Home > Parasitologi Lingkungan > LINGKUNGAN PROKARIOTA

LINGKUNGAN PROKARIOTA

ARKHAEA
    Secara morfologi Arkhaea dan Bakteri tidak berbeda. Namun perbedaan antara Arkhaea dan Bakteri dapat dilihat pada metabolisme (khususnya katabolisme) dan kondisi lingkungan pertumbuhan. Terdapat 3 subdivisi arkhaea, yaitu Euryarchaeota, Crenarchaeota dan Korarchaeota.
Sebagian besar Arkhaea hidup di lingkungan ekstrim, seperti dasar laut dalam, mata air panas, dan lainnya. Lingkungan ekstrim ini tidak dapat ditumbuhi organisme lainnya termasuk bakteri. Sebagian besar anggota Crenarchaeota hidup di lingkungan panas ekstrim, seperti solfatara dan ceruk hidrotermal. Namun terdapat anggota Crenarchaeota yang mampu hidup di lingkungan mesofil (berasosiasi dengan akar tananaman) dan bahkan sampai suhu 2oC (di Antartika).
Euryarchaeota
Arkhaea ini memiliki keragaman metabolisme luas, tetapi memiliki properti dasar bersama. Berdasarkan aktivitas metabolismenya Euryarchaeota dapat dikelompokan menjadi 4 kelompok, yaitu metanogen, halofil, termoasidofilik, dan hipertermofil.
Arkhaea Metanogen
Kebanyakan anggota Euryarchaeota menghasilkan metana (CH4) dalam metabolismenya. Oleh karena itu, anggota Euryarchaeota ini disebut metanogen. Berdasarkan analisis 16SRNA, metanogen merupakan Arkhaea primitif. Metanogenesis hanya dapat terjadi pada kondisi anaerob, karena enzim dan kofaktor pada Arkhaea ini labil oleh serangan oksigen. Daerah anaerobik seperti kolam lumpur, dan pengolahan limbah anaerobik merupakan lingkungan menguntungkan bagi arkhaea ini. Sebagai tambahan arkhaea ini merupakan mikroba flora normal saluran pencernaan berbagai hewan, termasuk ruminansia (sapi, kambing, dan kerbau), manusia, anjing, dan serangga pengonsumsi selulosa seperti rayap. Di dalam saluran pencernaan ruminansia, arkhaea ini berperan dalam mengkonsumsi hidrogen (H2) yang dapat menghambat degradasi selulosa. Metana juga dapat dihasilkan dari asetat. Dalam saluran pencernaan rayap, metanogen Methanobacterium dan Methanobenibacter, hidup di dalam protozoa Trichomonas.  Protozoa mendegradasi selulosa menjadi glukosa dan kemudian didegradasi menjadi asam dan hidrogen. Metanogen mengkonsumsi H2 dan mengubahnya menjadi metana. Metanogen juga dapat dijumlai di lingkungan bersuhu tinggi, seperti ceruk hidrotermal, mata air panas, dan daerah gunung api aktif.
Lingkungan hidup metanogen harus anaerob yang mengandung CO2 atau senyawa C1 lainnya dan substrat tereduksi tinggi, seperti H2. Jika CO2 sebagai sumber karbon, maka H2 dipakai sebagai sumber energi. Kadar SO42-  pada habitat metanogen harus rendah, karena dapat mengurangi populasi bakteri pereduksi sulfat. Bakteri pereduksi sulfat akan berkompetisi dengan metanogen dalam mengkonsumsi H2.
Reaksi Metanogenesis
Arkhaea metanogen dapat dijumpai di daerah yang terjadi dekomposisi material organik. Pada daerah demikian H2 dan asetat tersedia dan siap dikonsumsi. Jika ditumbuhkan di daerah ini, maka arkhaea metanogen akan mengubah CO2 menjadi CH4 dan melepaskan air dengan reaksi berikut ini
CO2 + 4H2 ———– CH4 + 2H2O    -G = -131 kJ
Arkhaea metanogen juga dapat mengkonsumsi metanol dan H2 menjadi CH4 dengan menghasilkan energi sama dengan konsumsi CO2.
CH3OH + H2 ———– CH4 + H2O    -G = -131 kJ
Beberapa arkhaea metanogen juga dapat mengkonsumsi metanol tanpa kehadiran H2 dengan reaksi sebagai berikut
4CH3OH ———- 3CH4 + CO2 + 2H2O    -G = -80 kJ
Beberapa arkhaea metanogen dapat mengubah asetat menjadi CH4 dan rekasinya adalah sebagai berikut
CH3COOH + H2O ———— CH4 + HCO3H    -G = -31 kJ
Secara detail proses produksi CH4 oleh arkhaea metanogen adalah sebagai berikut. CO2 harus diaktifkan oleh enzim metanofuran menjadi senyawa formil (HCO). Metanofuran adalah kofaktor unik dan mampu mengikat CO2. Gugus formil terikat metanofuran ditransfer ke enzim kedua, yaitu enzim metanopterin. Metanopterin juga mampu mengikat senyawa C1 dan terus membawa melalui serial tahapan reduksi. Dua reaksi reduksi terjadi pada gugus formil, sehingga mengubahnya menjadi metilen (CH2) dan selanjutnya menjadi metil (CH3). Sumber elektron pada proses reduksi ini diperoleh dari koenzim F420. Gugus metil ditransfer ke koenzim M (CoM) menghasilkan CH3-CoM. Akhirnya direduksi menjadi CH4 oleh sistem metil reduktase. 
