Yuk kenali faktor lingkungan yang mempengaruhi pertumbuhan dan kelangsungan hidup Escherichia coli! Hal ini penting dilakukan, sebab keberadaan E. coli ini di lingkungan perairan telah lama dianggap sebagai indikator pencemaran tinja. Penelitian terbaru melaporkan beberapa starin spesifik E. coli dapat bertahan hidup untuk jangka waktu yang lama.
Dalam dunia mikrobiologi, Escherichia coli ini termasuk klasifikasi sebagai bakteri Gram-negatif berbentuk batang dan masuk dalam keluarga Enterobacteriaceae. Dalam banyak literatur bakteri Escherichia coli ini menghuni saluran usus bagian bawah hewan berdarah panas, termasuk manusia.
Keberadaan Escherichia coli itu sering dibuang ke lingkungan melalui feses atau limbah cair. Atas dasar inilah, salah satu dasar keberadaan Escherichia coli di lingkungan perairan telah lama dianggap sebagai indikator pencemaran tinja.
Menariknya, akhir-akhir ini banyak penelitian yang melaporkan bahwa beberapa strain spesifik Escherichia coli dapat bertahan hidup untuk jangka waktu yang lama. Hebatnya lagi, Escherichia coli ini berpotensi berkembangbiak di lingkungan ekstraintestinal.
Menurut (Jang et al., 2017), fenomena hal tersebut menunjukkan bahwa Escherichia coli dapat diintegrasikan ke dalam komunitas mikroba asli di lingkungan. Fenomena naturalisasi ini mempertanyakan keandalan Escherichia coli sebagai bakteri indikator feses (FIB).
Pertumbuhan Escherichia coli
Baru-baru ini, banyak penelitian melaporkan bahwa populasi E. coli di lingkungan dipengaruhi oleh kondisi lingkungan sekitar yang mempengaruhi kelangsungan hidup jangka panjang mereka. Studi skala besar genetika populasi mengungkapkan keragaman dan kompleksitas strain E. coli di berbagai lingkungan, yang dipengaruhi oleh berbagai faktor lingkungan.
Escherichia coli adalah salah satu bakteri yang dipelajari dengan baik. Escherichia coli dapat tumbuh dengan cepat di bawah kondisi pertumbuhan yang optimal, bereplikasi dalam ~ 20 menit. Banyak sistem manipulasi gen telah dikembangkan menggunakan E. coli sebagai bakteri inang, menghasilkan enzim yang tak terhitung jumlahnya dan produk industri lainnya.
Analisis urutan genom E. coli pertama kali dilaporkan pada tahun 1997. Sejak itu, lebih dari 4800 genom E. coli telah diurutkan. Karakteristik pertumbuhan cepat E. coli membuatnya cocok untuk mempelajari evolusi mikro-organisme dan studi evolusi eksperimental jangka panjang E. coli yang melibatkan lebih dari 50.000 generasi sedang berlangsung (Tenaillon et al., 2016).
Pertumbuhan dan kelangsungan hidup E. coli di lingkungan alami dapat dipengaruhi oleh faktor biotik dan abiotik (Rochelle-Newall et al., 2015). Faktor abiotik meliputi suhu, ketersediaan air dan nutrisi, pH, dan radiasi matahari. Faktor biotik meliputi keberadaan mikro-organisme lain, dan kemampuan E. coli untuk memperoleh nutrisi, bersaing dengan mikro-organisme lain serta membentuk biofilm di lingkungan alami.
Faktor Pertumbuhan dan Kelangsungan Hidup Escherichia coli
Yuk kenali faktor lingkungan yang mempengaruhi pertumbuhan dan kelangsungan hidup Escherichia coli! Hal ini penting dilakukan, sebab keberadaan E. coli ini di lingkungan perairan telah lama dianggap sebagai indikator pencemaran tinja. Penelitian terbaru melaporkan beberapa starin spesifik E. coli dapat bertahan hidup untuk jangka waktu yang lama.
Berikut ini, akan dibahas faktor-faktor lingkungan yang mempengaruhi pertumbuhan dan kelangsungan hidup Escherichia coli, yaitu: suhu, ketersediaan air, ketersediaan nutrisi, pH, radiasi sinar matahari, kehadiran mikroorganisme lain, dan kemampuan untuk membentuk biofilm (Jang et al., 2017). Dengan mengetahui faktor tersebut, sehingga kita dapat menyikapi keberadaan Escherichia coli secara benar.
Suhu
Keberadaan faktor suhu ini merupakan faktor terpenting yang mempengaruhi kelangsungan hidup dan pertumbuhan E. coli di lingkungan. Sementara itu, kondisi suhu stabil dan optimal untuk pertumbuhan E. coli (36-40°C) di saluran usus hewan berdarah panas, suhu di lingkungan alami umumnya rendah (<30°C).
