1. Endospora Bacillus Sp.

Oseana, Volume XXV, Nomor 1, 2000 : 31-41 ISSN 0216- 1877

PENGENALAN BACILLUS SPP.

oleh

Ariani Hatmanti *)

ABSTRACT

INTRODUCTION TO BACILLUS SPP. Bacillus spp is one group of bacteria that has highly potential used for industrial biotechnology. The Genus Bacillus consists of 57 species from many kind of habitats. Common Bacillus spp occurred in marine and marshes habitats are B. badius B. firmus B. marinus B. psychrosaccharolyticus however it is not impossible for other Bacillus may isolated from that habitats. Bacillus spp included in sporeforming bacteria It is easy to distin-guish Bacillus from other sporeforming bacteria, because of their aerobic nature and catalase production. In addition Bacillus is also easily separated from other endosporeformers, but it is difficult to distinguish between species of Bacillus spp. There are two kind of methods to identify Bacillus spp, which are by phenotype test and phylogenetic approach.

PENDAHULUAN

Bakteri merupakan organisme yang mempunyai penyebaran terluas di alam. Hal tersebut karena bakteri mampu hidup pada berbagai habitat dan mampu menguraikan senyawa-senyawa kompleks menjadi senyawa-senyawa yang lebih sederhana untuk memperoleh zat-zat tertentu yang dibutuhkan dalam rangka mempertahankan hidupnya. Se- lain itu bakteri dengan kemampuannya tersebut menjadi organisme terpenting yang berperan dalam proses penguraian dan dekomposisi.

Bakteri mempunyai potensi besar untuk dikembangkan dalam industri bioteknologi. Potensi tersebut berhubungan dengan

kemampuan yang dimilikinya seperti amilolitik, proteolitik, lipolitik, antibiosis, selulolitik, dan sebagainya. Potensi ini dapat dimanfaatkan untuk industri pangan, minuman, obat-obatan dan penanganan limbah.

Penelitian-penelitian mengenai potensi tersebut pada saat ini lebih didominasi oleh penelitian mengenai bakteri asal daratan, baik pada tanah, tumbuhan maupun perairan darat. Dibandingkan dengan bakteri asal darat, pemanfaatan bakteri asal laut masih sangat terbatas. Oleh karena itu perlu dilakukan penelitian-penelitian dan pengembangan untuk menemukan dan mengembangkan potensi- potensi bakteri asal laut ini.

*) Balitbang Lingkungan Laut, Puslitbang Oseanologi-LIPI, Jakarta.

31

sumber:www.oseanografi.lipi.go.id

Oseana, Volume XXV no. 1, 2000

Marga Bacillus merupakan salah satu bakteri yang mempunyai berbagai macam kemampuan yang dapat dikembangkan dalam skala industri. Menurut ATLAS & BARTHA (1987), Bacillus spp. sangat potensial untuk dikembangkan dalam industri bioteknologi karena mempunyai sifat-sifat seperti, memiliki kisaran suhu pertumbuhan yang luas, pembentuk spora, kosmopolit, tahan terhadap senyawa-senyawa antiseptik, bersifat aerob atau fakultatif anaerob, memiliki kemampuan enzimatik yang beragam, dan beberapa diantaranya mampu melakukan biodegradasi terhadap banyak senyawa rekalsitran dan xenobiotik. Selain itu yang utama adalah Bacillus spp tidak membutuhkan faktor tumbuh yang relatif mahal.

Bacillus spp. semula dikenal sebagai bakteri asal daratan, seperti halnya Micrococ- cus namun ROSENFELD & ZOBELL dalam EFFENDI (1998) menemukan bahwa bakteri ini ternyata merupakan penghuni laut sejati yang dapat menghasilkan antibiotik. Bacillus spp asal laut telah diteliti oleh ahli-ahli peneliti kelautan dan terbukti mempunyai beberapa kemampuan, diantaranya adalah mampu menghasilkan zat antibiotik yang dapat melawan bakteri patogen Vibrio cholerae (ROSENFELD & ZOBELL dalam EFFENDI 1998), sebagai bakteri pemecah minyak (THAYIB 1982), sebagai penghasil enzim pemecah senyawa glukan yaitu Bacillus circulans No. MT-G2 (OKAMI dalam EFFENDI 1998), mampu menguraikan minyak mentah dan hidrokarbon lain (AL MALAH dalam EFFENDI 1998, EFFENDI & FELIATRA dalam EFFENDI 1998). FELIATRA (1998) menyatakan bahwa enzim yang dihasilkan oleh Bacillus telah diproduksi dalam skala industri diantaranya enzim alanin dan formiat, -amilase, isoamilase, -amilase, glukoamilase, chitinase, dan cholesterol oxydase. Bahkan B. subtilis digunakan sebagai inang pada studi mengenai DNA rekombinan (DOI & McGLOUGHLIN 1992).