Sebagian besar CH4 di atmosfir diproduksi oleh arkhaea metanogen dan CH4 merupakan gas greenhouse dan menyebabkan pemanasan global. Sebagian besar CH4 dihasilkan oleh aktivitas manusia, seperti peternakan dan pemanenan padi. 
Keragaman Arkhaea Metanogen
Dua contoh arkhaea metanogen adalah Methanobacterium thermoautotrophicum dan Methanococcus jannaschii. M. thermoautotrophicum sering dijumpai di tanah tergenang dan digester limbah. Arkhaea ini terwarnai Gram negatif, tetapi tidak memiliki struktur dinding sel gram negatif pada umumnya. Dinding selnya berisi pseudopeptidoglikan bukan peptidoglikan. Seperti namanya, arkhaea ini tumbuh di lingkungan bersuhu 35—70oC. Arkhaea ini mampu mengonsumsi H2 dan format. Sel berbentuk batang. M. jannaschii diisolasi dari ceruk hidrotermal laut dan hidup di lingkungan sekitar 85oC dan ahanya tumbuh dengan substrat CO2 dan H2. Sel bebbentuk sferis. Kedua arkhaea ini mampu menyintesis semua senyawa organik dari CO2.
Arkhaea metanogen ini merupakan arkhaea pertama yang diketahui urutan genomnya. Ukuran genom M. thermoautotrophicum adalah 1,75 Mb dan diperkirakan berisi 1870 gen. Sedangkan M. jannaschii memiliki ukuran genom sebesar 1,66 Mb dengan perkiraan 1729 gen. Studi genom arkhaea metanogen menunjukkan bahwa gen yang terlibat dalam proses anabolisme seperti biosintesis asam amino homolog dengan Bakteri. Namun proses sentral sel seperti replikasi DNA dan transkripsi RNA lebih dekat dengan Eukariota. Oleh karena itu, Arkhaea ini berada di antara bakteri dan Eukarya pada pohon filogenetiknya. Perbandingan genom kedua arkhaea metanogen ini menunjukkan bahwa 20% gen M. thermoautotrophicum tidak dijumpai pada M. jannaschii dan 15% gen M. jannaschii tidak dijumpai pada M. thermoautotrophicum.
Arkhaea Halofil Ekstrim
Arkhaea halofil ekstrim merupakan anggota Arkhaea yang mampu hidup di lingkungan salinitas tinggi dan merupakan organisme toleran garam. Telah teridentifikasi sebanyak 20 species arkhaea halofil ekstrim dengan keragaman morfologi dan struktur sel. Arkhaea halofil ekstrim memiliki dinding sel berbeda dengan bakteri gram negatif, meskipun terwarnai Gram negatif dan tidak memiliki struktur istrirahat, seperti spora atau kista. Kebanyakan arkhaea ini obligat aeron non-motil dan memerlukan garam untuk pertumbuhannya. Mereka merupakan organisme kemorganotrof dan memerlukan beberapa faktor pertumbuhan. Beberapa arkhaea halofil ekstrim mampu mengonsumsi karbohidrat dan memproduksi energi melalui  siklus TCA dan transfer elektron mirip dengan bakteri. Beberapa arkhaea halofil ekstrim mampu hidup secara anaerob dan melakukan fermentasi gula atau respirasi anaerob dengan nitrat atau fumarat sebagai akseptor elektron.
Arkhaea halofil ekstrim hidup si daerah berkadar garam tinggi, dengan kadar minimum, optimum, dan maksimum masing-masing sebesar 8,8% NaCl, sekitar 20% NaCl, dan 32% NaCl. Daerah bersalinitas tinggi jarang dijumpai. Kebanyakan daerah bersalinitas tinggi adalah danau garam seperti Great Salt Lake di Utah Amerika Serikat, laut mati, dan danau soda. Terdapat organisme eukariota yang mampu hidup di lingkungan bersalinitas tinggi seperti alga Dunaliella.
Pertanyaan pertama terhadap arkhaea ini adalah adaptasi molekuler organisme ini terhadap lingkungan bersalinitas tinggi. Informasi terhadap adaptasi ini diketahui setelah mempelajari mikroba halofil Halobacterium dan mungkin dapat dianalogikan ke semua arkhaea halofil ekstrim. Permasalahan utama adalah lingkungan bersalin tinggi akan membuat sebagian air keluar dari sel oleh proses osmosis. Organisme ini mampu menjaga keseimbangan osolaritas di dalam sel dengan memproduksi molekul kompatibel di ruang periplasmik. Selain itu dia mengakumulasi ion anorganik di dalam sel yang sesuai dengan kadar garam di lingkungan. Halobacterium juga memompa Kalium ke dalam sel, sehingga kadar kalim dalam sel seimbang dengan kadar Natrium di lingkungan.
