Potensi Antibakteri dari Bahan Alam dan Mekanisme Kerjanya

0

Indra Lasmana Tarigan

Jurusan Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Jambi

Email: indratarigan@unja.ac.id

Pendahuluan

Indonesia dikenal sebagai negara yang memiliki kekayaan sumber daya alam yang sangat luas. Perkembangan teknologi dan ilmu pengetahuan mendorong manusia untuk dapat mengeksplorasi lebih jauh tentang kekayaan hayati yang dimiliki oleh Indonesia. Seiring dengan berkembanganya kesadaran back to nature, penggunaan obat tradisional di kalangan masyarakat sebagai alternatif obat mengalami peningkatan secara signifikan. WHO menyebutkan berkisar 80% penduduk di dunia menggunakan obat tradisional yang berasal dari tanaman [1]. Pemanfaatan tanaman obat merupakan strategi untuk pencegahan dan pengobatan suatu penyakit maupun pemeliharaan kesehatan. Tumbuhan menyuplai banyak senyawa yang berpotensi sebagai obat, terutama antibakteri.  

Indonesia sebagai negara tropis memiliki kekayaan akan flora. Begitupula halnya propinsi yang ada di Indonesia, dikelilingi beranekaragam flora berkhasiat, diantaranya sebagai tanaman obat. Kearifan budaya lokal secara tidak langsung telah menjaga kelestarian tumbuhan obat. Pengetahuan masyarakat lokal akan etnobotani dalam bidang obat-obatan (farmakologi) telah menjadi sumber kajian bagi bidang medis modern. Pada tiga dasawarsa terakhir popularitas obat bahan alam mengalami peningkatan baik di negara maju maupun berkembang [2]. Hal ini disebabkan telah meningkatnya kepedulian terhadap efek samping yang diakibatkan oleh obat sintetis. Selain itu juga meningkatnya penderita penyakit degeneratif dan kronis yang membutuhkan pengobatan dengan jangka waktu lama. Sehingga penggunaan obat herbal lebih diminati karena selain lebih aman juga relatif lebih murah [3].

Hasil penelitian di Kabupaten Pidie mendapatkan beberapa khasiat dari sejumlah jenis tumbuhan berdasarkan kajian etnobotaninya. Beberapa jenis yang dominan penggunaannya yaitu: Anacardium occidentale (suku Anacardiaceae), Lawsonia inermis (suku Lythraceae), Averrhoa bilimbi, Averrhoa carambola (suku Oxalidaceae), Capsicum frutescens dan Solanum torvum (suku Solanaceae). Anacardium occidentale atau dikenal dengan nama lokal jambu mete maupun jambu monyet digunakan oleh masyarakat Pidie untuk mengobati sakit gigi. Tanaman pacar kuku (Lawsonia inermis) berkhasiat menyembuhkan penyakit kuning., Averrhoa bilimbi atau dikenal sebagai belimbing wuluh dan Averrhoa carambola (belimbing manis) telah dikenal luas memiliki khasiat menyembuhkan berbagai penyakit seperti hipertensi, antiradang, dan menghilangkan panas. Anggota suk Solanaceae seperti cabai rawit (Capsicum frutescens) dan rimbang (Solanum torvum) banyak digunakan masyarakat untuk mengobati penyakit kulit [4].

Sintesis Metabolit Sekunder

Metabolisme pada makhluk hidup dapat dibagi menjadi dua, yaitu metabolisme primer dan metabolisme sekunder. Metabolisme primer pada tumbuhan, seperti respirasi dan fotosintesis, merupakan proses yang penting bagi keberlangsungan hidup tumbuhan. Tanpa adanya metabolisme primer, maka juga tidak akan ada metabolisme sekunder, yang merupakan hasil turunan dari metabolisme primer. Hilangnya metabolit sekunder tidak akan menyebabkan kematian secara langsung bagi tumbuhan, tetapi dapat menyebabkan berkurangnya ketahanan tubuh dan kehidupan tumbuhan secara tidak langsung, ketahanan terhadap penyakit, estetika, atau bahkan tidak memberikan efek sama sekali bagi tumbuhan tersebut [5].

