Upload
elya-khoirunnisa
View
27
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
mikrobiologi farmasi merupakan bidang tentang pemanfaatan mikrobiologi dalam bidang farmasi
Citation preview
MIKROBA PENGHASIL SENYAWA TROMBOLITIK (Bacillus Sphaericus)
Disusun Oleh:
Kelompok 02
Andres Linardi 10714009
Sry Ngenana Br Tarigan 10714010
Anggi Utri Aidasari 10714011
Fauziah Maulani 10714012
Elya Khoirunnisa Maesaroh 10714013
Rima Yunita Ekasari 10714014
Hisana Haryono 10714015
Amaliya Syamila 10714016
PROGRAM STUDI SAINS DAN TEKNOLOGI FARMASI
SEKOLAH FARMASI
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2015
Abstrak
Makalah ini dilatarbelakangi oleh kebutuhan akan agen yang dapat memproduksi
enzim fibrinolitik dalam jumlah banyak yang dapat digunakan untuk pengobatan
penyakit trombosis, seperti stroke, aterosklerosis, dll. Melalui makalah ini,
diharapkan masyarakat, khususnya peneliti, dapat memperoleh gambaran tentang
bakteri Bacillus sphaericusyang dapat digunakan sebagai obat penyakit
trombosis.Metode yang digunakan dalam pembuatan makalah ini adalah
pencarian data dari berbagai sumber literatur.Berdasarkan studi literatur, Bacillus
sphaericusmenghasilkan streptokinase, yaitu enzim yang dapat mengikat dan
mengaktifkan plasminogen. Streptokinase bekerja dengan cara mengaktifkan
plasminogen dengan mekanisme yang bergantung pada fibrin dan juga
mekanisme yang tidak bergantung pada fibrin. Mekanisme yang bergantung pada
fibrin terjadi saat plasminogen activators berinteraksi dengan plasminogen yang
melekat dengan fibrin pada trombus.Pada mekanisme ini, streptokinase
membentuk kompleks dengan plasminogen sehingga terbentuklah
plasmin.Mekanisme yang tidak bergantung pada fibrin terjadi saat plasminogen
activators berinteraksi dengan plasminogen yang bersirkulasi bebas di
darah.Selanjutnya, trombolisis terjadi dan menghasilkan fibrin degradation
product.Berdasarkan penelitian pada sumber pustaka, diperoleh hasil bahwa
bakteri Bacillus sphaericus membutuhkan medium yang harus mengandung
pepton, garam fosfat, glukosa, biotin, riboflavin, triptofan, asam nukleat (thiamin,
adenin, dan urasil), dan glutamin agar pertumbuhannya optimal.Akan tetapi, perlu
diwaspadai kemungkinan terbentuknya antibodi anti-streptokinase pada tubuh
yang dapat membuat pengobatan menjadi tidak efektif.
Kata kunci: Bacillus spahericus, agen trombolitik, streptokinase
Bab I
Pendahuluan
Dalam keadaan normal, secara seimbang tubuh mengalami
pembentukan bekuan darah (trombus) dan fibrinolisis dengan menghasilkan
plasmin untuk menghidrolisis fibrin.Selain dihasilkan langsung oleh tubuh
manusia (urokinase, tissueplasminogen aktivator), enzim fibrinolitik juga
telah berhasil diperoleh dari berbagai sumber, yaitu dari hewan
(lumbrokinase), pangan fermentasi (natokinase dan katsuwokinase), dan
mikroorganisme (streptokinase).Enzim fibrinolitik dapat diaplikasikan pada
penderita trombosis karena enzim ini dapat menghancurkan fibrin dalam
bekuan darah menjadi produk degradasinya yang lebih larut dalam darah
(Sajuthi dkk., 2010).
