Pertumbuhan dan Reproduksi Seluler:
Sel bakteri individu tumbuh dalam ukuran, ketika kondisi lingkungan mendukung pertumbuhannya. Setiap sel tumbuh kira-kira dua kali lipat ukurannya (Gambar 2.15).
Dalam kasus bakteri berbentuk bola, diameter sel menjadi dua kali lipat, sedangkan pada yang lain, sel memanjang menjadi dua kali lipat panjang aslinya.
Pertumbuhan seperti itu disebut ‘pertumbuhan seluler’. Setelah sel bakteri mencapai hampir dua kali lipat ukurannya, ia membelah menjadi dua sel dengan proses yang disebut ‘pembelahan biner’. Dengan demikian, reproduksi bakteri terjadi melalui pembelahan biner. Istilah biner menyiratkan bahwa setiap sel induk bakteri membelah (fisi: pembelahan) menjadi dua (bi: dua) sel bakteri anak.
Selama pembelahan, membran sel dan dinding sel di tengah sel induk tumbuh ke dalam dari sisi yang berlawanan hingga bertemu satu sama lain dan dari dinding partisi yang disebut ‘septum’.
Septum membagi sel menjadi dua bagian yang sama, yang kemudian dicubit untuk membentuk dua sel induk anak baru, molekul DNA-nya bereplikasi menjadi dua molekul DNA yang serupa, sehingga setiap sel anak menerima satu molekul DNA. Zat seluler lainnya juga dibagi rata antara dua sel anak.
Pertumbuhan Bakteri:
Dalam kasus tanaman dan hewan yang lebih tinggi, pertumbuhan menyiratkan peningkatan ukuran individu. Meskipun setiap sel bakteri juga tumbuh dengan bertambahnya ukurannya, pertumbuhan sel seperti itu sulit untuk dirasakan secara normal dan tidak begitu penting; melainkan jumlah sel yang diproduksi pada akhir interval waktu tertentu, yang dapat dirasakan dan memiliki arti penting yang pasti.
Itulah mengapa; ‘pertumbuhan bakteri’ didefinisikan sebagai peningkatan jumlah sel bakteri. ‘Laju pertumbuhan’ bakteri didefinisikan sebagai peningkatan jumlah sel bakteri per satuan waktu. Waktu yang diperlukan untuk suatu populasi bakteri untuk berlipat ganda disebut ‘waktu generasi’ atau ‘waktu penggandaan’. Ini bervariasi di antara bakteri dari beberapa menit hingga beberapa jam.
Pertumbuhan Eksponensial atau Logaritmik:
Ketika pertumbuhan bakteri terjadi melalui pembelahan biner, satu bakteri (1) tumbuh sebagai 1,2,4,8,16 dan seterusnya, yang juga dapat dinyatakan sebagai 1 x 2 0 , 1 x 2 1 , 1 x 2 2 , 1 x 2 3 , 1 x 2 4 ,……………….. masing-masing 1 x 2 n . Jenis pertumbuhan ini, di mana jumlah sel berlipat ganda selama setiap satuan waktu (waktu generasi), disebut ‘pertumbuhan eksponensial’ atau ‘pertumbuhan logaritmik’. Pertumbuhan logaritmik jauh lebih cepat daripada pertumbuhan aritmatika (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7….) atau pertumbuhan geometrik (1, 2, 4, 8, 16, 32……).
Padahal, ternyata mengikuti pertumbuhan geometris, setelah beberapa generasi tumbuh menjadi 1, 10, 100, 1000, 10000………. (10 0 , 10 1 , 10 2 , 10 3 , 10 4 ……..) Nilai logaritma siapa adalah 0, 1, 2, 3, 4……..masing-masing?
Jika jumlah awal bakteri adalah N 0 bukan 1, maka setelah ‘n’ jumlah generasi, jumlah akhir bakteri (N) akan menjadi N 0 x 2 n .
Dengan demikian, jumlah akhir bakteri dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan berikut:
N = N 0 x 2 n
Di mana,
N : Jumlah akhir bakteri,
N 0 : Jumlah awal bakteri dan
N: Jumlah generasi.