Pada fase pertumbuhan, tumbuhan pada utamanya akan memproduksi metabolit primer, sedangkan metabolit sekunder belum atau hanya sedikit diproduksi. Sedangkan metabolit sekunder terjadi pada saat sel yang lebih terspesialisasi. Metabolit sekunder yang terdapat pada bahan alam merupakan hasil metabolit primer yang mengalami reaksi yang spesifik sehingga menghasilkan senyawa-senyawa tertentu. Tumbuhan merupakan sumber senyawa biokimia dan senyawa farmasetika terbesar, dengan menyediakan banyak senyawa yang juga sangat bervariasi antara satu tumbuhan dengan tumbuhan lainnya [6].

Selain melakukan biosintesis sekunder, makhluk hidup melakukan biosintesis primer sebagai proses kimiawi vital untuk dasar untuk melakukan aktifitas hidup. Biosintesis ini dilakukan untuk menghasilkan senyawa-senyawa esensial dan dasar reaksi-reaksi kehidupan misalnya gula (karbohidrat) untuk menghasilkan energi, asam amino untuk membangun jaringan dan biokatalis, asam lemak untuk membangun dinding sel dan cadangan energi. Tanpa metabolit primer ini dasar-dasar hayati tidak ada dan metabolit sekunder juga tidak bisa diproduksi. Metabolit primer terdiri dari 3 golongan utama yakni karbohidrat, protein dan lemak. Glukosa esensial untuk menghasilkan energi, asam amino vital untuk menghasilkan berbagai hormon dan neuro transmitter, lemak untuk membangun jaringan. Setiap metabolit primer ini akan bersenyawa membentuk polimer atau ikatan yang lebih kompleks membentuk jaringan tubuh. Jaringan otot tersusun dari pensenyawaan kompleks protein, dinding sel tumbuhan atau cangkang binatang dibentuk dari persenyawaan antar karbohidrat, jaringan lemak disusun oleh persenyawaan lemak [7-8].

Antar metabolit primer ini juga akan saling membentuk persenyawaan dalam membangun sel-sel dan jaringan kemudian organ. Adapun sifat-sifat kimiawi metabolit primer, memiliki berat molekul kecil mulai dari 80-300 Dalton/amu, larut dalam air (gula dan asam amino) atau tidak larut air misalnya asam lemak, jika saling berikatan membentuk senyawa dengan berat molekul sangat besar (BM >1000-100.000 d). Secara farmakologis, senyawa metabolit sekunder memiiliki berbagai aktifitas biologis: anti bakteri, anti infeksi, anti kolesterol, anti kanker, dan anti diabetes [9].

Bakteri dan mikroorganisme pathogen dapat menginfeksi jaringan tubuh manusia dengan cara menghancurkan dan merusak fungsi sel. Mikroorganisme ataupun senyawa racun yang mereka hasilkan dapat menyerang host cell dan mengakibatkan infeksi dan radang. Infeksi akibat mikroba dapat dicegah atau diobati dengan menggunakan senyawa antimikroba yang memiliki kemampuan untuk membunuh atau menghambat pertumbuhan mikroorganisme [10]. Senyawa antibiotik secara luas digunakan, tidak hanya pada penyakit akut dan infeksi kronis, tetapi juga pada prophylactic treatment. Beberapa target dalam sistem kerja antimikroba adalah membran sel, dinding sel, sintesis protein, sintesis asam nukleat dan metabolisme molekul biologis. Disamping itu, kemampuan mikroba dalam merespon efek antimikroba terus mengalami perubahan, sehingga mampu melakukan mutasi genetik, memproduksi gene yang resisten baik dalam kromosom ataupun dalam plasmid, sehingga menjadi tantangan bagi para ilmuwan untuk mengembangkan dan menemukan antimikroba baru [11].

