BAB II SEJARAH PERKEMBANGAN MIKROBIOLOGI Pendahuluan Mikrobiologi telah berkembang menjadi suatu ilmu pengetahuan berdasarkan keingintahuan manusia untuk mengungkap berbagai kejadian-kejadian alam yang yang menyangkut kehidupan kita sehari-hari. Mengapa setelah beberapa selang waktu susu dan daging mengalami pembusukan sehingga tidak layak dimakan lagi? Darimanakah asal penyebab kerusakan kuah daging? Mengapa orang yang pernah sakit cacar tidak akan sakit lagi? Apa penyebab penyakit suatu tanaman ataupun hewan? Untyuk menjawab permasalahan tersebut berbagai pendekatan telah dilakukan melalui percobaan di laboratorium. Hasil percobaan kemudian digunakan sebagai konsep dasar untuk perkembangan mikrobiologi. Kemampuan mengamati mikrobia merupakan prasyarat utama untuk menerapkan metoda ilmiah dalam mempelajari mikrobiologi. Prasyarat utama tersebut dapat dipenuhi dengan penemuan yang sangat menarik yaitu penemuan mikroskop di pertengahan abad 16, sehingga memungkinkan para peneliti dapat mengamati mikrobia. Mikrobiologi secara format baru muncul setelah abad 16 pada saat diketemukannya mikroskop oleh Robert Hooke dan Inggris dan Antony van Leeuwenhoek dan Belanda. Beberapa bahasan telah dipilih untuk menarik minat mahasiswa mempelajari munculnya mikrobiologi dan mengajak mahasiswa untuk tidak mengabaikan tentang peran dan kontribusi penting para ahli terdahulu di dalam perkembangan mikrobiologi yang sangat pesat. Bahasan tersebut meliputi: Penemuan mikrobia dan perkembangan mikrobiologi di abad 16; Perkembangan mikrobiologi abad 18 dengan teori generasi spontannya; Era emas mikrobiologi yang mencakup tentang penemuan bakteri dan virus penyebab penyakit; dan Perkembangan mikrobiologi masa kini. Tujuan instruksional khusus bahasan ini adalah mahasiswa akan dapat menjelaskan perkembangan mikrobiologi dan tokoh-tokoh yang berperan dalam perkembangan mikrobiologi pada abad 16 sampai sekarang, serta postulat sesuai dengan materi kuliah, setelah mengikuti kuliah Penemuan mikrobia dan perkembangan mikrobiologi di abad 16. Salah satu penemuan yang sangat penting dalam sejarah mikrobiologi adalah penemuan mikroskop oleh Robert Hooke (1665). Dengan ditemukannya alat pembesar atau mikroskop tersebut, memungkinkan pengamatan mikrobia dapat dilakukan.. Robert Hooke (1 635-1703) Robert Hooke adalah peneliti Inggris yang pertama kali menggunakan mikroskop untuk mengamati berbagai bahan. Hasil pengamatan tersebut kemudian disetujui oleh Royal Universitas Gadjah Mada
27
Society untuk dipublikasikan dengan judul Micrographia (1664). Buku tersebut berisi gambar yang terinci tentang serangga, larva serangga, biji, telur, rambut dan batuan. Selain itu Hooke juga membuat diskripsi tentang jamur benang mikroskopik yang tumbuh di permukaan kulit. Sumbangan yang sangat besar kepada ilmu pengetahuan adalah penemuan unit terkecil struktur jasad hidup adalah sel. Dengan penemuan tersebut Hook memulai adanya Teori sel yaitu teori yang menyatakan bahwa semua jasad hidup tersusun oleh sel. Teori sel ini merupakan landasan untuk pengamatan struktur dan fungsi sel. Antony van Leeuwenhoek (1632-1723) Antony van Leeuwenhoek adalah seorang penjahit juga seorang pengamat dan penguji rasa anggur dan Belanda. Sejak umur 16 tahun dia bekerja di pabrik tirai dan linen (gordijn) di Deift. Antoni van Leeuwenhoek kemungkinan orang yang pertama kali mengamati mikrobia hidup dengan menggunakan kaca pembesar. Leeuwenhoek mengembangkan bakatnya untuk mengasah lensa dan merakitnya kedalam mikroskop sangat sederhana. Dengan mikroskop mi Leeuwenhoek mulai melakukan pengamatan berbagai jasad renik yang hidup dalam setetes air. Antara tahun 1673 - 19723 tepatnya sejak 9 Oktober 1676, Leeuwenhoek adalah orang yang pertama kali menulis suatu sen surat yang dikirimkan ke Royal Society di London tentang diskripsi hewan mikroskopik yang disebut animalcules. Penelitian Leeuwenhoek yang lain adalah tentang lada. Leeuwenhoek telah menduga bahwa animalcules merupakan salah satu penyebab rasa pedas pada lada. Van Leeuwenhoek telah menggambar secara rinci tentang animalcule yang berasal dan air hujan, air rendaman kelopak jagung, lapisan gigi dan dan mulut manusia., yang kemudian diientifikasi sebagai protozoa dan bakteri. Bakteri digolongkan menjadi basili berbentuk batang, kokus (berbentuk bulat) dan spirila atau spiroketa (berbentuk spiral) (Gambar2.1).
