MIKROORGANISME DI DALAM RUMEN

Hewan Ruminansia

Hewan ruminansia merupakan kelompok hewan pemakan tumbuhan (herbivora) yang mencerna makanannya dalam dua langkah: pertama dengan menelan bahan mentah (rumput), kemudian mengeluarkan makanan yang sudah setengah dicerna dari perutnya dan mengunyahnya lagi. Hewan yang termasuk ruminansia (memamah biak) adalah sapi, kerbau, kambing, domba, jerapah, bison, rusa, kancil, gnu, dan antilop.

Pencernaan Hewan Ruminansia

Pencernaan hewan ruminansia sangat berbeda dengan hewan monogastrik. Pada hewan ruminansia terjadi dua proses penting dalam melakukan pencernaan yaitu pada tahap pertama pencernaan secara mekanik yang terjadi dalam mulut dengan bantuan gigi dan saliva.didalam mulut makanan yang berupa serat ddihaluskan dan dicampur dengan saliva, kemudian dilanjutkan ketahapan pencernaan kedua berupa pencernaan fermentative yang melibatkan mikroorganisme yang terdapat di dalam organ pencernaan. Alat pencernaan ruminansia terdiri dari rumen, reticulum, omasum dan abomasum. Proses pencernaan fermentative di dalam reticulum-rumen terjadi sangat intensif dan dalam kapasitas yang sangat besar. Proses pencernaan tersebut terletak sebelum usus halus atau organ penyerapan utama , hal tersebut sangat menguntungkan karna makanan yang didapatkan dapat diubah dan disajikan dalam bentuk produk fermentasi yang mudah diserap oleh hewan ruminansia, serta menjadikan kemampuan pemanfaatan pakan serat dalam jumlah lebih banyak akan lebih efisien.

Rumen berfungsi sebagai tempat penampungan sementara sebelum pakan mengalami pencernaan yang sebenarnya. Di dalam rumen , pakan yang telah ditelan akan mengalami fermentasi dan penguraian oleh enzim yang dihasilkan mikroorganisme anaerobic, yang terdapat secara alami di dalam rumen.

Mikroorganisme Rumen

Peranan mikroorganisme rumen dalam proses pencernaan pakan berserat adalah mengurai senyawa-senyawa kompleks seperti selulosa dan hemiselulosa menjadi senyawa-senyawa sederhana yang dapat dimanfaatkan oleh hewan tersebut senagai sumber energi, protein, vitamin untuk proses pertumbuhannya. Mikroorganisme di dalam rumen menghasilkan enzim yang mampu menghidrolisis selulosa dan hemiselulosa serta pati dengan adanya simbiosis dengan mikroorganisme lain yang terdapat dalam rumen. Hasil hidrolisis yang berupa rantai karbon sederhana dimanfaatkan menjadi asam lemak volatile (lemak terbang) yang mampu diserap oleh tubuh dan dijadikan sumber energi bagi hewan ruminansia.

            Secara garis besar di dalam rumen terdapat 3 kelompok utama mikroba rumen, yaitu: bakteri, protozoa, dan jamur. Mikroorganisme di dalam retikulo-rumen mempunyai peranan penting dalam proses fermentasi pakan. Mikroorganisme utama yang terdapat dalam rumen adalah bakteri, protozoa, dan jamur (yeast). Proses fermentasi oleh mikroorganisme pada rurninansia memegang peranan sangat penting, karena produk akhir fermentasi yang bagi mikroorganisme itu sendiri merupakan limbah, yakni lemak volatile (asam lemak terbang) dan beberapa vitamin. Mikroorganisme yang terdapat dalam rumen akan dijelaskan sebagai berikut.

