( minggu ke-3) MIKROBIOLOGI PETERNAKAN

(minggu ke-3)(minggu ke-3)

MIKROBIOLOGI MIKROBIOLOGI PETERNAKANPETERNAKAN

Yuli Yanti, S.Pt., M.SiYuli Yanti, S.Pt., [email protected]

yyanti12.staff.uns.ac.idyyanti12.staff.uns.ac.idLAB. IPHT FP-UNSLAB. IPHT FP-UNS

Klasifikasi MikrobiaKlasifikasi Mikrobia

Sejarah klasifikasi jasad hidup

Sistematika Mikrobia: keanekaragaman dan hubungan (fenetik & filogenetik)

•Klasifikasi mikrobia

•Tatanama Mikrobia

•Identifikasi Mikrobia

Sistematika MikrobiaSistematika Mikrobia Sistematika: Sistematika: ilmu yang mempelajari keanekaragaman mahluk hidup ilmu yang mempelajari keanekaragaman mahluk hidup serta hubungan kekerabatan antar sesamanya.serta hubungan kekerabatan antar sesamanya.

Tiga bidang kajian sistematika:Tiga bidang kajian sistematika: KlasifikasiKlasifikasi Tatanama (Nomenklatur)Tatanama (Nomenklatur) IdentifikasiIdentifikasi

TaksonomiTaksonomi : ilmu yang mempelajari teori klasifikasi yang mencakup dasar, : ilmu yang mempelajari teori klasifikasi yang mencakup dasar, prinsip serta aturan klasifikasi.prinsip serta aturan klasifikasi. Klasifikasi Klasifikasi : praktek taksonomi yaitu proses penataan organisme ke dalam : praktek taksonomi yaitu proses penataan organisme ke dalam suatu kelompok (takson) berdasarkan hubungan kemiripan suatu kelompok (takson) berdasarkan hubungan kemiripan (similaritas) atau hubungan kekerabatan (evolusioner).(similaritas) atau hubungan kekerabatan (evolusioner). IdentifikasiIdentifikasi: proses dan hasil penentuan apakah suatu organisme yang : proses dan hasil penentuan apakah suatu organisme yang belum dikenal merupakan anggota kelompok yang sudah belum dikenal merupakan anggota kelompok yang sudah diketahui sebelumnya atau bukan.diketahui sebelumnya atau bukan. Tatanama:Tatanama: cara pemberian nama ilmiah mahluk hidup menurut kode cara pemberian nama ilmiah mahluk hidup menurut kode tatanama.tatanama.

Sejarah klasifikasi mahluk hidupSejarah klasifikasi mahluk hidup::Aristoteles (- mid 1800-san) : Dunia Plantae; Aristoteles (- mid 1800-san) : Dunia Plantae; Dunia AnimaliaDunia Animalia E. Haeckel (1866) : Dunia Plantae;E. Haeckel (1866) : Dunia Plantae; Dunia Animalia; Dunia Animalia; Dunia ProtistaDunia Protista E. Chatton (1937) : Prokaryotae;E. Chatton (1937) : Prokaryotae; EukaryotaeEukaryotae R.H. Whittaker (1969): Dunia Monera R.H. Whittaker (1969): Dunia Monera Dunia Protista Dunia Protista Dunia Fungi Dunia Fungi Dunia Plantae Dunia Plantae Dunia AnimaliaDunia Animalia Carl Woese (1978): Domain BakteriaCarl Woese (1978): Domain Bakteria Domain Arkhaea Domain Arkhaea Domain EukaryaDomain Eukarya Carol J. Bult (1996) : selesai Carol J. Bult (1996) : selesai sequencingsequencing genom genom Methanococcus janashiiMethanococcus janashii (Arkhaea) (Arkhaea) Solomon Solomon et alet al. (1999 - 2002): Dunia Bakteria. (1999 - 2002): Dunia Bakteria Dunia Arkhae(bakteria)Dunia Arkhae(bakteria) Dunia Protista Dunia Protista Dunia Fungi Dunia Fungi Dunia Plantae Dunia Plantae Dunia AnimaliaDunia Animalia

