Bakteri Termofilik Si Penggemar Panas

Ilustrasi bakteri termofilik

Bakteri merupakan organisme uniseluler bersel tunggal. Jumlah bakteri sangat banyak dibanding jumlah makhluk hidup lain. Bakteri menghuni berbagai habitat di permukaan bumi, mulai setetes air selokan, usus manusia, hingga tempat ekstrem seperti kawah gunung berapi. Salah satu jenis bakteri yang menyukai kondisi ekstrem adalah bakteri termofilik. Sebelumnya, kita bahas dulu apa itu bakteri.

Bakteri

Para peneliti bakteri terdahulu berpendapat bahwa bakteri adalah hewan-hewan kecil dan mengelompokkannya bersama hewan mikroskopis yang disebut protozoa. Kemudian, bakteri digolongkan ke dalam tumbuh-tumbuhan oleh banyak ahli biologi dan diklasifikasikan dengan nama schizomycophyta, yang artinya, ”tumbuhan jamur yang membelah diri”.

Hal ini didasarkan pada proses perkembangbiakan bakteri tidak melalui kawin, tapi melalui proses pembelahan sel sederhana. Pembelahan sel mungkin terjadi dengan kecepatan luar biasa, yaitu setiap 15 atau 20 menit dalam keadaan suhu, kelembapan, dan jumlah makanan yang sesuai.

Organisme bakteri adalah salah satu organisme mikroskopik karena organisme ini sulit untuk dideteksi, terutama sebelum ditemukannya mikroskop. Akan tetapi, setelah abad ke-19, mulai berkembang ilmu tentang mikroorganisme, terutama bakteri (bakteriologi). Ciri-ciri umum bakteri adalah sebagai berikut.

• Bakteri bersel satu dengan ukuran sangat kecil. Ukuran terbesar jarang melebih, 0,005 mm. Beberapa bakteri hanya berukuran 0,00015 mm, sehingga hanya dapat dilihat melalui mikroskop.

• Secara umum ada tiga bentuk tubuh bakteri, yaitu lonjong/bulat (kokus), batang/silinder (basilus), dan berbentuk spiral/sekrup (sprilium).

• Bakteri memiliki dinding sel yang sangat tipis, yang terdiri atas selulosa dan kitin.

Seiiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan, ilmu tentang bakteri telah berhasil ditelusur oleh para ilmuan. Para ilmuan yang berperan penting dalam perkembangan ilmu tersebut adalah Robert Hooke, Antoni van Leeuwenhoek, Ferdinand Cohn, dan Robert Koch.

Pada tahun 1828, Ehrenberg memperkenalkan istilah bacterium yang diambil dari bahasa Yunani bakterion, yang berarti batang-batang kecil. Setelah Louis Pasteur melakukan berbagai percobaan, istilah bakteri ini mulai berkembang dan melahirkan cabang ilmu mikrobiologi. Jadi, Bakteriologi adalah salah satu cabang mikrobiologi yang mempelajari biologi bakteri.

Pada tahun 1635-1703, seorang ahli matematika dan sejarahwan berkebangsaan Inggris, Robert Hooke, menulis sebuah buku yang berjudul “Micrographia” (1665) yang berisi tentang hasil pengamatan yang dilakukannya menggunakan mikroskop sederhana.  

Akan tetapi, Robert Hook belum dapat menemukan struktur pada bakteri, sedangkan dalam bukunya, tergambar hasil penemuannya mengenai tubuh buah kapang. Tapi, buku ini menjadi sumber dari deskripsi awal dari mikroorganisme.

Pada era yang sama dengan Robert Hook, Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723) melakukan pengamatan dengan menggunakan mikroskop sangat sederhana. Kemudian, ia terinspirasi oleh Robert Hooke untuk membuat sebuah mikroskop rancangan sendiri dengan hasil baik yang kemudian pada tahun 1684 digunakan untuk mengamati makhluk mikroskopik pada berbagai media alami.

Pada tahun 1676, Antoni van Leeuwenhoek untuk pertama kalinya berhasil menemukan bakteri di dunia. Kemudian hasil temuannya tersebut dikirimkan ke Royal Society of London dan dipublikasikan pada tahun 1684.

