Bakteri merupakan
agen penyebab penyakit infeksi yang menjadi salah satu fokus pada masalah
kesehatan secara global (1,2). Antibiotik telah digunakan
untuk mengobati infeksi yang berpotensi letal. Namun, penggunaan antibiotik
yang begitu luas telah menyebabkan timbulnya patogen yang resisten terhadap
antibiotik yang mencakup strain dengan resistensi multidrug(2,3). Mekanisme resistensi
antibiotik yang pertama dilaporkan adalah adanya produksi penisilinase oleh
E.coli patogen (2).
Mekanisme
resistensi terhadap antibiotik pada bakteri dapat terjadi secara intrinsik
maupun didapat (acquired) oleh adanya
mutasi atau perolehan faktor resistensi melalui transfer gen (2,3). Resistensi secara intrinsik
merujuk pada keadaan dimana spesies bakteri tidak dipengaruhi oleh paparan
antibiotik, namun oleh adanya karakteristik fisiologis dasar seperti resistensi
ȃ-lactam pada spesies Mycoplasma karena kurangnya dinding sel dan resistensi
Vancomycin pada Enterobacteriaceae dikarenakan oleh membran luar spesies
bakteri gram negatif (2).
Berbeda dengan
mekanisme resistensi bakteri didapat (acquired)
yang merujuk pada keadaan dimana bakteria yang biasanya dapat diterapi dengan
antibiotik, menjadi tidak dapat lagi dihambat dengan konsentrasi yang sama. Resistensi
didapat terbagi menjadi resistensi didapat secara horizontal (horizontally acquired resistance) dan
resistensi didapat secara mutasional (mutational
acquired resistance). Horizontally
acquired resistance merujuk pada situasi dimana resistensi dihasilkan
sebagai hasil dari transfer gen secara horizontal (HGT), secara umum terjadi
pada konjugasi plasmid, transduksi phaga atau pengambilan DNA yang tidak
spesifik. Sebaliknya pada resistensi mutasional terjadi ketika genom bakteri
mengalami mutasi untuk menghadapi paparan antibiotik dan secara normal hanya
mencakup perubahan satu atau beberapa nukleotida (2).
Mekanisme
resistensi secara intrinsik
Mekanisme ini merupakan kemampuan bawaan spesies bakteri
untuk menghambat aktivitas agen antimikroba tertentu melalui suatu
karakteristik struktural dan fungsional spesifik. Peristiwa ini dapat pula
disebut dengan insensitivitas terhadap antimikroba, mengingat proses ini
terjadi pada organisme yang memang tidak pernah dapat dihambat oleh obat
antimikroba tertentu, misalnya diakibatkan oleh kurangnya afinitas obat
terhadap bakteri target, obat tidak memiliki akses untuk masuk kedalam sel
bakteri, ekstrusi obat oleh eksporter secara aktif yang dikode oleh kromosom
bakteri, maupun diakibatkan oleh adanya produksi enzim bawaan bakteria yang
menginaktivasi obat (2).
Pada bakteria gram negatif,
mekanisme resistensi secara intrinsik terjadi secara alami diakibatkan oleh
adanya gen pada kromosom bakteri seperti β-lactamase, serta adanya dinding sel
yang mengandung membran plasma, periplasma dan membran luar yang menjadi
barrier untuk antibiotik (2,4). Membran luar merupakan barrier
utama untuk penetrasi antibiotik melalui porin atau dengan difusi pasif melalui
phospholipid-lipid A bilayer. Lipopolisakarida (LPS) membentuk barrier lainnya
untuk kebanyakan antibiotik, tapi komponen polikationik seperti gentamicin dan
colistin ditransportasikan melalui membran luar lewat interaksi dengan LPS pada
proses self-promoted uptake. Pompa
efluks superfamily resistance nodulation
cell division (RND) merupakan pemeran utama dalam resistensi antibiotik
bakteri gram negatif (2).
