1.1 - Dunia Mikroorganisma

Mikroorganisma dan Flora Normal

• Mikroorganisma ialah organisma seni yang tidak dapat dilihat dengan mata kasar; mikroorganisma hanya dapat dilihat dengan bantuan mikroskop.
• Flora normal merupakan mikroorganisma yang ditemukan pada organisma termasuk manusia dan haiwan dan tidak menyebabkan penyakit.

Flora normal pada manusia

• Kulit: Staphylococcus sp. dan Corynebacterium sp.
• Bahagian atas salur pernafasan: Staphylococcus sp. dan Streptococcus sp.
• Usus kecil: Escherichia coli, Lactobacillus sp. dan Streptococcus sp.
• Uretra: Staphylococcus sp. dan Corynebacterium sp.

Kepentingan flora normal kepada kesihatan manusia

• Bersaing dengan patogen untuk mendapatkan nutrien dan menghalang pembentukan koloni patogen.
• Terdiri daripada bakteria yang mensintesiskan vitamin B₁₂ dan vitamin K.
• Merangsang pertumbuhan tisu badan seperti tisu kolon dan tisu di dalam salur pencernaan.
• Merangsang pembentukan antibodi yang melawan patogen dan penyakit.

Pengelasan Mikroorganisma

Mikroorganisma dikelaskan kepada fungi, alga, protozoa, bakteria dan virus berdasarkan saiz, bentuk atau struktur asas, nutrisi, habitat dan cara pembiakan.

Fungi

Ciri	Perincian
Saiz	Fungi makroskopik seperti cendawan dapat dilihat dengan mata kasar. Fungi mikroskopik seperti yis dan mukor bersaiz 10 μm–100 μm dan memerlukan mikroskop. Mukor lazimnya wujud secara berkoloni.
Bentuk / struktur	Yis unisel berbentuk sfera kecil. Mukor multisel terdiri terutamanya daripada sporangium yang berbentuk sfera dan hifa yang berbentuk bebenang. Sel yis mempunyai dinding sel, membran sel, sitoplasma, nukleus, vakuol dan granul glikogen.
Nutrisi	Fungi saprofit memperoleh nutrien daripada organisma yang mati dan mereput; fungi parasit memperoleh nutrien daripada perumahnya.
Habitat	Tempat yang mengandungi banyak bahan reput, tinja, kulit haiwan dan makanan; fungi tumbuh subur di tempat gelap dan lembap.
Pembiakan	Yis: pertunasan secara aseks. Mukor: pembentukan spora secara aseks atau konjugasi secara seks.

Pembentukan spora mukor: sporangium membebaskan spora yang mikroskopik, sangat halus dan ringan → angin membawa spora ke persekitaran yang sesuai → spora bercambah tanpa persenyawaan.

Konjugasi mukor: hifa bertemu → gamet terhasil → persenyawaan gamet menghasilkan mukor baharu.

Alga

Ciri	Perincian
Saiz	Alga laut makroskopik dapat dilihat dengan mata kasar. Chlamydomonas sp. dan Spirogyra sp. yang mikroskopik bersaiz dari 1 μm hingga beratus-ratus μm.
Bentuk / struktur	Chlamydomonas sp. unisel dan Spirogyra sp. multisel mempunyai kloroplas yang mengandungi klorofil. Chlamydomonas sp. juga mempunyai flagelum; Spirogyra sp. mempunyai bebenang sitoplasma.
Nutrisi	Kebanyakan alga mengandungi klorofil dan menjalankan fotosintesis untuk menghasilkan makanan sendiri.
Habitat	Air tawar, air masin, tanah lembap dan kulit pokok yang terdedah kepada cahaya matahari.
Pembiakan	Chlamydomonas sp.: belahan dedua secara aseks dan konjugasi secara seks. Spirogyra sp.: konjugasi secara seks.

Protozoa

Ciri	Perincian
Saiz	Kebanyakannya unisel, bersaiz 5 μm–250 μm dan dapat dilihat di bawah kuasa rendah mikroskop cahaya. Protozoa lazimnya wujud secara berkoloni.
Bentuk / struktur	Paramecium sp. berbentuk seperti selipar dan mempunyai mikronukleus, makronukleus, sitoplasma, vakuol makanan, vakuol mengecut, membran sel dan silia. Amoeba sp. tidak mempunyai bentuk tetap dan mempunyai nukleus, sitoplasma, vakuol makanan, vakuol mengecut dan membran sel.
Nutrisi	Euglena sp. menjalankan fotosintesis. Plasmodium sp. ialah parasit. Amoeba sp. memperoleh nutrien melalui fagositosis.
Habitat	Paramecium sp.: air tawar. Amoeba sp.: tanah lembap, air tawar, air laut dan perumahnya.
Pembiakan	Paramecium sp. dan Amoeba sp.: belahan dedua secara aseks. Paramecium sp. juga membiak secara seks melalui konjugasi.