Five Kingdom & Three DomainFive Kingdom & Three Domain

Tree of Life: Three DomainTree of Life: Three Domain

Dasar klasifikasi:Dasar klasifikasi:

Aristoteles ( 400 SM – 1800-an) : kenampakan morfologi luar Aristoteles ( 400 SM – 1800-an) : kenampakan morfologi luar

E. Haeckel (1866): morfologi (mikroskopis) dan fisiologi E. Haeckel (1866): morfologi (mikroskopis) dan fisiologi

E. Chatton (1937) : struktur organisasi interna sel (prokaryotik &E. Chatton (1937) : struktur organisasi interna sel (prokaryotik & eukaryotik)eukaryotik)

R.H. Whittaker (1969) : organisasi internal sel;R.H. Whittaker (1969) : organisasi internal sel; nutrisi; struktur nutrisi; struktur organisasi selularorganisasi selular

Carl. Woese (1978) : molekul RNA ribosomal (biologi molekular)Carl. Woese (1978) : molekul RNA ribosomal (biologi molekular) 16S rRNA (Arkhaea & Bakteria)16S rRNA (Arkhaea & Bakteria) 18S rRNA (Eukarya)18S rRNA (Eukarya)

Sistem klasifikasi:Sistem klasifikasi:

Fenetik: Fenetik: berdasarkan kemiripan sifatberdasarkan kemiripan sifat

Filogenetik: Filogenetik: berdasarkan hubungan berdasarkan hubungan evolusievolusi

Pendekatan/Metode klasifikasi:Pendekatan/Metode klasifikasi:

Klasifikasi klasik monotetikKlasifikasi klasik monotetik Klasifikasi numerik-fenetik- politetikKlasifikasi numerik-fenetik- politetik

(berdasarkan kesamaan morfologi)(berdasarkan kesamaan morfologi) Klasifikasi kimiawi (khemotaksonomi)Klasifikasi kimiawi (khemotaksonomi) Klasifikasi molekular (taksonomi Klasifikasi molekular (taksonomi

molekular)molekular) Klasifikasi polifasikKlasifikasi polifasik

Klasifikasi dan Hierarki Taksonomis:Klasifikasi dan Hierarki Taksonomis:

Hierarki Taksonomis

Dom ain Eukarya Bakteria Arkhaea

Dunia Plantae Bakteria Arkhaea

Phylum Anthophyta Proteobacteria Crenarcheota

Classis Monocotyledoneae Gamma Proteobacteria Thermoprotei

Ordo Commelinales Enterobacteriales Sulfolobales

Familia Poaceae Enterobacteriaceae Sulfolobaceae

Genus Zea Salmonella Sulfolobus

Species Zea mays S. dysenteriae Slf. Metallicus

Tatanama (Nomenklatur):Tatanama (Nomenklatur): International Code of Bacterial NomenclatureInternational Code of Bacterial Nomenclature (Sneath, (Sneath,

1992).1992). International Code of Botanical NomenclatureInternational Code of Botanical Nomenclature (Greuter (Greuter et alet al., .,

1994)1994) International Code of Zoological NomenclatureInternational Code of Zoological Nomenclature (Ride (Ride et alet al., .,

1985)1985) Sistem binomialSistem binomial: : nama spesies terdiri dari dua katanama spesies terdiri dari dua kata Bahasa Latin atau diperlakukan sebagai bahasa LatinBahasa Latin atau diperlakukan sebagai bahasa Latin Nama genus : Nama genus : diawali dengan huruf kapital e.g. diawali dengan huruf kapital e.g. BacillusBacillus Penunjuk spesies : Penunjuk spesies : ditulis dengan huruf kecil e.g. ditulis dengan huruf kecil e.g. subtilissubtilis Nama spesies : Nama spesies : Bacillus subtilisBacillus subtilis

Identifikasi dan Konsep spesies:Identifikasi dan Konsep spesies:

NomenspeciesNomenspecies: share the same : share the same type straintype strain

TaxospeciesTaxospecies : similarity index : similarity index 70 70

(numerical taxonomy)(numerical taxonomy) GenospeciesGenospecies: genetic exchage : genetic exchage

Genomic speciesGenomic species: DNA relatedness value: DNA relatedness value 70%70%

Modern SystematicsModern Systematics

IdentificationIdentification : microbial ecology, industrial : microbial ecology, industrial biotechnology, diagnostic biotechnology, diagnostic hospital microbiologyhospital microbiology Current trendsCurrent trends : Modern microbial : Modern microbial systematicssystematics Chemistry: Chemistry: chemosystematicschemosystematics Molecular biology: Molecular biology: molecular systematicsmolecular systematics Data handling: Data handling: numerical phenetic numerical phenetic systematicssystematics

Numerical phenetic taxonomyNumerical phenetic taxonomy Numerical phenetic taxonomyNumerical phenetic taxonomy: phenotypic test & : phenotypic test & computer analysiscomputer analysis CulturalCultural : : colonial morphology, pigmentationcolonial morphology, pigmentation MorphologicalMorphological : : cell shape, staining reaction, motilitycell shape, staining reaction, motility PhysiologicalPhysiological : : growth temp., anaerobic growthgrowth temp., anaerobic growth BiochemicalBiochemical : : acid from carbohydrates, nitrate reductionacid from carbohydrates, nitrate reduction NutritionalNutritional : : carbon sourcescarbon sources ChemotaxonomicChemotaxonomic: : amino acids, cell wall, membrane lipidsamino acids, cell wall, membrane lipids Inhibitory testsInhibitory tests: : sensitivity to antibioticssensitivity to antibiotics SerologicalSerological : : agglutinationagglutination GenomicGenomic : : mol % GC, DNA-DNA reassociationmol % GC, DNA-DNA reassociation

ChemotaxonomyChemotaxonomy

1. Chemotaxonomy1. Chemotaxonomy: : amino acids, lipids, amino acids, lipids,

polysacharides, proteins, enzymes, polysacharides, proteins, enzymes,

whole-cell whole-cell GCGC HPLCHPLC PyMS (Pyrolysis Mass Spectrometry)PyMS (Pyrolysis Mass Spectrometry) Electrophoresis Electrophoresis

Molecular systematicsMolecular systematics

Molecular systematics (phylogenetic):Molecular systematics (phylogenetic): nucleic acids analysisnucleic acids analysis (evolutionary (evolutionary relationships: relationships: phylogeny treephylogeny tree))

DNA sequencing (16S, 18S rDNA) DNA sequencing (16S, 18S rDNA) DNA-DNA hybridisationDNA-DNA hybridisation Molecular fingerprintingMolecular fingerprinting

Identifikasi MikrobiaIdentifikasi Mikrobia

IdentifikasiIdentifikasi : “proses & hasil penentuan benar tidaknya : “proses & hasil penentuan benar tidaknya suatu strain yang diteliti merupakan anggota takson suatu strain yang diteliti merupakan anggota takson yang sudah dikenal sbelumnya”yang sudah dikenal sbelumnya”

Penentuan identitas strain mikrobiaPenentuan identitas strain mikrobia Strain baru (isolate) tidak dapat diidentifikasi jika strain Strain baru (isolate) tidak dapat diidentifikasi jika strain

yang serupa belum pernah dikarakterisasi, diklasifikasi yang serupa belum pernah dikarakterisasi, diklasifikasi dan diberinama.dan diberinama.

Identifikasi : aplikasi klasifikasi dan tatanamaIdentifikasi : aplikasi klasifikasi dan tatanama Tujuan identifikasiTujuan identifikasi: memberi nama strain dengan cara : memberi nama strain dengan cara

memasukkannya ke dalam suatu takson (genus& memasukkannya ke dalam suatu takson (genus& spesies) yang sudah ada sebelumnya, berdasarkan spesies) yang sudah ada sebelumnya, berdasarkan sejumlah kecil karakter yang dipilih.sejumlah kecil karakter yang dipilih.

