TlNJAUAN PUSTAKA
Escherichia coli Enteropatogen
E. coli merupakan bakteri Gram negatii berbentuk batang yang bersifat anaerobik fakultatif. Menurut Holt et
a/.
(1994), E. coli memiliki kemampuan untuk memfermentasi laktosa, memberikan reaksi indol positif. metil positif, uji Voges-Proskauer negatif, dan tidak dapat menggunakan sitrat sebagai satu- satunya sumber karbon.E.
coli merupakan flora normal pada saluran pencernaan hewan berdarah panas dan manusia, namun beberapa di antaranya bersifat patogen.lnfeksi yang disebabkan oleh E. cdi yang bersifat patogen dapat terjadi pada permukaan mukosa atau menyebar luas ke seluruh tubuh. Keberadaan galur-galur E. coli tersebut dapat menyebabkan tiga macam infeksi, yaitu infeksi saluran kemih, meningitis, dan infeksi saluran pencernaan (diare). Berdasarkan patogenisitasnya, E. coli penyebab diare terdiri atas lima kelompok, yalu enterupthogenic E.
coli
(EPEC), enterohemonhagic E. coli (EHEC), enteruaggegative E. coli (EAEC), enterntoxigenicE.
coli (ETEC), dan enteroinvasive E. coli (EIEC). EPEC merupakan penyebab utama diare pada anak-anak di negara yang sedang berkembang (Nataro 8, Kaper 1998).Diare merupakan salah satu penyakit infeksi dengan tanda-tanda adanya perubahan bentuk dan konsistensi tinja (melembek sampai mencair)
serta
bertambahnya frekuensi buang air besar dari biasanya (3 kali atau lebih dalam sehari). Penyakii diare masih sering menimbulkan KLB dengan jumlah penderita yang banyak dabm waktu yang singkat (RSPI-SS 2005). Berdasarkan hasil pemeriksaan laboratorium, diketahui bahwa penyebab KLB diire yang terjadi di Tangerang (jumlah penderita mencapai 1256 orang) adalah bakteri patogen yang mencernari sumber air dan mengontaminasi makanan penduduk (Harian KOMPAS 2005). Budiarti (1997. diacu dalam Budiarti eta/.
1999) melaporkan bahwa galur-galur EPEC yang diisolasi dari anak-anak penderita diare (55%) di Indonesia bersifat resisten terhadap antibiotik berspektrum luas seperii tetrasiklin, ampisilin, dan kloramfenikol.SaJah
satu contoh galur EPEC yang resisten tefhadap antibiotik tersebut adalah EPEC K1 .I.Antibiotik
p-laktam dan $-hktamaseAntibiotik merupakan produk metabolit sekunder yang dihasilkan oleh kelompok mikroorganisrne tertentu, memilii berat molekul rendah, clan pada konsentrasi yang sangat rendah dapat membunuh atau menghambat pertumbuhan mikroorganisme lain. Mikroorganisme penghasil antibiotik di antaranya adalah Streptomyw, Baci/lus, dan cendawan belfbmen. Antibiotik bekeja secara tepat pada bagian tertentu dari sel, misalnya pada dinding sel, membran sitoplasma atau piranti sintesis protein, atau bahkan enzim-erujm yang terlibat dalam sintesis asam nukleat. Efek toksik yang dimbulkan oleh antibiotik terhadap bakteri berbeda dengan efek yang timbul pada manusia maupun hewan, hal inilah yang menjadi alasan digunakannya antibiotik untuk pengobatan penyakit (Singleton 1999; Todar 2002).
Berdasarkan struktur kimianya, $-laktarn merupakan antibiotik kelompok asam amino-peptida (Madigan et a/. 2000), memiliki struktur cincin yang mengandung nitrogen, disebut cincin 8-laktam (Gambar 1). Penisilin dan sefalosporin adalah contoh antibiotik $-laldam yang dihasilkan oleh Penici/Iium dan Cephalosporium, sedangkan karbapenem, klavam, dan monobaktarn adalah
antibiotik $-laktam yang dihasilkan oleh bakteri (Singleton 1999).