Bakteri Dalam Rumen

Di dalam rumen terdapat populasi mikroba yang cukup banyak jumlahnya. Sebagian besar bakteri rumen berbentuk cocci kecil, morfologinya tidak dapat dipakai sebagai dasar klasifikasi untuk membedakan spesies. Sebagai gantinya bakteri rumen diklasifikasikan atas dasar macam substrat yang digunakan sebagai sumber energi utama, yakni:

1.      Bakteri Selulolitik

Bakteri ini menghasilkan enzim yang dapat menghidrolisis ikatan glukosida 1,4, selulosa,  dan dimer selobiosa. Sepanjang yang diketahui tak satupun hewan yang mampu memproduksi enzim selulase sehingga pencernaan selulosa sangat tergantung pada bakteri yang terdapat di sepanjang saluran pencernaan pakan. Bakteri selulolitik akan dominan apabila makanan utama ternak berupa serat kasar. Contoh bakteri selulolitik antara lain adalah :

􀀐 Bacteriodes succinogenes

􀀐 Ruminicoccus flavefaciens

􀀐 Ruminicoccus albus

􀀐 Cillobacterium cellulosolvens

2.      Bakteri Hemiselulolitik

Hemiselulosa berbeda dengan selulosa terutama dalam kandungan pentosa, gula heksosa serta biasanya asam uronat. Hemiselulosa merupakan struktur polisakarida yang penting dalam dinding sel tanaman. Mikroorganisme yang dapat menghidrolisa selulosa biasanya juga dapat menghidrolisa hemiselulosa. Meskipun demikian ada beberapa spesies yang dapat menghidrolisa hemiselulosa tetapi tidak dapat menghidrolisa selulosa. Contoh bakteri hemiselulolitik antara lain:

􀀐 Butyrivibrio fibriosolven

􀀐 Bacteriodes ruminicola

3.      Acid Utilizer Bacteria (Bakteri pemakai asam)

            Beberapa janis bakteri dalam rumen dapat menggunakan asam laktat meskipun jenis bakteri ini umumnya tidak terdapat dalam jumlah yang berarti. Jenis lainnya dapat menggunakan asam suksinat, malat dan fumarat yang merupakan hasil akhir fermentasi oleh bakteri jenis lainnya. Asam format dan asetat juga digunakan oleh beberapa spesies, meskipun mungkin bukan sebagai sumber enersi yang utama. Asam oksalat yang bersifat racun pada mamalia akan dirombak oleh bakteri rumen, sehingga menyebabkan ternak ruminansia mampu mengkonsumsi tanaman yang beracun bagi ternak lainnya sebagai bahan makanan. Beberapa spesies bakteri pemakai asam laktat yang dapat dijumpai dalam jumlah yang banyak setelah ternak mendapatkan tambahan jumlah makanan butiran maupun pati dengan tiba-tiba adalah :

􀀐 Peptostreptococcus bacterium

􀀐 Propioni bacterium

􀀐 Selemonas lactilytica

4.      Bakteri Amilolitik

Beberapa bakteri selulolitik juga dapat memfermentasi pati, meskipun demikian beberapa jenis bakteri amilolitik tidak dapat menggunakan/memfermentasi selulosa. Bakteri amilolitik akan menjadi dominan dalam jumlahnya apabila makanan mengandung pati yang tinggi, seperti butir-butiran. Bakteri amilolitik yang terdapat di dalam rumen antara lain:

􀀐 Bacteriodes amylophilus

􀀐 Butyrivibrio fibrisolvens

􀀐 Bacteroides ruminicola

􀀐 Streptococcus bovis

5.      Sugar Untilizer Bacteria (bakteri pemakai gula)

Hampir semua bakteri pemakai polisakarida dapat memfermentasikan disakarida dan monosakarida. Tanaman muda mengandung karbohidrat siap terfermentasi dalam konsentrasi yang tinggi yang segera akan mengalami fermentasi begitu sampai di retikulo-rumen. Kesemua ini merupakan salah satu kelemahan/kerugian dari sistem pencernaan ruminansia. Sebenarnya gula akan lebih efisien apabila dapat dicerna dan diserap langsung di usus halus.

