BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Antibiotik Mikroba merupakan kelompok yang paling tinggi keragamannya di bumi ini. Namun sering kali diabaikan karena pengalaman yang buruk tentang mikroba selama ini. Padahal tanpa disadari mikroba melakukan banyak hal berguna bagi hidup, seperti keterlibatannya dalam siklus biogeokimia, penyedia senyawa tertentu di atmosfer dan tanah. Salah satu nilai penting dari mikroba adalah kemampuannya menghasilkan metabolit sekunder seperti antimikroba. Banyak teknik yang dapat dilakukan untuk mendeteksi anggota mikroba yang memproduksi metabolit yang bernilai ini. Dewasa ini pencarian mikroba dengan kemampuan menghasilkan asam amino, antimikroba (antibiotik), dan metabolit-metabolit lainnya gencar dilakukan (Meyers et al. 1968). Antibiotik merupakan substansi yang dihasilkan oleh suatu organisme dan dapat menghambat pertumbuhan organisme lain. Antibiotik juga dimanfaatkan untuk bertahan hidup dan menghadapi organisme lain yang mengancam keberadaannya. Antibiotik ini menunjukkan aktivitas toksisitas selektif dan mungkin berbeda pada tiap organisme. Sebagian besar antibiotik yang digunakan dalam beberapa dekade terakhir murni berasal dari mikroba (Pathania & Brown 2008). Ada bermacam-macam antibiotik yang berpotensi untuk terapi penyakit infeksi. Mereka berbeda satu sama lain dalam beberapa hal, seperti sifat fisika, kimia, farmakologis, spektrum antibakteri atau mekanisme kegiatannya. Berdasarkan toksisitasnya, antibiotik dibagi dalam 2 kelompok, yaitu antibiotik dengan aktivitas bakteriostatik bersifat menghambat pertumbuhan mikroba dan aktivitas bakterisida

2 bersifat membinasakan mikroba lain. Antibiotik tertentu aktivitasnya dapat ditingkatkan dari bakteriostatik menjadi bakterisida bila konsentrasinya ditingkatkan (Suwandi 1992). Akhir-akhir ini banyak metode dan peralatan yang tersedia dapat digunakan untuk mencari novel antibakteri. Aspek sumber penghasil gen dan tingkat gen merupakan bagian upaya yang secara terus menerus untuk memperoleh informasi baru terhadap pemahaman tentang patogen. Perangkat gen dapat membantu memilih target dan memahami tentang resistensi bakteri. Di samping itu, ketersediaan produk alami yang mencukupi menyediakan kesempatan yang luas untuk menjadikannya sebagai bahan baru, yaitu sebagai bahan kemoterapi (Michel-Briand 2007). Banyak pendekatan-pendekatan yang telah dilakukan dalam penemuan bahan antibakteri baru, salah satunya berdasarkan pendekatan genetik atau non-genetik. Kedua metode ini memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing. Bagaimanapun caranya kedua metode ini dilakukan yang terpenting adalah keberhasilannya dalam menemukan antibakteri baru yang efektif untuk jangka waktu yang lama (Singh 2009) Mekanisme Kerja Antibiotik Mekanisme antibiotik menghambat mikroba melalui beberapa cara yang berbeda yaitu, antibiotik bekerja menghambat sintesis dinding sel mikroba, mengganggu membran sel mikroba, menghambat sintesis protein dan asam nukleat mikroba, dan mengganggu metabolisme sel mikroba (Suwandi 1992). Antibiotik menghambat pertumbuhan mikroba dengan cara bakteriostatik atau bakterisida. Hambatan ini terjadi sebagai akibat gangguan reaksi yang penting untuk pertumbuhan. Reaksi penting ini mungkin merupakan satu-satunya jalan untuk mensintesis makromolekul seperti protein atau asam nukleat, sintesis struktur sel seperti dinding sel atau membran sel dan sebagainya.