Gambar 2.1. Berbagai macam bentuk bakteri (Atlas, 1997) Universitas Gadjah Mada
28
A. Mikroskop sederhana yang dibuat oleh van Leeuwenhoek; B. Bentuk dasar bakteri hasil pengamatan van Leeuwenhoek pada 1683 Pengamatan mikroskopik untuk bakteri kemudian berkembang dengan menggunakan pewama sederhana (metilen biru) oleh Paul Ehrlich (1881). Pewarnaan sel bakteri berkembang lebih lanjut oleh Christian Gram (1884) yaitu pewarnaan gram yang disebut pula sebagai pewarnaan diferensial, karena menggunakan dua macam pewarna (kristal Violet dan Safranin). Pengecatan Gram ini digunakan untuk klasifikasi bakteri. Perkembangan mikrobiologi pada abad 18 dan teori generasi spontan Sejak diketemukan dunia mikrobia yang dapat dilihat maka masyarakat ilmuwan pada saat itu menjadi sangat tertarik akan asal usul jasad renik tersebut. Sampai dengan pertengahan abad ke 19, banyak ahli dan filosuf percaya bahwa berbagai bentu jasad hidup itu muncul secara spontan dan bahan non hidup. Pada abad 18 muncul proses hipotetik generasi spontan (abiogenesis). Sekitar seratus tahun yang lalu prang masih ercaya bahwa katak kecil, ular, dan tikus lahir dan tanah yang basah; lalat berasal dan kotoran sapi, dan belatung berasal dan bangkai yang busik. Munculnya pro dan konfra teori generasi spontan Teori generasi spontan adalah teori yang menyatakan bahwa jasad hidup itu muncul secara spontan dan bahan mati. Hampir sebagian ahli dan filsuf tidak percaya tentang konsep generasi spontan atau abiogenesis. Salah satu ahli yang menentang teori generasi spontan adalah Fransisco Redi 16261697) (pendeta ahli fisika dan Italia). Redi 1668 melalui percobaannya telah membuktikan bahwa belatung tidak muncul secara spontan dan daging busuk. Redi mengisi enam bejana dengan sepotong daging sapi segar, tida diantara bejana tersebut ditutup rapat, sehingga tidak memungkinkan lalat masuk ke dalam bejana. Tiga bejana yang lain dibiarkan terbuka. Setelah selang beberapa hari, belatung nampak muncul dan bejana yang terbuka setelah dihinggapi lalat dan bertelur disitu, sedangkan pada bejana yang tertutup tidak menunjukkan adanya belatung. Dengan hasil percobaan tersebut Redi belum yakin karena masih banyak ahli yang menentang karena generasi spontan diduga memerlukan udara segar. Kemudian percobaan kedua dilakukan kembali dengan menutup tiga bejana dengan kain kasa yang memungkinkan udara masih bias masuk ke dalam bejana tersebut. Setelah beberapa han ternyata belatung tetap tidak muncul. Belatung terbukti berasal dan telur lalat yang ada pada daging yang terbuka. Generasi spontan tetap dipercaya hingga tahun 1745. John Needham (1713-1781), ahli dan Inggris berusaha membuktikan bahwa kaldu ayam atau jagung yang telah dipaUniversitas Gadjah Mada
29
naskan dimasukkan ke dalam labu tertutup, ternyata setelah beberapa waktu berubah penuh dengan mikrobia. Needham menyatakan bahwa mikrobia muncul secara spontan dan cairan tersebut. Duapuluh tahun kemudian Lazzaro Spallanzani ((1729-1799) dan Itali menduga bahwa mikrobia tersebut berasal dan udara yang masuk ke dalam labu yang berisi kaldu. Spallanzani membuktikan dengan mengadakan percobaan dengan memanaskan kaldu yang telah ditutup rapat, dan ternyata setelah selang beberapa waktu tidak nampak adanya pertumbuhan mikrobia. Seorang ahli fisika Marcus A. Plenciz (1705-1786) menduga bahwa suatu penyakit itu disebabkan oleh mikrobia. Teori ini diabaikan oleh semua ahli. Benjamin Martin (1720) menduga bahwa penyakit paru-paru disebabkan oleh animalcules yang ditularkan oleh seorang penderita, kemudian diangkut oleh darah ke paru-paru. Dengan demikian Martin tidak percaya terhadap teori generasi spontan, namun demikian dia percaya bahwa semua jasad renik berasal dari telur. Teori Biogenesis Sampai tahun 1858 issue tentang abiogenesis belum terjawab dengan pasti. Rudolf Virchow menentang teori abiogenesis dan mengemukakan teori biogenesis. Dia menyatakan bahwa sel hidup pasti hanya berasal dan sel hidup yang telah ada. Argumentasi teori abiogenesis berlanjut sampai 1861 ketika seorang ahli dan Perancis, Louis Pasteur berupaya untuk membuktikanieori biogenesis. Dengan melalui percobaan yang sangat genius, Pasteur mendemonstrasikan bahwa mikrobia berada di udara dan dapat menkontaminasi larutan steril tetapi uadara itu sendini tidak dapat menciptakan mikrobia. Percobaan yang dilakukannya menggunakan beberapa labu berleher pendek yang diisi kaldu daging dan direbus. Beberapa labu diantaranya dibiarkan terbuka dan didinginkan. Selang beberapa han, labu tersebut terkontaminasi oleh mikrobia. Labu lain yang ditutup setelah direbus ternyata bebas dan mikrobia. Dani hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa mikrobia berasal dan udara Pasteur kemudian memasukkan ke dalam labu berleher panjang dan dibengkok seperti huruf S (Gambar 2.2). Labu bersama isinya direbus dan kemudian didingkan. Sampai beberapa bulan, isi labu tidak mengalami kerusakan dan tidak menunjukkan kehidupan mikrobia. Pasteur telah menunjukkan bahwa mikrobia berada dimana-mana dan mikrobia tersebut dapat dirusak atau dibunuh melalui pemanasan. Metoda pemanasan ini dipakai sebagai dasar tekuik aseptis, yaitu suatu teknik untuk mencegah kontaminasi oleh mikrobia yang tidak diinginkan. Teknik ini merupakan standard praktis lanoratorium Mikrobiologi. Seorang ahli fisika Marcus A. Plenciz (1705-1786) menduga bahwa suatu penyakit itu disebabkan oleh mikrobia. Teori ini diabaikan oleh semua ahli. Benjamin Martin (1720) menduga bahwa penyakit paru-paru disebabkan oleh animalcules yang ditularkan oleh seorang penderita, kemudian diangkut oleh darah ke paru-paru. Dengan demikian Martin tidak perUniversitas Gadjah Mada