6.      Bakteri Proteolitik

Bakteri proteolitik merupakan jenis bakteri yang paling banyak terdapat pada saluran pencernaan makanan mamalia termasuk karnivora (carnivora). Didalam rumen, beberapa spesies diketahui menggunakan asam amino sebagai sumber utama enersi. Beberapa contoh bakteri proteolitik antara lain:

    Bacteroides amylophilus

􀀐 Clostridium sporogenes

􀀐 Bacillus licheniformis

7.      Bakteri Methanogenik

Sekitar 25 persen dari gas yang diproduksi didalam rumen adalah gas methan. Bakteri pembentuk gas methan lambat pertumbuhannya. Contoh bakteri ini antara lain:

􀀐 Methanobacterium ruminantium

􀀐 Methanobacterium formicium

8.      Bakteri Lipolitik

Beberapa spesies bakteri menggunakan glycerol dan sedit gula. sementara itu beberapa spesies lainnya dapat menghidrolisa asam lemak tak jenuh dan sebagian lagi dapat menetralisir asam lemak rantai panjang menjadi keton. Enzim lipase bakteria dan protozoa sangat efektif dalam menghidrolisa lemak dalam chloroplast. Contoh bakteri lipolitik antara lain:

􀀐 Anaerovibrio lipolytica

􀀐 Selemonas ruminantium var. lactilytica (soetanto, 2007)

9.      Bakteri Ureolitik

Sejumlah spesies bakteri rumen menunjukkan aktivitas ureolitik dengan jalan menghidrolisis urea menjadi CO₂ dan amonia. Beberapa jenis bakteri ureolitik menempel pada epithelium dan menghidrolisa urea yang masuk kedalam rumen melalui difusi dari pembuluh darah yang terdapat pada dinding rumen. Oleh karena itu konsentrasi urea dalam cairan rumen selalu rendah. Salah satu contoh bakteri ureolitik ini misalnya adalah Streptococcus sp. Di dalam rumen yang normal biasanya jumlah bakteri ini mencapai antara 15 – 80 x 10⁹ isi rumen. Meskipun demikian jumlah ini mngkin dapat menurun sampai hanya 4 x10⁹ permililiter pada ternak yang diberi pakan wheat straw. Beberapa contoh ukuran dan bentuk sel bakteri rumen disajikan pada gambar berikut ini.

Gambar. ragam morfologi bakteri rumen.

Keterangan: A. Rossete Quin’s organism dan Selenomonas ; B. bentuk sarkina ; C. rantai cocci besar ; D. Oscillospira guillermondii ; E. bentuk clostridia dari Clostridia lochheadii ; F. rantai cocci yang amat panjang.

Protozoa Rumen

Sebagian besar protozoa yang terdapat didalam rumen adalah cilliata dan flagellata. Cilliata adalah mikroorganisme non patogen dan anaerobik. Pada kondisi rumen yang normal dapat dijumpai ciliata sebanyak 10⁵ - 10⁶ ml dalam rumen. Hal ini pertama kali ditemukan oleh David Gruby dan Delafond (1843), dan telah banyak dilakukan penelitian tentang taksonomi, fisiologi dan nutrisi cilliata. Seperti halnya bakteri, cilliata juga mampu memfermentasi hampir seluruh komponen  tanaman yang terdapat didalam rumen seperti: selulosa, hemiselulosa, fruktosan, pektin, pati, gula terlarut dan lemak. Jika dibandingkan ciliata mempunyai peranan yang lebih baik daripada bakteri yaitu sebagai sumber protein dengan keseimbangan kandungan asam amino sebagai makanan ternak ruminansia. Menurut morfologinya protozoa diklasifikasikan mennjadi 2 yaitu :

1.      Oligotricha

Jenis ini hanya sedikit sekali menggunakan gula terlarut sebagai makananannya, akan tetapi butir-butir pati akan menjadi sasaran utama untuk dimangsanya. Beberapa spesies juga memangsa amilopektin. Namun hasil penelitian terakhir diragukan tentang kemampuan protozoa rumen untuk dapat mencerna selulosa. Pencernaan selulosa dapat dilakukan karena protozoa memangsa bakteri dan bakteri inilah yang akan menghasilkan enzim selulosa didalam tubuh protozoa sehingga selulosa yang dimangsa dapat dicerna. Bakteri selulolitik juga diketahui hidup secara simbiosis dengan Oligotricha didalam selnya.