Enzim fibrinolitik merupakan kelompok enzim protease yang
mampumendegradasi fibrin atau fibrinogendalam berbagai penyakit
trombosis.Dalam tubuh, enzim fibrinolitik atau plasmindiproduksi oleh sel
endotel dalam saluran pankreas. Seiring dengan pertambahan usiadan juga
pola konsumsi pangan yang tidak seimbang, maka produksi plasmin
alamioleh tubuh akan semakin berkurang sehingga kerja sistem fibrinolitik
dalam tubuhakan terganggu. Bila hal ini berlangsung terus secara berkala
maka akan memicutimbulnya penyakit trombosis yang akhirnya mengarah
pada berbagai penyakitdegeneratif, seperti stroke, aterosklorosis, hipertensi,
dan diabetes (Suhartono, 1992).
Stroke merupakan penyebab kematian tersering ketiga di Amerika dan
merupakan penyebab utama disabilitas serius jangka panjang (Yuniadi,
2010). Stroke atau serangan jantung adalah suatu penyakit yang disebabkan
karena suplai darah ke otak terganggu sehingga otak tidak dapat menjalankan
tugasnya dengan baik dan tidak bisa memberikan respon terhadap
rangsangan, penyakit ini terjadi akibat sumbatan bekuan darah (trombus)
pada pembuluh darah jantung. Salah satu penyebab dari infark miokard akut
atau serangan jantung adalah trombosis yang diakibatkan oleh ruptur dari
plak aterosklerosis pada dinding pembuluh darah jantung sehingga
menghasilkan bekuan darah.Bekuan darah terbentuk disebabkan karena
sistem sirkulasi yang tidak seimbang dalam hemostasissehingga terjadi
penyumbatan pembuluh darah (Prasad et al., 2007).Hemostasis adalah proses
dimana darah dalam sistem sirkulasi tergantung dari kontribusi dan interaksi
dari 5 faktor, yaitu : dinding pembuluh darah, trombosit, faktor koagulasi,
sistem fibrinolisis dan inhibitor. Hemostasis bertujuan untuk menjaga agar
darah tetap cair didalam arteri dan vena, mencegah kehilangan darah karena
luka, dan memperbaiki aliran darah selama proses penyembuhan luka.
Dengan banyaknya kasus penyakit yang disebabkan oleh pembekuan
darah, maka dibutuhkan pula pengobatan yang dapat mengatasi penyakit
tersebut.Agen yang berperan menghilangkan koagulasi adalah enzim
fibrinolitik. Mekanisme kerja enzim fibrinolitik yaitu menghidrolisis fibrin
yang menyebabkan bekuan darah (Pananjung, dkk., 2014).Agen fibrinolitik
umumnya merupakan bakteri. Bakteri yang menghasilkan enzim fibrinolitik
telah ditemukan dari berbagai jenis genus diantaranyaBacillus3-8,
Pseudomonas9, Staphylococcus10, Trichotecium19, Actinomyces20,21, dan
Streptomyces22,23.Salah satu bakteri yang menghasilkan enzim fibrinolitik
yaitu bakteri Bacillus sphaericus.Bacillus sphaericus disebut menghasilkan
enzim fibrinolitik karena menghasilkan senyawa streptokinase.Streptokinase
merupakan senyawa trombolitik, yang mempunyai mekanime kerja: (a)
Mengaktifkan plasminogen menjadi plasmin, (b) Plasmin melarutkan fibrin
(gumpalan darah), (c) Selain melarutkan fibrin, plasmin juga menguraikan
streptokinase sehingga streptokinase menjadi tidak aktif.(LPik ITB, 2010)
Penelitian tentang hal initelah dilakukan, salah satunya penelitian
yangdilakukan oleh K. Balaraman dan G. Prabakaran dari India pada Juni
2006. Dengan dikembangkannya enzim yang ada pada bakteri Bacillus
sphaericusini diharapkan enzim fibrinolitikakan lebih mudah dan lebih
banyak dihasilkan.
Bab II
Bacillus sphaericus sebagai Agen Trombolitik
1.1 Identifikasi Bacillus sphaericus
Bacillus sphaericus merupakan salah satu mikroorganisme yang berperan
sebagai agen trombolitik.Bakteri ini berperan sebagai agen fibrinolitik karena
mampu menghancurkan bekuan darah (fibrin) dalam berbagai penyakit trombosis
(Sajuthi,dkk., 2010).Mikroba agen fibrinolitik memiliki berat molekul diatas 10
kDa (Setiawan, 2013) sedangkan Bacillus sphaericus (Balaraman dan Prabakaran,
2007) memiliki berat molekul sebesar 18,6 kDa dan menghasilkan enzim
fibrinolitik dan senyawa streptokinase.