30
caya terhadap teori generasi spontan, namun demikian dia percaya bahwa semua jasad renik berasal dan telur. Teori Biogenesis Sampai tahun 1858 issue tentang abiogenesis belum terjawab dengan pasti. Rudolf Virchow menentang teori abiogenesis dan mengemukakan teori biogenesis. Dia menyatakan bahwa sel hidup pasti hanya berasal dari sel hidup yang telah ada. Argumentasi teori abiogenesis berlanjut sampai 1861 ketika seorang ahli dan Perancis, Louis Pasteur berupaya untuk membuktikan teori biogenesis. Dengan melalui percobaan yang sangat genius, Pasteur mendemonstrasikan bahwa mikrobia berada di udara dan dapat menkontaminasi larutan steril tetapi uadara itu sendini tidak dapat menciptakan mikrobia. Percobaan yang dilakukannya menggunakan beberapa labu berleher pendek yang diisi kaldu daging dan direbus. Beberapa labu diantaranya dibiarkan terbuka dan didinginkan. Selang beberapa han, labu tersebut terkontaminasi oleh mikrobia. Labu lain yang ditutup setelah direbus ternyata bebas dan mikrobia. Dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa mikrobia berasal dan udara Pasteur kemudian memasukkan ke dalam labu berleher panjang dan dibengkok seperti huruf S (Gambar 2.2). Labu bersama isinya direbus dan kemudian didingkan. Sampai beberapa bulan, isi labu tidak mengalami kerusakan dan tidak menunjukkan kehidupan mikrobia. Pasteur telah menunjukkan bahwa mikrobia berada dimana-mana dan mikrobia tersebut dapat dirusak atau dibunuh melalui pemanasan. Metoda pemanasan ini dipakai sebagai dasar tekuik aseptis, yaitu suatu teknik untuk mencegah kontaminasi oleh mikrobia yang tidak diinginkan. Teknik ini merupakan standard praktis lanoratorium Mikrobiologi.
Gambar 2.2. Percobaan Pasteur yang membuktikan teori biogenesis 0 seterangan: A. Memasukkan kaldu kedalam labu leher panjang; B.Perebusan labu berleher angsa yang digunakan Pasteur untuk membuktikan teori generasi spontan; C. Lasbu berleher seperti leher angsa tidak menunjukkan pertumbuhan mikrobia.
Universitas Gadjah Mada
31
Lahirnya mikrobiologi sebagai ilmu pengetahuan Setelah lebih dari seratus tahun teori generasi spontan diperdebatkan, Louis Pasteur (1872-1895) melalui percobaannya, telah membuktikan bahwa teori generasi spontan tidak benar, dan jasad renik hidup adalah penyebab perubahan kimia yang terjadi selama fermentasi anggur dan kerusakan bahan makanan. Pasteur telah menemukan kehidupan mikrobia yang mampu hidup tanpa oksigen (mikrobia anaerobik) pada fermentasi anggur (wine). Masalah yang timbul saat itu yaitu anggur yang diproduksi menjadi asam setelah diperam beberapa bulan. Keasaman anggur tersebut ternyata disebabkan oleh aktivitas mikrobia yang bentuknya berbeda dengan mikrobia yang terdapat pada anggur yang baik (tidak rusak). Pada anggur yang baik telah ditemukan mikrobia berbentuk oval bertunas yang dikenal sebagai khamir (yeast), sedangkan pada anggur yang masam ditemukan mikrobia berbentuk batang dan ukurannya lebih kecil dan rada khamir, mikrobia tersebut dikenal sebagai bakteri penghasil asam. Bakteri tersebut mampu merombak alkohol yang terdapat pada anggur menjadi asam laktat sehingga menghasilkan anggur yang asam. Penemuan mi memberi landasan ilmiah perubahan yang teijadi selama fermentasi akibat metabolisme mikrobia. Pencegahan pertumbuhan mikrobia telah dilakukan dengan pemanasan. Pemanasan 100 °C kadang-kadang dapat mencegah generasi mikrobia barn tetapi setelah beberapa waktu cairan yang telah dipanasi tersebut masih terjadi pertumbuhan mikrobia. Keadaan tersebut membuktikan bahwa pencegahan dengan cara pemanasan tersebut tidak Dermanen. John Tyndall (ahli fisika dan Inggris) melanjutkan percobaan Pasteur dan enemukan penyebab kegagalan pemanasan yang dilakukan Pasteur yaitu kapasitas akteri terhadap panas. Kapasitas bakteri terhadap panas dikelompokkan menjadi dua :ategori, yaitu bentuk yang labil terhadap panas (mudah rusak atau mati setelah Demanasan) dan bentuk resistan terhadap panas (mampu hidup pada temperatur tinggi). Tyndall menemukan cara pemanasan yang berselang dan berulang-ulang dapat menghentikan mikrobia hidup sehingga bahan menjadi steril (bebas dan segala kehidupan mikrobia). Proses sterilisasi dengan cara pemanasan yang berulang-ulang dengan waktu berselang dikena sebagai tindalisasi. Tindalisasi berhasil membunuh bakteri pembentuk spora (endospora). Pada pemanasan pertama selama 30 menit menyebabkan sel vegetatif bakteri mati dan bakteri yang tahan terhadap panas segera membentuk endospora. Setelah dibiarkan pada suhu kamar, endospora tersebut tumbuh rnenjadi sel vegetatif yang akan mati setelah pemanasan kedua. Demikian seterusnya sampai pemanasan ketiga. Era emas mikrobiologi (1857-1914) Hampir sekitar 60 tahun sejak diketemukan teknik aseptis oleh Pateur, tidak ada ledakan penemuan baru tentang mikrobiologi. Kurun waktu 1857 sampai 1914 menyatakan sebagai era emas bagi mikrobiologi karena selama kurun waktu tersebut berdasarkan ujung Universitas Gadjah Mada