Arkhaea Termoasidofil
Arkhaea termoasidofil adalah arkhaea yang hidup di lingkungan bersuhu tinggi dan benilai pH asam. Terdapat 3 genus yang umum untuk arkhaea termoasidofil, yaitu Thermoplasma, Picrophilus, dan Ferroplasma.
Arkhaea Thermoplasma
Dua jenis Thermoplasma telah diisolasi, yaitu T. acidophilum dan T. volcanii. Kedua organisme adalah kemorganotrof yang mampu hidup pada lingkungan mengandung senyawa organik, dan memerlukan faktor pertumbuhan. Thermoplasma mengonsumsi O2 dan senyawa sulfur sebagai akseptor elektron. T. acidophilum merupakan termofil dengan kisaran suhu pertumbuhan antara 45 sampai 67oC. Sedangkan T. volcanii mampu tumbuh baik di suhu 33oC, tetapi masih dapat tumbuh pada suhu 67oC. Kedua organisme ini memerlukan kondisi asam sampai nilai pH mencapai 0,5 untuk pertumbuhannya.
Ongokan buangan batubara yang berisi batubara, pirit, dan material organik sering spontan terbakar menghasilkan suhu tinggi. T. acidophilum  mampu mengonsumsi senyawa organik ini dan mengoksidasi melalui respirasi aerob atau anaerob dengan menggunakan sulfur sebagai akseptor elektron.
Meskipun lingkungan bernilai pH asam, tetapi nilai pH sitoplasma arkhaea termoasidofil mendekati netral. Hal ini terjadi akibat aktivitas pompa membran memompa proton keluar dari sel. Metode ini melindungi rekasi metabolisme dari penghambatan kondisi asam.
Arkhaea Picrophilus
Picrophilus sp. merupakan organisme yang paling toleran terhadap asam dan merupakan organisme umum dijumpai di solfatara darat. Nilai pH optimum pertumbuhannya adalah 0,7 dan mampu tumbuh sampai nilai pH 0,06. Nilai pH ini ekuivalen dengan 1,15 M larutan HCl dan mampu melarutkan logam. Picophilus sp. merupakan organisme obligat aerob yang tumbuh dengan mengoksidasi senyawa organik dan mampu tumbuh pada suhu 40—69oC. Dinding sel Picrophilus berisiprotein lapisan S. Lapisan S ini yang diduga sebagai mekanisme impermeabel asam.
Arkhaea Ferroplasma
Arkhaea ini pertama kali diisolasi dari biorekator di Kazakhstan dan pertambangan di Amerika Serikat. Arkhaea ini dijumpai di pertambangan sulfur. Ferroplasma adalah organisme kemolitotrof yang memapu mengoksidasi ion feri (Fe2+) atau pirit sebagai sumber energi dam mengonsumsi CO2 sebagai sumber karbon. Ion ferat (Fe3+) merupakan produk akhir oksidasi ion feri. Selain ion feri, arkhaea ini mampu mengoksidasi Mg2+. Arkhaea ini mampu hidup optimal di lingkungan bernilai pH 1,2 dengan kisaran pH pertumbuhan adalah 0,1—2,5. Arkhaea ini merupakan organisme dominan (sampai 85%) di pertambangan asam. Oksidasi logam sulfida, khususnya pirit (FeS2), menghasilkan proton yang dapat mengasamkan air. Larutan asam ini mampu menahan ion logam seperti Fe2+, Cd2+, Cu2+, dan Zn2+. 
Arkhaea Termofil Ekstrim
Arkhaea ini mampu hidup pada suhu sampai 113oC. Sebagian besar species ini diisolasi dari solfatara dan ceruk hidrotermal. Oleh karena itu, toleransi terhadap suhu tinggi bekan hal yang mengejutkan.
Arkhaea Thermococcales
Semua jenis Thermococcales diketahui memiliki suhu optimal pertumbuhan bevariasi antara 75 sampai 104oC. Mereka obligat anaerob dan berkembang baik di solfatara darat maupun laut. Thermococcales merupakan organisme organotrof yang mengonsumsi senyawa organik sebagai sumber karbon dan energi. Mereka melakukan respirasi dan fermentasi terhadap senyawa organik untuk menghasilkan energi. Di antara Arkhaea Thermococcales merupakan arkhaea tumbuh cepat dengan waktu generasi mencapai 35 menit untuk Pyrococcus dan 120 menit untuk Thermococcus.  Thermococcus dan Pyrococcus adalah arkhaea motil, karena mempunyai flagela dan tumbuh optimal pada suhu 95oC. Kedua arkhaea ini mengonsumsi peptida dan karbohidrat secara fermentatif dengan bertumpu pada enzim tungsten.P. furiosis menghasilkan tungsten-G3P-feredoksin oksidoreduktase dan tampaknya mempunyai peran sama dengan G3P-dehidrogenase pada jalur Emden-Meyerhoff-Parnas. Arkhaea ini hidup baik tanpa hidrogen sulfida dan memiliki enzim tahan panas yang berpotensi dalam aplikasi industri. Seperti kita ketahui reaktor industrial biasanya bekerja dengan suhu tinggi dan terkorosi oleh hidrogen sulfida.