Berdasarkan namanya, bentuk dasar bakteri ini adalah batang. Bakteri ini
memiliki peptidoglikan yang tebal sehingga digolongkan kedalam bakteri gram
positif yang menghasilkan larvasida nyamuk pada awal sporulasi.Melalui
pewarnaan gram, bakteri ini akan mempertahankan zat warna kristal violet
sehingga akan tampak berwarna ungu tua saat dilihat dibawah mikroskop.
Bacillus sphaericus termasuk bakteri aerob obligat yaitu bakteri yang
membutuhkan oksigen untuk hidup (kadar oksigen harus cukup). Bakteri ini
tumbuh dengan baik pada suhu 15-45 derajat celcius sehingga digolongkan
kedalam kelompok bakteri mesofilik.
Bacillus sphaericus tumbuh dengan media kultur. Kultur yang dapat
digunakan yaitu batch culture.
Perkembangan Bacillus Sphaericus
pada kondisi berat biomassa kering.
(g/l)
Sumber :Indian J Med Res 126,
November 2007 Hal 461
Bacillus sphaericus merupakan komponen dari probiotik.Probiotik sendiri
terdiri dari enzim, asam amino, komponen anti-inflamasi, dan kolostrum.
Bakteri ini umumnya digunakan sebagai insektisida beberapa nyamuk pembawa
penyakit terutama Culex spp. dan beberapa Aedes spp., Psorophora spp., dan
Anopheles spp.sebagai larvasida nyamuk.Larvasida merupakan sebuah insektisida
yang toksik terhadap serangga hanya pada tahap larva dalam hidupnya.Kelebihan
dari pestisida Bacillus sphaericus adalah pestisida ini tidak toksik terhadap hewan
peliharaan, burung, ikan, cacing, dan serangga lain, manusia, juga lingkungan.
Kekurangannya, pestisida ini akan bertahan lama di area yang diaplikasikannya
sampai sembilan bulan karena pestisida ini terdaur ulang melalui kehidupan
nyamuk.
2.2 Senyawa yang dihasilkan Bacillus sphaericus
Enzim fibrinolitik merupakan kelompok protease serin yang mampu
menghancurkan bekuan darah (fibrin) dalam berbagai penyakit trombosis.Dalam
keadaan normal, secara seimbang tubuh mengalami pembentukan bekuan darah
dan fibrinolisis dengan menghasilkan plasmin untuk menghidrolisis fibrin. Selain
dihasilkan langsung oleh tubuh manusia (urokinase, tissueplasminogen aktivator),
enzim fibrinolitik juga telah berhasil diperoleh dari berbagai sumber, yaitu dari
hewan (lumbrokinase), pangan fermentasi (natokinase dan katsuwokinase), dan
mikroorganisme (streptokinase). Enzim-enzim ini telah diproduksi secara
komersial untuk pengobatan yang dapat menghancurkan bekuan darah pada
trombosis pembuluh darah sertainfark miokardium maupun embolisme paru.
Pengobatan oleh enzim ini biasanya melalui intravena yang diberikan segera
setelah serangan jantung untuk menghancurkan bekuan darah dalam arteri
(Sajuthi, dkk., 2010)
Fibrinolitik bekerja sebagai trombolitik dengan cara mengaktifkan
plasminogen untuk membentuk plasmin, yang mendegradasi fibrin dan kemudian
memecah trombus. Manfaat obat trombolitik untuk pengobatan infark miokard
telah diketahui dengan pasti.Yang termasuk dalam golongan obat ini di antaranya
streptokinase, urokinase, alteplase, dan anistreplase (BPOM, 2015).