Hasil dari penemuan ini mendapatkan konfirmasi yang banyak dari para ilmuan lainnya. Sejak saat itulah, mulai berkembang ilmu tentang mekroorganisme, selain ilmu tentang bakteri.

Seorang botanis berkebangsaan Breslau (Polandia), Ferdinand Cohn (1828-1898), berhasil menemukan tentang bakteri yang resisten terhadap panas. Ia tertarik untuk meneliti kelompok bakteri ini, sehingga ia menemukan kelompok bakteri penghasil endospora yang resisten terhadap suhu tinggi.

Selain itu, Ferdinand Cohn juga berhasil menjelaskan siklus kehidupan bakteri Bacillus, yang sekaligus menjelaskan mengapa bakteri ini bersifat tahan panas. Setelah itu, ia membuat dasar klasifikasi bakteri sederhana dan mengembangkan beberapa metode untuk mencegah terjadinya kontaminasi pada kultur bakteri. Kemudian, metodi ini dugunakan oleh para ilmuan lain, seperti Robert Koch.

Seorang ahli fisika kebangsaan Jerman, Robert Koch (1843-1910), melakukan banyak penelitian mengenai penyakit bakteri yang disebabkan oleh infeksi bakteri. Pada awalnya, para ilmuan mempelajari penyakit antraks yang menyerang banyak hewan ternak karena adanya bakteri Bacillus anthracis, salah satu bakteri penghasil endospora.

Selain itu, Robert Koch juga adalah orang yang pertama kali menemukan isolat murni Mycobacterium tuberculosis, yaitu bakteri penyebab penyakit tuberkulosis (TBC).

Pertumbuhan dan reproduksi bakteri dipacu oleh dukungan dari kondisi lingkungan. Kondisi lingkungan yang dapat memicu pertumbuhan dan reproduksi bakteri adalah suhu, kelembapan, dan cahaya.

Pengamatan sel bakteri terhadap parameter pertumbuhan tersebut dapat diamati oleh beberapa alat, seperti mikroskop optikal, mikroskop elektron, dan atomic force microscope (AFM). Berdasarkan kondisi lingkungan berupa kisaran suhu, bakteri dapat dibagi menjadi empat golongan, yaitu sebagai berikut.

• Bakteri psikrofil adalah bakteri yang hidup pada lingkungan dengan suhu 0°– 30 °C dengan suhu optimum 15 °C.

• Bakteri mesofil adalah bakteri yang hidup pada lingkungan dengan suhu antara 15°– 55 °C dengan suhu optimum 25°– 40 °C.

• Bakteri termofil adalah bakteri yang dapat hidup pada lingkungan dengan suhu tinggi antara 40°– 75 °C dengan suhu optimum 50°– 65 °C.

• Bakteri hipertermofil adalah bakteri yang hidup pada lingkungan dengan kisaran suhu 65°– 114 °C dengan suhu optimum 88 °C.

Selain itu, bakteri mempunyai peranan penting di dalam kehidupan manusia. Ada yang menguntungkan dan merugikan bagi manusia. Bakteri dapat dikelompokkan ke dalam dua jenis, yaitu sebagai berikut.

1. Bakteri yang berbahaya

Bakteri yang berbahaya bagi manusia dan makhluk hidup lainnya disebut bakteri patogenik. Bakteri ini merupakan penyebab penyakit kolera, difteri, lepra, disentri, tifus, tetanus, meningitis, pneumonia, dan berbagai infeksi.

Selain pada manusia, bakteri yang bersifat patogenik juga dapat menyerang hewan dan tumbuhan. Bakteri juga menghancurkan sejumlah makanan. Mereka menyebabkan pengasaman susu, kerusakan mentega, dan merusak buah dan sayur. Toksin atau racun bakteri dalam makanan yang rusak dapat menyebabkan peracunan ptomalin, botulisme, dan berbagai jenis keracunan makanan lain.