3 Penghambatan pada beberapa reaksi dapat terjadi secara langsung yaitu antibiotik langsung memblokir beberapa reaksi tersebut, namun masing-masing reaksi memerlukan konsentrasi antibiotik yang berbeda. Ketergantungan pada konsentrasi ini menggambarkan perbedaan kepekaan reaksi tersebut terhadap antibiotik. Selain itu, pengaruh antibiotik juga dapat terjadi secara tidak langsung yaitu berupa pengaruh sekunder akibat gangguan pada reaksi lain sebagai pengaruh primer (Suwandi 1992). Antibiotik tertentu dapat menghambat beberapa reaksi. Reaksi tersebut ada yang penting untuk pertumbuhan dan ada yang kurang penting. Toksisitas selektif rendah kurang dapat diterima, karena dapat mengganggu proses penting sel inang. Banyak proses penting pada bakteri yang dipengaruhi antibiotik mempunyai kemiripan dengan proses penting pada sel manusia seperti sintesis protein, sehingga antibiotik tersebut juga dapat mengganggu proses pada sel manusia (Snow 1977). Antibiotik yang baik harus memiliki aktivitas antimikroba yang efektif dan selektif serta memiliki aktivitas bakterisida. Sifat toksisitas selektif diperlukan agar aktivitas gangguan pada mikroba penginfeksi lebih besar daripada gangguan pada sel inang. Derajat toksisitas selektif tergantung pada struktur yang dimiliki sel bakteri dan sel manusia, misalnya dinding sel bakteri yang tidak dimiliki oleh sel manusia. Antibiotik dengan mekanisme kegiatan pada dinding sel bakteri mempunyai toksisitas selektif relatif tinggi (Dancer 2004). Dalam banyak hal ada kesulitan untuk membedakan gangguan tersebut bersifat primer atau sekunder. Contoh streptomisin yang mengganggu beberapa reaksi antara lain mempengaruhi sintesis protein, sintesis RNA dan DNA, integritas membran sel dan respirasi, tetapi tidak diketahui apakah semuanya merupakan

4 pengaruh primer atau sekunder (Suwandi 1992). Dalam beberapa hal mekanisme kegiatan antibiotik sulit diterangkan, karena beberapa alasan, seperti: 1. Kesulitan menetapkan gangguan tersebut sebagai pengaruh sekunder atau primer. 2. Kebanyakan antibiotik merupakan substansi kimia yang rumit dan sering tidak mungkin disintesis secara kimia, sehingga sulit membuat antibiotik bertanda radioaktif. 3. Reaksi esensial yang diblokir, mungkin belum diketahui dengan jelas. 4. Metabolisme organisme berbeda satu sama lain walaupun pada prinsipnya sama, sehingga mekanisme kegiatan pada satu organisme, mungkin bukan cara antibiotik tersebut menghambat pertumbuhan organisme lainnya Sumber Antibiotik Banyak antibiotik yang sudah ditemukan dan digunakan sebagai terapi utama pengobatan infeksi yang disebabkan mikroba (Pelaez 2006). Penyakit infeksi demikian berbahaya dan dapat menimbulkan kematian. Sebagai contoh penyakit infeksi yang disebabkan oleh Streptococcus pneumoniae dapat membunuh 1,5 juta orang per tahunnya (Fernández-Tornero et al. 2005). Jenis mikroba gram positif yang ada sekarang ini diisolasi dari penderita infeksi seperti dari jenis-jenis Staphylococcus, Streptococcus pneumoniae, dan Enterococcus yang menunjukkan resistensi ganda terhadap berbagai agen antimikroba (Jorgensen et al. 1997). Banyak organisme yang resisten terhadap penggunaan bahan antibiotik tertentu. Adanya resistensi ini menimbulkan permasalahan dan membutuhkan biaya pengobatan yang besar. Sebagai contoh di Amerika Serikat besarnya biaya langsung yang dibutuhkan akibat resistensi antibiotik mencapai US$ 3 miliar dengan tambahan biaya tidak langsung yang mencapai US$ 30 miliar (Sit & Vanderas 2008). Oleh karena itu untuk mengatasi

