Mikrobiologi
adalah sebuah cabang dari ilmu biologi yang mempelajari
mikroorganisme (organisme hidup yang ukurannya terlalu kecil untuk dapat
dilihat dengan mata biasa) atau mikroba. Oleh karena itu obyek kajiannya
biasanya adalah semua makhluk (hidup) yang perlu dilihat dengan mikroskop,
khususnya bakteri, fungi, alga mikroskopik, protozoa, Archaea dan Virus. Virus
dimasukkan dimasukan dalam obyek kajian walaupun sebenarnya ia tidak sepenuhnya
dapat dianggap sebagai makhluk hidup. Mikrobiologi dimulai sejak ditemukannya
mikroskop dan menjadi bidang yang sangat penting dalam biologi setelah Louis
Pasteur dapat menjelaskan proses fermentasi anggur (wine) dan membuat serum
rabies.
Louis Pasteur (1822-1895) lahir di
kota Dole tahun 1822 berasal bagian timur Perancis merupakan salah seorang ahli
kimia dan mikrobiolog. Sebagai mahasiswa di Paris dia memperdalam ilmu
pengetahuannya. Kegeniusannya belum tampak ketika dia masih menjadi mahasiswa
bahkan salah seorang mahagurunya menganggap Pasteur "sedang-sedang"
saja dalam ilmu kimia. Setelah dia meraih gelar Doktor di tahun 1847, Pasteur
membuktikan ucapan profesornya keliru besar. Penyelidikannya tentang asam
traktat tartaric acid) pada kaca
mengangkat derajatnya ke tingkat ahli kimia yang tersohor di saat umurnya baru
dua puluh enam tahun.
Pasteur
dalam laboratoriumnya
Louis Pasteur seorang ahli kimia yang menaruh
perhatian pada mikroorganisme. Oleh karena itu ia tertarik pada industri minuman anggur dan perubahan-perubahan yang
terjadi selama proses pembuatannya. Perhatiannya terhadap fermentasi inilah
yang mendorongnya ikut berdebat tentang generatio spontanae. Fermentasi
merupakan oksidasi anaerob karbohidrat oleh kerja ensim mikroorganisme.
Fermentasi terjadi karena ensim, yakni zat yang dihasilkan sel hidup yang
menyebabkan berlangsungnya reaksi-reaksi kimia tertentu. Sebagai contoh : sari
buah apel (karbohidrat) jika dibiarkan akan meragi, menghasilkan alkohol dan asam.
Pertanyaan yang timbul dalam proses tersebut: apakah alkohol dan asam tadi
disebabkan oleh mikroorganisme yang ada dalam sari buah tersebut yang merombak
karbohidrat atau sebaliknya mikroorganisme dalam sari buah itulah yang berasal
dari proses peragian seperti yang dikemukakan oleh pendukung generatio
spontanae?.
Secara tegas Louis Pasteur menentang
konsepsi generatio spontanae dan mulai menyimak secara cermat karya-karya
pendahulunya lalu melanjutkannya dengan berbagai percobaan untuk
mendokumentasikan fakta bahwa mikroorganisme hanya dapat timbul dari
mikroorganisme lain (biogenesis) Percobaan-percobaan Louis Pasteur dan
pendukungnya memberikan sanggahan terakhir. Beliau mengadakan percobaan dengan
merebus kaldu daging dalam botol yang mempunyai tutup dengan lubang berupa pipa
melengkung. Tutup botol yang berupa pipa melengkung ini dikenal dengan pipa
leher angsa. Kaldu kemudian direbus sampai benar-benar bebas dari kehidupan
(disterilisasi). Hasil pengamatannya menunjukan bahwa kaldu daging tidak ditumbuhi
mikroorganisme, meskipun sudah disimpan lama dan tetap berhubungan dengan udara
luar lewat pipa leher angsa tersebut. Oleh karena itu, Louis Pasteur
menyimpulkan bahwa mikroorganisme tidak timbul secara spontan dari kaldu
daging.