Bekuan darah yang berlebihan dalam pembuluh darah akan menimbulkan
gangguan aliran darah seperti berkurangnya suplai oksigen dan nutrisi ke
jaringan(iskemik) atau bahkan kematian jaringan (infark). Bekuan darah memiliki
komponen protein utama yaitu fibrin yang terbentuk dari fibrinogen melalui
mekanisme yang melibatkan peran trombin.Akumulasi dari fibrin yang berlebih
dalam pembuluh darah biasanya menghasilkan trombosis, yang mengarah pada
infark miokard akut dan penyakit kardiovaskular lainnya. Terapi untuk penderita
trombosis salah satunya dengan agen fibrinolitik yang bekerja dengan cara
mendegradasi fibrin dalam bekuan darah (Setiawan, 2013)
2.3 Struktur Senyawa Trombolitik yang dihasilkan oleh Bacillus
Spahericus
Streptokinase atau 4-cyclohexylpyrrolidine-2-carboxylic acid (C11H19NO2)
merupakan suatu senyawa yang dihasilkan oleh Bacillus sphaericus dengan poin
isoelektrik sebesar 5,12. Senyawa yang memiliki berat molekul sebesar
197,27406 g/mol ini memiliki struktur seperti berikut. (Banerjee, Anirban, et.al,
2003)
Gambar 2.1 Struktur dua dimensi C11H19NO2
(Sumber :http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/9815560#section=Top)
Gambar 2.2 Struktur tiga dimensi C11H19NO2
(Sumber :http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/9815560#section=3D-
Conformer)
Streptokinase terdiri dari beberapa struktur domain seperti domainα, β,
γdenganfungsi kerja yang berbeda-beda pada setiap domainnya (Banerjee,
Anirban, et.al, 2003). Domain struktural ini memiliki rentang residu tertentu, yaitu
domain α dengan rentang 1-150 residu, β dengan rentang 151-287 residu, dan γ
dengan rentang 288-414 residu). Domain ini berperan dalam pengaktifan
plasminogen inaktif menjadi plasmin aktif (domain ini akan berikatan dengan
substrat plasminogen membentuk suatu kompleks hingga terjadi proses
pengaktifan plasminogen inaktif menjadi suatu plasmin yang aktif). Setiap protein
tidak bisa bekerja mengikat dengan suatu plasminogen dengan hanya satu buah
domain.Analisis scanning calorimetric menunjukkan bahwa protein-protein
tersebut terdiri dari dua domain yang berbeda (Welfle et al., 1992).Domain pada
setiap protein ini berbeda-beda fungsinya bergantung pada struktur setiap
protein.Pada hal ini, salah satu domain yang berperan ialah N-terminal dengan
residu 59.Tanpa N-terminal residu ini, streptokinase memiliki stuktur sekunder
yang tidak stabil (Banerjee, Anirban, et.al, 2003).
2.4 Kondisi Produksi Alami
Senyawa streptokinase dapat hidup dalam kondisi pH netral yaitu pada pH
7.2- 7.4. Enzim ini akan mencapai kondisi optimal pada pH 7.5 dengan keadaan
pH isoelektrik sebesar 4,7. Suhu optimum untuk senyawa streptokinase dapat
berkembang dengan baik adalah sekitaran 280C.Untuk menjaga kondisi optimum
tersebut, perlu dilakukan usaha tertentu agar kondisi dapat terkontrol, diantaranya
dengan buffer/ dapar ke dalam medium untuk menjaga pH agar tetap berada pada
kisaran 7.2-7.4 karena pH merupakan faktor yang penting dalam produksi
streptokinase.Senyawa streptokinase biasa ditemukan pada bakteri yang bersifat
patogen.