Arkhaea Archaeoglobales
Archaeoglobus merupakan satu-satunya genus anggota Archaeoglobales. Arkhaea ini memerlukan kadar garam tinggi dan suhu tinggi. Oleh karena itu, habitanya terbatas dan hanya dijumpai pada ceruk hidrotermal laut dan solfatara laut. Mereka organisme abligat anaerob dan hanya tumbuh dengan mengonsumsi senyawa organik dan anorganik. Sulfat dipakai sebagai akseptor elektron dan mengubahnya menjadi hidrogen sulfida (H2S). Donor elektron berasal dari H2 dan dipakai untuk mereduksi sulfat dan senyawa organik lainnya seperti asam laktat, gula, pati, dan peptida.
Arkhaea ini memiliki metabolisme mirip dengan arkhaea metanogen dalam hal koenzim unik metanogen seperti faktor 420, koenzim M,dan lainnya. Selama metabolismenya menghasilkan sedikit metana, tetapi tidak dapat tumbuh pada substrat untuk arkhaea metanogen, seperti H2 dan CO2 kecuali tersedia sulfat. Sebuah hipotesis menyatakan bahwa Archaeoglobales merupakan tahapan antara evolusi arkhaea metanogen.
Crenarchaeota
Kelompok Crenarchaeota terdiri atas termoasidofil dan hipertermofil yang secara filogenetik berbeda dengan Euryarchaeota. Arkhaea hipertermofil ini merupakan pemecah rekor toleransi terhadap suhu tinggi.
Crenarchaeota Hipertermofil
Anggota arkhaea ini ditemukan di sekitar lingkungan volcano baik di darat maupun di laut. Sulfolobus tumbuh di mata air panas, kaya sulfur dengan nilai pH 1—5,  dan suhu sampai 95oC. Sulfolobus adalah mikroba obligat aerob dan tumbuh secara kemolitotrof dengan mengoksidasi H2S atau S menjadi H2SO4. Oksigen digunakan sebagai akseptor elektron. Arkhaea ini mampu menambat CO2 melalui jalur 3-hidroksipropionat termodifikasi. Anggota lainnya adalah Acidianus yang mengunakan elemen sulfur secara aerob dan anaerob. Arkhaea ini mengunakan sulfur sebagai donor elektron maupun ekseptor elektron. Dengan bantuan oksigen, sulfur dioksidasi menjadi asam sulfat dan elektron diberikan ke oksigen. Dalam kondisi nonoksigenik, hidrogen direduksi dan sulfur dioksidasi, sehingga menghasilkan hidrogen sulfida. Baik Sulfolobus dan Acidianus dapat tumbuh pada suhu 60–95oC dan nilai pH optimum adalah 2.
Kandungan G+C pada kedua arkhaea ini rendah sekitar 31% untuk Acidianus dan 37% untuk Sulfolobus. Fakta menunjukkan bahwa DNA dengan G+C tinggi lebih tahan panas. Oleh karena itu pasti terdapat sistem lain yang bertanggung jawab terhadap ketahanan panas. Ternyata arkhaea ini memiliki protein terasosiasi DNA yang tahan panas. Meskipun kandungan G+C rendah, tetapi organisme ini tahan panas akibat mekanisme proteiksi protein terasosiasi DNA.
Pyrolobus fumarii merupakan organisme pemegang rekor suhu pertumbuhan, yaitu 113oC. Arkhaea ini tidak dapat tumbuh di bawah suhu 90oC dan suhu optimum pertumbuhan adalah 106oC. Pyrolobus merupakan organisme kemolitotrof pengonsumsi (obligat) H2. Elektron dari H2 dipakai untuk mereduksi NO3-, S2O3-, atau O2, masing-masing menghasilkan NH4+, H2S and H2O. Organisme ini mampu bertahan dari sterilisasi autoklaf, bahkan sampai 1 jam sterilisasi.
Arkhaea pereduksi sulfat baik dari anggota Euryarchaeota dan Crenarchaeota merupakan organisme perusak (souring) sumur minyak. Hal ini karena merka mampu mengkonsumsi suldfat menjadi hidrogen sulfida yang larut dalam minyak. Selain itu, peningkatan emisi sulfur ketika pembakaran minyak dapat meningkatkan biaya pemurnian minyak dan serangan sulfida terhadap logam baik casing maupun pipa dapat menimbulkan korosi dan kebocoran.
Kornarchaeota
Berdasarkan analisis 16S RNA arkhaea ini dipisahkan dari 2 kelompok terdahulu. Anggota Kornarchaeota diduga memisah lebih dulu pada pohon filogenetik dan properti selnya mirip dengan properti sel mikroba terprimitif di bumi. Sedikit sekali informasi yang diberikan dari arkhaea ini, meskipun demikian penelitian tentang properti metabolisme mulai dilakukan.
