In microbiology it is common to ass

In microbiology it is common to assess bacteria by their ability to metabolize certain compounds. Bacteria are grown on particular indicator media, and if the bacterial cells are capable of metabolizing a compound in the media, the media will change to a different color. Because bacterial morphologies tend to be very simple and indistinguishable between species, such tests are important to allow bacteria to be characterized and identified by other means.

In some cases, however, the bacteria themselves may change color. Although relatively few, there are some species which may produce pigments in response to particular environmental stimuli. For example, some photoautotrophic purple bacteria produce photoactive pigments only in anaerobic or microaerophilic conditions, but remain unpigmented under oxygen-replete conditions. This color change is clearly linked to changes in the environmental conditions, as the cells alter their metabolic strategy depending on the availability of oxygen.

An even more striking example is found in the bacterium Serratia marcescens. As you have observed, this bacterium produces a bright red pigment (which historically has even been mistaken for blood) when grown at temperatures below 35-37C, but does not produce this pigment at higher temperatures, resulting in a pale off-white color. Moreover, it has further been observed that the intensity of this pigment per cell is greater when the bacteria are grown at higher densities, and growth in nutrient-poor media reduces the intensity, regardless of population density. Whereas in the case of photoautotrophic bacteria the production of a pigment is easily explained by its role in photosynthesis, the production of an apparently superfluous pigment in Serratia is less easily attributed to any metabolic purpose.

It is currently thought that the pigment produced by Serratia, called prodigiosin, does not have any direct function, but rather is simply a byproduct of other processes. The relationship between cell density and pigment production has led some scientists to propose that this pigment is a secondary metabolite associated with "quorum sensing" gene expression patterns. Quorum sensing is a means by which bacterial cells communicate. Each cell releases signaling molecules into the environment, which other cells of the same species can detect. As the density of the population increases, so does the abundance of the signaling molecules. These signaling molecules in turn regulate gene expression in such a way that when a certain abundance of signaling molecules (and thus cells) exists, the cells alter their gene expression to change their metabolic strategy accordingly. This allows bacterial populations to maximize their efficiency in dealing with a rapidly changing environment, potentially even cooperatively coordinating their metabolic processes. In this model, as the Serratia, population size increases, their gene expression pattern changes accordingly. One of the consequences of this is that some new metabolic pathways are initiated, a byproduct of which is the prodigiosin pigment.

While this model may adequately explain the relationships between pigment intensity and population size as well as nutritional state, the change in pigment expression with temperature remains puzzling. Perhaps it is noteworthy that the optimal growth range for Serratia marcescens is 25-37C, and it is above this temperature range that pigment production ceases. It is possible that the loss of pigment is associated with mild temperature stress. Alternatively, it may be that temperature also plays a role in regulating the expression of the prodigiosin pathway, although some scientists assert that the evidence suggests the decreased pigmentation is a physiological rather than genetic response. Obviously more research is necessary before a satisfying answer will be found.

Incidentally, Haddix and Werner (2000) used these properties of Serratia marcescens to propose classroom experiments which illustrate changes in gene expression with environmental changes. The experiments they propose seem interesting, educational, and fairly straightforward. Their paper can be seen and downloaded at
http://papa.indstate.edu/amcbt/volume_26/v26-4p3-13.pdf.

Results (Indonesian) 1:

Dalam Mikrobiologi itu umum untuk menilai bakteri dengan kemampuan mereka untuk memetabolisme senyawa tertentu. Bakteri tumbuh pada media indikator tertentu, dan jika sel-sel bakteri mampu metabolisme senyawa di media, media akan berubah menjadi warna yang berbeda. Karena bakteri morfologi cenderung sangat sederhana dan dapat dibedakan antara spesies, tes tersebut penting untuk memungkinkan bakteri untuk ditandai dan mengidentifikasi dengan cara lain.Dalam beberapa kasus, bagaimanapun, bakteri sendiri dapat berubah warna. Meskipun relatif sedikit, ada beberapa spesies yang dapat menghasilkan pigmen dalam menanggapi rangsangan lingkungan tertentu. Sebagai contoh, beberapa bakteri ungu fototrof menghasilkan pigmen photoactive hanya dalam anaerobik atau mikroaerofilik kondisi, tetapi tetap tambahan di bawah kondisi oksigen-penuh. Perubahan warna ini jelas dikaitkan dengan perubahan kondisi lingkungan, seperti sel-sel mengubah strategi mereka metabolik tergantung ketersediaan oksigen. Contoh lebih mencolok ditemukan dalam bakteri Serratia marcescens. Seperti Anda telah mengamati, bakteri ini menghasilkan pigmen merah cerah (yang secara historis memiliki bahkan telah keliru untuk darah) ketika tumbuh pada suhu di bawah 35-37C, tapi tidak menghasilkan pigmen ini pada suhu tinggi, mengakibatkan off-warna pucat. Selain itu, lebih lanjut telah diamati bahwa intensitas pigmen ini per sel lebih besar ketika bakteri tumbuh di lebih tinggi kepadatan, dan pertumbuhan dalam gizi-miskin media mengurangi intensitas, terlepas dari kepadatan penduduk. Sedangkan dalam kasus bakteri fototrof produksi pigmen mudah diterangkan oleh perannya dalam fotosintesis, produksi pigmen rupanya berlebihan dalam Serratia kurang mudah dikaitkan dengan tujuan metabolik.Saat ini diperkirakan bahwa pigmen yang dihasilkan oleh Serratia, disebut prodigiosin, tidak memiliki fungsi apapun langsung, tetapi sebaliknya adalah hanya produk sampingan dari proses lain. Hubungan antara sel kepadatan dan produksi pigmen telah menyebabkan beberapa ilmuwan untuk mengusulkan bahwa pigmen ini adalah Metabolit sekunder yang terkait dengan "penginderaan kuorum" pola ekspresi gen. Kuorum penginderaan adalah cara dengan mana sel-sel bakteri berkomunikasi. Setiap sel rilis molekul pemberi sinyal ke lingkungan, yang dapat mendeteksi sel-sel lain dari spesies yang sama. Seperti kepadatan penduduk meningkat, jadi tidak kelimpahan molekul pemberi sinyal. Ini menandakan molekul pada gilirannya mengatur ekspresi gen sedemikian rupa bahwa ketika ada tertentu kelimpahan menandakan molekul (dan dengan demikian sel-sel), sel-sel mengubah ekspresi gen mereka untuk mengubah strategi metabolisme mereka sesuai. Hal ini memungkinkan bakteri populasi untuk memaksimalkan efisiensi mereka dalam menangani lingkungan yang berubah dengan cepat, berpotensi bahkan sama koordinasi proses metabolisme mereka. Dalam model ini, sebagai Serratia, ukuran populasi meningkat, perubahan pola ekspresi gen mereka sesuai. Salah satu konsekuensi dari hal ini adalah bahwa beberapa cara metabolik baru dimulai, produk sampingan yang adalah pigmen prodigiosin. Walaupun model ini mungkin cukup menjelaskan hubungan antara pigmen intensitas dan ukuran populasi serta status gizi, perubahan pigmen ekspresi dengan suhu masih membingungkan. Mungkin itu penting bahwa kisaran pertumbuhan optimal untuk Serratia marcescens adalah 25-37C, dan di atas kisaran suhu ini berhenti produksi pigmen. Ada kemungkinan hilangnya pigmen berhubungan dengan stres suhunya yang sedang. Atau, mungkin bahwa suhu juga memainkan peran dalam mengatur ekspresi jalur prodigiosin, meskipun beberapa ilmuwan menyatakan bahwa bukti-bukti menunjukkan penurunan pigmentasi adalah respons fisiologis daripada genetik. Jelas lebih banyak penelitian diperlukan sebelum jawaban yang memuaskan akan ditemukan.Kebetulan, Haddix dan Werner (2000) digunakan ini sifat Serratia marcescens mengusulkan eksperimen kelas yang menggambarkan perubahan ekspresi gen dengan perubahan lingkungan. Percobaan mereka mengusulkan tampak menarik, pendidikan, dan cukup mudah. Kertas mereka dapat dilihat dan di-download di http://Papa.indstate.edu/amcbt/volume_26/v26-4p3-13.pdf.

Results (Indonesian) 2:

Dalam mikrobiologi itu adalah umum untuk menilai bakteri dengan kemampuan mereka untuk metabolisme senyawa tertentu. Bakteri tumbuh pada media indikator tertentu, dan jika sel-sel bakteri mampu metabolisme senyawa dalam media, media akan berubah menjadi warna yang berbeda. Karena morfologi bakteri cenderung sangat sederhana dan tidak bisa dibedakan antara spesies, tes tersebut penting untuk memungkinkan bakteri akan ditandai dan diidentifikasi dengan cara lain.