Agar bakteri Bacillus sphaericus dapat menghasilkan banyak enzim
fibrinolitik, bakteri ini harus dikembangbiakkan ke dalam suatu media yang
kompleks dan kaya akan nutrisi. Medium yang digunakan harus mengandung
pepton, garam fosfat, glukosa, biotin, riboflavin, triptofan, asam nukleat (thiamin,
adenin, dan urasil) dan glutamin (Banerjee, et al., 2004).Glutamin mengandung
25% bagian dari semua komponen mediumnya.Konsentrasi glukosa yang rendah
pada pertumbuhan inokulasi dapat membuat bakteri tumbuh dengan baik tanpa
kelebihan asam.Glukosa ditambahkan lagi setelah inkubasi selama satu
malam.Alkali (natrium hidroksida 5 M) ditambahkan secara teratur dalam interval
waku tertentu untuk menjaga pH dalam keadaan netral.Produksi streptokinase
akan maksimum ketika glukosa dalam keadaan berlebih dan nutrisi lain ada dalam
jumlah yang cukup.
2.5 Cara Kerja
Benang-benang fibrin pada trombus dan embolus menjerat sel darah dan
platelet sehingga bentuknya menjadi seperti gumpalan.Gumpalan ini harus
dihancurkan supaya tidak menghalangi aliran darah yang dapat menyebabkan
berbagai masalah dalam tubuh.
Gambar 1 :benang-benang fibrinSumber: http://biocurious.com/2009/09/05/how-blood-clots-stretch
Pada mamalia, enzim yang bertanggung jawab dalam proses fibrinolisis
adalah plasmin, suatu tripsin seperti serin protease (Banerjee, Christi and Banerjee
2004). Plasmin adalah protease yang mendegradasi molekul fibrin, sehingga dapat
melarutkan gumpalan darah. Selain menghancurkan fibrin, plasmin juga
menghancurkan protein lain seperti fibrinogen sehingga penggunaan obat
trombolitik harus dengan dosis yang tepat supaya tidak mengganggu
keseimbangan protein di dalam darah.
Obat-obat trombolitik melarutkan gumpalan darah dengan mengaktifkan
plasminogen sehingga terbentuklah plasmin. Dua plasminogen activators yang
terdapat secara alami dalam darah adalah tissue type (tPA) yang dihasilkan di
jaringan pembuluh darah dan urokinase (uPA)yang dihasilkan di ginjal (dibuang
melalui urine). Selain itu ada juga yang dapat diisolasi dari bakteri, salah satunya
Bacillus sphaericus, yaitu streptokinase.Ketiga jenis plasminogen activator ini
merupakan jenis utama dalam obat trombolitik.
Mekanisme kerja obat trombolitik secara umum dapat dilihat pada gambar.
GambarSumber : A. Banerjee et al. / Biotechnology Advances 22 (2004) page 289
Berbeda dengan tPA yang mengaktifkan plasminogen hanya dengan
mekanisme yang bergantung pada fibrin, streptokinase bekerja dengan cara
mengaktifkan plasminogen dengan mekanisme yang bergantung pada fibrin dan
juga mekanisme yang tidak bergantung pada fibrin (Greed, et al. 1998).
Mekanisme yang bergantung pada fibrin yaitu ketika plasminogen activators
berinteraksi dengan plasminogen yang melekat dengan fibrin pada thrombus.Pada
mekanisme ini, streptokinase membentuk kompleks dengan plasminogen sehingga
terbentuklah plasmin.Sedangkan mekanisme tidak bergantung fibrin yaitu saat
plasminogen activators berinteraksi dengan plasminogen yang bersirkulasi bebas
di darah.
Ada dua situs aktif plasminogen pada streptokinase yang telah
diidentifikasi pada tahun 1995 (Nihalani and Sahni 1995).Domain terminal C dari
streptokinase terlibat dalam pengenalan substrat dan aktivasi plasminogen (Kim,
et al. 1996).Kemudian Asp41-His48 pada streptokinase mempunyai peran penting
dalam pengikatan dengan substrat plasminogen (Kim, et al. 2000).Mungkin ada
juga hasil penelitian lebih lanjut yang tidak disertakan dalam makalah ini.
Streptokinase banyak digunakan karena harganya yang murah. Namun
karena streptokinase merupakan protein yang berasal dari bakteri yang merupakan
molekul asing dalam tubuh manusia, seringkali terdapat masalah dalam proses
perlakuannya (Banerjee, Christi and Banerjee 2004). Salah satunya yaitu
terbentuknya antibodi anti-streptokinase.Antibodi ini membuat pengobatan
menjadi tidak efektif, karena streptokinase yang masuk ke dalam tubuh di
nonaktifkan oleh antibodi.Selain itu, streptokinase juga menyebabkan alergi pada
sebagian orang.