Persamaan untuk mengetahui jumlah generasi (n) diturunkan dari persamaan di atas sebagai berikut:
N = N 0 x 2 n
=> Log N = log (N 0 x 2 n ) (mengambil log dari kedua sisi)
=> Log N = log N 0 + log 2 n (… log axb = log a + log b)
=> Log N = log N 0 + n log 2 (… log a x = x log a)
=> log N-log N 0 = n log 2
=> N log 2 = log N-log N 0
=> n = log N-log N 0 / log 2
n = 3.3 (log N – log N 0 )
Kurva Pertumbuhan:
Pertumbuhan bakteri berlangsung dalam empat fase seperti yang diberikan di bawah ini. Plot log jumlah bakteri versus waktu memberikan kurva khas yang disebut ‘kurva pertumbuhan’ (Gambar 2.16).
- Fase Lag:
Ketika inokulum bakteri diinokulasikan ke media biakan segar yang sesuai, pertumbuhan logaritmik normal biasanya tidak segera dimulai; melainkan dimulai setelah selang waktu tertentu. Jeda waktu antara inokulasi dan awal pertumbuhan logaritmik normal bakteri ini disebut ‘fase lag’.
Selama periode ini, bakteri menyesuaikan diri dengan lingkungan baru media biakan segar, yang tidak sama dengan lingkungan asalnya. Pada fase ini, bakteri tumbuh sangat lambat melalui pembelahan biner. Oleh karena itu, dalam kurva pertumbuhan, fase lag sedikit miring ke atas.
Fase lag biasanya tidak terjadi, jika inokulum diambil dari biakan yang tumbuh secara eksponensial dan diinokulasikan ke dalam media biakan segar yang serupa dengan yang telah diambil dan dipertahankan dalam kondisi pertumbuhan yang serupa.
- Fase Log (Fase Eksponensial):
Selama periode ini, bakteri tumbuh paling cepat secara logaritmik (eksponensial). Pertumbuhan maksimum terjadi selama fase ini. Waktu generasi dan tingkat pertumbuhan tetap hampir konstan. Oleh karena itu, dalam kurva pertumbuhan, fase log menunjukkan kenaikan tajam dari akhir fase lag.
- Fase Stasioner:
Pada fase stasioner, jumlah sel dalam kultur hampir konstan. Pertumbuhan eksponensial yang tidak terbatas tidak mungkin dan dapat dibandingkan dengan kisah seorang pengemis miskin yang membodohi seorang raja dengan meminta sedekah sederhana; menggandakan batang korek api setiap hari selama satu tahun dimulai dengan satu. (1,2,4,8,16,32,64.128.256.512.1024, 2048.4096.8192.16384, 32768, 65536, 20971438888888888888888888888888888888888888888888 13417728, 26835456, 53670912,………………….. hanya dalam satu bulan).
Juga telah dihitung bahwa bakteri dengan berat hanya 10 -12 gram dan memiliki waktu generasi 20 menit, jika tumbuh secara eksponensial selama 48 jam, akan menghasilkan populasi dengan berat sekitar 4000 kali berat bumi.
Pertumbuhan eksponensial tidak berlanjut tanpa batas dan berhenti setelah beberapa waktu karena dua alasan: a) Media kultur menjadi terlalu padat sehingga nutrisi penting yang ada di dalamnya habis dan menjadi tidak tersedia setelah beberapa waktu dan b) Karena kelebihan populasi, metabolit limbah beracun yang dihasilkan oleh bakteri menumpuk ke tingkat penghambatan.
Ini mengarah pada awal kematian sel bakteri dalam kultur. Meskipun sel bereproduksi dengan pembelahan biner dan pertumbuhan terus berlanjut, jumlah sel yang dihasilkan hampir sama dengan jumlah sel yang mati. Ini mengarah ke fase stasioner.
- Fase Penurunan (Fase Kematian):
Pada fase ini, jumlah sel bakteri dalam kultur berkurang. Karena semakin banyak metabolit beracun terakumulasi dalam medium, semakin banyak sel yang mulai mati. Hal ini menyebabkan lebih banyak sel yang mati daripada yang diproduksi. Akibatnya, jumlah sel berkurang. Fase kematian juga terjadi secara eksponensial (secara logaritmik), tetapi pada tingkat yang jauh lebih lambat daripada fase pertumbuhan eksponensial.