Dalam beberapa kasus, bagaimanapun, bakteri sendiri dapat berubah warna. Meskipun relatif sedikit, ada beberapa spesies yang dapat menghasilkan pigmen dalam menanggapi rangsangan lingkungan tertentu. Sebagai contoh, beberapa bakteri ungu fotoautotropik menghasilkan pigmen photoactive hanya dalam kondisi anaerob atau mikroaerofilik, tapi tetap tidak berpigmen dalam kondisi oksigen-dilengkapi. Perubahan warna ini jelas terkait dengan perubahan kondisi lingkungan, seperti sel-sel mengubah strategi metabolisme mereka tergantung pada ketersediaan oksigen.

Contoh yang lebih mencolok ditemukan dalam bakteri Serratia marcescens. Seperti yang telah Anda amati, bakteri ini menghasilkan pigmen merah terang (yang secara historis bahkan telah keliru untuk darah) ketika tumbuh pada suhu di bawah 35-37C, tetapi tidak menghasilkan pigmen ini pada suhu yang lebih tinggi, sehingga warna off-white pucat. Selain itu, telah lebih jauh telah mengamati bahwa intensitas pigmen ini per sel lebih besar ketika bakteri tumbuh dengan kepadatan tinggi, dan pertumbuhan media miskin hara mengurangi intensitas, terlepas dari kepadatan penduduk. Sedangkan dalam kasus bakteri fotoautotropik produksi pigmen mudah dijelaskan oleh perannya dalam fotosintesis, produksi pigmen tampaknya berlebihan di Serratia kurang mudah dikaitkan dengan tujuan metabolik apapun.

Saat ini berpikir bahwa pigmen yang diproduksi oleh Serratia, disebut prodigiosin, tidak memiliki fungsi langsung, melainkan hanyalah sebuah produk sampingan dari proses lainnya. Hubungan antara densitas sel dan pigmen produksi telah menyebabkan beberapa ilmuwan mengusulkan bahwa pigmen ini adalah metabolit sekunder yang terkait dengan "quorum sensing" pola ekspresi gen. Quorum sensing adalah sarana yang sel bakteri berkomunikasi. Setiap rilis sel molekul sinyal ke dalam lingkungan, yang sel-sel lain dari spesies yang sama dapat mendeteksi. Sebagai kepadatan populasi meningkat, demikian juga kelimpahan molekul sinyal. Molekul-molekul sinyal pada gilirannya mengatur ekspresi gen sedemikian rupa bahwa ketika kelimpahan tertentu molekul sinyal (dan dengan demikian sel) ada, sel-sel mengubah ekspresi gen mereka untuk mengubah strategi metabolisme mereka sesuai. Hal ini memungkinkan populasi bakteri untuk memaksimalkan efisiensi mereka dalam berurusan dengan lingkungan yang cepat berubah, bahkan berpotensi kooperatif mengkoordinasikan proses metabolisme mereka. Dalam model ini, sebagai Serratia, ukuran populasi meningkat, pola ekspresi gen mereka berubah sesuai. Salah satu konsekuensi dari ini adalah bahwa beberapa jalur metabolisme baru dimulai, produk sampingan dari yang merupakan pigmen prodigiosin.

Sementara model ini mungkin cukup menjelaskan hubungan antara intensitas pigmen dan ukuran populasi serta status gizi, perubahan ekspresi pigmen dengan suhu tetap membingungkan. Mungkin perlu dicatat bahwa kisaran pertumbuhan optimal untuk Serratia marcescens adalah 25-37C, dan itu adalah di atas kisaran suhu ini yang berhenti produksi pigmen. Ada kemungkinan bahwa hilangnya pigmen dikaitkan dengan stres suhu ringan. Atau, mungkin bahwa suhu juga berperan dalam mengatur ekspresi dari jalur prodigiosin, meskipun beberapa ilmuwan menyatakan bahwa bukti menunjukkan pigmentasi menurun adalah fisiologis daripada respon genetik. Penelitian jelas lebih diperlukan sebelum jawaban yang memuaskan akan ditemukan.

Kebetulan, Haddix dan Werner (2000) digunakan sifat dari Serratia marcescens untuk mengusulkan eksperimen kelas yang menggambarkan perubahan dalam ekspresi gen dengan perubahan lingkungan. Percobaan mereka mengusulkan tampak menarik, pendidikan, dan cukup mudah. Makalah mereka dapat dilihat dan diunduh di
http://papa.indstate.edu/amcbt/volume_26/v26-4p3-13.pdf.