Teori Fermentasi
Fermentasi telah dikenal dan
dipraktekkan sejak ribuan tahun yang lalu tetapi tanpa disertai dengan
pengetahuan tentang bagaimana proses fermentasi itu berlangsung. Perhatian
terhadap segi ilmiah dari proses fermentasi dimulai sejak publikasi Louis
Pasteur pada tahun 1858, yaitu mengetahui fermentasi asam laktat. Dengan
perkembangan ilmu pengetahuan khususnya mikrobiologi dan biokimia, maka dewasa
ini istilah fermentasi telah mempunyai pengertian yang lebih luas.
Fermentasi adalah proses produksi energi dalam sel
dalam keadaan anaerobik
(tanpa oksigen).
Secara umum, fermentasi adalah salah satu bentuk respirasi anaerobik,
akan tetapi, terdapat definisi yang lebih jelas yang mendefinisikan fermentasi
sebagai respirasi dalam lingkungan anaerobik dengan tanpa
akseptor elektron eksternal. Gula adalah bahan yang umum dalam fermentasi.
Beberapa contoh hasil fermentasi adalah etanol, asam laktat,
dan hidrogen.
Akan tetapi beberapa komponen lain dapat juga dihasilkan dari fermentasi
seperti asam butirat dan aseton. Ragi dikenal sebagai
bahan yang umum digunakan dalam fermentasi untuk menghasilkan etanol dalam bir, anggur dan minuman beralkohol lainnya. Respirasi anaerobik
dalam otot mamalia
selama kerja yang keras (yang tidak memiliki akseptor elektron eksternal),
dapat dikategorikan sebagai bentuk fermentasi yang mengasilkan asam laktat
sebagai produk sampingannya. Akumulasi asam laktat inilah yang berperan dalam
menyebabkan rasa kelelahan pada otot.
Louis
Pasteur adalah seorang berhasil menyanggah teori generatio spontanae, ia
menjadi lebih tertarik pada kegiatan biologi mikroorganisme dan mencurahkan
sebagian besar waktunya untuk biologi mikroorganisme. Salah satu tugas pertama
di bidang biologi mikroorganisme ini adalah memecahkan masalah yang dialami
industri alkohol yang kadang-kadang menghasilkan asam laktat.
Pada tahun 1850-an pasteur memecahkan masalah yang
timbul dalam industri anggur. Dari hasil penelitian
Louis Pasteur ternyata diperoleh jawaban bahwa dalam proses fermentasi tersebut
terlibat lebih dari satu mikroorganisme. Produksi alkohol karena aktivitas
khamir (Saccharomyces cerevisiae) dan
produksi asam laktat yang tidak diinginkan pada industri minuman ini berasal
dari aktivitas bakteri berbentuk batang. Pengamatan ini juga diikuti pengamatan
lain yang akhirnya dapat mebuktikan juga bahwa fermentasi berlangsung tanpa
membutuhkan oksigen bebas, setiap jenis mikroorganisme mampu mengubah
karbohidrat menjadi produk akhir. Saccharomyces
cerevisiae mampu mengubah gula menjadi alkohol, bakteri tertentu mengubah
gula menjadi asam laktat dan bakteri yang lainnya mungkin mengubahnya menjadi
asam butiran dan seterusnya.
Reaksi dalam fermentasi
berbeda-beda tergantung pada jenis gula yang digunakan dan produk yang
dihasilkan. Secara singkat, glukosa (C6H12O6) yang
merupakan gula paling sederhana , melalui fermentasi akan menghasilkan etanol (2C2H5OH).
Reaksi fermentasi ini dilakukan oleh ragi, dan digunakan pada produksi makanan.