BAKTERI
Kelompok prokariota lain adalah bakteri. Anggota domain ini merupakan prokariota pertama kali berhasil diisolasi dan mudah ditemukan di mana saja. Semua prokariota patogen adalah bakteri dan keragaman metabolismenya adalah fotoautotrofik litotrof, kemoautotrofik litotrof, dan kemoheterotrofik organotrof. Pengklasifikasian bakteri cukup rumit karena keragaman metabolisme yang tumpang tindih. Oleh karena itu pengelompokan atau pengorganisasian bakteri pada bagian ini berdasarkan pada
1.    Filogeni dan jejak seluler bakteri
2.    Habitat bakteri
3.    Fisiologi, biokimia, dan genetika bakteri
4.    Fitur unik bakteri
PROTEOBAKTERI
Proteobakteri secara evolusioner saling terkait, tetapi secara umum mereka adalah bakteri dengan dinding sel gram negatif. Mereka salah satu kelompok bakteri yang berguna bagi manusia. Terdapat keragaman di dalam kelompok ini dan mereka dibagi dalam 5 kelompok, yaitu Proteobakteri. Dari ke-5 kelompok, akan dipaparkan hanya beberapa mikroba yang memiliki keragaman metabolisme.
Rhizobia (simbion tanaman)
Rhizobia pertama kali teridentifikasi sebagai bakteri pembentuk nodul pada tanaman kacang-kacangan (leguminosae) dan dikelompokan dalam satu genus Rhizobium. Bukti filogenetik menunjukkan bahwa kelompok ini cukup beragam. Rhizobia dipisahkan dalam 6 genus, yaitu Rhizobium, Sinorhizobium, Mesorhisobium, Bradyrizhobium, Azorhizobium, dan Allorhizobium. Bakteri-bakteri nodulasi tanaman ini bukan kelompok tersendiri, tetapi berbaur dengan sejumlah species yang tidak melakukan simbiosis.
Rhizobia adalah bakteri gram negatif kemoheterotrofik organotrof dan mampu tumbuh pada media berbagai jenis karbohidrat. Bentuk normal Rhizobia adalah batang dan tidak membentuk endospora. Mereka bakteri motil dengan flagela polar atau subpolar atau peritrikus dan tumbuh secara aerob. Karena tanaman menghasilkan berbagai karbohidrat dan berlebih, sehingga dapat mencukupi bakteri baik yang hidup dekat akar tanaman maupun yang bersimbiosis dalam nodul.
Rhizobia dapat dibagi dalam galur cepat (waktu generasi <6 jam) dan galur lambat (waktu generasi >6 jam). Galur cepat mengunakan jalur Emben Meyerhoff Parnas (EMP), sedangkan galur lambat mengunakan jalur Entner Doudoroff (ED). Galur cepat mampu mengonsumsi glukosa, galaktosa, fruktosa, xilosa, manitol, sukrosa, dan dulsitol. Galur lambat juga mampu mengonsumsi berbagai jenis karbohidrat, tetapi juga memerlukan faktor pertumbuhan.
Rhizobia galur cepat memiliki gen untuk nodulasi dan penambatan nitrogen pada plasmid. Plasmid ini cukup besar, yaitu berukuran sekitar 1 Mb. Plasmid ini tidak terdeteksi sampai diperoleh metode tercanggih pendeteksi plasmid. Diduga bahwa gen nodulasi telah ada di rhizobia progenitor dan kerabatnya non-nudulasi yang menghilang seiring perkembangan jaman. Kemungkinan gen nodulasi tertransfer ke galur lain. Karena gen nodulasi terdapat di pasmid bukan di kromosom, maka mudah dipahami bahwa gen nodulasi dapat hilang. Rhizobia galur lambat juga memliki gen penambat nitrogen. Gen tersebut berada di kromosom bukan di plasmid. Kemungkinan galur lambat melakukan rekombinasi melakukan tarnsfer horizontal dari plasmid ke kromosom.
Rhizobia disebut simbion tanaman bukan patogen. Hal ini karena ketika menodulasi tanaman mereka memberikan keuntungan bagi tanaman, yaitu mereka menambat nitrogen dan hasil tambatan tersebut diberikan ke tanaman. Sebagai imbalan tanaman memberikan sumber karbon dan energi kepada rhizobia. Mereka mampu bersimbiosis dengan berbagai tanaman legum seperti alfalfa, kedelai, dan kacang.
Bakteri Prosthecate Dimorfis Caulobacter
Kebanyakan bakteri membelah biner simetris, tetapi bakteri prosthecate bereproduksi secara asimetris. Salah satu contoh bakteri prosthecate adalah Caulobacter. Caulobacter merupakan bakteri gram negatif, berbentuk batang, dan nonspora. Secara filogenetik bakteri-bakteri prosthecate beragam, tetapi saling berkerabat dekat. Mereka terspesialisasi hidup di lingkungan akuatik, khususnya di daerah miskin nutrisi, termasuk air minum. Bakteri ini tidak berbahaya dan tidak ditemukan di lingkungan panas dan tidak berasosiasi dengan hewan. Bakteri prosthecate hanya berasosiasi dengan fototrofik dan heterotrofik diatom. Pada inang fotosintetik terjadi simbiosis mutualisma. Caulobacter mengambil oksigen yang dihasilkan fotosintetik organisme dan sebagai imbalan Caulobacter menerima kelebihan makanan dari organisme fotosintetik.
