BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Bakteri merupakan salah satu makhluk hidup yang jumlahnya banyak disekitar kita. Bakteri pun berada di mana-mana. Di tempat yang paling dekat dengan kita pun juga terdapat bakteri contohnya saja tas, buku, pakaian, dan banyak hal lainnya. Maka dari itu bakteri merupakan penyebab penyakit yang cukup sering terjadi. Karena banyaknya manusia yang mengabaikan penyakit tersebut karena terkadang gejala awal yang diberikan ada gelaja awal yang biasa saja. Maka dari itu alangkah baiknya jika kita masyarakat dapat mengetahui bagaimana cara bakteri itu menginfeksi dan gejala-gejala apa yang akan diberikannya. Banyaknya manusia yang mulai tidak begitu peduli dengan gejala awal terjangkitnya bakteri salah satunya adalah pada saluran pencernaan. Saluran pencernaan adalah saluran yang sangat berperan dalam tubuh. Jika saluran pencernaan terganggu akan cukup mengganggu aktivitas tubuh saat itu. Tapi banyak masyarakat yang tidak peduli dengan penyakit yang ditimbulkan. Misalnya saja penyakit yang dapat ditimbulkan oleh bakteri ada diare, gejala awalnya ada kondisi perut yang tidak enak gejala awalnya cukup biasa tetapi jika terlalu didiamkan akan membuat kondisi itu menjadi akut dan fatal. Maka dari itu, bakteri merupakan penyebab penyakit yang cukup banyak pada saat ini. Pada dasarnya dari seluruh mikroorganisme yang ada di alam, hanya sebagian kecil saja yang merupakan patogen. Patogen adalah organisme atau mikroorganisme yang menyebabkan penyakit pada organisme lain. Kemampuan pathogen untuk menyebabkan penyakit disebut dengan patogenesis. Dan patogenesis disini adalah mekanisme infeksi dan mekanisme perkembangan penyakit. Infeksi adalah invasi inang oleh mikroba yang memperbanyak dan berasosiasi dengan jaringan inang. Infeksi berbeda dengan penyakit. Sebagaimana kita ketahui sebelumnya mikroorganisme adalah
1
organisme hidup yang berukuran mikroskopis sehingga tidak dapat dilihat dengan mata telanjang. Mikroorganisme dapat ditemukan disemua tempat yang memungkinkan terjadinya kehidupan, disegala lingkungan hidup manusia. Mereka ada di dalam tanah, di lingkungan akuatik, dan atmosfer ( udara ) serta makanan, dan karena beberapa hal mikroorganisme tersebut dapat masuk secara alami ke dalam tubuh manusia, tinggal menetap dalam tubuh manusia atau hanya bertempat tinggal sementara. Mikroorganisme ini dapat menguntungkan inangnya tetapi dalam kondisi tertentu dapat juga menimbulkan penyakit. 1.2 Skenario Bakteri patogen mampu menyebabkan penyakit. Bakteri dapat menyebabkan penyakit karena kemampuannya menyerang jaringan yang dikenal dengan istilah invasi dan kemampuan toksigenesis. Proses invasi melibatkan kolonisasi, produksi invasin, dan kemampuan mengatasi pertahanan host. Selanjutnya menghasilkan toksin, merusak sel, dan menyebabkan penyakit. 1.3 Rumusan Masalah Dari latar belakang dan scenario diatas, dapat dirumuskan beberapa masalah, antara lain sebagai berikut: 1. Bagaimana mekanisme patogenesis bakteri secara umum?
2.
Bagaimana mekanisme invasi? 3. Bagaimana mekanisme kolonisasi? 4. Apa saja macam-macam invasin yang diproduksi oleh bakteri? 5. Bagaimana mekanisme pertahanan host? 6. Apa saja macam-macam toksin yang dihasilkan oleh bakteri?
1.4 Tujuan Pembelajaran Dari beberapa hal diatas, tujuan pembelajaran yang ingin kami capai, antara lain sebagai berikut: 1. Menjelaskan patogenesis bakteri
2
2. Menjelaskan mekanisme invasi
a. Kolonisasi b. Produksi invasin c. Pertahanan host 3. Menjelaskan mekanisme toksigenesis
a. Macam-macam toksin
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1
Bakteri Bakteri (dari kata Latin bacterium; jamak: bacteria) adalah kelompok
organisme yang tidak memiliki membran inti sel. Organisme ini termasuk ke dalam domain prokariota dan berukuran sangat kecil (mikroskopik), serta memiliki peran besar dalam kehidupan di bumi. Beberapa kelompok bakteri dikenal sebagai agen penyebab infeksi dan penyakit, sedangkan kelompok lainnya dapat memberikan manfaat dibidang pangan, pengobatan, dan industri. Struktur sel bakteri relatif sederhana: tanpa nukleus/inti sel, kerangka sel, dan organelorganel lain seperti mitokondria dan kloroplas. Hal inilah yang menjadi dasar perbedaan antara sel prokariot dengan sel eukariot yang lebih kompleks. Bakteri dapat ditemukan di hampir semua tempat: di tanah, air, udara, dalam simbiosis dengan organisme lain maupun sebagai agen parasit (patogen), bahkan dalam tubuh manusia. Pada umumnya, bakteri berukuran 0,5-5 μm, tetapi ada bakteri tertentu yang dapat berdiameter hingga 700 μm, yaitu Thiomargarita. Mereka umumnya memiliki dinding sel, seperti sel tumbuhan dan jamur, tetapi dengan bahan pembentuk sangat berbeda (peptidoglikan). Beberapa jenis bakteri bersifat motil (mampu bergerak) dan mobilitasnya ini disebabkan oleh flagel. 2.2
Mekanisme Patogenesis Bakteri Patogenesis infeksi bakteri diawali permulaan proses infeksi hingga
mekanisme timbulnya tanda dan gejala penyakit. Patogenesis bakteri memiliki beberapa tahapan, antara lain: Adhesi, Kolonisasi, Invasi, dan Toksigenesis. Adhesi Adhesi merupakan proses bakteri menempel pada permukaan sel inang, pelekatan terjadi pada sel epitel. Adhesi bakteri ke permukaan sel inang memerlukan protein adhesin dimana adhesin dibagi menjadi 2 fimbrial dan
4
afimbrial. Adhesi fimbrial adalah struktur menyerupai rambut yang terdapat pada permukaan sel bakteri yang tersusun atas protein yang tersusun rapat dan memiliki bentuk silinder heliks. Mekanisme adhesi fili yaitu Fili bertindak sebagai ligan dan berikatan dengan reseptor yang terdapat pada permukaan sel host. Molekul adhesin afimbrial golongan berupa protein (polipeptida) dan polisakarida yg melekat pada membran sel bakteri. Polisakarida yg berperan dalam sel biasanya adalah penyusun membran sel seperti:glikolipid, glikoprotein, matriks ekstraseluler (fibronectin, collagen). Kolonisasi Kolonisasi merupakan proses dimana bakteri menempati dan bermultiplikasi pada suatu daerah tertentu dalam tubuh manusia. Kolonisasi berlangsung pada permukaan inang dengan proses- proses yang meliputi penetrasi kulit utuh, penetrasi lapisan musin, resistensi terhadap peptida antibakteri, penempelan, protease sIgA, mekanisme pengambilan besi. Invasi Invasi yaitu proses bakteri masuk ke dalam sel inang/jaringan dan menyebar ke seluruh tubuh, akses yang lebih mendalam dari bakteri supaya dapat memulai proses infeksi. Dibagi menjadi dua yaitu ekstraseluler dan intraseluler. Pada saat bakteri dalam tahap invasi, bakteri akan mengeluarkan suatu zat berupa enzim yang memfasilitasi peristiwa invasi yang disebut invasin. Invasi ini meliputi tahap - tahap yaitu mikroba menghasilkan enzim pendegradasi jaringan, mikroba menghasilkan protease IgA. Setelah invasi, mikroba mampu bertahan hidup dan berkembang biak dalam sel inang. Strategi pertahanan bakteri Bakteri ekstraseluler adalah bakteri yang dapat bereplikasi di luar sel, di dalam sirkulasi, di jaringan ikat ekstraseluler, dan di berbagai jaringan. Bakteri ekstraseluler biasanya mudah dihancurkan oleh sel fagosit. Pada keadaan tertentu bakteri ekstraseluler tidak dapat dihancurkan oleh sel fagosit karena adanya sintesis kapsul antifagosit, yaitu kapsul luar (outer capsule) yang mengakibatkan adesi yang tidak baik antara sel fagosit dengan bakteri. Selain itu, kapsul tersebut melindungi molekul karbohidrat pada permukaan bakteri yang seharusnya dapat
5
dikenali oleh reseptor fagosit. Dengan adanya kapsul ini, akses fagosit dan deposisi C3b pada dinding sel bakteri dapat dihambat. Beberapa organisme lain mengeluarkan eksotoksin yang meracuni leukosit. Strategi lainnya adalah dengan pengikatan bakteri ke permukaan sel non fagosit sehingga memperoleh perlindungan dari fungsi fagosit . Beberapa bakteri juga dapat mempercepat pemecahan komplemen melalui aksi produk mikrobial yang mengikat atau menghambat kerja regulator aktivasi komplemen. Bahkan beberapa spesies dapat menghindari lisis dengan cara mengalihkan lokasi aktivasi komplemen melalui sekresi protein umpan (decoy protein) atau posisi permukaan bakteri yang jauh dari membran sel. Beberapa organisme
Gram
positif
mempunyai
lapisan
peptidoglikan
tebal
yang
menghambat insersi komplek serangan membran C5b-9 pada membran sel bakteri. Bakteri intraseluler terbagi atas dua jenis, yaitu bakteri intraseluler fakultatif dan obligat. Bakteri intraseluler fakultatif adalah bakteri yang mudah difagositosis tetapi tidak dapat dihancurkan oleh sistem fagositosis. Bakteri intraseluler obligat adalah bakteri yang hanya dapat hidup dan berkembang biak di dalam sel hospes. Bakteri intraseluler memiliki kemampuan mempertahankan diri melalui tiga mekanisme, yaitu: 1. 2.
Menghambat fusi lisosom pada vakuola yang berisi bakteri. Lipid mikobakterial seperti lipoarabinomanan menghalangi
pembentukan
roi
(reactive
oxygen
intermediate)
seperti
anion
superoksida, radikal hidroksil dan hidrogen peroksida dan terjadinya respiratory burst. 3.
Menghindari perangkap fagosom dengan menggunakan lisin
sehingga tetap hidup bebas dalam sitoplasma makrofag dan terbebas dari proses pemusnahan selanjutnya. Toksigenesis Kemampuan suatu mikroorganisme untuk menghasilkan suatu toxin - suatu bahan yang memiliki efek merusak pada sel dan jaringan inang, dan potensi toxin
6
merupakan
faktor
penting
dalam
kemampuan
mikroorganisme
untuk
menyebabkan penyakit. Toxin yang dihasilkan oleh mikroorganisme dapat berupa exotoxin, toxin yang dikeluarkan ke sekeliling medium; atau endotoxin, toxin yang berada dalam sel sebagai bagian dari sel. Exotoxin dikeluarkan dari sel mikroba ke suatu medium kultur atau ke dalam sirkulasi atau jaringan inang. Exotoxin merupakan protein; yang dapat dihasilkan oleh bakteri Gram-positif dan Gram-negatif. Efeknya pada jaringan manusia biasanya sangat spesifik. Exotoxin biasanya mempunyai afinitas untuk suatu jaringan khusus dimana dia dapat menyebabkan kerusakan. Exotoxin kehilangan toxisitasnya jika dipanaskan atau diberi perlakuan secara kimia. Endotoxin. Beberapa mikroorganisme, khususnya bakteri Gram-negatif, tidak mengeluarkan suatu toxin terlarut, tetapi membuat suatu endotoxin yang dibebaskan ketika sel mengalami pembelahan, pecah dan mati. Endotoxin dari bakteri Gram-negatif merupakan komponen struktural membran luar dari dinding sel bakteri Gram-negatif. Komponen ini merupakan polisakarida (khususnya porsi A lipid). Endotoxin merupakan racun yang efektif pada tempat terikatnya ( ketika menjadi bagian dari dinding sel yang utuh) dan ketika dilepaskan sebagai produk lytik pada pembelahan sel. Dibandingkan dengan exotoxin , endotoxin lebih stabil terhadap pemanasan, tidak membentuk toxoid dan kurang toxik. Endotoxin bertanggung jawab untuk beberapa gejala penyakit seperti demam dan shock.
7
BAB III PEMBAHASAN 3.1
Mapping
3.2
Bakteri Bakteri merupakan organisme bersel-tunggal yang bereproduksi dengan cara
sederhana, yaitu dengan pembelahan biner. Sebagian besar hidup bebas dan mengandung informasi genetik dan memiliki sistem biosintetik dan penghasil – energi yang penting untuk pertumbuhan dan reproduksinya. Sejumlah bakteri, bersifat parasit intraseluler obligat contohnya Chlamydiae dan Rickettsiae. Dalam beberapa hal bakteri berbeda dari eukariot. Bakteri tidak memiliki ribosom 80S maupun organel bermembran, seperti nukleus, mitokondria, lisosom, retikulum endoplasma maupun badan golgi, bakteri tidak memiliki flagela fibril 9+2 atau struktur silia seperti pada sel eukariot. Bakteri memiliki ribosom 70S dan kromosom sirkuler tunggal (nukleoid) tanpa sampul yang disusun oleh asam deoksiribonukleat untai-ganda (DNA) yang bereplikasi secara amitosis. Jika terjadi pergerakan sering disebabkan adanya struktur flagela filamentunggal. Sejumlah bakteri memiliki mikrofibril eksternal (pili atau fimbria) yang berfungsi untuk menempel. Mycoplasma tidak memiliki dinding sel, sedangkan eubakteria lainnya menghasilkan struktur sampul dengan susunan senyawa kimianya mirip peptidoglikan dinding sel. Eubakteria yang berdinding sel dan 8
archaebakteria dapat berbentuk kokus (bola), basil (batang), batang melengkung atau spiral. Struktur kimia sampul eubakteria sering digunakan untuk membedakannya ke dalam kelompok bakteri Gram-positif, Gram-negatif, dan “acid-fast” (tahan-asam). 3.3
Patogenesis Bakteri Patogenesis merupakan kemampuan organisme untuk menimbulkan suatu
penyakit. Dalam menimbulkan penyakit, patogen harus bisa memasuki inang , bermetabolisme dan berkembang biak di dalam jaringan inang, menahan pertahanan tubuh inang dan merusak inang. Didalam patogenesis ini, bakteri patogen hanya berkoloni di satu tempat, namun mampu menyerang seluruh bagian tubuh inangnya. Ini dikarenakan bakteri mengeluarkan suatu zat racun yaitu toksin. Kemampuan suatu mikroorganisme patogenik untuk menyebabkan infeksi dipengaruhi tidak hanya oleh sifat mikroba itu sendiri, tetapi oleh kemampuan inang untuk menahan infeksi.
Proses patogenesis terdiri dari invasi (adhesi,
kolonisasi, produksi invasin dan pertahanan host) dan toksigenesis (menghasilkan toksin dan merusak sel atau jaringan). Bakteri merupakan organisme terbanyak. Terdapat ratusan ribu spesies, di darat, laut, dan tempat ekstrim. Bakteri merupakan Organisme uniseluler dan prokariot, serta tidak mempunyai klorofil, dan bentuknya mikroskopik. Bakteri ada yang menguntungkan dan ada yang merugikan. Mekanisme pathogenesis bakteri (merugikan) adlah sebagai berikut : Secara umum patogenesis bakteri adalah bakteri masuk ke tubuh inang melalui bermacam-macam cara, antara lain saluran pernafasan, saluran pencernaan, rongga mulut, kuku, dll. Setelah itu terjadi proses adhesi-kolonisasi. Pada proses ini bakteri menempel pada permukaan sel inang, perlekatan bakteri terjadi pada sel epitel. Pada proses ini, perlekatan bakteri ke sel permukaan sel inang memerlukan protein adhesin. Adhesin dibagi menjadi dua, yaitu fimbrial dan afimbrial. Adhesi fimbrial bertindak sebagai ligan dan berikatan dengan reseptor yang terdapat pada permukaan sel host. Fili sering dikenal sebagai antigen kolonisasi kerena peranannya sebagai alat penempelan pada sel lain.
9
Toksin yang dikeluarkan dari bakteri menyebabkan pengaruh negative terhadap sel iang dengan cara mengubah metabolisme normal inang tersebut. Toksin yang dihasilkan dibedakan menjadi 3 jenis yaitu endotoksin, eksotoksin, dan enterotoksin. Setelah proses adhesi-kolonisasi, bakteri mengalami proses invasi. Invasi merupakan proses bakteri masuk ke dalam sel inang dan menyebar ke seluruh tubuh, proses ini merupakan akses yang lebih dalam dari bakteri.Setelah invasi mikroba mampu bertahan hidup dan berkembang biak dalam sel inang. Dalam mempertahan hidup bakteri harus dapat bersaing untuk mendapat nutrisi. Setelah itu dapat mengakibatkan rusaknya jaringan dan organ-organ tubuh. 3.4
Mekanisme Patogenesis Bakteri menempel pada inang, kemudian bakteri akan mengeluarkan enzim
Hialuronidase untuk menembus jaringan, enzim Hialuronidase menembus sel inang dengan cara menghidrolisis asam hiarulonat, yaitu “semen jaringan” esensial untuk melekatkan bakteri ke sel inang. Setelah menempel di sel inang, dengan bantuan enzim ekstraseluler yaitu enzim lesitinase dan hemolisin akan melisiskan sel darah merah. Hemolisin merupakan substansi yang selain melisis sel-sel darah merah juga membebaskan hemoglobinnya. Setelah sel darah merah mengalami lisis atau rusak, bakteri juga akan merusak kolagen yang merupakan serabut jaringan yang banyak terdapat di otot dan tulang dengan bantuan enzim kolagenase. Setelah itu bersama activator dalam plasma enzim koagulase, mengubah fibrinogen menjadi fibrin dan kemudian menghasilkan endapan fibrin. Endapan fibrin digunakan untuk melindungi bakteri dari fagosit inang. Jika sel bakteri lebih kuat melawan pertahan sel inang maka terjadilah pagositosis bakteri. 3.4.1 Faktor virulensi yang berperan dalam kolonisasi Struktur permukaan (fimbria,
flagella, antigen kapsul, enzim, dan
komponen membran luar) penting dalam hal virulensi bakteri, terutama kemampuannya menempel, pembentukan koloni sebagai tahap awal infeksi. 3.4.2 Pergerakan bakteri
10
Adanya flagela pada permukaan bakteri patogenik dan oportunistik dianggap dapat memudahkan kolonisasi dan penyebaran dari tempat awal. Proteus basil ketika tumbuh dalam medium cair, sel bertingkah laku sebagai sel perenang (swimmer cell). Ketika dipindahkan ke medium padat, Proteus basil
mengalami morfogenesis menjadi sel berkerumun (‘swarming’) dan
berkerumun di atas medium padat. Pertumbuhan swarming kemudian menjadi swammer. 3.4.3 Perlekatan bakteri Fimbriae dan kemampuan menempel Kemampuan melekat bakteri seringkali dihubungkan dengan adanya fimbria pada sel bakteri. Penelitian secara in vitro memperlihatkan bahwa fimbriae mempertinggi
perlekatan sel bakteri terhadap sel uroepitel tetapi
menyebabkan patogen lebih rentan terhadap fagositosis. Bakteri dengan jumlah fimbriae banyak lebih mudah dicerna oleh sel polymorphonuclear monolayer dibandingkan dengan jumlah fimbriae sedikit. Adhesin Bakteri melakukan sejumlah mekanisme
dimana dia dapat
menempel atau menembus jaringan inang. Bakteri melekat hanya kepada permukaan yang komplemen, dan perlekatan melibatkan suatu interaksi di antara struktur pada permukaan bakteri (adhesin) dan reseptor pada substrat. Biasanya, ligand multipel pada permukaan pathogen tersedia untuk meningkatkan kekuatan dan spesifisitas perlekatan ketika ligand tersebut digunakan bersama-sama. Dengan target struktur yang mengandung matriks glikoprotein, glikoprotein membran integral, atau glikolipid, adhesin merupakan protein yang digunakan dalam interaksi protein-karbohidrat atau protein-protein. Secara resmi tetap dimungkinkan bahwa adhesin merupakan karbohidrat yang digunakan karbohidrat yang sama, sebagaimana yang terjadi dalam sejumlah interaksi eukariot, tetapi tipe perlekatan bakteri ini belum dapat digambarkan. Faktor yang mempengaruhi adhesi:
11
a. Hidrofobitas permukaan b. Muatan bersih permukaan c. Molekul pengikat pada bakteri (ligan) d. Interaksi reseptor sel inang Adhesin secara normal dilihat pada permukaan luar sel atau keluar dari ‘appendage’ seperti fimbria. Bakteri dan sebagian besar substrat biologik dianggap sebagai muatan negatif. Penyusunan adhesin tersebut pada jarak tertentu dari sel bakteri membantu mengatasi serangan yang menolaknya dan mengijinkan kontak dengan reseptor pada permukaan substrat pada jarak tertentu dari bakteri. Adanya suatu reseptor yang komplemen pada substrat tidak selalu sama dengan kemampuan suatu bakteri untuk kolonisasi tersebut. Sebagai contoh, E. coli,
pada jaringan
yang menghasilkan adhesin spesifik-
manosa, tidak berkolonisasi pada semua substrat mengandung manosa. Dari fakta ini dianggap bahwa proses perlekatan dapat melibatkan penyajian yang benar, orientasi, dan mudah dicapai oleh adhesin bakteri dan reseptor jaringan inang. Terdapat korelasi positif di antara kemampuan sel jaringan inang untuk mengikat suatu bakteri patogen dan kerentanan inang terhadap patogen tersebut. Semakin hidrofob permukaan sel bakteri, semakin besar pelakatan pada sel inang. Sel bakteri membutuhkan protein adhesin untuk melekatkan diri pada sel inang. Kemudian, antibodi yang bekerja melawan ligan bakteri dapat mengahmbat pelekatan pada sel inang dan melindungi inang dari infeksi. Sebagai contoh Bordetella pertussis melekat dengan baik pada sel bersilia manusia tetapi tidak melekat pada sel yang sama dari spesies mammalia lain yang tidak menerima B.pertussis. Sebagai tambahan untuk spesifisitas infeksi, kerentanan suatu individu dalam suatu spesies dapat berikatan kepada pelekat, dianggap diperantarai oleh penyajian reseptor spesifik yang sering ada dalam bentuk antigen golongan darah. Perlekatan E. coli kepada sel epitel dari pasien dengan infeksi saluran urin yang
12
berulang , dapat lima kali lebih
besar dibandingkan dengan perlekatan
kepada sel dari individu yang bebas-infeksi. Dengan cara yang sama, Streptococcus pneumoniae diisolasi dari penderita otitis media memperlihatkan kecenderungan yang lebih besar untuk melekat kepada sel nasofarinx dari pada sel
dari pasien penderita
septisemia atau meningitis, dengan anggapan bahwa strain tersebut memperlihatkan tropisma jaringan. Beberapa adhesin yang dimiliki oleh bakteri patogen: Adhesin sel uroepitel Uroepithelial Cell Adhesin (UCA), merupakan suatu protein yang diisolasi dari isolat uropatogenik P. mirabilis HU 1069. Adesin yang ditemukan berpengaruh untuk penyerangan bakteri terhadap sel uroepitel. Gen ucaA terdiri dari 540 bp yang mengkode suatu polipeptida terdiri dari 180 asam amino, termasuk 22 asam amino pengenal urutan peptida. Adhesin FHA (filamentaous hemaglutinin) FHA Bordetella pertussis merupakan protein sekretori 220-kDa yang mengandung beberapa epitope dan dapat mengenali resptor pada permukaan sel inang. Resptor tersebut termasuk suatu domain pengikat-heparin ujung-N yang mengikat polisakarida mengandung sulfat, dan dilibatkan dalam hemaglutinasi, suatu domain lektin ujung-N yang mengikat asam sialat dan dilibatkan dalam hemaglutinasi., suatu domain lektin untuk sel bersilia, suatu domain yang mengandung urutan RGD (arginin-glisin-asparagin) yang mengikat CR3 integrin leukosit, dan dua daerah yang meniru daerah pengikatan pada faktor X cascade koagulasi dan berikatan kepada CR3 leukosit. Dua daerah FHA juga memperlihatkan sekitar 30% urutan yang sama dengan keratin dan elastin. 3.4.4 Mekanisme penetrasi bakteri patogen Suatu patogen pertama kali harus mencapai jaringan inang dan memperbanyak diri sebelum melakukan kerusakan. Dalam banyak kasus, hal yang dibutuhkan adalah organisme harus menembus kulit, membran
13
mukosa, atau epitel intestin, permukaan yang secara normal bertindak sebagai barrier mikroba. Melintasi kulit masuk ke lapisan subkutan hampir selalu terjadi melalui luka; jarang dilakukan patogen menembus melewati kulit yang utuh. 3.4.4.1 Penetrasi atau penembusan mukus Permukaan mukosa ditutupi oleh selapis tipis mukus, yang tersusun dari beberapa karbohidrat. Lapisan ini merupakan barrier pertama yang menghadapi patogen ketika memasuki hospes. Beberapa organisme memiliki kemampuan untuk menguraikan mukus dengan menggunakan enzim yang dikeluarkannya. Faktor lain yang membantu
penembusan
lapisan
mukosa
adalah
motilitas atau
pergerakan. Sebagai contoh motilitas kelihatan terlibat dalam kolonisasi V. cholerae. Motilitas meningkatkan serbuan Salmonella dan penembusan sel epitel,
meskipun tidak sangat diperlukan.
Walaupun demikian, patogen lain yang menembus permukaan mukosa dan berinteraksi secara baik dengan sel epitel mukosa adalah nonmotil /tidak bergerak. Beberapa contoh, termasuk spesies Shigella dan Yersiniae (pada suhu 37oC). Mekanisme penembusan dan peran mukus dalam proses ini, tidak dikelompokkan. Sel M (sel epitel yang
khusus)
memiliki
sedikit
mukus
pada permukaannya,
sebaliknya sel epitel bentuk silinder dilapisi mukus yang lebih tebal. Terlihat bahwa sebagian besar mikroorganisme menembus lewat sel M, tidak terdapatnya suatu barrier mukus pada sel M mukus kemungkinan dianggap tidak memainkan peran yang berarti dalam kolonisasi dari sel ini. Sebagai itu, beberapa toxin bakteri yang menyebabkan
diarhea,
juga
menyebabkan
hilangnya
mukus.
Hilangnya mukus memudahkan jalan masuk ke sel epitel mukosa. Perlekatan spesifik. Sebagian besar infeksi mikroba dimulai dalam membran mukosa pada saluran pernapasan, urin, atau genitourinari. Ini menunjukkan bakteri atau virus mampu memulai
14
infeksi dengan kemampuan melekat secara spesifik kepada sel epitel. Bukti untuk spesifisitas ada beberapa tipe. Pertama , merupakan spesifisitas jaringan. Suatu mikroba penyebab infeksi tidak melekat pada semua sel epitel secara bersama-sama, tapi memperlihatkan selekifitas dengan melekat pada daerah tubuh tertentu dimana secara normal dia dapat masuk. Sebagai contoh, Neisseria gonorrhoeae, agen penyebab penyakit menular secara sexual gonorrhea, melekat lebih kuat terhadap epitel urogenital dibanding ke jaringan lain. Kedua, spesifisitas inang; suatu strain bakteri yang secara normal menginfeksi manusia akan lebih kuat melekat kepada
sel epitel manusia yang
cocok dibanding dengan sel yang sama pada hewan (contoh, tikus), atau sebaliknya. Mekanisme yang sebenarnya digunakan untuk perlekatan sering melibatkan pengikatan appendage permukaan bakteri seperti pili (fimbriae) terhadap reseptor permukaan sel inang. Sebagai alternatif identifikasi reseptor inang, bakteri dapat membuat adhesin nonfimbria sebagai perantara perlekatan. Contoh tersebut termasuk adhesin afimbria dari E. coli dan hemagglutinin bentuk-filamen dari Bodetella pertussis. Sebagai
tambahan
untuk
perlekatan
terhadap
reseptor
permukaan mukosa, beberapa adhesin bakteri memerantarai kontak bakteri dengan bakteri, terbentuk dalam susunan mikrokoloni yang berikatan
secara
bersentuhan.
Peranan perlekatan antara bakteri
dilakukan dalam kolonisasi mukosa menentukan, dengan alasan sekali suatu patogen berhasil berikatan terhadap permukaan inang, mereka dapat menyebar. Dengan kata lain, bakteri berpisah pada permukaan inang, mereka dapat tetap tinggal dan saling berikatan
dengan
sesamanya lebih cepat daripada langsung kepada permukaan sel inang, yang membatasi daerah ini. Perlekatan antara bakteri ini, dianggap bahwa bakteri mengexpresikan resptor khusus yang menyerupai sel inang atau adhesin tersebut dapat mengenali
15
reseptor yang berbeda
pada bakteri dan sel inang. Dengan kata lain, bakteri mengexpresikan tipe adhesin yang berbeda untuk kontak interspesies (bakteri-sel inang) dan intraspesies (bakteri-bakteri). Infeksi seringkali dimulai pada tempat yang disebut membran mukosa tubuh hewan. Membran mukosa ditemukan di seluruh tubuh termasuk mulut, farink, esofagus, saluran urin, pernapasan, dan gastrointestin. Membran mukosa terdiri dari lapisan tunggal atau banyak sel epitel, sel yang langsung berhubungan dengan lingkungan
eksternal.
Membran
mukosa
seringkali ditutupi dengan suatu lapisan pelindung dari mukus, terutama bahan glikoprotein, yang melindungi sel epitel. Lalu, barrier mukosa dipecahkan, mengijinkan patogen untuk memasuki jaringan yang lebih dalam. 3.4.4.2 Terjadinya invasi Invasi merupakan proses bakteri masuk ke dalam sel inang atau jaringan dan menyebar ke seluruh tubuh. Invasi di bagi menjadi 2 yaitu ekstraseluler dan intraseluler. Ekstraseluler proses ini terjadi apabila mikroba merusak barier jaringan untuk menyebar ke dalam tubuh inang baik melalui peredaran darah maupun limfa. Intraseluler terjadi apabila mikroba benar benar berpenetrasi dalam sel inang dan hidup di dalamnya
16
Gambar 3.1 Mekanisme terjadinya invasi Produksi invasin Masuknya bakteri di dalam sel inang, meliputi peran aktif bagi organisme dan peran pasif bagi sel inang. Pada kebanyakan invasi, bakteri menghasilkan faktor virulen yang mempengaruhi sel inang dan menyebabkan sel inang menelan atau memakan bakteri. Saat berada dalam sell inang, bakteri bersembunyi dalam vakuola yang terdiri dari selaput sel inang atau selaput vakuola yang dapat dilarutkan, dan bakteri menyebar dalam sitoplasma. Penyebaran bakteri pada jaringan ini dibantu dengan invasin yang berupa enzim, yang dihasilkan sendiri oleh sel bakteri tersebut. Beberapa macam produk invasin, antara lain : 1)
Protease IgA
IgA adalah antibodi yang disekresikan pada permukaan mukosa. 2)
Lesitinase
Bakteri patogen menghasilkan enzim proteolitik kolagenase yang menggradasikan kolagen, protein utama pada jaringan
17
penyambung berserat, dan mempermudah penyebaran infeksi dalam jaringan. 3)
Koagulase
Koagulase bekerja sama dengan faktor-faktor serum untuk mengkoagulasikan plasma. Koagulase juga menyebabkan pengendapan fibrin pada permukaan sel inang. 4)
Hialuronidase
enzim yang menghidrolisis asam hialuronat. Enzim ini dihaslkan oleh banyak bakteri, (misalnya strafilokokus, streptkokus, anaerob) dan membantu penyebaran bakteri melalui jaringan. 3.4.4.3 Pertahanan terhadap host Untuk dapat bertahan dan memperoleh suplai besi, bakteri pathogen memproduksi siderofor, yaitu senyawa yang mampu megkelat besi dengan afinitas tinggi, sehingga dapat menangkap besi lebih cepat. Contohnya Clostridium memproduksi enzim yang disebut kolagenase sehingga dapat merusak kolagen jaringan dan dapat berkoloni di dalam jaringan inang. Cara Bakteri Mempertahankan Host 1. Bakteri mengubah antigen di permukaan mukosa 2. Bakteri menghasilkan protein pengikat antibodi 3.
Bakteri bertahan hidup terhadap fagositosis dengan
cara menghindari fagosom, mencegah fusi fagosom lisosom dengan cara melakukan pengasaman pada vakuola, menurunkan
keefektifan
senyawa
menghasilkan komponen mirip inang 4. Bakteri 5. di keluarkan ke fagolisosom setelah fusi.
18
toksik
yang
3.4.4.4 Toksigenesis Bakteri patogen mempunyai kemampuan memproduksi toksin yg berfungsi sebagai alat utk merusak sel inang dan mendapatkan nutrisi yang diperlukan dari sel inangnya. Secara umum dapat dibedakan 2 macam berdasarkan proses pembentukan toksin oleh bakteri yaitu eksotoksin dan endotoksin 1. Eksotoksin Sifat-sifat eksotoksin: • Toksin yang termolabil (rusak oleh pemanasan) • Biasanya dibuat oleh bakteri gram positif • Daya kerja yang bersifat enzimatis • Tiap eksotoksin dapat memiliki efek farmakologis yang
khas • Dapat diubah menjadi toksoid Ciri-ciri eksotoksin : Jika toksin disuntikan kepada jasad hidup, maka jasad ini di dalam tubuhnya akan membuat bahanbahan
penentang
(antitoksin).
Eksotoksin
tidak
begitu
berbahaya jika tertelan, akan tetapi membawa maut jika masuk ke dalam peredaran darah. Khususnya Toksin Botulinum dapat membawa maut jika sampai masuk ke dalam alat-alat pencernaan. Eksotoksin dapat dibagi menjadii beberapa jenis, antara lain: -
Menurut jenis sel yang diserang, antara lain:
Sitotoksin,
Neurotoksin,
Leukotoksin,
Hepatoksin,
Kardiotoksin. -
Menurut bakteri penghasilnya, antara lain: Kolera
toksin, Shiga toksin, Difteria toksin. -
Menurut
Eksotoksin
struktur
A-B,
Eksotoksin
Eksotoksin superantigen. 19
dan
aktivitas, perusak
antara
lain:
membrane,
2.
Endotoksin
Sifat-sifat endotoksin: Senyawa protein polisakarida lipid yang termostabil
(tidak rusak dengan pemanasan)
Tidak mempunyai efek enzimatis
Dibuat oleh bakteri gram positif
Tidak dapat diolah menjadi toksoid
Efek biologis endotoksin telah dipelajari secara mendalam. Efek
biologis
endotoksin
bervariasi,
yaitu
leukopenia,
leukositosis, depresi tekanan darah, aktivasi keping darah, nekrosis sumsum tulang, hipotermia dan toksisitas letal (pada tikus), dan induksi sintesis prostaglandin. Namun terdapat efek dari endotoksin yang menguntungkan inang, yaitu efek mitogenik limfosit B (dapat meningkatkan resistensi terhadap infeksi virus dan bakteri), induksi sintesis γ-interferon oleh limfosit T(dapat mengaktifkan makrofag dan sel-sel pembunuh dan mengaktifkan penolakan terhadap sel tumor), aktivasi komplemen, induksi nonspesifik resistensi infeksi, aktivasi makrofag, induksi sintesis faktor nekrosis tumor, dan induksi toleransi eksploitasi
endotoksin. efek
Penelitian
positif
terakhir
endotoksin
terfokus
khususnya
pada dalam
perkembangan menstimulasi respons imun. Menghidrolisis gugus fosfat atau deasilasi satu atau beberapa asam lemak dari lipid A dapat menurunkan toksisitas lipid A. Toleransi terhadap endotoksin dapat dihasilkan dengan mengintroduksi lebih dulu endotoksin dosis rendah atau mengintroduksi lipid A nontoksis sebelum endotoksin dosis tinggi. 20
Tabel 3.1 Perbedaan eksotoksin dan endotoksin Eksotoksin Endotoksin 1. Diproduksi oleh sel bakteri hidup, Diproduksi oleh sel bakteri yang telah mati konsentrasinya tinggi dlm media cair 2. Tersusun atas molekul polipeptida,
Tersusun atas lipopolisakarida kompleks, dimana gugus lemak mrpk penentu tingkat
toksisitasnya 3. Relatif tidak stabil pada pemanasan; Masih stabil pd 600C selama 2 jam tanpa rusak pd >600C, toksin akan kehilangan mengubah daya toksisitasnya daya toksisitasnya 4. Bersifat antigenik; menstimulasi Mampu
membentukan
merangsang
mampu Tidak bersifat antigenik, tidak mampu antibodi. menstimulasi
pembentukan
antitoksin.
pembentukan Hanya mampu membentuk antibodi terhadap
antitoksin gugus polisakaridanya 5. Bisa dibuat toksoid dgn. Penambahan Tidak dapat dibuat toksoid formalin, asam, pemanasan dll. 6. Mempunyai sifat toksisitas tinggi, fatal Lebih ringan, pd dosis tinggi fatal pd hewan coba pd dosis yg sangat kecil
Diperlukan
dosis
tinggi
untuk
Dosis rendah sdh mampu menimbulkan menimbulkan gejala gejala 7. Tidak menimbulkan demam pd inang
Menimbulkan demam pd inang
Berikut adalah contoh-contoh toksin yang dihasilkan oleh beberapa bakteri : 1. Botulinin Senyawa
beracun
ini
diproduksi
oleh
Clostridium
botulinum. Keracunan yang ditimbulkan akibat mengkonsumsi makanan yang mengandung botulinin ini disebut botulisme. Botulinin merupakan neurotoksin yang sangat berbahaya bagi manusia dan sering kali akut dan menyebabkan kematian.
21
dapat
Bakteri Clostridium botulinum umum terdapat pada makanan kaleng dengan pH lebih dari 4,6. 2. Toksoflavin Dan Asam Bongkrek Kedua senyawa beracun ini diproduksi oleh Pseudomonas Cocovenenans, dalam jenis makanan yang disebut tempe bongkrek, yaitu tempe yangdibuat dengan bahan utama ampas kelapa. Pseudomonas Cocovenenans ini tumbuh pada tempe bongkrek yang gagal dan rapuh. Pseudomonas Cocovenenans memerlukan substrat minyak kelapa, dengan enzim yang diproduksinya mampu menghidrolisis lemak menjadi gliserol dan asam lemak . Gliserol kemudian diubah menjadi toksoflavin (C7H7N5O2), dan asam lemaknya terutama asam oleat diubah menjadi asam bongkrek ( C28H38O7 ) Asam bongkrek ini dapat mengganggu metabolism glikogen dengan memobilisasi glikogen dari hati sehingga terjadi hiperglikemia yang kemudian berubah menjadi hipoglikemia dan lalu menyebabkan kematian. Pertumbuhan Pseudomonas Cocovenenans dapat dicegah bila pH substrat diturunkan di bawah 5,5 atau dengan penambahan garam NaCl pada substrat dengan konsentrasi 2,75 – 3 %. 3. Enterotoksin Enterotoksin
adalah
eksotosin
yang
aktivitasnyaa
mempengaruhi usus halus, sehingga umumnyaa menyebabkan sekresi cairan secara berlebihan ke rongga usus, menyebabkan diare dan muntah – muntahh. Enterotoksin diproduksi oleh berbagai
macam
bakteri,
termasuk
orgnisme
termasuk
keracunan makanan seperti Staphylococcus aureus, Bacillus
22
cereus, Salmonella enteriditis, dan Vibrio cholera disebut enterotoksin karena menyebabkan gastroenteritis. 4. Mikotoksin
Mikotoksin merupakan senyawa beracun yang diproduksi oleh kapang atau jamur. Mikotoksin yang terkenal adalah Aflatoksin yaitu senyawa beracun yang diproduksi oleh Aspergillus yang misalnya Aspergillus parasiticus. Subtrat yng disenangi oleh Aspergillus flavus adalah kacang tanah atau produk – produk dari kacang tanah serta bungkil kacang tanah.
23
BAB IV KESIMPULAN Dari beberapa penjelasan diatas, dapat kami tarik kesimpulan bahwa pathogenesis bakteri merupakan kemampuan bakteri patogen untuk menghasilkan penyakit pada organism inang. Bakteri dapat merusak sistem pertahanan inang melalui beberapa tahapan, antara lain: adhesi, kolonisasi, invasi, dan toksigenesis.
24
DAFTAR PUSTAKA Adam, Syamsunir. 2009. Dasar-dasar Patologi. Jakarta : Humana Press Anonim. Hubungan Inang-Parasit. www.scribd.com. 3 Januari 2013, pk 19.00 Jawet, Melnick, & Adelberg. 1996. Mikrobiologi Kedokteran : Edisi 20. Jakarta : EGC Jawetz, Melnick, & Adelberg. 2008. Mikrobiologi Kedokteran : Edisi 23. Jakarta : EGC Gupte, Statish. 2000. Mikrobiologi Dasar : Edisi 3. Jakarta : Bina Rupa Aksara Winarno, FG. 2004. Kimia Pangan dan Gizi . Jakarta : PT Gramedia Pustaka Utama
25