  • Mengganggu Membran Sel

Plasma membrane mikroorganisme memiliki permeabilitas yang selektif, berkontribusi dalam transportasi sel untuk menghasilkan energi dalam bentuk ATP. Senyawa-senyawa dalam sitoplasma, mikro dan makromolekul sel, serta ion-ion yang berfungsi untuk mengontrol melalui transportasi sel yang aktif (protein transporter). Ketika selective membrane permeability mikroba rusak oleh senyawa antimikroba, ion-ion akan hilang dan komponen dalam sel akan rusak dan mengakibatkan organisme akan damage dan mati. Plasma membrane bakteri tersusun atas asam lemak yang dapat disintesis di dalam sel atau diperoleh dari lingkungan sebagai building blocks. Beberapa antimikroba memiliki mekanisme kerja dengan merusak proses sintesis asam lemak dan membrane phospholipids. Sebagai contoh, Polymyxin B, antibiotic bakteri, telah digunakan sebagai salah satu dari sedikit senyawa obat untuk treatment bakteri gram negative seperti Pseudomonas. Polymyxin B memiliki kandungan detergent-like peptides yang memiliki group lipophilic dan hidrofilik untuk merusak phosphatidylethanolamine membran. Valinomycin, merupakan suatu ionophore, yang berpotensi untuk merusak membrane sel, yang berperan penting dalam oksidasi phosphorilasi dengan cara membentuk pori-pori dalam membrane sel. Dapthomycine juga banyak digunakan dalam blood stream¸luka, dan infeksi soft skin yang disebabkan oleh beta-lactam khususnya vancomycin-resisteant Staphylococcus aureus disrupt membrane potential by depolarization, that means potassium ions are released from cytoplasm to extracellular matrix [12].

  • Efek antibakteri terhadap dinding sel

Dinding sel suatu mikrooganisme disusun oleh peptidoglycan, yaitu Glycan strand polisakarida yang dihubungkan oleh crosslink dengan mengikat polipeptida dengan N-asetilmuromic acid (NAM) terhadap setiap rantai polisakarida. Setelah bactoprenol, yang merupakan akseptor yang terikat membran, mentransfer UDP NAM pentapeptide dan UDP-NAG dari sitoplasma ke situs luar membran sel, transglikosilasi, dan reaksi transpeptidasi dikatalisis oleh penicillinbinding protein (PBPs) yang terikat pada membran sel sebagai DD-peptidases untuk membangun peptidoglikan [13].

Antibiotik tertentu seperti β-laktam bereaksi dengan PBP yang tinggi afinitas terhadap β-laktam dengan mengikat PBP sebagai substrat. Obat-obatan ini bersifat struktural analog asil-D-alanyl-D-alanin yang berikatan dengan situs aktif PBP sebagai substrat dari PBP selama reaksi transpeptidasi. Reaksi transpeptidasi terhalang oleh ini antibiotik menonaktifkan domain transpeptidase dari PBP. Mikroorganisme terbunuh oleh penghambat dinding sel yang menghambat biosintesis peptidoglikan