Caulobacter adalah organisme kemoheteroorganotrof yang dapat mengonsumsi karbohidrat dan asam amino. Semua jenis obligat aerob dan cenderung mesofilik, tetapi beberapa jenis dapat tumbuh pada suhu 5oC Genom C. Crescentus berisi 105 gen untuk sistem respons 2 komponen. Caulobacter memiliki 2 bentuk sel dalam siklus hidupnya, yaitu sel stasioner (nonmotil) dan sel swarmer (motil dengan flagela tunggal). Sel swarmer merupakan salah satu hasil pembelahan sel stationer. Flagela disintesis sebelum pembelahan sel sempurna (sel terpisah). Sel swarmer berenang dan tidak mengalami pembelahan. Pada saat tertentu sel swarmer berhenti (mungkin menerima sinyal lingkungan menguntungkan) dan flagela terlepas. Kemudian sel menyintesis prostheca dan melekat ke permukaan, sehingga menghasilkan sel stationer baru.
Mikroba ini memiliki toleransi tinggi terhadap kemiskinan nutrien dan terhambat pertumbuhannya di media diperkaya. Bakteri prosthecate sangat penting untuk mineralisasi molekul organik pada habitat akuatik. Mikroba lain mengonsumsi molekul organik ketika kadarnya tinggi, sebaliknya bakteri prosthecate mengonsumsi molekul organik ketika kadarnya rendah. 
Bakteri Metanotrof
Terdapat 2 kelompok bakteri metanotrof, yaitu tipe I dan tipe II. Bakteri metanotrof tipe I terdiri atas 6 genus, yaitu Methylococcus, Methylocaldum, Methylomonas, Methylobacter, Methylomicrobium dan Methylosphaera. Semuanya termasuk kelompok proteobakteri. Bakteri metanotrof tipe I melakukan bisosintesis karbon melalui jalur formaldehid. Bakteri metanotrof tipe II termasuk kelompok proteobakteri, yaitu Methylocystis dan Methylosinus dan beberapa jenis yang mampu membentuk spora atau kista. Bakteri metanotrof tipe II melakukan bisosintesis karbon melalui jalur serin.
Bakteri metanotrof adalah bakteri gram negatif, berbentuk batang atau kokus, metabolisme terspesialisasi mampu mengonsumsi senyawa C1. Senyawa C1 akan dimetabolisme menjadi CO2 dan H2O mengunakan O2 sebagai akseptor elektron. Bakteri metanotrof tidak berkerabat dengan arkhaea metanogen. Pada lingkungan anaerob metana biasanya dikonsumsi oleh arkhaea dan mikroba pereduksi sulfat.
Karena lingkungan bermetana yang tersebar luas, maka bakteri metanotrof dapat dijumpai di lingkungan tersebut dan merupakan konsumen utama dari metana. Lingkungan bermetana dapat dijumpai di ladang padi, tanah berlumpur, sungai, kolam, danau, lumpur limbah, tambang batu bara, dan drainase air. Bakteri metanotrof tidak pernah diisolasi dari lingkungan ekstrim, meskipun terdapat aktivitas metanogenesis.
Beberapa jenis bakteri metanotrof hidup bersama dengan bakteri pengoksidasi sulfur dan beberapa jenis bakteri metanotrof bersimbiosis dengan invertebrata yang hidup di dasar laut dalam. Hal ini karena sinar matahari tidak mampu menembus laut sampai ke dasar laut dalam dan mikroba fotoautotrof jarang ditemukan, sehingga invertebrata lebih memilih bersimbiosis dengan bakteri metanotrof.
Oksidasi metana terjadi di membran sel yang terinvaginasi dan disebut membran intrasitoplasma. Jumlah invaginasi membran sel tersebut meningkat seiring dengan peningkatan kadar metana pada lingkungan. Hal ini karena semakin banyak metana, maka bakteri menyintesis protein untuk mengonsumsi metana menjadi semakin banyak pula. Oleh karena itu, bakteri melakukan invaginasi semakin banyak (luas) untuk menampung kenaikan protein tersebut. Oksidasi metana oleh bakteri metanotrof (juga metilotof) memberikan 2 manfaat, yaitu sebagai sumber karbon dan sebagai sumber energi. Metana dioksidasi menjadi metanol dan selanjutnya menjadi formaldehid. Setelah itu, formaldehid akan dimetabolisme menjadi format dan selanjutnya menjadi CO2 dengan mentransfer elektron ke NADP, sehingga menjadi NADPH. NADPH merupakan sumber elektron yang dapat dipakai untuk produksi energi. Formaldehid dapat juga dioksidasi menjadi komponen seluler (sumber karbon) melalui beberapa jalur biosintesis (tambatan) karbon.
Agrobacterium
Agrobacterium berkerabat dekat dengan jenis tertentu Rhizobium. Kenyataannya, jika plasmid R. phaseoli yang mengandung gen penginfeksi kacang, diintroduksi ke A. tumefaciens, maka bakteri A. tumefaciens berubah menjadi bakteri nodul penambat nitrogen pada akar kacang-kacangan.