Fagositosis dalam Amoeba sp.: bergerak ke arah makanan → pseudopodium (“kaki palsu”) mengelilingi dan menelan makanan → vakuol makanan terbentuk → makanan dicernakan dan nutrien diserap.

Belahan dedua: nukleus membahagi → sitoplasma membahagi → dua sel anak dengan bahan genetik yang serupa dengan induk terbentuk.

Konjugasi Paramecium sp.: dua sel bercantum dan bertukar bahan genetik.

Bakteria

Ciri	Perincian
Saiz	Mikroorganisma unisel bersaiz 0.2 μm–10 μm; dapat dilihat di bawah kuasa tinggi mikroskop cahaya.
Bentuk asas	Sfera (kokus), pilin (spirilum), rod (basilus) dan koma (vibrio). Contohnya masing-masing ialah Streptococcus sp., Treponema pallidum, Bacillus anthracis dan Vibrio cholerae.
Struktur asas	Dinding sel, membran sel, sitoplasma, bahan genetik dan granul glikogen. Sesetengahnya mempunyai kapsul pelindung, pili untuk melekat atau flagelum untuk bergerak.
Nutrisi	Bakteria berklorofil menghasilkan makanan sendiri. Bakteria parasit memperoleh nutrien daripada perumah. Bakteria saprofit memperoleh nutrien daripada organisma mati.
Habitat	Udara, air, tanah serta semua organisma dan bahan yang mereput.
Pembiakan	Belahan dedua secara aseks dan konjugasi secara seks.

• Kebanyakan dinding sel bakteria teguh, memberikan bentuk dan sokongan, serta dibina daripada asid amino dan polisakarida, bukannya selulosa.
• Semasa konjugasi bakteria, tiub konjugasi terbentuk antara sel penderma dengan sel penerima; satu bebenang plasmid dipindahkan. Plasmid menyerupai kromosom kecil berbentuk gelang, dapat bereplikasi secara bebas dan memindahkan bahan genetik.
• Bakteria seperti Bacillus anthracis membentuk endospora untuk bertahan dalam keadaan terlampau panas atau sejuk, kemarau dan kekurangan makanan.
• Endospora terbentuk di dalam sel bakteria dan mempunyai lapisan perlindungan yang kuat. Dalam keadaan sesuai, lapisan itu pecah dan endospora bercambah menjadi bakteria baharu.

Virus

Ciri	Perincian
Saiz	Mikroorganisma paling seni, bersaiz kurang daripada 0.5 μm; hanya dapat dilihat dengan mikroskop elektron.
Bentuk	Sfera, heliks, polihedral atau kompleks (gabungan heliks dengan polihedral). Contoh: virus influenza, virus mozek, adenovirus dan bakteriofaj.
Struktur asas	Bebenang asid nukleik—DNA atau RNA—yang dilindungi lapisan protein, iaitu kapsid. Kapsid menentukan bentuk virus.
Ciri khas	Di luar perumah, virus tidak berespirasi, berkumuh, bertumbuh atau bergerak balas terhadap rangsangan. Virus hanya membiak dengan menjangkiti sel perumah seperti sel bakteria, haiwan atau tumbuhan.

Pembiakan bakteriofaj dalam sel bakteria:

1. Virus melekat pada permukaan sel bakteria perumah.
2. Virus menyuntik bahan genetiknya, iaitu DNA, ke dalam sel bakteria.
3. Bahan genetik virus mengawal sel bakteria dan menggunakan bahan di dalamnya untuk membina kapsid.
4. Bilangan virus baharu di dalam sel bakteria bertambah.
5. Virus baharu memecahkan sel, dibebaskan dan menjangkiti sel bakteria lain.