32
tombak penemuan Pasteur dan Robert Koch, menunjukkan perkembangan mikrobiologi sebagai ilmu. Pada kurun waktu tersebut telah diketemukan berbagai agensia penyebab penyakit dan peran immunitas di dalam menanggulangi dan menyembuhkan penyakit. Para ahli mikrobiologi pada saat itu sangat produktif mempelajari aktivitas kimia mikrobia, meningkatkan teknik mikroskopi dan rnengkulturkan mikrobia, mengembangkan vaksin dan teknik pembedahan di dalam kedokteran. Fermentasi dan Pasteurisasi Salah satu Iangkah kunci penemuan hubungan mikrobia dengan timbulnya penyakit adalah penemuan Louis Pasteur yang membuktikan bahwa khamir merupakan mikrobia yang mengkonversikan gula pada cairan buah anggur menjadi alcohol dalam keadaan tanpa terkena udara (keadaan anaerob). Proses tersebut dikenal dengan istilah fermentasi. Fermentasi tersebut adalah proses yang digunakan untuk pembuatan anggur dan bir. Kerusakan dan rasa asam yang terjadi pada anggur dan bir disebabkan oleh mikrobia selain khamir yaitu bakteri. Bakteri tersebut mengubah alcohol di dalarn minuman alcohol menjadi cuka (asam asetat). Untuk mencegah kerusakan ini minuman beralkohol tersebut Pasteur telah mengembangkan teknik pencegahan yaitu pasteurisasi. Teknik tersebut dikerjakan dengan cara pemanasan yang bertahap dengan maksud agar bakteri pembentuk asam mati akibat panas. Teknik tersebut dapat juga dipakai untuk membunuh bakteri pencemar di dalam susu dan beberapa minuman beralkohol. Penemuan bakteri dan virus penyebab penyakit Suatu kenyataan sejak dahulu bahwa berbagai penyakit diduga terkait dengan adanya mikrobia tertentu. Sebelurn Pasteur, pengobatan efektif suatu penyakit diketemukan secara tidak sengaja melalui berbagai usaha dan kesalahan. Namun demikian penyebab penyakit tersebut tidak diketahui dengan pasti. Penemuan khamir mempunyai peran yang sangat penting untuk membuktikan bahwa mikrobia dapat menyebabkan perubahan fisik dan kimia suatu bahan organik. Penemuan tersebut dapat dianalogikan pada tubuh hewan maupun tumbuhan, terutama mikrobia yang dapat menimbulkan penyakit. Teori tersebut dikenal dengan istilah teori kuman penyakit (germ theoty of diseases). Teori kuman untuk penyakit tersebut sangat sulit diterima pada saat itu, karena orang mernpunyai kepercayaan bahwa suatu penyakit itu adalah suatu kutukan perbuatan manusia. Semenjak masa Pateur kemudian berkembangklah teori bahwa mikrobia dapat berada di udara dan kemudian menginfeksi tumbuhan atau hewan, atau tetap berada pada pakaian dan tempat tidur yang kemudian pindah ke tubuh manusia. Pada 1865 Pasteur juga berusaha membantu memerangi penyakit ulat sutera yang sangat merugikan industri tekstil di seluruh Eropa. telah memperkenalkan vaksinasi untuk Universitas Gadjah Mada
33
mencegah rabies, Pada tahun 1835 Agostino Bassi telah menemukan bahwa salah satu penyakit ulat sutera disebabkan oleh jarnur benang. Kern udian berdasarkan penemuan tersebut Pasteur menernukan penyebab lain yaitu protozoa yang menyerang .epornpong ulat sutera. Pada 1860, Joseph Lister Seorang ahli bedah juga mengembangkan teori kuman untuk prosedur pembenahan. Lister berusaha mencegah infeksi dalam membedahan dengan menggunakan larutan fenol (asam karboksilat) untuk rnernbunuh hakteri. Teknik Lister ini merupakan salah satu cara mengendalikan infeksi yang menimbulkan oleh mikrobia. Pada 1876, Robert Koch, seorang dokter dari Jerman yang pertama kali membuktikan halnya bakteri adalah penyebab penyakit. Koch telah berhasil mendapatkan bakteri penyebab penyakit anthrax yang pada saat itu rnenyerang ternak di Eropa. Bakteri yang diketemukannya berbentuk batang yang disebut Bacillus anthracis terdapat di dalam darah ternak yang mati akibat anthrax. Dengan melalui percobaan yang panjang Koch rnembuktikan suatu penyakit spesifik disebabkan oleh rnikrobia yang spesifik pula. Percobaan Koch menghasilkan langkah kerja untuk rnembuktikan mikrobia penyebab penyakit dikernas dalam bentuk Postulat Koch, yang diringkat sbagai berikut: 1. Patogen yang sama harus ada di dalam suatu kasus penyakit tertentu. 2. Patogen tersebut harus dapat diisolasi dari inang yang sakit dan dapat ditumbuhkan dalam bentuk kultur murni. 3. Patogen dan kultur murni harus dapat menyebabkan gejala penyakit yang sama ketika diinokulasikan ke dalam tubuh hewan sehat. 4. Patogen dapat diisolasi kembali dari hewan yang diinokulasi tersebut dan harus memiliki sifat yang sama dengan mikrobia aslinya. Vaksinasi Suatu usaha atau cara pencegahan suatu penyakit secara tidak langsung telah dilakukan sebelum penemuan Koch. Pada 1796, Edward Jenner, seorang dokter Inggris, memulai percobaan untuk menanggulangi penyebaran penyakit cacar (smallpox). Penyakit tersebut membunuh hampir 90% orang di Eropa dan Amerika. Jenner mendemonstrasikan menginokulasikan tubuh gadis kecil berumur 8 tahun dengan bahan yang berasal dari sapi yang terkena cacar (cowpox). Bekas cacar tersebut melepuh. Setelah beberapa hari gadis kecil tersebut sedikit demam yang akhirnya sembuh dan tidak pernah terkena cacar kembali. Proses menginokulasi bahan (vaksin) kedalam tubuh yang sehat dikenal sebagai vaksinasi. Perlindungan atau proteksi terhadap penyakit dengan melalui vaksinasi disebut immunisasi. Pada 1880, Pasteur menemukan bagaimana mekanisme vaksinasi terjadi. Pasteur menemukati kultur bakteri penyebab kolera yang disimpan lama di laboratoriurn ternyata kehilangan kemampuan untuk menimbulkan penyakit kehilangan virulensi atau mejadi avirulen. Universitas Gadjah Mada