Gambar 1 Rumus bangun antibiotik $-laktam (Rollins & Joseph 2000)
Antibiotik 8-hktam merupakan salah satu antibiotik yang paling sering digunakan sebagai agen antimikrob. Hal ini disebabkan karena antibiotik ini memiliki selektivitas yang tinggi dan toksisitas yang rendah terhadap sel inang (Cole & Nicolas 1986). Enzim ini akan berikatan dan menghambat enzim karboksipeptidase dan transpeptidase yang diperlukan dalam tahap akhir sintesis peptidoglikan (Todar 2002).
p-laktam merupakan antibiotik yang palrng banyak d~unakan dalam dunia medis. Penggunaan antibiotik $-laktam menimbulkan masakh resistensi yang cukup tinggi pada antibotik p-laktam sehingga pencarian anggota baru antibiotik p-laktam terus dikembangkan. Resistensi terhadap antibiotik p-laktarn sering terjadi disebabkan oleh keberadaan enzim p-laktamase, namun mutasi pada penicillin-binding proteins (PBPs, suatu enzim yang terlibat dalam sintesis peptidoglikan) menyebabkan berkurangnya afinitas PBPs terhadap antibiik
P-
laktam juga dapat terjadi (Fluit etal.
2001).Enzim p-laktamase menginaktifkan antibiotik p-laktam dengan cara menghidrolisis
cincin
p-laktam sehingga dihasilkan produk yang inaktii, yaitu asam penisiloat (Gambar 2). Berdasarkan sekuen nukleotidanya, p-laktamase dikelompokkan ke dalam 4 kelas, yaitu kelas A,B.
C, dan D. Enzim kelas A, C, dan, D memiliki asam amino serin pada sisi aktifnya, sedangkan kelas B memiliki 4 atom zinc pada sisi aktifnya (Livermore 1995).peridh phaaMmphofe pe-arld pdloic add
Gambar 2 Kerja enzim p-laktamase terhadap antibiotik p-iaktam (Patrikc 1998) Enzim p-laktamase ditemukan
secara luas
baik pada W e n Gram positif maupunGram
negatii (Livermore 1995). Enzim ini diketahui merupakan penyebab resistensi terhadap p-laktarn pada banyak M e n patogen, namun juga dihasilkan oleh bakteti nonpatogen. p-laktamase yang mampu menghidrolisis penisilin pertarna kali diisolasi dari E.cdi
(Abraham & Chain 1940, diacu dalam Bradford 2001). Lawung et a/. (2001) melaporkan bahwap-
laktamase yang dihasilkan oleh HaemophJus d u m M mampu menghidrolisis beberapa antibiotik plaktam di antaranya: ampisilin, benzilpenisilin, karbenisilin. nitrosefin, sefalotin, sefaloridin, dan sefoperazon. Bradford (2001) juga melaporkan bahwa selain dihasilkan E. cdi, p-laktamasehpe
TEM-1 yang mampu menghidrofisis penisilin dan sefalosporin juga dihasilkan oleh Pseudomonas aetuginosa, H. influenzae, d m Neissena g o n h o e a e mampumenghirolisis penisilin dan sefalosporin. 6-laktamase juga dihasilkan oleh Streptomyces secara konstitutif. Ogawara ef
d.
(1978) melaporkan bahwa dari hasil kajian yang dilakukannya diperoleh beberapa galur Shptomyces spp. yang memiliki aktivitas p-laktarnase di antaranya: S.albus,
S. ~statochmogenes, S. fradiae, dan S. lavsnclulae. Deak et a/. (1998) juga melaporkan bahwa S. griseos menghasilkan 6-lakiamase ektraseluler yang terikat membran. Gen yang menyandi resistensi terhadap plaktam dapat dimukan pada plasmid, kromosom bakteri, dan transposon (Heritage etal. 1999; Flul etal. 2001). PadabaMeri
Gram positi, sebagian besar 0-laktamase disekresikan ke lingkungannya (ekstraseluler) dan beberapa melekat pada membran sitoplasrna. Sebaliknya, pada bakteri Gram negahf sebagian besar enzim disekresikan ke ruang periplasma, namun beberapa juga bersifat ekstraseluler (Livenore 1995).Senyawa Penghambat
$-hktamase
dari SlrepiomycesStreptomyces merupakan bakteri tanah Gram positif termasuk ke
dalam
kelompok aktinomisetes. Hia vegetatif bakteri ini berdiimeter 0.5-2.0 pm,spora
nonmotii, dan menghasilkanberbagai
macam pigmen yang terlihatpada
miselium vegetatii dan aerialnya. Dinding selnya tenusun oleh sejumhhbesar
asam L-diaminopimelat. Streptomyces adalah bakteri aerob, kemoorganotrof. memberikan reaksi katalase positii, dan umumnya mampu mereduksi nitrat menjadi nitrit (Hol efa/.