Karakteristik Bacillus spp.

Bacillus spp. digolongkan ke dalam kelas bakteri heterotrofik, yaitu protista bersifat uniseluler, termasuk dalam golongan mikroorganisme redusen atau yang lazim disebut sebagai dekomposer. Sebagian besar bakteri laut termasuk dalam kelompok bakteri bersifat heterotrofik dan saprofitik (RHEINHEIMER 1980).

Marga Bacillus merupakan bakteri yang berbentuk batang dapat dijumpai di tanah dan air termasuk pada air laut. Beberapa jenis menghasil enzim ekstraseluler yang dapat menghidrolisis protein dan polisakarida kompleks. Bacillus spp membentuk endospora, merupakan gram positif, bergerak dengan adanya flagel peritrikus, dapat bersifat aerobik atau fakultatif anaerobik serta bersifat katalase positif (PELCZAR et al. 1976).

Marga Bacillus merupakan salah satu dari enam bakteri penghasil endospora. Endospora tersebut berbentuk bulat, oval, elips atau silinder, yang terbentuk di dalam sel vegetatif. Endospora tersebut membedakan Bacillus dari tipe-tipe bakteri pembentuk eksospora. Spora Bacillus pertama kali dideskripsikan oleh Cohn pada tahun 1872 pada B. subtilis yang semula disebut Vibrio subtilis oleh Ehrenberg pada 1835 (GORDON 1981). Cohn menunjukkan bahwa spora tersebut mempunyai resistensi yang lebih dibandingkan sel vegetatifnya.

Terdapat enam marga bakteri penghasil endospora yaitu Bacillus, Sporolactobacillus, Clostridium, Desulfotomaculum, Sporo- sarcina, Thermo actinomy cetes. Sebelum digolongkan menjadi enam marga, bakteri penghasil endospora dibagi menjadi dua kelompok, yaitu termasuk Marga Bacillus jika. merupakan gram positif, dan termasuk Marga Clostridium jika merupakan gram negatif. Menurut DOI & McGLOUGHLIN (1992), dua sifat utama yang membedakan Bacillus dari bakteri pembentuk endospora lainnya adalah

32



kemampuan Bacillus untuk hidup aerob (walaupun beberapa bersifat fakultatif anaerob) dan mayoritas jenisnya memproduksi katalase (bersifat katalase positif).

Endospora yang dihasilkan oleh Bacil-lus mempunyai ketahanan yang tinggi terhadap faktor kimia dan fisika, seperti suhu ekstrim, alkohol, dan sebagainya. Jenis-jenis tersebut seluruhnya mengandung Dipicolinic Acid (DPA) dan mereka mempunyai derajat dormansi unparalel pada bentuk kehidupan yang lain. Spora tersebut membawa siklus perkembangan dimana sel vegetatif dapat membentuk spora dan spora kemudian dapat tumbuh berkecambah menjadi sel vegetatif. Proses tersebut pertama kali ditunjukkan pada tahun 1876 oleh Koch pada B. anthracis dan oleh Cohn pada B. subtilis (KEYNAN &

SANDLER 1983). Daur hidup Bacillus dapat dilihat pada Gambar 1.

Jenis Bacillus spp. menunjukkan bentuk koloni yang berbeda-beda pada medium agar cawan Nutrien Agar. Warna koloni pada umumnya putih sampai kekuningan atau putih suram, tepi koloni bermacam-macam namun pada umumnya tidak rata, permukaannya kasar dan tidak berlendir, bahkan ada yang cenderung kering berbubuk, koloni besar dan tidak mengkilat. Bentuk koloni dan ukurannya sangat bervariasi tergantung dari jenisnya. Selain itu setiap jenis juga menunjukkan kemampuan dan ketahanan yang berbeda-beda dalam menghadapi kondisi lingkungannya, misalnya ketahanan terhadap panas, asam, kadar garam, dan sebagainya.