Salah satu bakteri yang berbahaya lainnya adalah bakteri Mycobacterium tuberculosis, yaitu bakteri penyebab tuberculosa yang mempunyai takson, filum (Actinobacteria), ordo (Actinomycet), sub ordo (Corynebacterineae), famili (Mycobacteriaceae), genus (Mycobacterium).

2. Bakteri yang bermanfaat

Selain berbahaya, jenis bakteri juga ada yang bermanfaat bagi manusia. Bakteri memainkan peranan penting dalam pembuatan cuka, jenis keju tertentu, dan sebagainya. Berbagai bahan kimia organik yang berharga juga merupakan produk  atau bagian dari kegiatan bakteri. Di antaranya, aseton, yang banyak digunakan industri, dan butanol yang berfungsi sebagai pelarut vitamin.

Bakteri tertentu malah dapat menghasilkan antibiotik atau obat. Di antara antibiotik penting yang dihasilkan oleh bakteri adalah streptomisin. Antibiotik streptomisin efektif untuk pengobatan tuberkolosis dan tularemia. Sedangkan, antibiotik aureomisin dan teramisin yang sangat efektif terhadap infeksi usus, urine, dan infeksi lainnya.

Habitat Bakteri Termofilik

Bakteri termofilik menyukai kondisi panas. Mereka hidup dan berkembang biak dalam suhu ekstrem, yaitu antara 45°C hingga 80°C. Bahkan, ada yang bereproduksi pada suhu 121°C. Bakteri ini diberi nama Strain 121. Suhu 121°C lebih panas daripada suhu air mendidih. Tidak banyak tempat di muka bumi yang mampu menyediakan habitat ekstrem bagi bakteri ini.

Beberapa di antaranya adalah di sumber air panas, kawah gunung berapi, dan di celah hidrotermal kedalaman laut. Celah tersebut adalah rekahan permukaan bumi di bawah laut tempat magma merembes dan memanaskan air. Bakteri jenis termofilik pertama kali ditemukan pada 1960 oleh Thomas Brock. Bakteri ini ditemukan di sumber air panas di Yellowstone.

Dalam suhu yang sedemikian ekstrem, DNA bakteri lain tentu sudah meleleh. Bagaimana bakteri jenis termofilik mampu mempertahankan suhu tubuh ketika lingkungan sekitarnya mendidih?

Enzim, protein, dan DNA bakteri ini stabil dan bekerja optimal pada suhu ekstrem. Bakteri ini memiliki beberapa cara untuk menjaga DNA mereka utuh. Kimiawi sel mereka mampu mencegah denaturasi protein.

Stabilitas mereka juga diperoleh karena formasi dan jumlah ikatan protein yang lebih banyak. Kandungan garam, seperti potassium dan magnesium yang tinggi, mencegah penurunan ikatan fosfodiester. Beberapa DNA bakteri jenis termofilik berupa lilitan. DNA untai ganda memiliki lilitan yang lebih banyak, sehingga lebih tahan panas.

Menurut para ilmuwan, tidak ada mikroorganisme yang mampu bertahan hidup pada suhu lebih dari 150°C. Namun, hal tersebut belum pernah dibuktikan keberadaannya. Bakteri termofilik ekstrem (hyperthermofil) membutuhkan suhu 80°C hingga 105°C untuk berkembang. Banyak bakteri ini yang membutuhkan elemen belerang untuk tumbuh dan berkembang.

Beberapa di antaranya merupakan bakteri anaerob yang menggunakan belerang sebagai akseptor elektron dalam proses respirasi selular. Ada juga bakteri jenis termofilik litotrof yang mengoksidasi belerang menjadi asam sulfat sebagai sumber energi. Bakteri tersebut mampu beradaptasi dengan pH yang sangat rendah. Oleh karena itu, bakteri ini juga termasuk golongan acidofil.

Bakteri ini menghuni habitat bersuhu tinggi yang kaya belerang. Biasanya, mereka terdapat di kawah gunung berapi, sumber air panas, geyser, dan fumarol. Beberapa bakteri termofilik litotrof berwarna karena memiliki pigmen fotosintesis. Contohnya adalah Thermus aquaticus dan Thermococcus litoralis.