BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Bakteri Asam Laktat ( BAL)
Bakteri asam laktat (BAL) adalah kelompo tidak membent menghasilkan memiliki kemampuan untuk memfermentasi gula menjadi asam laktat.
Berdasarkan tipe fermentasi, bakteri asam laktat terbagi menjadi homofermentatif dan heterofermentatif. Kelompok homofermentatif menghasilkan asam laktat sebagai produk utama dari fermentasi gula, sedangkan kelompok heterofermentatif menghasilkan asam laktat dan senyawa lain yaitu CO2, etanol,
asetaldehid, dan diasetil (Widyastuti, 1999). Berdasarkan taksonomi terdapat sekitar 20 genus bakteri yang termasuk BAL. Beberapa BAL yang sering digunakan dalam pengolahan pangan ial
sebagai biopreservatif dicapai dengan efek penghambatan terhadap mikroorganisme patogen yang berbahaya (Savadogo et al., 2006).
Mikroba dalam kehidupannya membutuhkan makronutrien dan mikronutrien. Salah satu makronutrien yang dibutuhkan. adalah sumber karbon yang berguna untuk tumbuh, berkembang biak, sumber energi dan sebagai cadangan makanan. Jenis dan jumlah sumber karbon sangat mempengaruhi pertumbuhan bakteri yang secara tidak langsung mempengaruhi sintesa metabolit sekunder. Metabolit sekunder adalah senyawa yang disintesa oleh suatu
organisme, tidak untuk memenuhi kebutuhan primernya seperti tumbuh dan berkembang melainkan untuk mempertahankan eksistensinya dalam berinteraksi dengan lingkungannya (Griffin, 1991).
Antibakteri merupakan suatu zat atau komponen yang dapat menghambat pertumbuhan bakteri atau kapang (bakteristatik atau fungistatik) atau membunuh bakteri atau kapang (bakterisidal atau fungisidal) (Ardiansyah, 2007). Bakteriosin adalah antibakteri berupa protein kelompok heterogen yang berbeda dalam spektrum aktivitas, pola kerja, berat molekul, asal genetik, dan sifat biokimia (Galvez et al., 2006). Bakteriosin umumnya dihasilkan oleh BAL, yang memproduksi asam laktat sebagai produk utama metabolisme. Asam laktat memiliki kemampuan menghambat pertumbuhan bakteri dalam makanan, sehingga meningkatkan keamanan dan daya simpan pangan (Usmiati dan Mawarti, 2007).
Pengujian bakteriosin dapat menggunakan metode cakram, dengan indikator terdapat zona hambat di sekitar cakram. Diameter zona hambat yang terbentuk dapat berupa diameter zona bening di sekeliling cakram yang menunjukkan sifat bakterisidal (membunuh bakteri) maupun diameter zona semu yang merupakan sifat bakteriostatik (menghambat pertumbuhan bakteri).
dekat namun terdapat pula beberapa jenis bakteriosin dapat menunjukkan spektrum yang lebih luas (Jimenez-diaz, 1993).
Saat ini bakteriosin sudah mulai diterapkan sebagai salah satu biopreservatif karena bersifat alami dan tidak menyebabkan efek negatif.
Molekul protein bakteriosin mengalami degradasi oleh enzim proteolitik dalam pencernaan manusia sehingga tidak membahayakan. Bakteriosin memiliki kemampuan menghambat bakteri perusak dan patogen, serta tidak meninggalkan residu yang menimbulkan efek negatif pada manusia (Usmiati dan Mawarti,
2007).
Mekanisme aktivitas bakterisidal dari bakteriosin secara umum sebagai berikut (1) molekul bakteriosin mengalami kontak langsung dengan membran sel;
(2) proses kontak ini mengganggu potensial membran berupa destabilisasi depolasrisasi membran sitoplasma, sehingga sel tidak mampu bertahan. Ketidakstabilan membran memberikan dampak pembentukan lubang atau pori pada membran sel melalui proses gangguan terhadap proton motive force (PMF) (Gonzalez et al.,1996).
BAL memproduksi hidrogen peroksida dibawah kondisi pertumbuhan aerob dan berkurangnya katalase selular, pseudokatalase atau peroksidase. Bakteri asam laktat mengekskresikan H2O2 tersebut sebagai alat pelindung diri yang mampu bersifat bakteriostatik maupun bakterisidal. Hidrogen peroksida merupakan salah satu agen pengoksidasi yang kuat dan dapat dijadikan sebagai zat antimikroba melawan bakteri, fungi bahkan virus (Ray and Bhunia, 2008). Lactobacillus dapat menghasilkan H2O2 akibat adanya oksigen dan berfungsi sebagai antibakteri yang dapat menyebabkan adanya daya hambat terhadap pertumbuhan mikroorganisme lain. Lactobacillus juga mempunyai kemampuan untuk menghasilkan antibiotik yang disebut bakteriosin (Suriawiria, 1995). Selain
aktivitas bakteri asam laktat terhadap patogen pada ikan Turbot (Vazquez et al.,2005).
Efek bakterisidal dari asam laktat berkaitan dengan penurunan pH lingkungan menjadi 3 sampai 4,5 sehingga pertumbuhan bakteri patogen akan terhambat (Amin dan Leksono, 2001). Pada umunya mikroorganisme dapat tumbuh pada kisaran pH 6-8 (Buckle et al., 1987). Pertumbuhan bakteri ini dapat menyebabkan gangguan terhadap bakteri patogen (Bromberg et al., 2004). Produki substansi penghambat dari BAL dipengaruhi oleh media pertumbuhan,
pH, dan temperature lingkungan (Ahn dan Stiles, 1990).
2.2. Mycobacteriosis
Mycobacteriosis adalah penyakit ikan yang disebabkan dari genus
Mycobacterium yang sangat banyak tersebar di alam. Infeksi Mycobacterium
dapat menjadi lebih serius disaat sistem kekebalan tubuhnya menurun, faktor usia, dan tingkat stress (Hall-Stoodley, 1998). Mycobacterium ialah gram positif, bakteri berbentuk batang panjang, nonmotile, aerob, bervirulensi rendah, tidak membentuk spora, dan memiliki selubung lipofilik (asam mikolat) yang menyebabkan selnya resisten terhadap pewarnaan asam alkohol (tahan asam) dan zat bakterisidal (Gawkrodger et al., 1998). Asam mikolat merupakan pengganti asam lemak hiroksi yang terdapat pada Mycobacterium sebagai ester yang terikat pada polisakarida dinding sel dan sebagai komponen glikolipid yang bebas (Gawkrodger et al., 1998).
Genus Mycobacterium terdiri atas 95 spesies, meliputi organisme patogen pada manusia dan hewan vertebrata, sebagian besar berupa organisme komensal dan saprofit di alam bebas (Dodiuk-Gad R, et al., 2007; Gawkrodger et al.,1998). Terdapat sekitar 50 spesies Mycobacterium atipikal telah teridentifikasi namun
dalam dua kelompok berdasarkan potensi patogenitas dan kecepatan tumbuh ( Moschella SL & Cropley TG, 1992).
Infeksi nosokomial oleh M. fortuitum telah mengkontaminasi sumber-sumber air di rumah sakit. Kebanyakan infeksi M. fortuitum mengakibatkan abses, infeksi pasca operasi seperti sternotomy, luka infeksi katup prostetik endokarditis (Gauthier and Rhodes, 2009)
Tabel 2.2.1. Jenis-jenis Mycobacterium atipikal yang memiliki pertumbuhan lambat
( Slow growers )
Spesies Mycobacterium Infeksi
Mycobacterium avium
Mycobacterium genavense
Mycobacterium haemophilum
Mycobacterium intracellulare
Nycobacterium kansasii
Mycobacterium malmoense
Mycobacterium marinum
Mycobacterium scrofulaceum
Paru-paru Serviks
Lymphadenitis pada anak Bacteremia AIDS
Tenosynovitis
Bacteremia AIDS
Mycobacteriosis pada burung
Kulit Bacteremia Serviks Lymphadenitis
Paru-paru Tenosynovitis
Paru-paru Kulit
Bacteremia AIDS
Paru-paru Serviks Lymphadenitis Bacteremia
Kulit Bacteremia
Mycobacterium simiae
Mycobacterium ulcerans
Mycobacterium xenopi
Lymphadenitis pada anak Kulit
Bacteremia
Paru-paru Bacerema
Kulit
Paru-paru Bacteremia
Tabel 2.2.2 Jenis-jenis Mycobacterium atipikal yang memiliki pertumbuhan cepat ( Rapid Grows )
Spesies Mycobacterium Infeksi
Mycobacterium abscessus
Mycobacterium chelonae
Mycobacterium fortuitum
Paru-paru Otitis media Abses
Paru-paru Otitis media Peritonitis Bacteremia AIDS
Paru-paru Operasi Kateter
Bacteremia AIDS
Sharma et al., (1995) melaporkan gambaran atipikal borok kulit M. fortuitum pada ikan berupa pembengkakan yang bertambah besar dalam waktu
Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology (1986) yaitu gram postif, tidak
memiliki pigmen, tidak berkoloni photochromogenic, tidak tumbuh pada suhu 45 0
C, mereduksi nitrat, toleran terhadap NaCl (28 0C), positif pada malachite green 0,01 %, positif pada Pyronin B 0,01 %, positif pada asam pospatase, positif pada picrate 0,2 %.
M. fortuitum resisten terhadap asam, logam, desinfektan, dan beberapa
antibiotik (Falkinham, 2002). Beberapa spesies Mycobacterium yang rentan terhadap antibotik (Tabel 2.2.3). Pembentukan biofilm Mycobacterium mencapai
104–105 unit/cm2 ( Falkinham et al., 2001; Iivanainen et al., 1999). Dalam penelitian yang dilakukan Hall-Stoodley (1998) pembentukan biofilm M. fortuitum mencapai 106 selama 2 jam pada suhu 37 0
Tabel 2.2.3 Jenis-jenis antibiotik yang digunakan dalam terapi infeksi Mycobacterium
C pada permukaan silikon. Hal ini disebabkan oleh tingkat hidrofobisitas dan tingkat resistensi terhadap logam yang menjadi pemacu dalam pembentukan biofilm.
Kanamycin
Obat antituberkulosis biasa b
+ berpengaruh
Sendiri atau dalam kombinasi dengan ciprofloxacin atau rifampicin
- Tidak berpengaruh
Terapi antibiotik pada umumnya hanya akan membunuh sel-sel bakteri planktonik di luar biofilm sedang bentuk bakteri yang tersusun rapat dalam biofilm akan tetap hidup dan berkembang serta akan melepaskan bentuk sel-sel planktonik keluar dari formasi biofilm. Demikian juga terhadap sistem kekebalan inang di mana formasi biofilm mampu melindungi bakteri di dalamnya dari efektor-efektor sistem immun inangnya (Davey and O. toole, 2000; Melchior et al., 2006).
2.3. Biofilm
Biofilm adalah produk akhir penempelan bakteri yang oleh Characklis dan Marshall (1990) defenisikan sebagai sel-sel mikroorganisme yang teramobilisasi pada substrat dan terperangkap di dalam polimer ekstraseluler yang diproduksi oleh mikroorganisme tersebut. ZoBell (1943) dalam laporannya menyebutkan bahwa ada dua jenis interaksi antara bakteri dan permukaan yang ditempelinya
Telah diketahui bahwa bakteri yang mampu memproduksi biofilm berhubungan dengan penyakit infeksi yang kronis menyebabkan penyakit pada manusia dan mampu membentuk biofilm seperti pada S. aureus, Staphylococcus epidermidis (penyebab infeksi nosokomial), E. coli (prostatitis bakterial, infeksi
saluran empedu), Streptococcus spp. (caries gigi, periodontitis, endocarditis, meningitis, dan pneumonia) (Setiawan et al, 2012). Demikian pula telah diketahui bahwa beberapa streptococci dari grup mitis (Streptococcus mutan dan Streptococcus pneumonia) mampu membentuk biofilm (Varhimo et al., 2011).
2.4. Proses Pembentukan Biofilm Bakteri
Charaklis (1990) menyatakan bahwa tahapan-tahapan pembentukan biofilm bakteri tersebut meliputi : (1) adsorpsi molekul organik yang merupakan tahapan conditioning pada permukaan padat. Senyawa organik yang teradsorpsi oleh permukaan dan mampu memodifikasi sifat permukaan adalah glikoprotein (Loef dan Neifof, 1975), (2) Transpor bakteri ke permukaan. Pada kondisi cairan tidak mengalir dan tenang (quiescent), transportasi bakteri ke permukaan padat tergantung pada gravitasi, sedimentasi, gerak acak Brown serta motilitas (Stanley, 1983), (3) Adsorpsi bakteri ke permukaan. Teori Derjaquin-Landau-Verwey-Overbeck menyebutkan bahwa makin dekatnya jarak antara permukaan dan bakteri, maka kekuatan tarik-menarik akan menjadi dominan yang didukung oleh adanya struktur diluar sel seperti adanya polimer ekstraseluler (Oliveira,1992). Ikatan antara keduanya bisa bersifat dipole-dipole, ion-dipole, interaksi hidrofobik, ikatan ionik, maupun ikatan hidrogen (Charaklis, 1990; Denyer et al,1993), (4) Lepasnya sel yang menempel menuju fase cair (Detachment awal).
morfologi sel bakteri, misalnya terjadinya rounding sel (sel menjadi berbentuk bulat) dan dwarfing (mengecilnya ukuran dan volume) (Dawson et al,1981). Pada umumnya pertumbuhan bakteri diikuti dengan produksi polimer yang diduga merupakan polisakarida ekstraseluler (PE) sehingga biofilm terakumulasi. Nichols et al. (1989) menemukan bahwa sel biofilm P.aeruginosa, baik yang memiliki PE banyak ataupun tidak, memiliki ketahanan seribu kali lebih besar terhadap antibiotik tobramycin daripada sel planktoniknya, (6) Akumulasi biofilm. Jika sel bakteri tumbuh dan membentuk PE serta menarik bakteri lainnya untuk bergabung dengan kelompok yang sudah menempel maka bisa terakumulasi
sel biofilm yang terdiri dari beberapa lapisan. Bakteri yang berada di bagian dalam akan terlindung oleh lapisan yang lebih luar. Komunitas ini juga dapat memenuhi kebutuhan nutriennya sendiri karena sel yang mati dapat berfungsi sebagai nutrien bagi yang masih hidup, (7) Pelepasan sel biofilm (detachment).
Ada dua macam pelepasan sel yaitu erosi dan sloughing. Erosi terjadi secara merata, berkala dan terutama terjadi karena kekuatan geseran (shear force) cairan yang mengalir. Sloughing adalah pelepasan banyak sel yang terjadi secara acak karena adanya perubahan dalam medium pertumbuhan.
Kamaliah (2000) melaporkan adanya kemampuan Enteropatogen Escherechia coli (EPEC) membentuk biofilm pada kaca. Sinyal-sinyal lingkungan
dalam pembentukan biofilm diduga dapat menginduksi kolonisasi bakteri. Pembentukan dan perkembangan biofilm tergantung dari komunikasi antar sel itu sendiri. Pelekatan suatu sel pada suatu permukaan merupakan hasil dari sinyal untuk menstimulasi gen pembentuk biofilm. Gen ini mengkode protein untuk mensintesis sinyal komunikasi antar sel dan memulai pembentukan polisakarida. Aktivitas ini dinamakan quorum sensing (Huang et al., 2011). Pada Streptococcus mutans ditemukan bahwa quorum sensing dimediasi oleh
Competence-Stimulating Peptide (CSP). Competence-Competence-Stimulating Peptide (CSP) memberikan
Beberapa faktor lain yang berperan dalam perlekatan bakteri antara lain adalah adanya interaksi hidrofobik, muatan bakteri, serta kekasaran permukaan. Menurut Hoot dan Zotolla (1995), interaksi hidrofobik akan mempengaruhi penempelan sel, dimana biofilm akan lebih mudah terbentuk bila interaksi hidrofobik semakin besar. Dari penelitian yang dilakukan oleh Denyer et al., (1993) pada Staphylococcus epidemirdis didapatkan adanya korelasi antara rendahnya muatan