Pada hakekatnya, identifikasi tidak pernah dicapai Pada hakekatnya, identifikasi tidak pernah dicapai secara mutlak tetapi bersifat probabilitas karena secara mutlak tetapi bersifat probabilitas karena seungguhnya tidak ada strain yang identik.seungguhnya tidak ada strain yang identik.

Kegagalan identifikasi:Kegagalan identifikasi:

(i) kekurang akuratan deskripsi publikasi yang dipakai (i) kekurang akuratan deskripsi publikasi yang dipakai sebagai dasarsebagai dasar

(ii) kekeliruan dalam mengkarakterisasi strain yang diteliti(ii) kekeliruan dalam mengkarakterisasi strain yang diteliti kurang memadainya sistem klasifikasi yang dipakai kurang memadainya sistem klasifikasi yang dipakai

sebagai dasar identifikasisebagai dasar identifikasi(iii) kurang memadainya karakterisasi strain yang diteliti(iii) kurang memadainya karakterisasi strain yang diteliti penemuanpenemuan strain yang strain yang atypicalatypical dalam takson terkait dalam takson terkait(iv) penemuan strain yang merupakan anggota (iv) penemuan strain yang merupakan anggota novel taxonnovel taxon

Faktor (i) dan (ii) dapat ditanggulangi dengan Faktor (i) dan (ii) dapat ditanggulangi dengan menerapkan teknik karakterisasi yang menerapkan teknik karakterisasi yang terstandardisasi dan terstandardisasi dan reproduciblereproducible (handal). (handal).

Pengalaman sangat menentukan dalam Pengalaman sangat menentukan dalam keberhasilan identifikasi !keberhasilan identifikasi !

Sistem IdentifikasiSistem Identifikasi

Sistem identifikasi yang baik memiliki Sistem identifikasi yang baik memiliki cirri sebagai berikut:cirri sebagai berikut:

HandalHandal Nyaman digunakanNyaman digunakan CepatCepat Jumlah pengujian relative sedikitJumlah pengujian relative sedikit FleksibelFleksibel Relatif murah Relatif murah

Strategi Identifikasi:Strategi Identifikasi: Tidak ada metode yang berlaku universal untuk semua Tidak ada metode yang berlaku universal untuk semua

mikrobiamikrobia Bervariasi teknik yang telah dikembangkan untuk Bervariasi teknik yang telah dikembangkan untuk

masing-masing kelompok mikrobiamasing-masing kelompok mikrobia Strain yang diteliti harus terjamin sebagai kultur murniStrain yang diteliti harus terjamin sebagai kultur murni Gunakan semua informasi yang tersedia terkait dengan Gunakan semua informasi yang tersedia terkait dengan

strain yang ditelitistrain yang diteliti Gunakan selalu kontrol positif dan kontrol negative Gunakan selalu kontrol positif dan kontrol negative

dalam setiap pengujiandalam setiap pengujian Kesimpulan ditemukannya strain anggota Kesimpulan ditemukannya strain anggota novel taxonnovel taxon

baru dapat dilakukan setelah melalui pengujian yang baru dapat dilakukan setelah melalui pengujian yang menunjukkan tidak teridentifikasinya strain secra menunjukkan tidak teridentifikasinya strain secra meyakinkan.meyakinkan.