34
Bakteri yang avirulen ini dapat menginduksi immunitas terhadap penyakit yang ditimbulkan bakteri virulen. Pasteur memakai istilah vaksin untuk kultur mikrobia yang avirulen digunakan untuk inokulasi preventif Beberapa vaksin telah berkembang akhir-akhir ini yang dibuat dari mikrobia avirulen, atau mikrobia virulen yang telah dimatikan, dan dari komponen yang diisolasi dari mikrobia virulen, atau melalui teknik rekayasa genetika (teknik DNA rekombinan). Lahirnya Kemoterapi moderen: Impian peluru ampuh (magic bullet) Kemoterapi adalah penyembuhan suatu penyakit dengan menggunakan bahan kimia. Para ahli mikrobia berusaha mendapatkan substansi yang dapat merusak mikrobia patogenik tanpa menimbulkan kerusakan pada hewan atau manusia yang terinfeksi. Agensia kemoterapi meliputi obat sintetik, yang dibuat dari bahan kimia di laboratorium dan antibiotika, senyawa kimia dihasilkan oleh bakteri atau jamur benang. Keberhasilan kemoterapi didasarkan pada suatu kenyataan bahwa senyawa kimia pada umumnya bersifat lebih beracun terhadap mikrobia daripada terhadap inang yang terinfeksi. Paul Ehnlich (1910) menemukan senyawa kimia yang dapat merusak patogen tanpa membahayakan inangnya yang disebut sebagai peluru ampuh (magic bullet), yaitu senyawa kimia yang mengandung derivat arsenat yang disebut salvarsan. Senyawa ini dipakai untuk memberantas penyakit syphilis. Senyawa kimia lain yang dipakai sebagai peluru ampuh adalah obat sulfonamida pada 1930; Quinine adalah derivat arsenal yang diekstrak dari pohon kina untuk mengobati malaria. Alexander Fleming (1928) berhasil mengidentifikasi jamur benang yang dapat menghambat pertumbuhan bakteri, yaitu Penicillium notatum dengan melepaskan penisilin. Penisilin adalah antibiotika yang dihasilkan oleh jamur benang. Ren Dubos (1939) menemukan dua macam antibiotika, yaitu gramisidin dan tirosidin. Kedua antibiotika tersebut dihasilkan oleh bakteri tanah, Bacillus brevis. Permasalahan yang timbul kemudian adalah adanya mikrobia yang resistan terhadap antibiotika: Resistensi terhadap antibiotika ini akibat respon adptasi yang memungkinkan suatu mikrobia menjadi toleran terhadap mikrobia sampai pada jumlah tertentu. Perubahan ini disebabkan karena mikrobia menghasilkan ensim yang dapat menonaktifkan antibiotika. Penemuan terkini menyatakan bahwa Staphylococcus aureus dan Enterococcus faecalis resistan terhadap vankomisin. Keadaan ini mengundang perhatian para ahli kesehatan karena beberapa penyakit infeksi kemungkinan tidak dapat diperlakukan dengan antibiotika. Perkembangan mikrobiologi masa kini Pemecahan masalah mikrobia yang resitan terhadap antibiotika atau obat-obatan, mengidentifikasi virus dan mengembangkan vaksin memerlukan teknik penelitian yang Universitas Gadjah Mada
35
canggih dan studi yang seksama. Berbagai cabang baru dan mikrobiologi berkembang berdasarkan kebutuhan tersebut, termasuk immunology dan virology. Penemuan terkini yang telah berkembang adalah teknologi DNA rekombinan yang merupakan aplikasi praktis Mikrobiologi. Bakteriologi adalah ilmu yang mempelajari bakteri. Para ahli banyak menaruh perhatian path peran utama bakteri pada makanan dan lingkungan. Heide Schulz (1997), menemukan bakteri yang sangat besar (lebar 0,2 mm) diberi nama Thiomargarita namibiensis, yang hidup di dalam Lumpur di pantai Afrika. Bakteri ini mengkonsumsi H2S sebagai sumber tenaga. Mikologi adalah cabang mikrobiologi yang mempelajari fungi. Mikologi ini berkembang sejak munculnya penyakit infeksi jamur yang menyerang California. Perubahan musim dan keadaan kering memacu pertumbuhan Coccidiodes immitis dan menyebabkan penyakit pada manusia. Parasitologi adalah ilmu yang mempelajari protozoa dan cacing parasitic. Suatu penyakit baru parasitic pada manusia telah banyak diketemukan pada pekerja di daerah hutan tropis. Penyakit parasitic yang dahulu belum diketahui juga ditemukan pada para penderita (pasien) yang system immunnya tertekan akibal transpianiasi organ, kernoterapi kanker atau terkena aids. Para ahli mikrobiologi sekarang telah menuju ke era emas untuk klasifikasi. Mereka pada umumnya telah menggunakan genomic untuk mempelajari semua gen suatu jasad, untuk mengklasifikasi bakteri, fungi dan protozoa. Immunologi adalah ilmu yang mempelajari tentang immunitas. Vaksin sekarang telah tersedia untuk beberapa penyakit, termasuk cacar, rubella, pneumonia, tetanus, tuberculosis, influenza, batuk