β-laktamase, yaitu enzim yang disintesis oleh banyak spesies Gram-positif dan bakteri Gram-negatif, menonaktifkan β-laktam yang merusak ikatan amida dari β-cincin laktam antibiotik β-laktam [9-10] (bnm MRSA dan MSSA). β-laktamase bisa jadi dimediasi oleh plasmid atau kromosom, sedangkan penisilin Staphylococcus aureus dimediasi plasmid, banyak bakteri Gram-negatif dimediasi secara kromosom. β-laktamase yang dimediasi plasmid memiliki kecenderungan untuk ditransfer antara spesies bakteri yang berbeda. Β-laktamase yang dimediasi kromosom dapat diproduksi secara konstruktif seperti pada spesies Bacteroides dan Acinetobacter atau diinduksi seperti pada spesies Enterobacter, Citrobacter, dan Pseudomonas. Extended-spectrum β-lactamases (ESBLs) yang merupakan satu kelas β-laktamase yang memiliki kemampuan berbeda untuk menghidrolisis cincin β-laktam cefotaxime, ceftazidime, dan aztreonam dapat dilihat pada beberapa spesies bakteri Gram-negatif seperti Klebsiella pneumoniae dan Escherichia coli [4]. β-laktamase disintesis oleh gen blaZ dan diatur oleh blaI dan blaRI yang terletak di plasmid atau transposon. Ketika β-laktam tidak digunakan, dengan mengikat BlaI disintesis oleh gen blaI ke daerah promotor-operator operon blaI-blaRI, β-laktamase tidak ditranskripsi oleh gen blaZ. Tetapi dalam pengobatan dengan antibiotik β-laktam, situs aktif BlaRI yang merupakan protein integral transduser sinyal dari β-laktam dihambat oleh β- laktam. Setelah penyumbatan situs aktif ini, domain metaloprotease seng intraseluler dari BlaRI melepaskan BlaI yang terikat pada operator blaI-blaRI. Dengan peningkatan regulasi gen blaZ, β-Enzim laktamase disintesis, sehingga mikroorganisme mengembangkan resistensi terhadap β-laktam digunakan [11-13]

  • Menghambat sintesis dan Metabolisme senyawa biologis

Reaksi metabolisme biologis dikatabolisme oleh enzim yang diaktifkan oleh substrat. Sintesis senyawa biologis metabolik dapat dihambat oleh obat-obatan sebagai penghambat kompetitif. Obat yang merupakan analog struktural dari media bertindak sebagai substrat untuk enzim yang digunakan dalam reaksi metabolisme. Asam para-aminobenzoat (PABA) adalah substrat untuk sintesis asam folat yaitu koenzim a dalam reaksi purin, pirimidin, dan sintesis asam amino [2-3]. Sulfanilamide dan 3,4,5-trimethoxybenzylpyrimidine adalah contoh obat menghambat sintesis senyawa biologis metabolik. Sulfonamides (obat Sulfa) telah digunakan dalam banyak infeksi seperti infeksi saluran kemih. Sulfonamid adalah banyak digunakan dalam kombinasi dengan senyawa lain. Perak sulfadiazine, salah satunya obat kombinasi, digunakan pada infeksi luka bakar [5]. Trimethoprim sulfamethoxazole (TMP-SMZ) adalah obat kombinasi lain yang digunakan secara luas karena aktivitas sinergisnya. Trimethoprim dan sulfametoksazol memblokir langkah-langkah berbeda dari sintesis prekursor DNA dan RNA, serta protein. Sulfamethoxazole yaitu sulfonamida menunjukkan analogi struktural dengan PABA menghalangi reaksi yang mensintesis asam dihydrofolic (DHF) dari PABA, sedangkan trimethoprim yaitu sulfonamide yang menunjukkan analogi struktural dengan DHF memblokir reaksi yang mensintesis asam tetrahidrofolat (THF) dari DHF (Gambar 2) [6]. Mensintesis asam dihidrofolat (DBD) dari PABA, sedangkan trimetoprim yaitu sulfonamid menunjukkan analogi struktural dengan DBD menghambat reaksi mensintesis asam tetrahidrofolat (THF) dari DBD (Gambar 2.2) [7].

