Mengapa Kontaminasi Terjadi pada Kultur Jaringan: Rangkuman dari Dua Artikel Ilmiah

Ringkasan

Kontaminasi dalam kultur jaringan merupakan masalah serius yang menyebabkan kerugian besar, baik untuk laboratorium penelitian maupun perusahaan komersial. Kontaminasi terjadi ketika mikroorganisme (bakteri, fungi, dan virus) masuk dan berkembang pesat dalam media kultur. Ini adalah tantangan terbesar dalam micropropagation karena media kultur jaringan adalah lingkungan yang ideal untuk pertumbuhan cepat mikroba, dan sekali terkontaminasi, akan sulit untuk disembuhkan.

1. Apa Itu Kontaminasi pada Kultur Jaringan

Definisi: Kontaminasi adalah masuknya mikroorganisme (bacteria, fungi, yeast, atau organisme lainnya) ke dalam media kultur yang seharusnya steril, sehingga mengganggu atau menghancurkan pertumbuhan tanaman yang sedang dikultivasi.

Mengapa Berbahaya?

Media kultur jaringan mengandung nutrient yang sangat kaya (karbon, nitrogen, mineral, vitamin)
Lingkungan kultur (suhu 25-27°C, kelembaban tinggi) adalah kondisi sempurna untuk pertumbuhan mikroba
Setelah terkontaminasi, re-sterilisasi jarang berhasil – biasanya semua kultur harus dibuang
Kontaminasi dapat menyebabkan total loss of cultures dalam waktu singkat

2. Jenis-Jenis Kontaminan yang Sering Ditemukan

A. Bakteri (Bacteria)

Karakteristik:

Adalah kontaminan paling serius dan bermasalah
Dapat ditemukan baik pada tahap awal establisment maupun selama operasi rutin
Lebih sulit dideteksi daripada fungi karena tumbuh lebih lambat
Beberapa bakteri dapat tinggal tersembunyi dan baru muncul setelah beberapa minggu

Jenis Bakteri yang Sering Ditemukan (menunjukkan resistansi tinggi terhadap disinfectant):

Staphylococcus aureus
Pseudomonas aeruginosa
Streptococcus enterococcus
Clostridium difficile
Salmonella
E. coli
Acinetobacter baumannii
Bacillus sp.
Serratia sp.
Bacteroides sp.

Implikasi: Bakteri dapat berasal dari tanaman atau diintroduksikan selama handling, dan beberapa bakteri dapat berada di dalam jaringan (endogenous infection) yang tidak bisa dieliminasi dengan sterilisasi permukaan saja.

B. Fungi (Jamur)

Karakteristik:

Kontaminan umum pada tahap awal kultur (establishment)
Dapat masuk bersama plant material yang tidak disterilisasi dengan proper
Tumbuh sangat cepat dan dapat terlihat dalam beberapa hari
Dapat berkembang biak dan menghancurkan kultur dengan cepat

Dampak Saprophytic Fungi:

Fungi saprophytic tumbuh sangat cepat
Mengeluarkan enzim yang merusak tanaman
Membuat retrieval (penyelamatan) kultur yang terkontaminasi menjadi sangat sulit atau tidak mungkin

C. Yeast dan Microorganisme Lainnya

Yeast dan mycoplasmas dapat menyebabkan masalah, meskipun tidak seumum bacteria dan fungi
Pests seperti mites dan aphids dapat membawa spore fungi dan bacteria ke dalam vessel kultur

3. Sumber Utama Kontaminasi

A. Plant Material (Tanaman Asal) – SUMBER TERBESAR

Tanaman dari Lapangan (Field-grown plants):

Memiliki banyak kontaminan di permukaan dari lingkungan
Lebih terinfeksi dengan spore dan fungi patogen
Sering membawa endogenous (internal) infection yang sudah ada di dalam jaringan
Infeksi endogenous ini tidak bisa dieliminasi hanya dengan sterilisasi permukaan

Tanaman dari Rumah Kaca (Greenhouse-grown plants):

Lebih baik daripada field-grown plants
Tetap bisa membawa kontaminan, tapi lebih sedikit