5 masalah ini dibutuhkan antibiotik baru yang memiliki mekanisme aksi yang unik (Jorgensen et al. 1997) yang tersedia di alam melalui mikroba seperti jamur dan bakteri (Pathania & Brown 2008). Organisme penghasil antibiotik telah diisolasi dari berbagai sumber misalnya kompos, sayuran busuk, kolam atau mungkin bahan lain. Sumber umum isolasi organisme ini adalah tanah. Banyak bakteri seperti Pseudomonas (Burkholder et al. 1996; Schnider et al. 1995; Thomashow et al. 1990), Nocardia (Greenstein 1981), Kibdelosporangium aridum (Grappel et al. 1985), Actinoplanes friuliensis (Müller et al. 2007), dan Roseobacter clade-affiliated species (Brinkhoff et al. 2004) dapat menghasilkan antibiotik. Penicillium dan Fusarium merupakan contoh genus jamur yang diketahui dapat menghasilkan antibiotik. Diantara semua mikroba penghasil antibiotik ini, bakteri aktinomisetes Streptomyces merupakan mikroba penting karena menghasilkan banyak sekali jenis antibiotik, salah satunya Streptomyces erythreus yang menghasilkan antibiotik ABBOTT (Hung et al. 1965). Streptomycetes secara morfologi merupakan mikroba gram positif yang banyak ditemukan pada tanah yang alami (Paustian 1999). Streptomyces dikelompokkan ke dalam kelompok bakteri karena struktur sel yang tidak memiliki membran inti dan mitokondria (Di Salvo 2002), serta struktur dinding selnya yang mengandung peptidoglikan (Paustian 1999). Mikroba sangat menarik perhatian para ahli bakteriologi dan sangat penting dalam bioteknologi karena menghasilkan berbagai macam senyawa bioaktif metabolit sekunder yang bermanfaat seperti senyawa antimikroba, antibiotik, antivirus, antitumor, antiparasit, dan obat immunosupresif (Borodina et al. 2005; Price et al. 1999). Meski demikian diperkirakan hanya 1-3% dari semua jenis antibiotik yang dihasilkan oleh mikroba baru ditemukan (Baltz 2005). Ditambah lagi

6 dari jenis mikroba kelompok Aktinomycetes lain yang berpotensi menghasilkan antibiotik baru yang dapat digunakan sebagai terapi infeksi mikroba patogen (Ridwan et al. 2005) Isolasi Bakteri Tanah Mikroba di lingkungan sangat beragam dan memiliki banyak aktivitas metabolisme dan produk-produk yang dapat diaplikasikan dibidang industri. Namun, >99% mikroba di lingkungan tersebut tidak dapat dikulturkan di bawah kondisi laboratorium, sehingga banyak potensi-potensi yang belum dapat dimanfaatkan (Singh 2009). Mikroba tanah merupakan bagian terpenting dari kehidupan di dunia, karena merupakan bagian dari sistem biologi dan kimia, serta kehidupan flora, fauna dan mikroba itu sendiri. Secara fungsional bahan organik dan anorganik yang dilepas tanaman ke dalam lingkungan berguna untuk keberlangsungan hidup mikroba tanah (Setiadi 1989). Mikroba di tanah secara rutin dapat menghasilkan antibiotik melalui suatu proses kimia yang disebut metabolisme sekunder. Dipercaya bahwa produksi antibiotik oleh organisme yang ada di tanah memperbesar kemungkinan mereka untuk bersaing dengan mikroba lain di tanah (D Costa et al. 2006). Persaingan yng terjadi boleh jadi dalam bentuk persaingan terhadap ruang atau makanan (Kotan et al. 2009) Lingkungan tanah merupakan lingkungan yang terdiri dari gabungan antara lingkungan abiotik dan lingkungan biotik. Gabungan dari kedua lingkungan ini menghasilkan suatu wilayah yang dapat dijadikan sebagai tempat tinggal bagi beberapa jenis makhluk hidup, salah satunya adalah mesofauna tanah. Tanah dapat didefinisikan sebagai medium alami untuk pertumbuhan tanaman yang tersusun atas mineral, bahan organik, dan organisme hidup. Kegiatan biologis seperti pertumbuhan