1994).Streptomyces dan
beberapa
genus kelompok aktinomket lainnya dikenal sebagai bakteri penghasil antibiotik, karena dari 10000 antibiotik yang telah ditemukan,2/3
nya dihdkan oleh bakteri ini (Miyadoh BOtoguro
2004). Streptomyces memiliki siklus hidup yang kompleks dan mampu menghasilkan berbagai senyawa metaboli sekunder, enzim, dan i n h i o r enzim. Sebagai contoh, S. clavukgems mampu menghasilkan senyawa plaktamseperti
antibiotik, antiiungal, dan senyawa penghambat p-laktam (Thai eta/.
2001). Disamping menghasilkan antibiotik penisilin N dan sepamisin C, S. clavuligenis juga menghasilkan asam klavulanat (Reading 8 Cole 1977) dan BLIP (Doran at al. 1990; Kim & Lee 1994) yang terbukti memiliki aktivitas penghambatan terhadap sejumlah plaktamase.Masalah resistensi terhadap a n t i b i k $-laktam sernakin cepat berkembang seiring dengan dihasilkannya enzim $-laktamase yang semakin I U ~ S spektrum aktivitasnya. Untuk mengatasi masalah resistensi tersebut, dilakukan upaya pencarian metaboli-metaboli dari mikroba yang mampu menghambat aktivitas $-laktamase, seperti asam klavulanat (Reading 8 Cole 1977), asam olivanat (Park & Lee 1998 ), dan tinamisin (Kahan et al. 1979, diacu dalam Park 8
Lee
1998) yang telah digunakan secara klinis. Wahyuni (2006) melaporkan bahwa asam klavulanat yang diisolasi dari filtrat kultur Streptomyces sp. IVNFI-1 menunjukkan aktivitas penghambatan terhadap p-laktamase dari EPEC K1.l yang resisten ampisilin.
Selain metaboli-metabolit tersebut di atas, beberapa peneliii juga berhasil menemukan protein yang mampu menghambat aktivitas $-laktamase. Protein yang memiliki aktivitas pengharnbatan terhadap B-laktamase Staphylococcus aueus berhasil diisolasi dari filtrat kultur Strepfomyces gedaensis (Park & Lee 1998). Protein lain (BLIP) yang juga mampu menghambat berbagai plaktamase berhasil dikarakterisasi dari filtral kultur S. clavuligems dengan berat molekul berkisar 17.5 kDa (Doran et a/. 1990). Dua protein penghambat $-bktarnase lainnya (BLIP-I dan BLIP-11) yang dihasilkan oleh S. exfoiatus SMF19 juga berhasil dikarakterisasi oleh Kim 8 Lee (1994). BLIP-II dari S. exrolatus berukuran lebih besar daripada BLlP S. clavuligems, yaitu 33
kDa.
Gen yang menyandi BLIP-II (blB) telah diklon dan disekuen, namun dari perkiraan sekuen asam aminonya BLIP-I1 tidak memperlihatkan kemiripan dengan BLIP dari S. davuligems (Park & Lee 1998). Sebaliknya, gen yang menyandi BLIP-I (M) juga berhasil diklon dan disekuen, hasilnya menunjukkan bahwa BLIP-I memiliki kemiripan ukuran (17.5 kDa) dan sekuen dengan BLlP dari S. davulige~s (Kang eta/. 2000).Frewari (1999) melaporkan bahwa peptida antimikrob yang diiiolasi dari Streptomyces sp. isolat indigenus (IR-1 dan IR-5) mampu menghambat pertumbuhan bakteri target E. coli ATCC 25922 dan S. aureus ATCC 25923 Desriani (2004) juga melaporkan bahwa dari hasil penapisan terhadap 39 Strepomyces spp.