Escherichia coli dapat tumbuh di tanah pada suhu >30°C, meskipun tingkat kematiannya lebih cepat pada suhu hangat (>30°C) daripada suhu dingin (<15°C) (Ishii et al., 2006), (Ishii et al., 2010). Sebagai contoh, E. coli bertahan selama lebih dari 6 bulan di tikar alga yang dikeringkan di bawah sinar matahari yang disimpan dalam kantong plastik kedap udara pada suhu 4°C (Whitman et al., 2003). Hal ini, menunjukkan bahwa E. coli memiliki kemampuan untuk bertahan hidup dalam jangka waktu lama pada kondisi suhu yang lebih rendah dari pada tubuh inangnya.
Kondisi suhu yang berfluktuasi ini, ternyata dapat mempengaruhi kelangsungan hidup dan pertumbuhan E. coli. E. coli tular tanah tumbuh dan mempertahankan populasinya lebih baik dalam kondisi suhu yang berfluktuasi daripada di bawah kondisi suhu hangat yang konstan (Ishii et al., 2010).
Namun demikian, kelangsungan hidup dan kemampuan pertumbuhan E. coli dalam kondisi suhu yang berfluktuasi itu dapat bervariasi menurut genotipe. Tingkat kelangsungan hidup yang lebih rendah dari E. coli O157:H7 dalam pupuk kandang diamati pada kondisi suhu yang berfluktuasi dibandingkan dengan suhu konstan, dan amplitudo fluktuasi suhu yang lebih besar berkurang pertumbuhan E. coli lebih dari amplitudo yang lebih kecil (Semenov et al., 2007).
Ketersediaan air
Aktivitas air (atau potensi) rendah yang diinduksi oleh alam atau substrat (garam atau gula) mengontrol mikroba apa yang berpotensi untuk tumbuh. Hal ini mengingat bahwa semua faktor lain berada dalam kisaran toleransi yang dapat diterima. Pengeringan adalah salah satu tekanan umum untuk bakteri di lingkungan alami (Evans and Wallenstein, 2012).
Sementara itu, rehidrasi dapat menyebabkan lingkungan anoksik di sekitar sel (van Elsas et al., 2011). Oleh karena itu, E. coli dan bakteri lain perlu menyesuaikan membran dan regulasi gen mereka untuk beradaptasi dengan siklus pengeringan dan rehidrasi (Evans and Wallenstein, 2012).
Pertumbuhan E. coli di lingkungan tanah dipengaruhi secara negatif oleh pengeringan tanah; sedangkan E.coli tingkat kelangsungan hidup tidak berbeda antara tanah kering dan basah (Ishii et al., 2010). Setelah rehidrasi, E. coli yang bertahan di tanah kering menunjukkan pertumbuhan. Hal ini, menunjukkan kalau ketersediaan air sangat penting bagi E. coli untuk tumbuh.
Ketersediaan nutrisi
Keberadaan faktor ketersediaan nutrisi seperti karbon, nitrogen dan fosfor ternyata merupakan faktor penting yang mempengaruhi kelangsungan hidup dan pertumbuhan E. coli di lingkungan. Lingkungan alami umumnya rendah nutrisi yang tersedia dibandingkan dengan saluran usus hewan berdarah panas.
Keinstimewaan keberadaan Escherichia coli ini serbaguna dalam perolehan energi dan dapat mendegradasi berbagai jenis substrat karbon, termasuk senyawa aromatik (Dı́az et al., 2001). Selain itu, E. coli menunjukkan fleksibilitas katabolik dalam kondisi terbatas glukosa, menghasilkan penyerapan yang efisien dari beragam sumber karbon (Franchini and Egli, 2006).
Jadi, keserbagunaan dan fleksibilitas dalam perolehan energi dan karbon seperti itulah akan membantu E. coli untuk bertahan hidup dan tumbuh di lingkungan (Ishii and Sadowsky, 2008), (Brennan and Moncada, 2002).
pH
PH lingkungan dapat mempengaruhi kelangsungan hidup dan pertumbuhan E. coli di tanah. Dan tingkat ketahanan pH bervariasi menurut galur (van Elsas et al., 2011).
Escherichia coli serotipe O157:H7 strain menunjukkan kelangsungan hidup yang unggul pada pH rendah, dibandingkan dengan strain E. coli non-O157 (Lin et al., 1996). Serupa dengan acidophiles, beberapa strain E. coli O157:H7 dapat bertahan lebih baik pada pH rendah daripada pada pH yang relatif tinggi (van Elsas et al., 2011).
Oleh karena itu, strain E. coli spesifik dapat bertahan hidup secara selektif, dipengaruhi oleh pH lokal lingkungan. Escherichia colimenggunakan beberapa mekanisme yang dipelajari dengan baik, seperti sistem ketahanan asam yang bergantung pada dekarboksilase/antiporter, untuk menahan pH rendah (Foster, 2004).