Agrobacterium adalah bakteri gram negatif, motil, bentuk sel batang pendek, nonspora, dan tumbuh secara kemoheteroorganotrofik. Kebanyakan anggota Agrobacterium adalah patogen tanaman. A. rhizogenes menyebabkan penyakit rambut akar, A. vitis menyebabkan nekrosis pada anggur. Faktor virulensi Agrobacterium patogen adalah flagelanya. A. radiobacter merupakan galur nonpatogen dan hidup di tanah. Agobacterium nonpatogen tidak memiliki plasmid Ti yang berperan dalam induksi tumor. Bakteri ini dijumpai di tanah dan berasosiasi dengan akar, tuber, dan batang yang terbenam di bawah tanah.
A. tumerfaciens mengandung kromosom unik, yaitu 1 kromosom sirkuler (3 Mb) dan 1 kromosom linier (2,1 Mb). Selain itu bakteri ini memiliki plasmid (200 Kb) yang dinamakan plamid Ti. Sebagian plasmid ini ditransfer bakteri ke genom tanaman, sehingga tanaman terinfeksi menyintesis senyawa-senyawa untuk pertumbuhan bakteri patogen ini. Bagian plasmid yang tertransfer ke tanaman berfungsi untuk kolonisasi, konjugasi, dan pemanfaatan produk metabolisme sel tumor tanaman.
Bagaimana proses infeksi A. tumerfaciens ke tanaman. Bakteri ini mengenali adanya senyawa fenolat yang disekresi tanaman melalui reseptornya di permukaan sel. Sinyal ini ditransfer ke genom melalui sistem respons 2 komponen. Setelah sel menerima sinyal tersebut, maka sel bakteri ini menginfeksi akar tanaman dan memproduksi sistem sekresi tipe IV yang (mirip) dijumpai pada bakteri patogen manusia Helicobacter pylori dan Vibrio cholerae. Sistem ini menyekresi T-DNA dan protein khusus keluar dari sel bakteri dan terinsersi ke kromosom tanaman. Ekspresi gen T-DNA oleh tanaman adalah auksin dan sitokinin. Kedua senyawa tersebut dapat memicu pertumbuhan sel takterkontrol, sehingga menyebabkan pembentukan tumor. Selain itu, gen T-DNA terekspresi menjadi opine.  Opine dikonsumsi oleh A. tumerfaciens dan diubah menjadi molekul khusus bagi pertumbuhan A. tumerfaciens. Pada umumnya bakteri tidak mampu mengkonsumsi opine.
Kemampuan transfer DNA pada bakteri A. tumerfaciens sangat menguntungkan bagi rekayasa genetika tanaman. Dengan mengubah gen struktural T-DNA dengan gen lainnya (tetapi tidak mengubah promoternya), maka kita dapat melihat hasil ekspresi gen tersebut.
Bakteri Ungu Nonsulfur
Bakteri fotosintetik ditemukan pada berbagai filum mirkoba dan tidak mencerminkan satu cabang pohon filogenetik. Bakteri fotosintetik meliputi sianobakteri, bakteri ungu nonsulfur, bakteri ungu sulfur, bakteri hijau sulfur, dan Chloroflexus. Bakteri hijau memiliki fotosistem berbeda dengan bakteri ungu. Sianobakteri tampaknya mengunakan kombinasi fotosistem kedua bakteri dan mirip dengan fotosistem tanaman.
Kultur bakteri ungu (kontras dengan namanya) dapat berwarna beige, olive, hjau, merah oranye, pink, dan bahkan biru. Bakteri ungu nonsulfur memiliki 4 keompok filogenetik yang berbeda, yaitu Rhozocyclus, Rhodospirillum, Rhodopseudomonas dan Rhodobacter. Bakteri ungu tersebut pertama termasuk kelompok filogenetik proteobakteri, sedangkan sisanya termasuk kelompok filogeneti proteobakteri. Bentuk sel bakteri ungu nonsulfur bervariasi, yaitu spirilum (Rhodospirillum), batang (Rhodopseudomonas dan Rhodobacter), dan jejaring sel.
Bakteri ungu nonsulfur hidup di lingkungan tanpa oksigen (anoksigenik) dan melakukan fotosintesis. Lingkungan anaerob dan bercahaya hanya dapat dijumpai di lingkungan akuatik dan dasarnya. Oleh karena itu bakteri ungu nonsulfur dapat dijumpai di lingkungan akuatik (tawar dan laut) di mana sinar matahari dapat menembus dasar perairan. Bakteri ungu nonsulfur tumbuh secara fotoautolitotrofik atau fotoheteroorganotrofik, tetapi dapat berubah menjadi kemoheteroorganotrof atau kemoautolitotrofik, jika ditumbuhkan pada lingkungan tanpa cahaya.