Persamaan Reaksi Kimia
C6H12O6
→ 2C2H5OH + 2CO2 + 2 ATP (Energi yang
dilepaskan:118 kJ/mol)
Dijabarkan
sebagai
Jalur biokimia yang terjadi, sebenarnya bervariasi tergantung jenis gula
yang terlibat, tetapi umumnya melibatkan jalur glikolisis, yang
merupakan bagian dari tahap awal respirasi aerobik pada sebagian besar organisme.
Jalur terakhir akan bervariasi tergantung produk akhir yang dihasilkan.
Louis Pasteur juga orang pertama yang
menggunakan istilah aerob dan anaerob. Proses aerob berarti proses yang
memerlukan oksigen bebas, sedangkan proses anaerob berarti proses yang tidak
memerlukan oksigen bebas. Bakteri asam laktat yang tidak dikehendaki dalam
proses fermentasi pembuatan minuman beralkohol tersebut disebut mikroorganisme
atau bakteri kontaminan, sedangkan proses terikutnya mikroorganisme yang tidak
dikehendaki ke dalam benda atau alat disebut kontaminasi.
Pasteurisasi
Hasil penelitian Louis Pasteur dalam
meneliti anggur yang baik dan anggur yang kurang bagus Pasteur menemukan bahwa
mikroorganisma yang berbeda. Mikroorganisme tertentu mendominasi anggur yang
bagus sementara tipe yang lain mendominasi anggur yang kurang bagus. Dia
menyimpulkan bahwa pemilihan mikroorganisma yang sesuai akan menghasilkan
produk yang bagus. Untuk itu dia memusnahkan mikroba yang telah ada dalam sari
buah anggur dengan cara memanaskannya. Setelah dingin ke dalam sari buah
tersebut diinokulasi dengan anggur yang berkualitas baik yang mengandung
mikroorganisma yang diinginkan. Hasilnya menunjukkan bahwa anggur yang
dihasilkan memiliki kualitas yang baik dan tidak mengalami perubahan aroma
selama disimpan jika sebelumnya dipanasi dulu selama beberapa menit pada 50 –
60 ºC. Proses ini dikenal dengan
pasteurisasi yang digunakan secara luas di bidang industri makanan.
Sebelumnya orang meningkatkan produk fermentasi melalui trial and error dimana
sebelumnya tidak tahu bahwa kualitas produk tergantung pada mikroorganisme
tertentu.
Membantu Industri Sutra
Setelah sukses dengan fermentasinya, Pasteur kemudian
diundang untuk meneliti penyakit ulat sutra yang merugikan industri Perancis. Pasteur
membantu kelompok petani Prancis lain ketika industri sutra menghadapi krisis
karena telur-telur ulat sutra terjangkit penyakit. Dia menghabiskan waktu 6
tahun untuk membuktikan bahwa mikrroorganisma yang disebut dengan protozoa yang
dapat menyebabkan penyakit.Dia menunjukkan kepada para petani cara penggunaan
mikroskop untuk mendeteksi telur-telur yang sakit. Telur-telur ini kemudian
dimusnahkan sehingga tidak ada lagi penyakit di dalam pesemaian ulat sutra.
Para petani sangat berterima kasih kepada Pasteur karena mata pencaharian
mereka terselamatkan.
Sambil menyelesaikan masalah praktis ini, Pasteur
terus berpikir untuk meletakkan dasar bagi teorinya yang berikut, yaitu gagasan
bahwa banyak penyakit hewan dan manusia disebabkan kuman (mikroba yang
berbahaya) yang masuk dan berkembang biak di dalam tubuh.