Eksperimen 1.1 — Kewujudan Mikroorganisma

Kerangka penyiasatan

• Tujuan: Membandingkan pertumbuhan bakteria pada agar-agar nutrien steril yang dicoret dengan jari tidak dibasuh, jari dibasuh dengan air sahaja dan jari dibasuh dengan sabun dan air.
• Pernyataan masalah: Bagaimanakah tahap kebersihan jari mempengaruhi kadar pertumbuhan bakteria pada agar-agar nutrien steril?
• Hipotesis: Semakin tinggi tahap kebersihan jari, semakin berkurang pertumbuhan bakteria.
• Pemboleh ubah dimanipulasikan: Kebersihan jari yang mencoret agar-agar.
• Pemboleh ubah bergerak balas: Bilangan koloni bakteria pada agar-agar.
• Pemboleh ubah dimalarkan: Suhu persekitaran.
• Bahan: Agar-agar nutrien steril, pita selofan dan pen penanda.
• Radas: Empat piring Petri steril bertutup (A–D) dan silinder penyukat 10 cm³ yang steril.

Kaedah dan pemerhatian dijangka

1. Masukkan 10 cm³ agar-agar nutrien steril ke dalam setiap piring Petri.
2. Coret A dengan jari tidak dibasuh; basuh tangan dengan air sahaja dan coret B; basuh tangan dengan sabun dan air dan coret C.
3. Jangan coret D; D ialah set kawalan.
4. Tutup, lekatkan penutup dengan pita selofan dan telangkupkan semua piring.
5. Simpan pada suhu bilik di dalam almari gelap selama tiga hari; bandingkan bilangan koloni.

Piring Petri	Bilangan relatif koloni bakteria yang dijangka
A: jari tidak dibasuh	Paling banyak
B: jari dibasuh dengan air sahaja	Kurang daripada A
C: jari dibasuh dengan sabun dan air	Paling sedikit antara A–C
D: tidak dicoret	Tiada jika kesterilan dikekalkan

• Kesimpulan: Basuhan dengan sabun dan air menyingkirkan lebih banyak bakteria berbanding dengan air sahaja; mikroorganisma wujud pada jari yang tidak dibasuh.
• Agar-agar dan piring Petri disteril supaya koloni yang diperhatikan berasal daripada jari yang diuji, bukan pencemaran sedia ada.
• Penutup dilekatkan untuk menghalang mikroorganisma masuk atau keluar; piring ditelangkupkan untuk menghalang air pemeluwapan menitis ke atas agar-agar; keadaan gelap menggalakkan pertumbuhan bakteria.
• Agar-agar steril dalam D mengesahkan bahawa agar-agar dan piring pada awalnya bebas mikroorganisma.

Langkah keselamatan eksperimen mikroorganisma

• Basuh tangan dengan sabun dan air sebelum dan selepas eksperimen.
• Pakai sarung tangan semasa mengendalikan kultur bakteria.
• Kekalkan piring Petri tertutup selepas inokulasi; jangan buka piring yang telah dikultur.
• Sterilkan semua bahan buangan sebelum dibuang.
• Rendam semua radas yang telah digunakan di dalam disinfektan selepas eksperimen.

Faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan Mikroorganisma

Faktor	Keadaan yang menggalakkan pertumbuhan / perbandingan
Nutrisi	Keadaan kaya nutrien menggalakkan pertumbuhan; bandingkan agar-agar nutrien dengan agar-agar tanpa nutrien.
Kelembapan	Kelembapan tinggi menggalakkan pertumbuhan; bandingkan agar-agar nutrien lembap dengan agar-agar nutrien kering.
Cahaya	Keadaan gelap menggalakkan pertumbuhan Bacillus sp.; bandingkan keadaan gelap dengan kawasan bercahaya.
Suhu	Bacillus sp. tumbuh paling baik pada suhu bilik dalam penyiasatan ini; bandingkan suhu bilik, 5°C dan 70°C.
Nilai pH	Bacillus sp. tumbuh paling pesat pada pH 7; bandingkan medium neutral, berasid dan beralkali.

Teknik inokulasi sepunya bagi Eksperimen 1.2

1. Sterilkan dawai gelung dalam nyalaan penunu Bunsen sehingga membara; sejukkan pada suhu bilik.
2. Celupkan dawai gelung steril ke dalam larutan kultur Bacillus sp. dan lumurkan kultur secara zigzag di atas agar-agar.
3. Tutup dan lekatkan penutup piring Petri dengan pita selofan, kemudian telangkupkannya.
4. Kekalkan keadaan yang ditetapkan selama tiga hari.
5. Catat bilangan koloni sebagai tiada, sedikit atau banyak. Lebih banyak koloni menunjukkan pertumbuhan bakteria yang lebih tinggi.