Gambar 1. Daur hidup tipe bakteri pembentuk spora (dimodifikasi dari SLEPECKY & HEMPHILL. 1992)

33



Marga Bacillus mampu tumbuh pada temperatus 10-50 C, merupakan saprofit ringan yang tak berbahaya, mudah tumbuh dalam kerapatan tinggi dan mampu membentuk endospora yang tahan panas (SALLE 1984). Letak endospora di dalam sel serta ukuran selama pembentukannya tidak sama bagi setiap jenis Bacillus spp., artinya ada yang terletak di sentral (di tengah sel), di terminal (di ujung sel) dan adapula yang sub- terminal (di bagian dekat ujungsel). Diameter sporanya pun dapat lebih besar atau lebih kecil dari diameter sel vegetatifnya, oleh karena itu terdapatnya endospora, letak endospora, dan ukuran endospora dapat dipergunakan untuk mengindentifikasi marga Bacillus ini (PELCZAR & CHAN 1986). Bentuk spora yang dihasilkan oleh Bacillus spp. pun bermacam-macam tergantung jenisnya. Bacil-lus subtilis dan B. cereus memproduksi spora bentuk silinder yang tidak membengkak. Ba-cillus polymixa dan B. spaericus memproduksi spora yang membengkak (lebih besar dari sel vegetatifnya). Selain itu Bacillus spp. membentuk tidak lebih dari satu endospora untuk tiap sel dan sporulasinya tidak tergantung pada udara terbuka.

Marga Bacillus mempunyai sifat fisiologis yang menarik karena tiap-tiap jenis mempunyai kemampuan yang berbeda-beda, diantaranya : (1) mampu mengdegradasi senyawa organik seperti protein, pati, selulosa, hidrokarbon dan agar, (2) mampu menghasilkan antibiotik; (3) berperan dalam nitrifikasi dan dentrifikasi; (4) pengikat nitro-gen; (5) pengoksidasi selenium; (6) pengoksidasi dan pereduksi mangan (Mn); (7) bersifat khemolitotrof, aerob atau fakutatif anaerob, asidofilik atau alkalifilik, psikoprifilik, atau thermofilik (NORRIS et al. 1981; CLAUS & BARKELEY 1986). MADIGAN et al. (1997) menyatakan bahwa Bacillus spp. termasuk marga yang bersifat

khemoautotrof yang dapat tumbuh pada metanol, metilamine atau format, tetapi tidak dapat tumbuh pada metana.

Jenis dari marga Bacillus spp. ini juga berbeda dalam sifat pertumbuhanny a, beberapa diantaranya bersifat mesofilik misalnya B. subtilis, termofilik fakultatif misalnya B. coagulans, bersifat termofilik misalnya B. stearothermophillus. Selain itu juga mempunyai kemampuan enzimatik yang berbeda-beda dalam menghasilkan enzim, diantaranya dalam menghasilkan enzim amilase, protease, dan lipase, seperti B. licheniformis, B. cereus, B. subtilis, B. stearothermophillus, B. amyloliquefasciens, B. alginoliticus, B. chondrotimus, B. amithii, B. thermoleovorans, B. brevis, B. thuringiensis, B. papilliae, dan sebagainya (RAHAYU 1990).

Klasifikasi dan Jenis-jenis Bacillus spp. Klasifikasi bakteri yang sampai saat ini

diapakai adalah Bergey's Manual of Determi-native Bacteriology. Tatanamanya diatur berdasarkan "International Code of Nomenclatur of Bacteria and Viruses", yang ditetapkan tahun 1947 oleh International Com-mittee on Bacteriological Nomenclature. Berdasarkan aturan teresebut maka menurut Bergey's Manual of Determinative Bacteriol-ogy, 8 th editions dalam Hadioetomo (1985) kalsifikasi Bacillus spp. adalah sebagai berikut: Kingdom : Procaryotae Divisi : Bacteria Kelas : Schizomycetes Bangsa : Eubacteriales Suku : Bacillaceae Marga : Bacillus Jenis : Bacillus spp.