rejan, polio, hepatitis B, dan lainnya. Kemajuan yang besar dalam immunology terjadi pada 1933. ketika Rebecca Lancefleld mengusulkan bahwa Streptokokus dapat dikiasifikasikan berbagai serotipe yang didasarkan path komponen dinding sd bakteri. Streptokoki dapat menyebabkari berbagai penyakit seperti sakit tenggorokan, keracunan streptokokal, septisernia (keracunan pada darah). Virologi adalah ilmu yang meinpelajari tentang virus. Pada 1892, Dmitri iwanowski melaporkan bahwa penyebab penyakit mosaik pada ternbakau adaiah virus, yaitu jasad renik yang bias lobs dan saringan bakteri. Path 1935, Wendell Stanley virus tersebut dinamai tobacco mosaic virus (TMV). Pada 1940 sejak adanya mikroskop electron, para ahli mikrobiologi dapat melihat dengan seksama tentang struktur dan aktivitas virus. Teknobogi DNA rekombinan telah berkembang sejak tahun 1960, ketika Paul Berg menunjukkan adanya fragmen molekul DNA manusia dan hewan yang membawa sandi untuk sintesis protein (gen) dapat bergabung dengan DNA bakteri dan menghasilkan hybrid yang merupakan DNA rekombinan. Apabila DNA rekombinan ini dimasukkan ke dalam sel bakteri atau mikrobia lain, bermanfaat untuk mensintesis sejumlah protein yang diinginkan. Universitas Gadjah Mada
36
Teknik tersebut disebut teknologi DNA rekombinan atau rekayasa genetika. Teknik tersebut berlandaskan pada genetika mikrobia yang mempelajari mekanisme bagaimana mikrobia mewariskan sifatnya kepada sel turunannya. Kemudian biologi molecular yang mempelajari khusus tentang bagaimana informasi genetika dibawa oleh molekul DNA dan bagaimana DNA mengatur sintesis protein. Meskipun biologi molekular dapat diterapkan untuk semua makhluk hidup, pengetahuan ini berkembang melalui pecobaan dengan menggunakan bakteri. Mengingat bakteri merupakan jasad yang lebih sederhana, mampu tumbuh cepat di laboratorium, sehingga sel bakteri dapat menghasilkan jumlah sel yang banyak dalam waktu relatif pendek. Pada 1941, George W. Beadle & Edward L. Tatum mendemonstrasikan hubungan antara gen dan ensim, Oswald Avery, Cohn McLeod dan Maclyn McCarty (1944) membuktikan bahwa DNA adalah pembawa bahan yang diwariskan. Joshua Lederberg dan Edward L. Tatum (1946) menemukan bahwa bahan genetic dapat dipindahkan melalui proses konjugasi dan satu sel ke sel yang lain. James Watson & Francis Crick (1953) membuat suatu model untuk struktur dan replikasi DNA. Kemudian berkembang penemuan yang membuktikan bahwa DNA dapat mengendalikan sintesis protein (1960). Francois Jacob & Jacques Monod (1961) menemukan messenger RNA, suatu bahan kimia yang terlibat dalam sintesis protein dan mengatur fungsi gen pada bakteri. ----------------- ooOoo ----------------Ringkasan Sejarah perkembangan mikrobiohogi sebagai ilmu pengetahuan dapat dibagi menjadi tiga periode. Periode pertama: penemuan dunia mikrobia melalui pengamatan mikroskopis. 1. Robert Hook (1665) mengamati jaringan penyusun tumbuhan yang terdiri dari kotak kecil yang disebut sel, dan berkembanglah teori sel. Teori sel merupakan konsep dasar bahwa semua jasad hidup tersusun oleh sel. 2. Anthoni van Leewenhoek (1675) pertarna kali rnenggunakan mikroskop sederhana untuk mengamati partikel-partikel hidup yang disebut animalcules yang terdiri dan mikrobia (bakteri, fungi, protozoa, ganggang), sel darah dan sperma. Periode kedua: Perkembangan mikrobiologi pada abad 18 dari teori generasi spontan 1. Sampai pertengahan tahun 1880, berkembang suatu teori generasi spontaneus atau abiogenesis yang menyatakan bahwa bentuk kehidupan berasal dari bukan bahan hidup.
Universitas Gadjah Mada
37
2. Francesco Redi (1626-1647); 1668 melalui percobaannya telah membuktikan bahwa belatung tidak muncul secara spontan dari daging busuk, melainkan berasal dari telur lalat yang hinggap pada daging tersebut. 3. John Needham (1745) pendukung teori generasi spontan, menyatakan bahwa mikrobia muncul secara spontan dan nutnien yang telah dipanaskan. 4. Spalanzani (1729-1799) dan Schwann (1810-1 882) mendemonstrasikan bahwa cairan ekstrak sayuran yang telah direbus tetap steril apabila tidak terkontaminasi oleh udara. 5. Rudolf Virchow (1858) memperkenalkan konsep biogenesis, yaitu bahwa SCI hidup hanya dapat muncul berasal dari sel yang telah ada. 6. Louis Pasteur (1861) telah mendemonstrasikan bahwa mikrobia berada dimana saja di udara dan membuktikan teori biogenesis. Penemuan Pateur yang lain adalah pengembangan teknik aseptis yang digunakan di laboratorium dan prosedur kedokteran untuk mencegah kontaminasi oleh rnikrobia yang ada di udara. Periode ketiga : Era emas mikrobiologi (1857-1914): 1. Perkembangan mikrobiologi sebagai ilmu 2. Teori kuman untuk Fermentasi dan Pasteurisasi: Pasteur telah menemukan khamir yang marnpu mefermentasikan gula menjadi alcohol pada kondisi tanpa terkena udara (anaerobik), dan bakteri mengoksidasi alcohol menjadi asam cuka. Melalui proses pemanasan yang disebut pasteurisasi bakteri yang mengkontarninasi minuman beralkohol (anggur dan bir) dan susu dapat di matikan. 3. Teori kuman untuk penyakit: •
Agostino Bassi (1835) dan Pasteur (1865) menunjukkan adanya hubungan antara mikrobia dengan suatu penyakit.