7 akar dan metabolisme mikroba dalam tanah berperan dalam membentuk tekstur dan kesuburannya (Rao 1994). Ada beberapa teknik dalam mengisolasi mikroba dari sumbernya. Salah satu teknik yang paling sederhana adalah teknik cawan sebar. Teknik ini digunakan untuk mendapatkan mikroba penghasil antibiotik tanpa melihat jenis antibiotik yang dihasilkan oleh mikroba tersebut. Prinsip dari teknik ini adalah mengencerkan sampel tanah atau sumber mikroba lain kemudian menyebarkan sebagian dari supensi tanah tersebut di atas permukaan agar padat dan diinkubasi selama waktu dan suhu yang telah ditentukan. Koloni yang merupakan penghasil antibiotik akan menunjukkan adanya daerah hambat tanpa perumbuhan mikroba di sekitar koloni mikroba tersebut yang menandakan aktivitas antimikroba yang dihasilkannya (Davis & Blevins 1999). Di samping itu baru-baru ini pendekatan metagenom telah digunakan dalam memperoleh produk novel dari mikroba yang tidak dapat dikulturkan, yang selanjutnya dapat diperbaiki melalui aplikasi nanoteknologi (Singh 2009; Pathania & Brown 2008), juga peningkatan strain-strain yang ada dengan sukses melalui mutagenesis dan modifikasi yang bersifat nutrisional (Demain 2006) 2.5. Mikroba Patogen Uji Banyak penelitian-penelitian yang bergerak di bidang antimikroba menggunakan mikroba uji seperti E. coli mewakili bakteri Gram-negatif, S. aureus atau S. mutans mewakili bakteri Gram-positif (Ceylan et al. 2008; El-Mahmood et al. 2010), serta C. albicans mewakili kamir (Nanjwade et al. 2010), Fusarium sp. dan Ganoderma sp. mewakili jamur berfilamen atau kapang. Mikroba tersebut bersifat patogen terhadap berbagai macam inang. Escherichia coli berbentuk batang pendek termasuk bakteri Gram-negatif yang membentuk rantai. Dalam keadaan pembiakan yang tidak cocok dapat terjadi

8 bentuk filamen yang panjang, bersifat aerob atau anaerob fakultatif jarang terdapat kapsul, terjadi pengerakan pada sebagian strain E. coli. Bakteri E. coli merupakan kelompok Enterobacteriaceae yang hidup di dalam saluran pencernaan manusia sebagai penghuni usus (enteron) dan bersifat patogen (Ajizah et al. 2007). Staphyloccos aureus merupakan bakteri patogen utama pada manusia yang menyebabkan berbagai penyakit secara luas yang berhubungan dengan toxic shock syndrome sebagai akibat dari keracunan pangan. Bakteri ini dapat membuat enterotoksin yang dapat menyebabkan keracunan makanan (Ajizah et al. 2007). Candida albicans merupakan jamur dimorfik karena kemampuannya untuk tumbuh dalam dua bentuk yang berbeda yaitu sebagai sel tunas yang akan berkembang menjadi blastospora dan menghasilkan kecambah yang akan membentuk hifa semu. C. albicans dapat tumbuh pada variasi ph yang luas, tetapi pertumbuhannya akan lebih baik pada ph antara 4,5-6,5. Pada manusia, C. albicans sering ditemukan di dalam mulut, feses, kulit dan di bawah kuku orang sehat. C. albicans juga dapat membentuk biofilm pada permukaan peralatan medis yang dapat menjadi penyebab infeksi lokal dan sistemik (Harriott & Noverr 2009). Fusarium merupakan genus cendawan berfilamen yang banyak ditemukan pada tanaman dan tanah. Patogen ini dapat menyebabkan damping-off di persemaian dan tanaman dewasa, terutama saat tanaman memasuki fase generatif. Golongan Fusarium dicirikan dengan struktur tubuh berupa miselium bercabang, hialin dan bersekat (septa) dengan diameter 2-4 µm. Beberapa spesies Fusarium merupakan patogen pada tanaman yang dapat menyebabkan penyakit hawar yang menyerang gandum di berbagai belahan Eropa, Amerika, dan Asia hingga menjadi epidemik dan mengakibatkan kerugian akibat kegagalan panen. Infeksi biji gandum oleh