Eksperimen 1.2A — Kesan nutrisi

• Hipotesis: Bacillus sp. tumbuh lebih pesat apabila nutrien hadir.
• Pemboleh ubah: dimanipulasikan—kehadiran nutrien; bergerak balas—bilangan koloni; dimalarkan—isi padu larutan kultur dan suhu persekitaran.
• Set: A mengandungi 10 cm³ agar-agar nutrien steril; B mengandungi 10 cm³ agar-agar tanpa nutrien steril. Inokulasikan kedua-duanya dan simpan secara terbalik pada suhu bilik di dalam almari gelap selama tiga hari.
• Jangkaan / kesimpulan: A mempunyai lebih banyak koloni daripada B; nutrien menggalakkan pertumbuhan.

Eksperimen 1.2B — Kesan kelembapan

• Hipotesis: Kelembapan rendah merencatkan pertumbuhan Bacillus sp.
• Pemboleh ubah: dimanipulasikan—kandungan kelembapan agar-agar nutrien; bergerak balas—bilangan koloni; dimalarkan—isi padu larutan kultur dan suhu persekitaran.
• Set: C mengandungi agar-agar nutrien steril yang lembap. Panaskan D di dalam ketuhar sehingga agar-agar nutrien kering, kemudian sejukkan pada suhu bilik sebelum inokulasi. Simpan kedua-duanya secara terbalik pada suhu bilik di dalam almari gelap selama tiga hari.
• Jangkaan / kesimpulan: C mempunyai lebih banyak koloni daripada D; kelembapan tinggi menggalakkan pertumbuhan bakteria.
• D disejukkan sebelum inokulasi supaya haba tidak membunuh bakteria dan suhu tidak menjadi pemboleh ubah yang tidak disengajakan.

Eksperimen 1.2C — Kesan cahaya

• Hipotesis: Cahaya merencatkan pertumbuhan Bacillus sp.
• Pemboleh ubah: dimanipulasikan—kehadiran cahaya; bergerak balas—bilangan koloni; dimalarkan—isi padu larutan kultur dan suhu persekitaran.
• Set: Simpan E yang diinokulasikan secara terbalik di dalam almari gelap dan F secara terbalik di kawasan bercahaya berhampiran tingkap selama tiga hari.
• Jangkaan / kesimpulan: E mempunyai lebih banyak koloni daripada F; keadaan gelap menggalakkan pertumbuhan bakteria.
• F tidak diletakkan di bawah cahaya matahari terus kerana cahaya matahari mengubah suhunya lalu menjejaskan ujian adil bagi cahaya sahaja.

Eksperimen 1.2D — Kesan suhu

• Hipotesis: Pertumbuhan paling tinggi pada suhu bilik.
• Pemboleh ubah: dimanipulasikan—suhu; bergerak balas—bilangan koloni; dimalarkan—isi padu larutan kultur.
• Set: Simpan G pada suhu bilik di dalam almari gelap, H di dalam peti sejuk pada 5°C, dan I di dalam inkubator pada 70°C, semuanya secara terbalik selama tiga hari.
• Jangkaan / kesimpulan: G mempunyai paling banyak koloni; suhu rendah merencatkan pertumbuhan, suhu sangat tinggi membunuh bakteria atau merencatkan pertumbuhan, manakala suhu bilik paling sesuai antara suhu yang diuji.

Eksperimen 1.2E — Kesan nilai pH

• Hipotesis: Pertumbuhan paling pesat pada pH 7.
• Pemboleh ubah: dimanipulasikan—nilai pH; bergerak balas—bilangan koloni; dimalarkan—isi padu larutan kultur dan suhu persekitaran.
• Set: Campurkan 10 cm³ agar-agar nutrien steril dengan 1 cm³ air suling dalam J (pH 7), 1 cm³ asid hidroklorik cair dalam K (pH kurang daripada 7), dan 1 cm³ larutan natrium hidroksida cair dalam L (pH lebih daripada 7). Inokulasikan, telangkupkan dan simpan di dalam almari gelap pada suhu bilik selama tiga hari.
• Jangkaan / kesimpulan: J mempunyai paling banyak koloni; keadaan neutral pada pH 7 paling sesuai untuk Bacillus sp., manakala keadaan berasid dan beralkali merencatkan pertumbuhan.
• Aplikasi harian: Kaedah pengawetan makanan berasid seperti penjerukan merencatkan pertumbuhan bakteria dengan merendahkan pH.