Karakterisasi:Karakterisasi:

KulturalKultural Morfologi sel dan koloniMorfologi sel dan koloni FisiologisFisiologis BiokimiawiBiokimiawi NutrisionalNutrisional KhemotaksonomisKhemotaksonomis SerologisSerologis Uji penghambatanUji penghambatan GenotipikGenotipik

Metode Tradisional:Metode Tradisional:

Uji biokimiawi, nutrisional, fisiologis dilakukan dalam Uji biokimiawi, nutrisional, fisiologis dilakukan dalam botol atau tabung berisi medium cair atau padat atau botol atau tabung berisi medium cair atau padat atau plateplate

Murah tetapi dapat kurang nyaman melakukannya, sulit Murah tetapi dapat kurang nyaman melakukannya, sulit distandardisasi dan diinterpretasikan, kurang distandardisasi dan diinterpretasikan, kurang repordusibel, dan lambatrepordusibel, dan lambat

Satu-satunya metode yang ada untuk kelompok Satu-satunya metode yang ada untuk kelompok mikrobia tertentu yang belum terklasifikasi dengan baik mikrobia tertentu yang belum terklasifikasi dengan baik karena kurang terkait dengan masalah medis dan karena kurang terkait dengan masalah medis dan industri. Jadi belum ada teknik modern yang komersialindustri. Jadi belum ada teknik modern yang komersial

Masih bermanfaat, khususnya pada tahap awal Masih bermanfaat, khususnya pada tahap awal walaupun sudah tersedia teknik modern yang cepat, walaupun sudah tersedia teknik modern yang cepat, khususnya jika dilakukan oleh pakar yang khususnya jika dilakukan oleh pakar yang berpengalaman.berpengalaman.

Media komposit:Media komposit: Menggunakan media yang dapat menguji kemunian Menggunakan media yang dapat menguji kemunian

strainstrain Media selektif dan diferensial tersedia bagi mikrobia Media selektif dan diferensial tersedia bagi mikrobia

yang penting dalam bidang medis dan pangan, yang penting dalam bidang medis dan pangan, misalnya: medium misalnya: medium Polymyxin egg-yolk mannito Polymyxin egg-yolk mannito bromothymol blue agarbromothymol blue agar dapat membedakan antara strain dapat membedakan antara strain anggota anggota Bacillus cereusBacillus cereus dan strain anggota spesies dan strain anggota spesies yang lain dalam genus yang lain dalam genus BacillusBacillus berdasarkan reaksi berdasarkan reaksi terhadap egg-yolk dan ketidak mapuan memfermentasi terhadap egg-yolk dan ketidak mapuan memfermentasi mannitol.mannitol.

Medium Kligler iron agar, triple sugar iron agar dan Medium Kligler iron agar, triple sugar iron agar dan Kohn’s two tubes medium masih digunakan untuk Kohn’s two tubes medium masih digunakan untuk identifikasi strain anggota Familia Enterobacteriaceae identifikasi strain anggota Familia Enterobacteriaceae berdasarkan frementasi karohidrat, produksi H2S, berdasarkan frementasi karohidrat, produksi H2S, motilitas dan produksi indol.motilitas dan produksi indol.

Micromethods:Micromethods:

Medium volume kecil yang bersifat Medium volume kecil yang bersifat khromogenik atau fluorogenik yang khromogenik atau fluorogenik yang diinokulsi dengan sejumlah besar diinokulsi dengan sejumlah besar inokuluminokulum

Berdasarkan akativitas enzim tertentuBerdasarkan akativitas enzim tertentu

Commercial Identification kits:Commercial Identification kits: Commercial miniaturized kitsCommercial miniaturized kits, dapat disimpan , dapat disimpan

lama, terstandardisasi, cepat, mudah lama, terstandardisasi, cepat, mudah dilaksanakan dan memberi hasil yang konsisten.dilaksanakan dan memberi hasil yang konsisten.

Biasa digunakan secara rutin di laboratorium Biasa digunakan secara rutin di laboratorium klinis karena dianggap nyaman melakukannya klinis karena dianggap nyaman melakukannya dan memerlukan tenaga yang lebih sedikitdan memerlukan tenaga yang lebih sedikit

Semula kit dibuat untuk mengidentifikasi Semula kit dibuat untuk mengidentifikasi anggota anggota EnterobacteriaceaeEnterobacteriaceae, tetapi selanjutnya , tetapi selanjutnya juga dikembangkann kit untuk anggota juga dikembangkann kit untuk anggota genus genus Bacillus, Lactobacillus, Nesisseria, Bacillus, Lactobacillus, Nesisseria, StaphylococcusStaphylococcus dab dab StreptococcusStreptococcus..