Spesies penting dari Oligotricha antara lain:

-          Diplodinium dentatum

-          Eudiplodinium bursa

-          Polypastron multivesiculatum

-          Entodinium caudatum

2.      Holotricha

Karakteristik Holotricha adalah pergerakannya yang cepat dan bentuk sel oval.  Ciliata memiliki peran penting dalam metabolisme karbohidrat dengan menelan gula ketika masuk ke rumen dan menyimpannya sebagai amilopektin. Amilopektin akan dirilis ke rumen ketika Holotricha dalam fase pertumbuhan atau dalam kondisi lisis. Mekanisme ini memiliki efek positif bagi ternak ruminansia. Misalnya, ketika ternak beristirahat, tidak ada lebih banyak karbohidrat dalam rumen, sehingga amilopektin akan difermentasi. Ada beberapa spesies Holotricha seperti:

-       Isotricha intestinal

-       Isotricha prostoma

-       Dasytricha rumiantium

Sebagian besar protozoa dengan cepat akan memangsa dan menghidrolisis bermacam-macam protein dengan menghasilkan amoniak berasal dari kelompok amida dan akan melepaskan asam-asam amino serta peptida. Protozoa di ruminansia menyimpulkan dalam simbiosis mutualisme. Protozoa dapat melakukan proses metabolisme dalam tubuh ternak ruminansia dan ruminansia bisa mendapatkan gizi dengan mencerna makanan dengan lebih mudah.

Jamur Rumen

Selain protozoa dan bakteri, dalam perut hewan ruminansia juga terdapat jamur. Kehadiran fungi di dalam rumen berperan dalam pencernaan serat tahap awal, karena rizoid fungi tersebut dapat tumbuh menembus dinding sel tanaman, sehingga pakan lebih terbuka untuk dicerna oleh enzim bakteri rumen dan juga rizobium atau hifa jamur rumen mampu masuk ke dalam jaringan xylem, sclerenchym dan kutikula  tanaman dan secara parsial. Jadi jika ada pakan yang belum dapat dicerna  oleh jamur rumen akan dicerna oleh bakteri. Berbagai hasil penelitian menunjukkan bahwa jamur terbukti dapat ditemukan di dalam saluran pencernaan herbivora, rumen sapi, domba, rusa, kambing dan ruminansia lainnya serta sekum kuda dan gajah semua mengandung jamur meskipun jumlahnya sedikit. Namun jamur dari saluran pencernaan herbivora memiliki tipe berbeda dengan jamur dari tanah maupun lingkungan perairan.

Jamur pada rumen ruminansia pada umumnya bersifat anaerob atau mutlak tidak memerlukan oksigen untuk pertumbuhannya dan juga kondisi ini mendukung untuk proses terbentuknya senyawa hidrogen (H) dalam proses fermentasi selulosa. Jamur rumen dapat tumbuh dengan  baik pada temperatur antara 33 – 41^oC tanpa oksigen. Siklus hidupnya antara 24 - 30 jam dan hidupnya bergantung sepenuhnya pada proses fermentasi untuk mendapatkan energi.

1.      Spesies Jamur Pada Rumen

Spesies jamur yang terdapat pada rumen ruminansia pada umumnya berbeda dengan jenis jamur yang hidup pada tanah maupun pada tempat lain. Jamur rumen dibagi menjadi dua kelompok spesies yaitu monosentris dan polisentris.