Infeksi Laten (Latent Infection):

Beberapa tanaman membawa mikroba yang tersembunyi/tidak terlihat
Infeksi ini baru muncul setelah beberapa minggu dalam kultur
Dapat spesifik untuk jenis tanaman tertentu

B. Sterilisasi Plant Material yang Tidak Adequate

Masalah:

Sterilisasi permukaan (surface sterilization) hanya membunuh mikroba di permukaan
Tidak efektif melawan infeksi internal yang sudah ada di dalam jaringan
Standar sterilisasi konvensional sering gagal mengatasi endogenous infection

Contoh Sterilisasi Konvensional:

Sodium hypochlorite (NaClO) 1-2% untuk 15-20 menit
Mercuric chloride (HgCl2) 0.1% untuk beberapa menit
Ethanol 70% untuk beberapa menit
Hydrogen peroxide

Keterbatasan:

Dosis yang terlalu tinggi akan merusak jaringan tanaman
Dosis yang rendah tidak akan membunuh semua mikroba
Trade-off antara efektivitas disinfectant dan survival rate tanaman

C. Secondary Contamination Selama Operasi Rutin

Kontaminasi juga bisa terjadi setelah inisiasi kultur, selama fase multiplikasi:

Sumber:

Handling plant material yang tidak steril
Transfer cultures dengan teknik aseptic yang improper
Culture medium yang tidak disterilisasi dengan proper
Instruments (scalpel, forceps) yang tidak steril
Growth room/cabinet yang tidak clean/terjaga
Mites dan pests di growth room yang membawa spore

D. Kondisi Laboratorium dan Teknik Aseptis

Factor yang Berkontribusi:

Inadequate sterile techniques saat handling
Improper use of laminar flow cabinets
Cross-contamination antar vessel kultur
Kurangnya inspection/monitoring kultur secara reguler
Growth room hygiene yang kurang

4. Mengapa Kontaminasi Sulit Diatasi dengan Metode Tradisional

A. Resistansi Mikroba terhadap Disinfectant

Banyak bakteri menunjukkan resistansi tinggi terhadap disinfectant berbasis hypochlorite standar:

Pseudomonas aeruginosa
Staphylococcus aureus
Acinetobacter baumannii
dan lainnya

Ini berarti dosis standar sterilisasi tidak cukup untuk membunuh mereka.

B. Endogenous (Internal) Infection

Beberapa mikroba sudah ada di dalam jaringan tanaman sebelum kultur dimulai
Surface sterilization tidak bisa mengeliminasi infeksi internal ini
Bakteri/fungi ini akan bertahan dan berkembang biak dalam kultur

C. Trade-off antara Sterilisasi dan Viabilitas Tanaman

Dosis disinfectant yang cukup tinggi untuk membunuh mikroba seringkali merusak jaringan tanaman
Tanaman yang mengalami damage dari sterilisasi akan memiliki survival rate rendah
Perlu ditemukan sweet spot: cukup steril tapi tanaman tetap viable

D. Sensitivity berbeda antara Species dan Cultivar

Tidak semua tanaman memiliki sensitivity yang sama terhadap disinfectant
Bahkan cultivar yang berbeda dari tanaman yang sama bisa punya sensitivity berbeda
Ini membuat protokol sterilisasi harus disesuaikan per tanaman/cultivar

5. Dampak Kontaminasi pada Kultur

A. Dampak Langsung

Total loss of cultures: Setelah terkontaminasi, kultur biasanya tidak bisa diselamatkan
Rapid microbial growth: Mikroba berkembang biak dengan cepat menggunakan nutrient dari media
Destruction of plant tissue: Fungi saprophytic merusak jaringan dengan cepat
Economic losses: Untuk industri komersial, ini berarti kerugian besar

B. Dampak Tersembunyi (Latent Contamination)

Beberapa kontaminan tidak langsung membunuh tanaman, tapi menyebabkan defects:

Growth retardation (tanaman tumbuh lebih lambat)
Reduced root formation (pembentukan akar berkurang)
Altered morphology (bentuk tanaman abnormal)
Reduced vigor (tanaman kurang vigorous)

Dalam kasus ini, kultur seringkali terlihat normal awalnya, tapi akhirnya harus di-reinitiate.