Kit API 20E: untuk identifikasi anggota strain Kit API 20E: untuk identifikasi anggota strain EnterobacteriaceaeEnterobacteriaceae

Chemotaxonomic methods:Chemotaxonomic methods:

Untuk bakteri anaerob, analisis produk Untuk bakteri anaerob, analisis produk fermentasi berupa asam volatile dan non-volatil fermentasi berupa asam volatile dan non-volatil dengan GLC dengan GLC

Analaisis whole-organism fatty acids dengan Analaisis whole-organism fatty acids dengan GLCGLC

Analisis isoprenoid quinines sangat bermanfaat Analisis isoprenoid quinines sangat bermanfaat dalam mengidentifikasi strain anggota spesies dalam mengidentifikasi strain anggota spesies dalam genus dalam genus LegionellaLegionella..

Pyrolysis Mass Spectrometry (PyMS) Pyrolysis Mass Spectrometry (PyMS) bermanfaat bagi identifikasi bermanfaat bagi identifikasi MycobacteriumMycobacterium dan dan aktinomisetes yang lain.aktinomisetes yang lain.

Fourier-transformed infrared spectrometry dan Fourier-transformed infrared spectrometry dan Ultraviolet Resonance Raman spectrometry.Ultraviolet Resonance Raman spectrometry.

Serological tests:Serological tests:

Cepat, mudah, spesifik dan sensitiveCepat, mudah, spesifik dan sensitive Terseia kita bagi berbagai kelompok Terseia kita bagi berbagai kelompok

mikrobiamikrobia Latex particle agglutination, coagulation, Latex particle agglutination, coagulation,

immunofluorescence dan ELISAimmunofluorescence dan ELISA (Enzyme-(Enzyme-Linked Immunosorbent AssayLinked Immunosorbent Assay))

Inhibitory tests:Inhibitory tests:

Sensitivitas Sensitivitas Streptococcus pyogenesStreptococcus pyogenes terhadap bacitracin dan strain anggota terhadap bacitracin dan strain anggota genus genus VibrioVibrio terhadap 0/129. terhadap 0/129.

Sistem identifikasi untuk Enterobacteria Sistem identifikasi untuk Enterobacteria dan Bakteri Gram negative batang non-dan Bakteri Gram negative batang non-fermentatif atas dasarfermentatif atas dasar sifat pertumbuhan sifat pertumbuhan dalam natibiotik.dalam natibiotik.

Genotypic methods:Genotypic methods:

Hibridisasi asam nukleat dan Hibridisasi asam nukleat dan molecular molecular fingerprintingfingerprinting (RFLP, ARDRA, RAPD) (RFLP, ARDRA, RAPD)

Rumit dan relative lebih lambatRumit dan relative lebih lambat Nucleic acid probeNucleic acid probe: deteksi gen tertentu : deteksi gen tertentu

dalam mikrobia yang ditelitidalam mikrobia yang diteliti Digunakan dalam klinik dan industriDigunakan dalam klinik dan industri Menggunakan teknik PCR: Menggunakan teknik PCR: MycobacteriumMycobacterium

(tumbuh lambat)(tumbuh lambat)

Praktek Identifikasi:Praktek Identifikasi:

Isolat (kultur murni)Isolat (kultur murni)↓↓

Karakterisasi (identifikasi awal)-Karakterisasi (identifikasi awal)-Generic Generic AssignmentAssignment

((Bergey’s manual of Determinative/Systematic Bergey’s manual of Determinative/Systematic BacteriologyBacteriology))

↓↓Strain Acuan (Type strain)Strain Acuan (Type strain)

↓↓IdentifikasiIdentifikasi

↓↓KesimpulanKesimpulan

Morfologi sel bakteriMorfologi sel bakteri

Morfologi sel bakteriaMorfologi sel bakteria

Organisasi selOrganisasi sel