9 spesies Fusarium dapat menyebabkan kontaminasi oleh adanya mikotoksin yang dapat mempengaruhi kesehatan manusia dan hewan (Desjardins et al. 1999). Ganoderma dikenal sebagai genus jamur dari kelompok Basidiomycetes yang dapat menyebabkan busuk putih. Namun belakangan ini Ganoderma telah banyak digunakan untuk tujuan pengobatan terutama di China, Jepang, dan Korea. Ganoderma juga merupakan produsen penghasil mikokimia novel dalam jumlah yang besar (Paterson 2006) Ekstraksi Isolat Potensial dengan Pelarut yang Berbeda Ekstrak merupakan hasil penyaringan yang berbentuk kering, kental atau cair yang diperoleh dengan metode tertentu. Ekstraksi merupakan pengikatan senyawa kimia tertentu oleh pelarut tertentu. Ada beberapa macam metode ekstraksi diantaranya maserasi, perkolasi, dan sokletasi. Untuk memperoleh hasil yang kental dapat dilakukan penguapan dengan menggunakan evaporator putar. Maserasi merupakan proses ekstraksi simplisia menggunakan pelarut dengan perendaman, pengocokan atau pengadukan pada temperatur ruang. Remaserasi berarti dilakukan pengulangan penambahan pelarut setelah dilakukan penyaringan maserat pertama dan seterusnya. Perkolasi adalah ekstraksi dengan pelarut yang selalu baru, umumnya juga dilakukan pada temperatur ruangan. Prosesnya terdiri dari tahapan pengembangan bahan, tahap maserasi antara, tahap perkolasi sebenarnya (penetesan/penampungan ekstrak), terus-menerus sampai diperoleh ekstrak (perkolat), sedangkan sokletasi merupakan ekstraksi menggunakan pelarut yang secara terus-menerus, umumnya dilakukan dengan alat soxhlet sehingga terjadi ekstraksi berlanjut dengan jumlah pelarut relatif konstan dengan adanya pendingin balik (Harborne 1987).

10 2.7. Taman Wisata Alam Sibolangit Hutan hujan tropis dan ekosistem laut merupakan titik panas (hot spots) bagi tingginya keragaman hayati. Keragaman hayati ini akan terancam punah akibat aktivitas manusia yang mengakibatkan kerusakan habiat (Bull & Hardman 1991). Taman Wisata Alam Sibolangit merupakan salah satu daerah hutan hujan tropis dataran tinggi yang dilindungi. Kondisi tanah yang permukaannya didominasi oleh serasah-serasah daun yang merupakan sumber nutrisi bagi mikroba memungkinkan untuk isolasi mikroba dan mengetahui peranan mikroba tersebut. Taman Wisata Alam Sibolangit secara administratif terletak di Desa Sibolangit, Kecamatan Sibolangit, Kabupaten Daerah Tingkat II Deli Serdang Propinsi Sumatera Utara. Taman Wisata ini merupakan bagian dari kawasan Cagar Alam Sibolangit yang beralih fungsi sebagai hutan wisata. Luas TWA Sibolangit adalah 24,85 Ha, sedangkan luas Cagar Alam Sibolangit saat ini adalah 95,15 Ha. Menurut administratif kehutanan kawasan ini dikelola oleh Unit Konservasi Sumber Daya Alam I Sumatera Utara. Secara geografis, kawasan TWA berada diantara 3º17 50 LU dan 98º º36 56 BT dengan ketinggian pada 550 m dpl. Analisis variasi kemiringan lahan pada TWA menunjukkan kemiringan lahan bervariasi antara 5%- 10% (