mutan serupa tidak diperoleh bila bakteri dibiakkan di dalam medium cair tanpa laktosa. Kesimpulan mereka, bakteri-bakteri yang kelaparan akan mengubah sifat genetisnya agar dapat memanfaatkan sumber energi lain yang terdapat di sekelilingnya, dalam hal ini adalah laktosa.
Diperkirakan terjadinya mutasi pada bakteri adalah sebagai berikut. Bakteri yang kelaparan akan menguraikan protein dan RNA selnya. Pada keadaan demikian, sistem yang mereparasi DNA sudah tidak berfungsi. Terbentuklah mutagen yang berasal dari RNA yang terurai. Sejumlah DNA juga menjadi terurai. Di saat inilah kemungkinan terjadi mutasi secara besar-besaran. Beberapa mutasi ada yang berlangusng lebih cepat dari yang lain. Para peneliti berusaha untuk membuat ‘skenario’ tentang terjadinya mutasi-mutasi acak yang dikendalikan oleh lingkungan. Tapi sayang, para ahli itu sendiri tidak tahu cukup banyak mengenai fisiologi dari sel bakteri yang dalam keadaan sekarat. Apa boleh buat! Sehingga pertanyaan: “Benarkah kematian pada bakteri lebih dipengaruhi oleh keadaan genetis daripada keadaan fisiologis?” tetap merupakan ‘teka-teki’ yang belum terungkap. Jawabannya tersembunyi di balik misteri kehidupan bakteri-bakteri sekarat di dalam kultur kontinyu. Siapakah gerangan yang kelak akan menyingkapkan ‘teka-teki’ tersebut? Mungkin ada di antara pembaca yang tertarik untuk mencobanya. Silahkan! SRI LESTARININGSIH/ dari New Scientist/May 1989.
Sumber: Majalah AKUTAHU/AGUSTUS 1992