•
Joseph Lister (1860) memperkenalkan penggunaan disinfektan (larutan fenol) untuk membersihkan luka operasi dengan maksud untuk mencegai infeksi pada manusia.
•
Robert Koch (1876) rnernbuktikan bahwa mikrobia adalah penyebab penyakit infeksi dan membuat urutan langkah kerja yang dikenal dengan Postulat Koch.
4. Vaksinasi dan immunitas (resistan terhadap suatu penyakit tertentu) dapat dikerjakan dengan mengitiokulasi tubuh dengan vaksin. •
Edward Jenner (1798) mendemonstrasikan inokulasi bahan penyebab cacar sapi ke tubuh manusia menyebabkan timbulnya immunitas terhadap penyakit cacar yang lain.
•
Pasteur (1880) menernukan bakteri avirulen yang dapat digunakan sebagai vaksin untuk kolera. Vaksin terkini telah dibuat dan mikrobia avirulen atau patogen Universitas Gadjah Mada
38
yang dimatikan, atau diisolasi dan komponen patogen atau melalui teknik DNA rekombinan. Perkembangan mikrobiologi masa kini 1. Lahirnya kemoterapi (pengbatan menggunakan bahan kimia) moderen, yang terdiri dan penggunaan obat sintetik (senyawa kimia yang disiapkan di laboratorium untuk obat) dan antibiotik (bahan kimia yang dihasilkan oleh mikrobia yang dapat nienghambat atau meniatikan niikrobia lain) •
Paul Ehrlich (1910) memperkenalkan senyawa kimia yang mengandung arsenat (Salvarsan) untuk mengobati syphilis.
•
Alexander Fleming (1928) menemukan Fenicillium nolatum, jamur benang penghasil penisilin yang dapat menghambat dan mematikan bakteri.
•
Rene Dubos (1939) menemukan dua macam antibiotik yang dihasilkan oleh Bacillus.
•
Kemudian muncul perkembangan mikrobia yang resistan terhadap obat-obatan.
2. Perkembangan Mikrobioiogi moderen •
sesuai dengan macam mikrobia yang dipelajari Bakteriologi, Mikologi, dan Parasitologi
•
Para ahli mikrobiologi menggunakan genomic, mempelajari semua gen suatu jasad untuk kiasifikasi bakteri, fungi dan protozoa.
•
Studi tentang AIDS, herdasarkan analisis kekebalan tubuh dengan adanya senyawa anti virus (interferon), dan perkembangan vaksin baru yang berkaitan dengan immunology.
•
Teknik baru di dalarn biologi molecular dan mikroskopi electron merupakan alat untuk pengembangan penelitian virology.
•
Pengembangan teknologi DNA rekombinan sangat membantu perkembangan mikrobiologi.
Latihan soal A. Test formatif I Petunjuk: Jawablah dengan singkat pertanyaan di bawab mi! 1. Apa yang dimaksud dengan mikrobia atau mikroorganisme? 2. Sebutkan identitas kelompok mikrobia yang termasuk dalam lingkup Mikrobiologi, dan jelaskan kriteria untuk pengelompokan di bidang tertentu! 3. Jasad hidup yang mana saja yang dimasukkan ke dalam mikrobia? 4. Mengapa pengamatan van Leeuwenhoek merupakan langkah awal dari perkembangan mikrobiologi? Universitas Gadjah Mada
39
5. Apa yang dimaksud dengan teori generasi spontan? Bagaimana generasi spontan tidak dapat dibuktikan dan jelaskan dengan singkat percobaan yang menyatakan teori tersebut. 6. Sebutkan ahli yang telah membuktikan teori biogenesis dan bagaimana? 7. Sebutkan sumbangan apa saja yang telah dilakukan oleh: a. Louis Pasteur
d. Paul Ebrlich
g. Joseph Lister
b. Robert Koch
e. George Beadle & Edward Tatum h.Alexander Fleming
c. Edward Jenner
f. James Watson & Francis Crick
8. Apa yang dimaksud dengan Postulat Koch? Apakah anti pentingnya di dalam mikrobiologi kedokteran? 9. Jelaskan dengan singkat bagaimana penggunaan postulat Koch untuk menentukan penyebab suatu penyakit infeksi 10. Apa yang anda ketahui dengan AIDS? Bagaimana menemukan cara untuk memperlakukan AIDS? B. Tes formatif 2 (Menjodohkan) Jodohkan kalimat atau diskripsi pada kolom sebelah kiri berikut ini dengan pernyataan yang ada di kolom sebelah kanan. Pilihlah pernyataan atau jawaban yang tepat. 1. Membantu dalam pernbuktian teori generasi spontan
a. Fermentasi
2. Suatu mikrobia yang mampu tumbuh tanpa oksigen
b. Paul Ehnlich
3. Ahli yang pertama mengamati dan membuat diskripsi
c. Robert Koch
bakteri
d. Edward Jenner
4. Mengernbangkan vaksin terhadap penyakit cacar
e. ‘Rebecca Landsefleid
5. Suatu agensia infeksi yang telah dilemahkan sehingga
f. Bakteri
tidak mampu menimbulkan penyakit
g. Virus
6. Jasad hidup non selular dan penyebab penyakit
h. Louis Pasteur
7. Pertarna kali memperkenalkan salvarsan untuk
i. Robert Hook
pengobatan siphilis
j. Antoni van Leeuwenhoek
8. Proses perombakan gula menjadi alcohol oleh khamir pada keadaan tanpa oksigen
k. Vaksin l. Jamur benang
9. Pencemar minuman beraikohol
m. Anaerobik
10. Yang mengajukan sistern kiasifikasi Streptokoki
n. Antibiotik
berdasarkan antigen yang terkandung pada dinding selnya
Universitas Gadjah Mada
40