Teori
Kuman
Teori kuman Pasteur disambut hangat oleh ahli bedah Inggris
ternama, Joseph Lister. Lister mulai memakai metode bedah antiseptik tahun
1865. Dia menggunakan asam karbol untuk mencuci tangan, peralatan, dan pembalut
yang dipakai dalam pembedahan. Dia juga menyemprot udara dalam ruangan dengan
asam karbol untuk membunuh kuman-kuman di udara. Asam ini cukup kuat untuk
membunuh kuman, tapi tidak merusak badan. Sebelum prosedur ini dipakai, kuman
berkembang biak di dalam luka, dan menyebabkan banyak pasien bedah meninggal. Dalam
surat kepada Pasteur pada Februari 1874, Lister menyampaikan, "terima
kasih karena hasil penelitian Anda yang cemerlang telah membuktikan kebenaran
teori kuman. Anda telah melengkapi saya dengan asas yang bisa menjadi dasar
penerapan sistem antiseptik. Ilmu bedah sangat berhutang kepada Anda.
Imunisasi
Tahun 1880, Pasteur menggunakan teknik dari Konch
untuk mengisolasi dan membiakkan bakteri yang menyebabkan kolera pada ayam.
Untuk membuktikan penemuannya, Pasteur membuat demonstrasi dihadapan publik
tentang percobaannya yang telah dilakukan berulang kali di laboratorium. Dia menginjeksikan
biakkan bakteri kolera pada ayam sehat dan menunggunya sampai ayam tersebut
menunjukkan gejala penyakit. Akan tetapi hasilnya membuat Pasteur mendapat malu
karena ayamnya tetap hidup dan sehat. Pasteur kemudian mengevaluasi
langkah-langkah yang menyebabkan demonstrasi tersebut gagal. Dia menemukan
bahwa secara kebetulan dia menggunakan biakan tua seperti yang telah dilakukan
sebelumnya, dan satu kelompok adalah ayam yang tidak pernah di inokulasi.
Selanjutnya kedua kelompok ayam tersebut diinjeksi dengan biakan segar. Hasilnya,
kelompok ayam yang kedua mati sedang kelompok ayam yang pertama tetap sehat.
Pertama hal ini membuatnya bingung, tetapi Pasteur
segera menemukan jawabannya. Pasteur menemukan bahwa, bakteri jika dibiarkan
tumbuh menjadi biakan tua menjadi avirulen yaitu kehilangan virulensinya atau
kemampuan untuk menyebabkan penyakit. Tetapi bakteri avirulen ini masih dapat
menstimulasikan sesuatu dalam tubuh host dan pada infeksi berikutnya manjadi
imun atau tahan terhadap penyakit. Pasteur selanjutnya menerapkan prinsip
imunisasi untuk mencegah anthrax. Pasteur menyebut bakteri yang telah avirulen
tersebut engan vaccin dari bahasa latin vacca yang artinya sapi dan imunisasi
dengan biakan tersebut dikenal dengan vaksinasi.
Nama Pasteur selanjutnya dikenal dimana-mana dan
oleh banyak orang dianggap sebagai peneliti tentang mikroorganisma yang ajaib.
Untuk itu ia diminta membuat vaccin pencegah hidrofobia atau rabies, penyakit
yang ditularkan ke manusia melalui gigitan anjing, kucing, atau binatang yang
terinfeksi lainnya.
DAFTAR PUSTAKA
Djunaidi Mahbub.
1982. Seratus Tokoh yang Paling
Berpengaruh dalam Sejarah.
PT. Dunia Pustaka Jaya. Jakarta.
PT. Dunia Pustaka Jaya. Jakarta.
J.H. Tiner,
Louis Pasteur. 1990. Founder of Modern
Medicine, Mott
Media. Milford. Michigan.
Media. Milford. Michigan.
Nunuk. 2003. Biologi. Universitas Sumatera Utara.
Medan.
Purnomo,
Bambang. 2009. Bacaan Tambahan Kuliah Dasar-Dasar Mikrobiologi.
Widiningsih.
2011. http://tekpan.unimus.ac.id/index.php?option=comcontent&view=article&id=77: fermentasi &catid=34:tugas-mahasiswa&Itemid=55. Dikses tanggal
4 Oktober 2011.