Pertumbuhan secara fotosintetik, menyebabkan bakteri ungu memerlukan cahaya sebagai sumber energi dan senyawa anorganik atau organik sebagai sumber karbon. Sulfur berperan sebagai sumber elektron. Banyak jenis bakteri ungu nonsulfur mengunakan nitrat, nitrit, dan nitrous oksida sebagai akseptor elektron dan menjadikan senyawa-senyawa tersebut menjadi nitrogen. Rhodopseudomonas capsulata dapat tumbuh di kegelapan dengan hidrogen sebagai sumber elektron dan oksigen sebagai akseptor elektron. Tanpa adanya akseptor elektron, maka bakteri ungu nonsulfur mapu melakukan fermentasi. Rhodospirillum rubrum mampu memfermentasi fruktosa menjadi suksinat, asetat, propionat, format, CO2, dan H2. Jika ditumbuhkan pada piruvat R. rubrum menghasilkan produk fermentasi berupa asetat, format, CO2, dan H2.
Senyawa sulfur berperan sebagai donor elektron untuk metabolisme fotosintetik. Selain sebagai sumber alektron, hidrogen sulfida dapat meracuni bakteri ungu nonsulfur. Bakteri ungu nonsulfur air laut lebih toleran terhadap hisrogen sulfida dibandingkan bakteri ungu nonsulfur air tawar.
Proteobakteri
Proteobakteri tumbuh secara kemoautolitotrofik. Kemoautolitotrofik adalah jenis metabolisme yang memerlukan senyawa anorganik sebagai sember energi, elektron, dan karbon.  Proteobakteri merupakan bakteri gram negatif dan mampu mengonsumsi senyawa anorganik seperti H2, NH3, NO2-, H2S, S, Fe2+, Mn+2, dan CO. 
Bakteri Pengoksidasi Amoniak
Bakteri pengoksidasi amoniak merupakan bakteri yang mampu mengoksidasi amoniak menjadi nitrat untuk memperoleh energi dan mengunakan CO2 sebagai sumber karbon. Sebagian besar bakteri pengoksidasi amoniak termasuk proteobakteri, kecuali Nitrosococcus oceanus yang termasuk proteobakteri. Bakteri ini dijumpai di sembarang habitat, karena amoniak tersedia di sembarang tempat. Kebanyakan bakteri pengoksidasi amoniak adalah bakteri mesofilik dan memerlukan garam pertumbuhan. Bakteri ini yang disolasi dari lingkungan dingin dan asam, adalah bakteri fakultatif psikrofil dan asidofil.
Dengan mengoksidasi amoniak melalui sistem rantai respirasi akan menghasilkan sejumlah energi dan elektron diterima oleh oksigen. Reaksi keseluruhan adalah sebagai berikut.
2H+ + NH3 + 2e- + O2 ———- NH2OH + H2O
NH2OH + H2O —————— HNO2+ 4H+ + 4e-
Reaksi pertama dikatalis oleh enzim amonia monoksigenase dan reaksi kedua dikatalis oleh hidroksilamin oksidoreduktase. Produksi asam nitrit (HNO2) akan dioksidasi oleh Nitrobacter dan species terkait menjadi asam nitrat (HNO3).
Tambatan karbon dari CO2 melalui jalur siklus Calvin. Enzim kunci siklus Calvin adalah rtibulosa bisfosfat karboksilase terdapat dalam struktur karboksisom. Karboksisom berisi enzim untuk penambatan CO2 dan CO2 sendiri.
Thiobacilli
Thiobacillus merupakan kelompok bakteri kemoautolitotrofik dan mengonsumsi senyawa sulfur tereduksi sebagai sumber energi. Untuk mengisolasi bakteri ini cukup mudah, yaitu dengan memumbuhkan bakteri ini pasda media mengandung sulfat tereduksi dan tanpa senyawa organik. Analisis filogenetik anggota Thiobacilli tidak berkerabat dan tersebar ke -proteobakteri dan -proteobakteri. Sampai saat ini telah teridentifikasi 30 jenis Thiobacilli dan semuanya mampu mengoksidasi sulfur tereduksi dan tumbuh secara autotrof. Anggota Thiobacilli antara lain Thiobacillus dan Thiomonas. Thiomonas mampu berubah menjadi kemoheteroorganotrofik jika ditumbuhkan pada media senyawa organic sederhana seperti ekstrak khamir, peptone, dan piruvat. Habitat mikroba ini terbatas hanya pada lingkungan di mana terdapat donor elektron (senyawa sulfur atau besi pada beberapa kasus) dan akseptor elektron (oksigen atau nitrous oksida) yang secara simultan tetap ada.
Thiobacilli mengoksidasi senyawa sulfur seperti H2S, S, and S2O32- untuk menghasilkan energi dan menggunakan oksigen sebagai akseptor elektron. Oksidasi senyawa sulfur menghasilkan asam sulfat (H2SO4), sehingga menurunkan nilai pH lingkungan. Karena menghasilkan asam sulfat atau besi ferat, maka bakteri ini bertanggung jawab terhadap korosi pada pipa dan bangunan dan monumen beton. Selain itu, bakteri ini bertanggung jawab terhadap pengasaman lingkungan perairan (acid run-off).
Terima Kasih
  1. No comments yet.
  1. No trackbacks yet.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: