Mengenal Toksin pada Bacillus anthracis

Anthrax merupakan penyakit yang bersifat zoonotik, disebabkan oleh bakteri Bacillus anthracis. Anthrax berasal dari bahasa Yunani yang berarti batu bara. Pemberian nama tersebut erat kaitannya dengan anthrax bentuk kulit dengan manifestasi klinis berupa luka yang berwarna kehitaman. Beberapa nama lain penyakit tersebut antara lain: Milzband (German); Charbon (Perancis); Malignant pustula; Malignant carbuncle; Splenic fever; Woolsorter’s disease; dan Radang llimfa.

Beberapa alasan yang mendasari penyakit anthrax menjadi penting dan strategis karena: kemampuan menular yang tersifat zoonotik, bakteri mampu membentuk spora yang mempunyai ketahanan tinggi di lingkungan, sehingga sulit dieradikasi. Pandangan umum anthrax identik dengan kematian menyebabkan kepanikan tersendiri. Dewasa ini penyakit anthrax semakin populer karena dapat digunakan sebagai senjata biologis.

Bacillus anthracis ditemukan tahun 1849 oleh Davaine dan Bayer, dan pada tahun 1855 diidentifikasi oleh Pollender. Braver pada tahun 1857, mampu mendemonstrasikan pemindahan penyakit anthrax dengan melakukan inokulasi darah hewan yang terinfeksi anthrax. Pada tahun 1877, Robert Koch mampu membuat biak murni Bacillus anthracis, membuktikan kemampuan bakteri tsb membentuk endospora dan mengenali lebih lanjut sifat-siat bakteri anthrax tersebut.

B.anthracis tersifat sebagai gram positif, non motil, bentuk batang yang berukuran besar 1-1,3 X 3-10 mikron meter, dengan keempat sudutnya membentuk siku-siku. Bakteri anthrax mampu membentuk spora, bentuk oval, yang berukuran 0,75 X 1,0 mikron meter. Adanya spora tersebut tidak menyebabkan pembengkaan sel. Sel vegetatif bakteri dilengkapi kapsula yang erat kaitannya dengan virulensi bakteri anthrax.

Mengenal Toksin pada Bacillus anthracis1

 

Gambar 1. Bacillus anthracis. Pewarnaan Gram. 1500X. Sel memiliki karakteristik

ujung persegi. Sporanya sangat refraktil dan resisten terhadap pewarnaan.

B.anthracis mudah dikultur, baik menggunakan media biasa seperti: plat agar, kaldu nutrisi maupun media yang diperkaya dengan serum ataupun darah. Kisaran suhu pertumbuhan bakteri B.anthracis cukup luas, antara 12o C sampai 44o C, tetapi suhu optimumnya adalah 37o C. Inkubasi dilakukan selama 24 sampai 48 jam pada kondisi aerobik maupun anaerobic. Pertumbuhan bakteri anthrax pada media PAD tidak teramati sifat hemolitik, bilamana ada biasanya hemolisis lemah, membentuk koloni kasar berwarna putih keabu-abuan, dan mempunyai tepi koloni tidak beraturan. Pada perbesaran lemah terlihat sebagai rambut yang terurai atau dikenal sebagai caput medusa. Bentuk koloni tersebut disebabkan bakteri anthrax membentuk formasi rantai panjang dan tersusun secara pararel.

Mengenal Toksin pada Bacillus anthracis2

Gambar 2. Koloni Bacillus cereus di sebelah kiri, koloni Bacillus anthracis di sebelah kanan.

Koloni B. cereus lebih besar, lebih mukoid pada agar darah.

Kultur yang bertujuan untuk mengamati kapsula bakteri anthrax, biasanya dengan menumbuhkan bakteri tersebut pada media yang diperkaya dengan serum atau 0,5% sodium bikarbonat dan diinkubasi dengan peningkatan 5 sampai 10 % CO2. Pembentukan kapsula bakteri menyebabkan koloni menjadi lebih halus, mukoid, konveks dan tepinya rata. Pertumbuhan bakteri anthrax pada media cair tidak menyebabkan kekeruhan tetapi teramati sebagai gumpalan yang mengapung dalam media dan teramati dapat naik atau turun ketika digoyangkan.

 

Patogenisitas B. anthracis ditentukan oleh dua faktor virulensi yaitu kapsula poly-D glutamat polipeptida, yang bersifat antigenik dan untuk produksi toksin anthrax. Kapsula bakteri tersebut erat kaitannya dengan karakter fenotip koloni bakteri anthrax, tipe S atau halus atau dikenal sebagai tipe virulen, sedangkan koloni tipe R secara umum avirulen. Protein kapsula bakteri anthrax tidak bersifat toksik tetapi berfungsi memberikan perlindungan bakteri terhadap aktifitas fagositosis, oleh karena itu peran kapsula ini sangat penting dalam proses inisiasi infeksi.

Sifat toksigenik Bacillus anthracis belum dikenali sampai pada tahun 1954. Pada mulanya kematian yang disebabkan oleh B. anthracis diduga karena blokade bakteri dalam kapiler darah, dalam jumlah yang sangat banyak mencapai 109 bakteri per ml. Teori ini dikenal sebagai teori log-jam, namun dalam perkembangan penelitian diketahui bahwa B.anthracis yang berjumlah 3 x 106 bakteri per ml sudah mampu menyebabkan kematian. Lebih lanjut diketahui bahwa plasma darah hewan yang mati tersebut mengandung toksin, dan ketika diinokulasikan pada marmut mampu menimbulkan gejala anthrax. Pada akhirnya sampai pada suatu kesimpulan adanya eksotoksin yang berperan dalam patogenisitas B. anthracis.

Mengenal Toksin pada Bacillus anthracis3

Gambar 3. Dua teknik mikroskopis untuk mendemonstrasikan adanya kapsul poly-D-glutamyl pada Bacillus anthracis. Kiri. India ink capsule, pembesaran 1000X. Kanan. Antibodi yang dilabeli

 fluoresen bereaksi secara spesifik dengan material kapsular –pewarnaan FA 1000X.

Satu komponen pada toksin antraks memiliki ‘lethal mode’, yang pada waktu itu belum dapat terlalu dimengerti. Kematian diduga adalah akibat dari deplesi oksigen, syok sekunder, peningkatan permeabilitas vaskuler, kegagalan pernafasan dan jantung. Kematian akibat antraks pada manusia dan hewan sering sekali timbul secara tiba-tiba dan tidak dapat diprediksi. Tingkat toksin lethal di dalam sirkulasi meningkat secara drastis pada akhir durasi penyakit, dan diduga berkaitan erat dengan konsentrasi organisme di dalam darah.

Akhir-akhir ini banyak penelitian pada antraks yang melibatkan pemeriksaan toksin dengan tingkat kedetailan yang cukup tinggi, membuat perubahan kecil pada strukturnya dan mengamati bagaimana perubahan tersebut mempengaruhi efek toksin tersebut. Para peneliti mencoba mengerti setiap langkah mengenai bagaimana toksin tersebut memberikan pengaruh. Jika mekanisme tersebut bisa dimengerti, kemudian para peneliti bisa mencari langkah spesifik dimana mereka bisa memblok pengaruh toksin. Artikel pada jurnal Critical Reviews in Microbiology (vol. 27, no.3, pp. 167-200) oleh R. Bhainagar dan S. Batra mengkaji mengenai toksin antraks.

Toksin anthrak tersusun atas tiga protein, yaitu: protective antigen (PA) yang berikatan dengan reseptor sel dan menjadi mediator terhadap komponen lainnya untuk masuk ke dalam sitoplasma sel, lethal factor (LF) adalah faktor virulensi dominan yang terkait dengan toksin, secara proteolitik menginaktifasi mitogen-activated protein kinase kinases (MAP kinase kinases), yang sangat penting dalam transduksi sinyal intraseluler dan edema factor (EF) yang dinamakan karena kemampuannya dalam menyebabkan edema, suatu calcium/calmodulin-dependent adenylate cyclase. Tiga komponen protein terpisah tersebut, bekerja secara kombinasi biner untuk menghasilkan dua reksi yang berbeda pada hewan percobaan: edema (PA+EF) dan kematian (PA+LF).

Mengenal Toksin pada Bacillus anthracis4

Gambar 4. Diagram kerja dari toksin antraks yang disekresikan

Ketiga jenis toksin tersebut bekerja secara sinergis. PA menempel pada reseptor permukaan (biasa disebut sebagai reseptor toksin anthrax) pada sel target, kemudian aktif membelah membentuk suatu heptamer. Heptamer tersebut sebagai tempat penempelan EF atau LF atau kombinasi keduanya. Kompleks heptamer tersebut kemudian memasuki kompartmen seluler yang disebut endosom. Aktivitas endosom menyebabkan heptamer melepaskan EF dan LF ke dalam sitosol. EF bekerja dengan mengubah ATP menjadi cAMP, berakibat cAMP dalam sel meningkat, menyebabkan edema seluler dalam jaringan target. Kerja LF belum dapat diketahui dengan pasti tetapi kemungkinan erat kaitannya dengan penghambatan aktivitas fagositosis neutrofil, makrofag, pelepasan faktor nekrosis dan interleukin-1 sitokin. Tampaknya kematian anthrax karena mekanisme shock sepsis sebagai akibat pelepasan sitokin tersebut. Sel endotel sepanjang kapiler darah dan pembuluh limfe juga peka terhadap LF dan termanifestasi sebagai nekrosis jaringan pada pembuluh tersebut. Lesi nekrotik tersebut mempunyai peranan penting dalam pelepasan B.anthracis secara sistemik dan mencirikan gejala anthrax dengan adanya hemorhagi pada pembuluh darah terminal, di lubang alami tubuh penderita. Kombinasi dari dua atau tiga komponen toksi tersebut menghasilkan efek seperti dibawah ini pada hewan eksperimen:

PA+LF aktifitas lethal

EF+PA edema

EF+LF inactif

PA+LF+EF edema, nekrosi dan lethal

Berdasarkan pembahasan di atas dapat disimpulkan bahwa virulensi Bacillus anthracis disebabkan oleh 1. Material kapsular yang mengandung poly-D-glutamat polipeptida; 2. Komponen EF ekotoksin, dan; 3. Komponen LF eksotoksin. Baik kpasul maupun toksin antraksdapat memainkan peran  didalam tahapan awal infeksi, melalui pengaruh langsung terhadap fagositosis. Bakteri antraks yang virulen memperbanyak diri pada lokasi lesi. Fagosit bermigrasi ke area tersebut tetapi organisme yang berenkapsulasi mampu bertahan terhadap penelanan oleh fagosis, atau jika tertelan, mampu bertahan dari kematian dan pencernaan oleh fagosit. Efek lanjutan dari toksin adalah kerusakan terhadap aktifitas fagositik dan memnyebabkan kematian pada leukosit, termasuk fagosit, pada area tersebut. Setelah bakteri antraks dan toksinnya memasuki sirkulasi, maka akan berakibat patologis secara sistemik dan berujung pada kematian.

Bacillus antrhacis mengkoordinasikan ekspresi dari faktor virulensinya berdasarkan respon terhadap sinyal lingkungan yang spesifik. Protein toksin antraks dan kapsul antifagositik diproduksi karena adanya respon terhadap peningkatan CO2 atmosfir. Sinyal CO2 ini diduga penyebab fisiologis untuk patogen yang invasi jaringan inang mamalia.

  1. Pustaka

Ezzell, J.W., Jr.; Welkos, S.L. The capsule of Bacillus anthracis, a review. J. Appl. Microbiol., vol. 87, no. 2, p. 250, Aug 1999

Suesbery, N.S.; Wouds, G.F.V. Anthrax toxins. Cell. Mol. Life. Sci., vol. 55, no. 12, pp. 1599-1609, Sep. 1999

http://textbookofbacteriology.net/Anthrax_3.html

http://www.csa.com/discoveryguides/anthrax/overview.php

 

No Comments Yet.

Leave your comments