C. Tes formatif 3 (Pilihan ganda) Petunjuk: Siianglah huruf di mukajawaban yang anda anggap benar! Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat rnenjawab atau melengkapi pertanyaan atau pernyataan! 1. Jasad hidup berikut ini yang tidak termasuk mikrobia adalah A. Algae
C. Protozoa
B. Bakteri
D. Cendawan
2. Abiogenesis adalah A. Generasi spontan jasad hidup berasal dari bahan non hidup B. Pengembangan rnakhluk hidup dan bentuk hidup yang telah ada C. Pengembangan teknis aseptic D. Teori kuman untuk penyakit 3. Siapa ahli rnikrobiologi yang pertama kali bertanggungjawab untuk rnengembangkan teknik laboratorium steril A. Louis Pasteur
C. Joseph Lister
B. Robert Koch
D. John Tyndail
4. Siapa yang paling menentang teori generasi spontan A. Louis Pasteur
C. Joseph Lister
B. Robert Koch
D. Fransesco Redi
5. Di dalam percobaan fermentasi yang dilakukan oleh Louis Pasteur menunjukkan bahwa alcohol merupakan basil aktivitas A. Bakteri
C. Khamir dan bakteri
B. Khamir
D. Ensim
6. Teori sel menyatakan: A. Sel adalah satuan dasar untuk jasad hidup B. Semua jasad hidup adalah sel C. Morfologi semua sel harus identik D. Semua sel mempunyai inti 7. Pertama kali berhasil menemukan vaksin untuk mencegah A. Anthrax
B. Kolera
C. Cacar
D. Polio
8. Berikut ini unsur yang rnanakah sangat penting di dalam teori kuman untuk penyakit yang dikemukakan oleh Koch? Hewan rnenunjukkan gejala penyakit ketika: A. Hewan kontak langsung dengan hewan yang sakit B. Hewan memiliki resistesi yang rendah terhadap penyakit C. Mikrobia diinokulasikan ke dalam tubuh hewan sehat D. Mikrobia nampak di dalam tubuh hewan
Universitas Gadjah Mada
41
9. Pernyataan berikut ini merupakan definisi yang paling tepat untuk biogenesis A. Bahan noji hidup menyebabkan rnunculnya jasad hidup B. Sel-sel hidup hanya dapat muncul dari sel yang telah ada sebelurnnya C. Kekuatan vital dan udara sangat diperlukan untuk jasad hidup 1 D. Mikrobia berasal dari bahan non hidup 10. DNA rekombinan adalah A. Studi tentang DNA bakteri dan bagaimana gen itu bekerja B. DNA yang dihasilkan oleh gen-gen dan penggabungan dua jasad hidup C. Penggunaan bakteri untuk rnenghasilkan makanan D. Produksi protein dan gen Umpan balik dan tindak lanjut Cocokkanlah jawaban anda dengan kunci jawaban tes formatif 2 dan 3 yang terdapat pada bagian akhir buku ini, dan hitunglah jumlah jawaban anda yang benar. Kemudian gunakan rumus di bawah ini untuk rnengetahui penguasaan anda dalam pokok bahasan 2. Rumus :
Arti tingkat penguasaan yang anda capai: 90%- 100%
= baik sekali
80%- 89%
= baik
70%- 79%
= cukup
69%
= kurang
Bila anda mencapai tingkat penguasaan 80% atau lebih, bagus! dan anda dapat melanjutkan untuk pokok bahasan 3. Tetapi bila tingkat penguasaan anda kurang dari 80 %, anda harus mempelajari kembali pokok bahasan 2 ini, khususnya yang belum anda kuasai.\ Daftar pustaka A. Buku Wajib; 1. Brock, T. D., and Madigan, M. T., 1990. Biology of Microorganisms. Fifth edition Prentice Hall. Englewood Cliffs. New Jersey. 2. Pelczar, M. .J., and Chan, E.C.S., 1981. Elements of Microbiology. International student edition. McGraw-Hill International Book Company. Auckland, London, Paris, Sydney.
Universitas Gadjah Mada
42
B. Buku tambahan: 1. Atlas, R.. 1996. Microbiology. Second edition. John Wiley & sons. Toronto, London, Singapore. 2. Cano, R.J, and Colome, S.J., 1986. Microbiology. West Publishing company St Paul USA. 3. Ketchum, P. A., 1988. Microbiology Concepts and Applications. John Wiley & sons. Toronto, London, Singapore. 4. Schlegel, H. G., 1992. General Microbiology. Sixth edition. Cambridge University Press. Victoria, UK. 5. Tortora, G.J.. Funke, BR., & Case. C.L., 2001. Microbiology. An introduction. Seventh edition. Benjamin Cummings. Addison Wesley Longrnan, Tnc. New York, Singapore, Sydney, Tokyo. SENARAI AIDS
:
Acquired
immunodeficiency Biogenesis
syndrome;
penyakit
:
infeksi
Teori
yang
menyatakan
bahwa sel hidup berasal dari
oleh virus (HIV)
sel yang telah ada sebelumnya
Antibiotika :
Agensia anti mikrobia yang Fermentasi
: Degradasi karbohidrat seca-
dihasilkan secara alami oleh
ra ensimatis (mikrobia) da-
bakteri atau jamur
lam keadaan tanpa oksigen menjadi senyawa yang Iebih sederhana.
Antigen
:
Suatu agensia yang dapat Generasi menyebabkan
:
Suatu idea yang menyata-
pembentukan
kan spontan bahwa kehidu-
antibody dan hanya bereaksi
pan berasal dari bahan non
dengan spesifik antibody yang
hidup
disebut immunogen Infeksi
:
Khamir
:
Fungus uniselular, yang ber-
Masuknya mikrobia dan tum-
kembang biak dengan pem-
buh di dalam tubuh hewan
bentukan tunas
atau tumbuhan Kemoterapi : Penyembuhan nyawa kimia
Vaksin dengan
se-
:
Preparasi mikrobia yang telah dimatikan, dilemahkan untuk menginduksi immunitas
Universitas Gadjah Mada
43