  • Menghambat Sintesis Asam Nukleat

Antibiotik dapat menghambat replikasi, transkripsi, dan sintesis folat microorganism. Mekanisme kerja dalam menghambat sintesis asam nukleat melalui Penyumbatan Replikasi: Prekursor deoksiribonukleotida disintesis untuk polimerisasi deoksinukleotida. Dengan enzim kinase, deoksinukleosida trifosfat (dNTP: dGTP, dCTP, dan dATP) disintesis dari deoksinukleosida difosfat (dNDP: dGDP, dCDP dan dADP) yang disintesis dari ribonukleosida oleh reduktase ribonukleotida. Tetapi deoxythymidine triphosphate (dTTP) disintesis oleh jalur yang berbeda. Deoxyuracil diphosphate (dUDP) yang disintesis dari urasildifosfat (UDP) oleh reduktase ribonukleotida dikonversi menjadi deoksiurasil monofosfat (DUMP). Thymidylate synthetase mengkatalisasi reaksi yang mengubah dUMP dimetilasi dengan tetrahidrofolat (THF) menjadi dTMP. Dalam langkah ini,tetrahydrofolate (THF) disintesis dari dihydrofolate (DHF) oleh dihydrofolatereduktase. Akhirnya, dTTP disintesis dari dTMP oleh kinase (Gambar 2).DNA girase membuka untai DNA untuk polimerisasi deoksinukleotida olehDNA polimerase sesuai dengan masing-masing untai cetakan melingkar dari kromosom [5].

Kinolin, seperti asam nalidiksat dan siprofloksasin yang digunakan dalam pengobataninfeksi yang disebabkan oleh Pseudomonas spp., mencegah pembentukan garpu replikasi olehmenghambat girase DNA, sebagai hasil pengikatan pada subunit gyrA. Novobiocin dancoumermycin mencegah pembentukan garpu replikasi dengan menghambat DNA gyrase,sebagai hasil dari pengikatan pada subyit gyrB. Ketika gen bakteri gyrA dan gyrB bermutasi, bakteri mengembangkan resisten terhadap antibiotik ini [5]. Norfloxacin, gatifloxacin, gemifloxacin, dan moxifloxacin adalah kelompok lain floroquinolon yang memiliki spektrum aktivitas yang lebih luas. Floroquinolones tidak beracun. Ciprofloxacin, norfloxacin, gatifloxacin, dan gemifloxacin digunakan untuk mengobati infeksi saluran kemih dan pneumonia [2].

Sintesis prekursor deoksinukleotida yang digunakan dalam replikasi DNA dapat dihambat oleh trimetoprim, hidroksiurea, 5-fluorodeoksiuridin, dan 5-fluorourasil. Trimethoprim adalah penghambat sintesis folat. Trimethoprim, yang merupakan analog struktural dari DBD, mencegah sintesis THF dengan menghambat dihydrofolate reductase. Jadi, dTMP yang merupakan prekursor polimer deoksinukleotida tidak disintesis. Ada banyak mekanisme resistensi trimethoprim. Jika gen mikroorganisme Anda mengalami mutasi yang menonaktifkan sentidim timidilat dTMP dan DHF tidak disintesis, sebagai akibat dari ketidakmampuan dalam transfer kelompok metil dari THF ke dUMP. Karena reduktase dihydrofolate tidak disintesis dalam mikroorganisme di mana gen Anda dimutasi, mikroorganisme ini tidak dihambat oleh trimethoprim. Jika mikroorganisme mengubah situs pengikatan reduktase dihydrofolate, trimethoprim tidak dapat berikatan dengan dihydrofolate reductase. Jadi, bakteri mengembangkan resistensi terhadap trimethoprim. Mekanisme lain dari resistensi trimethoprim adalah membawa gen yang menyebabkan resistensi terhadap trimethoprim [5]. Hydroxyurea menghambat ribonucleotide reductase yang mengkatalisasi deoxynucleosidedifosfat dari ribonukleosida difosfat (Gambar 2). Jika mikroorganisme genpengkodean ribonucleotide reductase dimutasi, mikroorganisme mengembangkan resistensi terhadap hydroxyurea [5]. Sintesis prekursor dapat dihambat oleh 5-fluorodeoxyuridine dan 5-fluorouracil dengan hambatan kompetitif. Bentuk monofosfat 5-fluorodeoksiuridin dan 5-fluorourasil adalah analog struktural dari DUMP yang merupakan substrat timidilatsynthase. Mereka menghambat sintesis dTMP. Jika mikroorganisme pengkodean genthymidylate synthase dimutasi, mikroorganisme mengembangkan resistensi terhadap5-fluorodeoxyuridine dan 5-fluorouracil [5].