Daftar Pustaka
Anonim. 2010. Protein Terpaetik Streptokinase Melalui Rekayasa Protein.[online]. http://lpik.itb.ac.id/index.php?option=com_content&task=view&id=71&Itemid=45Diakses pada Minggu,13 September 2015 pukul 08.04 WIB.
Anonim. 2007. Bacillus Sphaericus. [online]. web.mst.edu/~microbio/bio221_2007/B_sphaericus.htm. Dikunjungi pada Kamis,10 September 2015 pukul 15.17 WIB.
Anonim. 2007. Bacillus Sphaericus. [online]. www.probiotic.org/bacillus-sphaericus.htm. Dikunjungi pada Minggu,13 September 2015 pukul 15.26 WIB.
Anonim. 2007. Bacillus Sphaericus. [online]. www.ncipm.org.in/bacillus-SPHERICUS.htm. Dikunjungi pada Kamis,10 September 2015 pukul 18.14 WIB
Anonim. 2007. Bacillus Sphaericus. [online]. wildpro.twycrosszoo.org/S/0zM_Firmicutes/Bacillus/Bacillus_sphaericus.htm. Dikunjungi pada Kamis,10 September 2015 pukul 18.43 WIB
Avhad, Devchand N., Swapnil S. Vanjari, and Virendra K. Rathod. 2013. “A Novel Fibrinolytic Enzyme from Bacillus Sphaerius MTCC 3672: Optimization and Purification Studies”. American Journal of Current Microbiology, Vol.01 Issue 01, Pages: 1-13.
Balaraman, K., and G. Prabakaran. 2007. “Production & Purification of a Fibrinolytic Enzyme (Thrombinase) from Bacillus sphaericus”. Indian J Med Res126, Pages: 459-464.
Baumann, Paul., Marta A. Clark, Linda Baumann, and Andrew H. Broadwell. 1991. “Bacillus sphaericus as a Mosquito Pathogen: Properties of The Organism and Its Toxinst”. Microbiological Reviews, Vol. 55 No. 03, Pages: 425-436.
J.-F. Charles, C. Nielsen-LeRoux, and A. Delkcluse. (2008). “Complete Genome Sequence of the Mosquitocidal Bacterium Bacillus sphaericus C3-41 and Comparison with Those of Closely Related Bacillus Species”. Journal of Bacteriology,vol. 190 no. 8Pages: 2892-2902.
Pananjung, A. S., Novanda Asri I, M. Mirza Nuryady, dan Evi Umayah Ulfa. 2014. “Identifikasi 16S rRNA dan Uji Zimografi Bakteri Asal Pantai
Papuma Penghasil Enzim Fibrinolitik sebagai Anti Atherothrombosis”. Jurnal. Jember: Biologi FMIPA Universitas Jember.
Sajuthi,Dondin., Irma Suparto, Yanti, dan Willy Praira. 2010. “Purifikasi dan Pencirian Enzim Protease Fibrinolitik dari Ekstrak Jamur Merang”. Jurnal Makara, Sains, Vol 14 No.02, Hal: 145-150.
Sanusi, Nurulhanis Ahmad., dan Haryati Jamaluddin. 2012. “Purification of a Fibrinolytic Enzyme from Bacillus sp. Isolated from Budu”. Jurnal Teknologi (Science & Engineering) Vol. 59 Suppl 01, Hal: 63-68.
Setiawan, Arif. 2013. “Skrining Agen Fibrinolitik Bakteri dari Perairan Pantai Papuma Kabupaten Jember”. Skripsi. Jember: Biologi FMIPA Universitas Jember.
Yuniadi, Yoga. 2010. “Intervensipada Stroke Non-Hemoragik”. Jurnal Kardiologi Indonesia, Vol. 31 No. 03, Hal: 153-155.