Gambar 1. Mekanisme Resistensi Intrinsik . Pada gambar
ditunjukkan antibiotik beta lactam mentarget penicillin-binding protein (PBP). Antibiotik A dapat masuk melalui membran-spanning porin protein, mencapai
target dan menghambat sintesis proteoglikan. Antibiotik B dapat masuk melalui
porin namun secara efisien dikeluarkan melaui efluks. Antibiotik C tidak dapat
melewati membran luar dan tidak dapat mengakses PBP target (3).
Contoh sederhana
resistensi bakteri secara intrinsik yaitu terjadinya resistensi pada spesies
tertentu diakibatkan oleh ketiadaannya target antibiotik spesifik yang cocok.
Misalnya triclosan memiliki kemampuan untuk melawan bakteri gram positif dan
sebagian besar gram negatif, tapi tidak dapat menghambat pertumbuhan anggota
gram negatif dari genus Pseudomonas. Hal ini diakibatkan oleh adanya
insensitivitas yang dibawa oleh alel fabI yang mengkode enzim reduktase enoyl-ACP tambahan (target untuk
triclosan). Contoh kedua berkaitan dengan lipopeptida daptomycin, yang aktif melawan bakteri gram positif namun tidak
efektif dalam mengatasi bakteri gram negatif.
Hal ini disebabkan oleh adanya perbedaan intrinsik pada komposisi membran
sitoplasma, dimana bakteri gram negatif memiliki proporsi fosfolipid anion yang
rendah didalam membran sitoplasma dibandingkan dengan bakteria gram positif.
Kemudian perbedaan ini mengakibatkan efisiensi masuknya daptomycin dengan
perantara Ca2+ menjadi berkurang(3). Contoh berbeda pada bakteri
gram positif terdapat resistensi intrinsic terhadap aztreonam yaitu suatu
golongan antibiotik beta lactam, yaitu dengan kurangnya penicillin binding protein (PBP) yang mengikat antibiotik tersebut (2).
Tabel 1. Contoh mekanisme resistensi antibiotik secara
intrinsik berbagai bakteri (2)
Mekanisme resistensi didapat (Acquired)
Mekanisme
resistensi didapat, terjadi melalui dua mekanisme yaitu mutasi dan transfer gen
secara horizontal. Perubahan pada genom bakteri melalui proses mutasi atau
transfer gen secara horizontal, akan menyebabkan perubahan pada protein yang
diekspresikan oleh bakteri tersebut. Perubahan ini dapat terjadi pada fenotip
struktural maupun fungsional, sehingga menghasilkan perubahan yang berkaitan
dengan resistensi terhadap antibiotik tertentu (2). Secara umum, mutasi yang
menghasilkan resistensi terhadap antibiotik dapat merubah kerja antibiotik
dengan salah satu mekanisme berikut ini (5):
·
Modifikasi target antibiotik (menurunkan afinitas
obat) sehingga menurunkan uptake obat
·
Aktivasi mekanisme efluks utuk mengekstrusi molekul
yang berbahaya
·
Perubahan menyeluruh pada jalur metabolik penting
melalui modulasi jalur regulator
Terdapat beberapa contoh mekanisme
resistensi yang diakibatkan oleh adanya mutasi. Sebagai salah satu contohnya
adalah resistensi terhadap macrolide
yang diakibatkan substitusi basa pada gen 23S rRNA. Namun, fenotip resistensi
yang sama dapat pula terjadi akibat adanya mutasi didalam protein L4 dan L22
ribosom. Single nucleotide polymorphism (SNPs)
dapat pula menyebabkan resistensi terhadap obat-obatan sintetik seperti quinolone, sulphonamide dan trimethoprim, dan mutasi pada gen rspL
yang mengkode protein S12 ribosomal dapat menyebabkan resistensi derajat tinggi
terhadap streptomycin. Mutasi frame shift pada gen kromosomal ddl,
yang mengkode enzim sitoplasma d-Ala-d-Ala ligase dapat diperhitungkan menjadi
penyebab resistensi terhadap glikopeptida (6).
Table
2. Mekanisme resistensi yang didapat (2)
Sebagai contoh, Staphylococcus aureus mengalami
perubahan pada penicillin binding protein
(PBP), yang merupakan protein yang diikat oleh antibiotik beta lactam dan
diinaktivasi sehingga menyebabkan inhibisi sintesis dinding sel bakteri.