Dideoxynucleotide yang digunakan sebagai obat mirip dengan deoxynucleotideprekursor, kecuali bahwa gugus hidroksil tidak ada dalam 30 karbon mereka. Dideoxynucleotide yang meniru prekursor deoxynucleotide corpore menjadi DNA dan kemudian, menghentikan replikasi, karena itu tidak dapat diikat oleh deoxynucleotide berikutnya.Mitomycin C memblokir replikasi dengan mengikat basis guanin yang terletak di keduanya untai cetakan DNA [5].

Referensi

  • Iskandar dan Yuswohady. 2015. Sciences for a Better: Solusi Kemakmuran Untuk Kemandirian Indonesia. PT. Gramedia Pustaka Utama. Jakarta
  • Kusumawati, R.E., Pasaribu, F., Bintang, M. 2014. Aktivitas Antibakteri Isolat Bakteri Endofit dari Tanaman Miana (Coleus scutellariodes [L.] Bent.) Terhadap Staphylococcus aureus dan Eschericia coli. Curret Biochemistry. 1(1):45-50.
  • Rasyid, A. 2012. Identifikasi Senyawa Metabolit Sekunder Serta Uji Aktivitas Antibakteri dan Antioksidan Ekstrak Metanol Teripang Stichopus hermanii. Jurnal Ilmu dan Teknologi Kelautan Tropis. 4(2): 360-368.
  • Ginting, E.L., Warouw, V., dan Suleman, R.W. 2010. Aktivitas Antibakteri dari Ekstrak Kasar Bakteri yang Berasosiasi dengan Sponge Acanthrostrongylophora sp. Jurnal Ilmu dan Teknologi Kelautan Tropis. 6(3). 160-163
  • Gilani AH and Atta-ur-Rahman. 2005. Trends in ethnopharmacology. J. Ethnopharmacol. 100: 43-49.
  • Sköld O. Antibiotics and Antibiotic Resistance. Hoboken, New Jersey: Wiley & Sons, Inc; 2011
  • Tortora GJ, Funke BR, Case CL. Microbiology: An Introduction, Global Edition. 12th ed. London: Pearson Education, Inc; 2015
  • Kırmusaoğlu S. MRSA and MSSA: The mechanism of methicillin resistance and the influence of meticillin resistance on biofilm phenotype of Staphylococcus aureus. In: Enany SME, Alexander LEC, editors. The Rise of Virulence and Antibiotic Resistance in Staphylococcus aureus. Croatia: InTech; 2016. pp. 25-41
  • Brooks GF, Carroll KC, Butel JS, Morse SA, Mietzner TA. Jawetz, Melnick, & Adelberg’s Medical Microbiology. 26th ed. New York; Chicago: McGraw Hill Education; 2013
  • Snyder L, Champness W. Molecular Genetics of Bacteria. Washington: American Society of Microbiology Press; 2007
  • Rios JL, Recio MC. Medicinal plants and antimicrobial activity. Journal of Ethnophar‐macology 2005;100 80–84.
  • Reverter M,Bontemps N, Lecchini D, Banaigs B, Sasal P. Use of plant extracts in fish aquaculture as an alternative to chemotherapy: Current status and future perspectives. Aquaculture 2014;433 50–61.
  • Palaniappan K, Holley RA. Use of natural antimicrobials to increase antibiotic sus‐ ceptibility of drug resistant bacteria. International Journal of Food Microbiology 2010;140 164–168.
  • Kovač J, Gavarić N, Bucar F, Smole Možina S. Antimicrobial and resistance modulatory activity of Alpinia katsumadai seed phenolic extract, essential oil and post-distillation extract. Food Technology and Biotechnology, 2014;52(2) 248–254.

Tinggalkan pesanan

Alamat email anda tidak akan disiarkan.