Radiasi sinar matahari
Radiasi matahari merupakan faktor abiotik yang paling efektif menyebabkan kematian FIB di lingkungan perairan. Proses inaktivasi FIB oleh sinar matahari melibatkan tiga mekanisme utama yang memanfaatkan jalur fotobiologis, fotooksidatif, dan fotokimia.
Radiasi matahari, terutama pada panjang gelombang yang lebih rendah (yaitu sinar ultraviolet (UV)) dapat secara langsung menyebabkan kerusakan DNA (mekanisme fotobiologis) dan oksidasi isi seluler (mekanisme fotooksidatif). Tetapi, mekanisme ini hanya efektif pada kedalaman yang dapat dijangkau sinar matahari (mis. air permukaan atas) (Whitman et al., 2004). Apalagi, kita tahu karena air merupakan penyaring cahaya yang efektif. Hal ini sebagian besar terjadi di kolom air bagian atas (kedalaman <22 cm) atau di permukaan tanah.
Dalam proses inaktivasi fotokimia, radikal bebas oksigen (O•) dan hidrogen peroksida (H2O2) dihasilkan ketika oksigen (O2) dan bahan organik terkena sinar matahari. Bahan kimia yang merusak ini dapat dikirim ke daerah yang lebih dalam (kedalaman 90 cm) dari lingkungan air (Whitman et al., 2004).
Pada konteks ini, pengaruh sinar matahari pada kelangsungan hidup E. coli dapat bervariasi menurut waktu insolasi atau kekeruhan lingkungan air. Di tanah dan sedimen, E. coli mungkin menerima lebih sedikit dampak dari sinar matahari daripada di lingkungan air.
Kehadiran mikro-organisme lain
Escherichia coli berinteraksi dengan mikroorganisme lain di semua habitat alami. Escherichia coli dapat dimangsa oleh protozoa dan dilisis oleh fag.
Kedua mekanisme biologis itu telah dilaporkan bertanggung jawab atas hingga 70% penghilangan FIB selama 120 jam di air sungai (Korajkic et al., 2014). Escherichia coli ini perlu bersaing dengan mikro-organisme asli untuk sumber nutrisi yang terbatas, dan mempertahankan diri dari antagonisme di lingkungan.
Populasi Escherichia coli tumbuh jauh lebih baik di tanah steril vs tanah tidak steril. Hal ini, menunjukkan bahwa mikrobiota memiliki efek penting pada kelangsungan hidup E. coli (Unc, Gardner and Springthorpe, 2006), (Ishii et al., 2010).
Kelangsungan hidup populasi E. coli yang baru-baru ini diperkenalkan ke lingkungan juga dipengaruhi oleh keragaman komunitas mikroba asli. Misalnya, kelangsungan hidup strain E. coli O157:H7 yang diperkenalkan dan keragaman komunitas mikroba asli diamati dalam proporsi terbalik (van Elsas et al., 2011), menunjukkan bahwa relung ekologis penuh dengan mikrobiota yang sangat kompleks mungkin sulit untuk menyerang.
Kemampuan untuk membentuk biofilm
Biofilm yang dibentuk oleh E. coli pada permukaan di lingkungan perairan, seperti sedimen, merupakan faktor terkenal yang berkontribusi terhadap persistensi E. coli di lingkungan alami (Lee et al., 2006). Biofilm melindungi bakteri dari kondisi lingkungan yang tidak bersahabat seperti radiasi UV, pengeringan, predator protozoa, dan bahan kimia termasuk antibiotik dan desinfektan (McDougald et al., 2012).
Keberadaan mereka juga, ternyata dapat menyediakan bakteri dengan sumber nutrisi. Sel bakteri yang terlepas dari biofilm dewasa dapat diangkut ke lokasi lain dengan meningkatkan laju aliran di lingkungan perairan dan menghasilkan pembentukan biofilm baru (McDougald et al., 2012). Hal ini, menunjukkan bahwa E. coli yang terbawa biofilm dapat diangkut ke lokasi alternatif dan diamati tanpa bukti kontaminasi tinja di lingkungan.
Akhirnya, dapat dikatakan kalau kemampuan strain E. coli untuk memperoleh nutrisi, bersaing dengan mikro-organisme lain, bertahan hidup dan tumbuh di lingkungan cenderung bervariasi menurut strain dan genotipe.
Dengan demikian, kemampuan bertahan/pertumbuhan yang berbeda di antara strain E. coli dapat menyebabkan pergeseran populasi E. coli dalam air limbah atau sedimen yang dipengaruhi feses(Anderson, Whitlock and Harwood, 2005) dan di tanah yang diubah kotorannya (Topp et al., 2003).
Semoga informasi tentang faktor lingkungan yang mempengaruhi pertumbuhan dan kelangsungan hidup Escherichia coli ini bermanfaat. Sehingga kita dapat menyikapi keberadaan faktor lingkungan yang mempengaruhi pertumbuhan dan kelangsungan hidup Escherichia coli ini secara baik. Salam sehat dan sukses selalu!
Arda Dinata