Perubahan ini diakibatkan oleh adanya ekspresi gen tertentu yang diinduksi oleh
penggunaan penicillin secara berlebihan. Ekspresi gen ini menghasilkan protein
PBP alternative (PBP2a) yang memiliki afinitas rendah untuk hampir semua
antibiotik beta lactam, sehingga strain bakteri tersebut dapat bereplikasi
walaupun mendapat paparan Methicillin
dan antibiotik sejenis lainnya (2,5). Sedangkan pada bakteri gram negatif,
menghasilkan beta lactamase untuk menghambat kerja dari antibiotik beta lactam (5).
Mekanisme transfer gen penyandi resistensi
Mekanisme utama untuk penyebaran resistensi antibiotik
adalah melalui transfer horizontal materi genetik. Gen penyandi resistensi antibiotik
dapat ditransfer dengan berbagai mekanisme.
Gen penyandi resistensi dapat pula mengalami rekombinasi kedalam
kromosom bakteri resipien. Gen-gen ini dapat mengalami satu atau lebih mutasi
pada sekuensnya. Sebagai contohnya, resistensi terhadap tetrasiklin pada
kebanyakan bakteria seringkali diakibatkan oleh akuisisi gen baru yang sering
dibawa oleh plasmid atau transposon, maupun pada saat konjugasi (2).
Transfer horizontal gen penyandi resistensi merupakan
mekanisme penyebaran resistensi multiple-drug
karena gen-gen ini dapat ditemukan dalam bentuk cluster dan ditransferkan
secara bersamaan pada resipien. Mekanisme ini dapat terjadi karena adanya
elemen yang idsebut integrons yang
merupakan struktur DNA spesifik yang memiliki kemampuan untuk menangkap gen,
yang dalam hal ini adalah gen penyandi resistensi melalui rekombinasi pada
daerah yang spesifik (2).
Gen penyandi resistensi umumnya dibawa oleh plasmid,
transposon, atau integrons yang berfungsi sebagai vektor yang mentransfer
gen-gen ini ke bakteri lainnya yang berada dalam spesies yang sama, maupun yang
berbeda spesies atau genus. Gen transfer secara horizontal dapat terjadi
melalui 3 mekanisme yaitu (2) :
·
Transformasi, mencakup
pengambilan fragmen pendek atau naked DNA
secara alamiah pada bakteri yang transformable
·
Transduksi, terjadi dengan
adanya transfer DNA dari satu bakteri ke bakteri lainnya melalui bakteriofaga
·
Konjugasi, terjadi akibat
adanya transfer DNA secara seksual melalui pilus seksual dan membutuhkan kontak
antar sel
Gambar
2. Mekanisme Gen Transfer Horizontal (1)
Daftar
Pustaka
1.
Admassie M. Current Review on Molecular and Phenotypic
Mechanism of Bacterial Resistance to Antibiotik. 2018;7(2):13–9.
2.
Abebe E, Tegegne B, Tibebu S, Medicine V, Box PO. A Review on
Molecular Mechanisms of Bacterial Resistance to Antibiotiks. 2016;8(5):301–10.
3.
Blair JMA, Webber MA, Baylay AJ, Ogbolu DO, Piddock LJ V.
Molecular mechanisms of antibiotik resistance. Nat Rev Microbiol [Internet].
2015;13(1):42–51. Available from: http://dx.doi.org/10.1038/nrmicro3380
4.
Cox G, Wright GD. Intrinsic antibiotik resistance:
Mechanisms, origins, challenges and solutions. Int J Med Microbiol [Internet].
2013;303(6–7):287–92. Available from:
http://dx.doi.org/10.1016/j.ijmm.2013.02.009
5.
Munita JM, Arias CA, Unit AR, Santiago A De. HHS Public
Access. Mech Antibiot Resist. 2016;4(2):1–37.
6.
Van Hoek AHAM,
Mevius D, Guerra B, Mullany P, Roberts AP, Aarts HJM. Acquired antibiotik
resistance genes: An overview. Front Microbiol. 2011;2(SEP):1–27.