Jenis-jenis Bacillus spp. terdiri dari beberapa jenis dan tersebar pada beberapa habitat, namun paling banyak tanah. Jenis-jenis ini dapat dilihat pada Tabel 1.

34



Tabel 1. Jenis Bacillus, habitat isolasi dan karakternya

35



Tabel 1 (Lanjutan)

36



Berdasarkan Tabel 1 diatas, dapat diketahui bahwa jenis Bacillus yang berhasil diisolasi dari habitat laut dan rawa diantaranya meliputi B. badius, B. firmus, B. marinus, B. psychrosaccharolyticus. Keempat jenis tersebut diisolasi dari sedimen maupun air laut atau rawa. Meskipun demikian tidak menutup kemungkinan terdapatnya Bacillus jenis lain yang dapat diisolasi dari habitat tersebut, baik pada sedimen, air, biota maupun pada produk makanan yang berasal dari perairan tersebut. Hal ini ditunjukkan dengan diperolehnya enam jenis pada hasil penelitian dari perairan Pantai Meru Betiri JawaTimur, yaitu B. licheniformis, B. macquariensis, B. apiarius, B. macerans, B. marinus, dan B. circulans. Keenam jenis tersebut diisolasi dari daerah hutan, semak, pantai berpasir, serta estuarin (HATMANTI 1998).

Marga Bacillus mudah dibedakan dari kelompok bakteri penghasil endospora lain, namun sulit untuk membedakan jenis-jenis

dalam tersebut. Organisme diklasifikasikan dalam Marga Bacillus pada umumnya karena membentuk spora dan menunjukkan karakteristik pada beberapa tes fenotip. Pembagian grup dalam Marga Bacillus didasarkan pada bentuk spora dan letak spo-rangium. Pembagian tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.

Suatu variasi teknik tambahan telah dilakukan untuk memberikan penekanan dari tes manual/tradisional klasifikasi jenis dari Marga Bacillus. Teknik ini didasarkan pada perbedaan komposisi asam amino dan dis t r ibusi polar l ip id dar i masing- masing jenis (KANEDA 1977; MINNIKIN & GOODFELLOW 1981). Bacillus acidocaldorius dapat dikarakterisasi oleh kehadiran menaquinon (MK9), asam lemak sikloheksil, triterpen dan cairan kompleks. Komposisi dinding sel telah ditunjukkan untuk membedakan beberapa jenis (STACKEBRANDT et al. 1987).

Tabel 2. Penggolongan Bacillus berdasarkan morfologinya (SLEPECKLY dalam DOI & McGLOUGHLIN 1992)

37



Metode taksonomi kimia seperti elektroporesis rumus protein sel (JACKMAN 1985) ataurumusenzim (BAPTIST et al. 1978; SHARP et al. 1980) telah digunakan untuk membedakan karakter lain. Kromatografi pirolisis gas cair (O'DONNELL et al. 1988) dan Spektrometri curiepoint massa pirolisis (SHUTE et al. 1984) telah diaplikasikan untuk memecahkan permasalahan taksonomi dan identifikasi Bacillus. Cara sederhana untuk mengidentifikasikan jenis-jenis dalam Marga Bacillus dapat digunakan Gambar 2.

Selain identifikasi menggunakan pendekatan fenetik seperti di atas, telah dilakukan pula identifikasi melalui pendekatan filogenetik. Pendekatan ini menggunakan analisis bagian 16 S rRNA bagian oligonukleotida (FOX et al. 1977; STACKEBRANDT & WOESE 1979). Studi ini menggunakan metode ini menunjukkan hubungan yang sangat dekat atara Bacillus, Planococcus, Staphylococcus, dan thermoactinomycetes (STCKEBRANDT & WOES 1979). STACKEBRANDT et al. (1987) menbandingkan beberapa jenis Bacil- lus yang membentuk spora elipsoidal dengan jenis Bacillus yang membentuk spora elipsoidal dengan jenis Bacillus yang membentuk spora bulat atau sperikal (Tabel 2). Bacillus subtilis, B. cereus, B. megaterium, dan B. pumilus dari grup pembentuk spora sperikal, B. sphaericus, B. globisporus, dan B. aminovorans tidak terkelompokkan. Secara filogenetik, ketiganya lebih dekat hubungannya kepada organisme yang tidak membentuk spora, seperti: B. sphaericus dekat kepada Carophanan latum, B. globisporus kepada Filibacter limicola, B. pasteurii kepada B. aminovorans kepada planococcus citreus, B. stearothermophilus, yang tidak termasuk dalam grup utama Bacillus menunjukkan hubungan dekat dengan Thermoactinomycete vulgaris.

Transfer interspesifik dan intraspesifik pada DNA di antara beberapa jenis Bacillus

telah dicapai, diantaranya pada : B. megaterium, b.thuringiensis, B. lichenniformis, B. cereus, B. coagulans, B. brevis, B. sphaericus, dan b. stearothermophilus. Interaksi genetik ini memberikan pengaruh pada identifikasi isolat dari berbagai habitat.

Bacillus spp seperti disebutkan di atas mempunyai banyak potensi sebagai sumber daya hayati laut yang dapat menunjang bioteknologi bakteri laut. oleh karena itu sebaiknya dilakukan penelitian yang lebih intensif untuk mengembangkan bakteri ini hingga dapat menghasilkan bahan-bahan aktif bermanfaat.

DAFTAR PUSTAKA

ATLAS, R.M. and R. BARTHA 1987. Micro- bial Ecology, Fundamentals and Appli-cation, 2nd sdition. The Benjamin/ Cumming publishing Company, Inc. Menlo Par, California : 560 pp.

BAPTIST, J.N., M. MANDEL, and R.I. GHERNA 1978, Microbial Enzym. In-ternational jurnal of bacteriology 28 : 229 - 244.

CLOUS, D. and R.C.W. BERKELEY 1986. Genus Bacillus, In : Bergeys Manual of Systematic Bacteriology, vol 2 (SNEATH, P.H.A., ed.), Williams and Wilkins, Baltimore : 1105 - 1139.

CLOUS, D. and D. FRITZE 1989, Bacillus Enzym Product, in : Bacillus (HARWOOD, C. R., ed.), Plenum Pub-lishing Corp., New York : p 5 - 26.

DOI, RAY, H. and MARTINA McGLOUGHLIN 1992, Biology of Bacilli : Applications to industry, Butterworth-Hcinemann, Boston, Lon-don, Oxford, Singapore, Sydney Toronto, Wellington : 370 pp.

38



Gambar 2. Kunci sederhana untuk identifikasi strain Bacillus tipikal. Dimodifikasi dari

tabel sebelumnya (NORRIS et al. 1981; SLEPECKY & HEMPHILL 1992).

39



EFFENDI, IRWAN 1998. Prospek Bioteknologi Bakteri laut. Dalam : Strategi Pembangunan Perikanan dan Kelautan Nasional dalam meningkatkan Devisa Negara (FELIATRA, ed.) Universitas Riau Press, Riau, Indonesia : 225 pp.

FOX, G.E., K.R. PECHAN and C.R. WHOESE 1977. Filogenetics Ap-proach of Bacilli. International Jour- nal Systematics of Bacteriology 27 :44 -57.

GHERNA, R.E., 1981, Bacilli, In : The Aero-bic Endospore - Forming Bacteria (BERKELY, R.C. and M. GOODFELLOW, eds.) Academic Press, London : 1 - 15.

HADIOETOMO, R. S. 1985. Mikrobiologi Dasar dalam Praktek : Teknik dan Prosedur Dasar Laboratorium. Gramedia, Jakarta : 163 pp.

HATMANTI, ARIANI 1998. Isolasi dan Identifikasi Bacillus spp Penghasil Enzim Amilase di Taman Nasional Meru Betiri JawaTimur. Laporan Kerja Praktek. Fakultas Biologi-Universitas Jenderal Sudirman, Purwokerto : 46 hal.

JACKMAN, P.J.H 1985. Electrophoretic Protein Paterns. Chemical Method in Baccteriology Systenatics. Academic Press, London : 115-129.

KANEDA, T.E. 1977. Polar Lipid Distribution in Bacillus. Bacteriological Revolutioner 41 : 391 - 418.

KEYNAN, A. and N. SANDLER 1983. The Bacterial Spore, vol 2. (HURST, A. and GOULD, G. W., eds). Academic Press, New York: 107 pp.

MADIGANS, M.T., J.M. MARTINKO, and J. PARKER 1998, Biology of Microor-

ganism, 8th editions. Willians and Wilkins Co., Baltimore : 110 pp.

MINNIKIN, D.E., and M. GOODFELLOW 1981. The Bacilli. In : The Aerobic Endospore - Forming Bacteria (BER-KELEY, R.C, and GOODFELLOW, M., eds.). Academic Press, London : 59 -90.

NORRIS, J.R., R.C.W. BERKELEY, N.A.LOGAN, and A.G. O'DONNELL 1981. The Genera Bacillus and Sporalactobacillus. In : The Prokary- otes, vol 2 (STARR, M.P., STOLP, A., TRUPER, A.G., BALOWS, A., and SCHLEGEL, H.G., eds). Springer -Verlag, New York : 1711 - 1742.

O'DONNELL, A.G., H.J.H. MACFIE, and J.R. NORRIS 1988. The Genera of Bacillus, Journal of Genetics Microbi-ology 134 : 743 - 749.

PELCZAR, M.J., E.C.S. CHAN, and N.R. KRIEG 1976, Microbiology. Me Graw Hill Book Company, New York : 896 pp.

PELCZAR, M.J., and E.C.S. CHAN 1986. Mi-crobiology, MC Graw Hill Book Com-pany, New York : 889 pp..

PRIENST, F.G. 1989. Sporoformers Familia. Bacillus (HARWOOD, C.R., ed) Ple-num Publishing Corp., New York : 27 -56.

PRIEST, F.G. M. GOODFELLOW, and C. TODD 1988. Bacillus Heterogenety, Journal of genetics Microbiology 134 : 1847-1882.

RAHAYU, K. 1990. Enzim Mikroba. Departemen Pendidikan dan Kebudayaan, PAU Pangan dan Gizi. Institut Pertanian Bogor, Bogor : 108 hal.

40



RHEINHEIMER 1980. Aquatic Microbiology, A. willey Inter Science Publication Chichester: 225 pp.

SALLE, A.J., 1984. Fundamental of Principle of Bacteriology. McGraw Hill Publishing Company, New Delhi: 812 pp.

SHARP, R.J., BROWN, K.J., and A. ATKINSON 1980. Electrophoretic Enzym Patern. Journal of Genetic Mi-crobiology 117:201-210.

SHUTE, L.A., GUTTERIDGE, S.E., NORRIS, J. R., and BERKELEY, R.C.W. 1984. Currie-Point Pyrolysis Mass Spectrometry, Journal of Genetics Microbiology 130 : 343 - 355.

SLEPECKLY, R.A. and A.G. HEMPHILL 1992. Bacillus, The Sporoforming Bac-teria. In: The Prokaryotes, 2nd editions

(BALLOWS, A. TRUPER, H.G., DWORKIN, M., HARDER, W., and SCHLEIFER, K.H., eds.). Springer Verlag, New York : 1663 - 1696.

STACKEBRANDT, E., W. LUDWIG, and M. WEIZENEGGER 1987. Cell Wall Composition. Journal of Genetics Mi-crobiology 133 : 2523 - 2529.

STACKEBRANDT, E. and C.R. WOESE 1979. Oligonicleotide Sequencing Technic. Current Microbiology 2 : 317 - 322.

THAYIB, SOEMINARTI, S 1982. Mikrobiologi Laut. Dalam : Kondisi Lingkungan Pesisir dan Laut di Indonesia. (K. ROMIMOHTARTO dan S. THAYIB eds.). Lembaga Oseanologi Nasional - LIPI, Jakarta : 246 hal.

---------*****---------

41



1. Endospora Bacillus Sp.

Documents

sederhana untuk memperoleh

pemanfaatan bakteri

bacillus spp asal la

potensi bakteri asal

bakteri asal daratan

potensial untuk dikembangkan

pengembangan untuk menemukan

balitbang lingkungan