6. Kompleksitas Sistem: Banyak Faktor yang Berpengaruh

Keberhasilan sterilisasi dipengaruhi oleh banyak faktor yang saling berinteraksi:

Faktor	Penjelasan
Plant species & cultivar	Sensitivity berbeda terhadap sterilisant
Explant type	Leaf, stem, nodal, meristem – setiap type punya characteristic berbeda
Kondisi tanaman asal	Field-grown vs greenhouse-grown, healthiness
Jenis kontaminan	Bacteria, fungi, atau virus – masing-masing butuh pendekatan berbeda
Level of contamination	Sedikit vs banyak – butuh dosis berbeda
Temperature	Mempengaruhi pertumbuhan mikroba dan efficacy disinfectant
pH of medium	Mempengaruhi survival rate tanaman dan mikroba
Type & dosage disinfectant	Sodium hypochlorite, mercuric chloride, H2O2, dll
Exposure time	Terlalu sebentar tidak efektif, terlalu lama merusak tanaman

Kesimpulan: Sterilisasi adalah sistem yang kompleks dan non-linier, tidak ada one-size-fits-all solution.

7. Mengapa Diperlukan Pendekatan Baru

A. Limitasi Metode Tradisional

Masalah:

Sterilisasi konvensional (sodium hypochlorite, mercuric chloride) hanya mengatasi surface contamination
Tidak efektif lawan endogenous infection
Risk of damaging plant tissue tinggi
Tidak ada universal protocol – setiap tanaman butuh optimization sendiri

B. Inovasi Terbaru untuk Mengatasi Kontaminasi

1. Multi-stage Sterilization

Menggunakan multiple disinfectants secara berurutan
Lebih efektif mengatasi endogenous infection
Contoh: Ethanol → HgCl2 → H2O2 → NaClO → Antibiotics

2. Penggunaan Nanoparticles (Silver & Zinc Oxide)

Silver nanoparticles (AgNPs) dapat membunuh bacteria dan fungi yang resistant
Efektif pada konsentrasi lebih rendah
Terbukti meningkatkan growth rate tanaman
Kekhawatiran: toxicity jangka panjang perlu diteliti lebih lanjut

3. Penggunaan Disinfectants dalam Media Kultur

Menambahkan low-concentration chlorine ke media
Terus menekan pertumbuhan mikroba selama kultur
Tidak menghambat pertumbuhan tanaman

8. Kesimpulan: Mengapa Kontaminasi Terjadi & Solusinya

Root Causes Kontaminasi:

Plant Material – Tanaman asal sudah membawa kontaminan (surface & internal)
Inadequate Sterilization – Metode sterilisasi konvensional tidak mengatasi endogenous infection
Secondary Contamination – Handling dan teknik aseptis yang improper selama kultur
Kompleksitas Sistem – Banyak faktor yang mempengaruhi, tidak ada universal solution
Microbe Resistance – Banyak mikroba resistant terhadap disinfectant tradisional

Solusi yang Dikembangkan:

Multi-stage sterilization – Lebih efektif
Nanoparticles – Lebih powerful melawan resistant microbes
In-media disinfectants – Terus menekan pertumbuhan mikroba
AI optimization – Personalized protocol per tanaman
Meristem culture – Menggunakan meristem yang naturally microbe-free

Ini adalah alasan mengapa BSP adalah pendekatan yang masuk akal – karena tidak hanya mengatasi surface contamination, tapi juga mencegah secondary contamination dan menekan pertumbuhan mikroba yang resistant terhadap metode tradisional.

Referensi

1. Sriskandarajah, S. (2006)
Hygiene Problems in Plant Tissue Culture Propagation
Combined Proceedings International Plant Propagators’ Society, Volume 56, 238-241

2. Anikina, I., Kaynidenov, N., Turista, D.D.R., et al. (2025)
Control of Contamination of Tissue Plant Cultures During in Vitro Clonal Micropropagation
Online Journal of Biological Sciences, 25(2), 333-342
DOI: 10.3844/ojbsci.2025.333.342