           Spesies Monosentris. Spesies jamur monosentris hanya memiliki satu spora dalam rizobiumnya, jamur monosentris pada rumen dikelompokkan menjadi tiga tipe morfologis yaitu :

(1)   Neocallimastic sp. dengan spora poliflagella dan rizobium bercabang banyak,

(2) Piromonas sp. dengan spora monoflagella dan rizobium bercabang. 

(3) Sphaeromonas sp. dengan zoospora monoflagella dan rizobium   membengkak.

Contoh spesies  jamur  monosentrik adalah Neocallimastix frontalis,  Neocallimastix patriciarum, Piromonas commuunis, Sphaeromonas commuunis, dan Sphaeromonas equi.

Spesies Jamur Polisentris. Spesies jamur polisentris mengandung beberapa spora dengan inti di dalamnya. Contoh jamur polisentris adalah Neocallimastix joyonii.pada umumnya Jamur anaerob banyak ditemukan di dalam rumen hewan ruminansia, sekum kuda dan feses gajah (Akin dan Borneman, 1990). Namun hasil temuan lainnya menunjukkan bahwa jenis jamur polisentris pada kerbau, sapi dan domba berbeda antara satu dengan yang lainnya. (Jouany, 1991).

2.      Jenis Bahan Yang Dirombak Pada Rumen

Jamur Perombak lignin. Selain jamur di alam yang berfungsi sebagai perombak lignin,jamur yang ada pada rumen hewan ruminansia juga berperan dalam perombakan lignin. Ciri khas jamur rumen terletak pada kemampuannya dalam  mengkoloni dinding sel tanaman pakan yang mengandung lignin dan merombaknya. Spesies jamur perombak lignin dikelompokkan atas dasar warna saat fermentasi substrat menjadi soft rot, brown rot dan white rot.

Jamur Perombak selulosa. Jamur anaerob perombak selulosa terbukti ada di dalam rumen dan diketahui berperan aktif pada proses pencernaan serat kasar pakan. Semua jamur rumen perombak lignoselulosa adalah perombak selulosa. Hasil fermentasi jamur rumen bermanfaat bagi hewan inang maupun mikrobia lainnya di dalam rumen.

         Spesies jamur rumen perombak selulosa umumnya bergantian antara bentuk thallus dan flagella. Jamur rumen perombak selulosa diduga tidak esensial karena jumlahnya sangat sedikit, namun diyakini memiliki peran sangat penting dalam perombakan serat kasar pakan kualitas rendah, oleh karena itu diperlukan penelitian perannya di dalam rumen.

         Beberapa kelebihan jamur selulolitik rumen menurut Akin dan Borneman, (1990) adalah :

(1) mampu menghasilkan enzim selulase dan silanase kadar tinggi,

(2) mampu mengkoloni jaringan dinding sel tanaman lebih baik dibandingkan bakteri,

(3) hasil inkubasi pakan berserat oleh jamur rumen lebih lunak dibandingkan oleh bakteri.

           Jamur Perombak hemiselulosa. Jamur rumen berperan penting dalam proses perombakan hemiselulosa. Semua jamur perombak selulosa umumnya adalah juga perombak hemiselulosa. Jamur rumen mampu menghasilkan enzim silanase lebih tinggi dibandingkan jamur anaerob lainnya. Namun produksi silanase tersebut dipengaruhi oleh adanya gula, jika terdapat gula maka produksi silanase terhambat. Beberapa jenis jamur seperti Trichoderma reesei dan Penicillium chrysoporium menghasilkan β-xylosidase yang memiliki ukuran lebih besar ( antara 90 - 122 kDa), namun umumnya  kurang populer dibandingkan endosilanase lainnya. Endosilanase dan endoglukanase dari jamur rumen Neocallimastix frontalis mempunyai aktivitas beberapa kali lebih tinggi dibandingkan endosilanase dan endoglukanase dari jamur anaerobik lainnya.