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 bahan-bahan mati.
Doktrin abiogenesis dianut
sampai jaman Renaissance,
seiring dengan kemajuan
pengetahuan mengenai mikroba, semakin lama doktrin 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 bahan tersebut.
Percobaan 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 bahan-bahan
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 62o C.
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 derajat C 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. PERAN MIKROBA
DALAM TRANSFORMASI BAHAN ORGANIK
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 CO2 merupakan 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 dan batang
dengan ukuran sel lebih kecil. Adanya
sel-sel yang lebih kecil ini ternyata mengakibatkan 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.
E. 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.
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
menyebabkan timbulnya 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.
Mikrobia dapat diisolasi kembali dari jasad yang telah
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
3.
ditumbuhkan di dalam media buatan.
4.
Filtrat dapat menimbulkan penyakit pada jasad yang peka.
5.
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 enzim amilase,
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, misalnya untuk
pupuk hayati (biofertilizer), biopestisida, pengomposan, dan sebagainya.
6.
Penggunaan
mikroba di bidang
pertambangan, seperti untuk
proses leaching di tambang emas, desulfurisasi batubara,
maupun untuk proses penambangan minyak bumi.
Penggunaan
mikroba di bidang lingkungan, misalnya
untuk mengatasi pencemaran limbah organik maupun anorganik termasuk logam berat
dan senyawa xenobiotik
