protein pili Shigella dysenteriae

 

protein pili Shigella dysenteriae

Disentri merupakan salah satu penyakit endemik 

dunia. Terjadi 120.000.000 kasus per tahun 

dengan sebagian besar pasien berasal dari negara 

berkembang dan terjadi pada anak di bawah lima 

tahun. Ada beberapa mikroorganisme yang dapat 

menyebabkan disentri, antara lain: Shigella sp., 

Escherichia coli, Salmonella sp., Campylobacter 

jejuni, dan Entamoeba hystolitica. Namun 60% 

kasus disentri dan sebagian besar kasus berat 

disebabkan oleh Shigella sp. (Dharma, 2001). 

Infeksi Shigella sp. pada manusia dapat 

menyebabkan beberapa keadaan yang secara 

klinik dapat dikategorikan ringan, sedang, atau 

berat yang sampai dirawat di rumah sakit. Genus 

Shigella terdiri dari empat spesies yaitu S. 

dysenteriae, S. flexneri, S. boydii, dan S. sonnei. 

Di daerah tropis, kasus yang paling sering 

ditemukan adalah infeksi S. dysenteriae, 

sedangkan spesies yang lainnya lebih sering 

dijumpai di daerah subtropis atau daerah industri. 

Ada beberapa mikroorganisme yang dapat 

menyebabkan disentri, salah satunya Shigella 

dysenteriae (1)(2). Shigella dysenteriae adalah 

penyebab disentri basiler atau shigelosis.(3)(4) S. 

dysenteriae dapat bertahan dalam makanan atau 

air yang terkontaminasi dan memiliki dosis

infeksi yang sangat rendah yaitu 10-100 

mikroorganisme.(3,5) 

Shigelosis dimulai dengan infeksi akut pada 

sekum dan diikuti oleh invasi bakteri ke mukosa 

kolon menyebabkan gejala kram perut, diare dan 

demam. Jika tidak diobati terutama pada anak 

kecil dan pasien dengan defisiensi imun, 10-15% 

kasus terjadi kematian.(6) Terkait dengan 

besarnya upaya pencegahan dan pengobatan 

shigelosis, diperkirakan 1,1 juta kematian per 

tahun. Diikuti dengan timbulnya resistensi obat 

yang sangat cepat dari spesies Shigella terhadap 

berbagai jenis antibiotik menjadikan shigelosis 

menjadi masalah yang lebih serius(4,7–9). Di 

Indonesia prevalensi diare pada anak sebesar 

11% (10), sedangkan prevalensi shigelosis di 

Jakarta 11,4% dengan sebaran Shigella flexneri 

(6,7%), Shigella sonnei (2,7%) 75-100% resisten 

terhadap , Shigella boydi (1,7%) dan Shigella 

dysenteriae (0,76%). Hasil uji kepekaan 

antibiotik menunjukkan S. flexeri sebesar dengan 

80-90% resisten terhadap ampisilin, tetrasiklin, 

kloramfenikol, trimethoprim-sulfametosasol. S 

sonnei dan S boidy hampr 75%-100% resisten 

terhadap tetrasiklin dan trimethoprim￾sulfamethosasol. Sedangkan semua isolat S 

dysenteriae (100%) resisten terhadap 

klorampenikol dan trimetoprim￾sulfamethoxasol(11). 

Patogenesis S dysenteriae diawali dengan 

masuknya S dysenteriae ke dalam tubuh inang 

melalui oral menuju mukosa saluran cerna. 

Adhesi adalah tahap awal yang sangat penting 

dalamn, diikuti dengan amplifikasi pada inang, 

invasi bakteri, cedera jaringan dam penyebaran 

ke jaringan lain(12–15). Adhesin adalah 

komponen permukaan sel dari bakteri yang 

berhubungan dengan virulensi, dapat berupa 

flagella, fimbria, pili dan outer membrane protein 

(OMP)(16). Pili merupakan salah satu protein 

adhesi yang terdapat pada S. dysenteriae. Pili 

tersusun dari struktur protein berbentuk batang 

atau rambut yang terdapat pada permukaan sel 

bakteri (Todar, 2009). Pili menjadi faktor yang 

paling menentukan perlekatan spesifik sel bakteri 

dengan sel inang. Dalam proses infeksi, pili 

berperan sebagai determinan mayor virulensi 

bakteri karena mampu memfasilitasi perlekatan 

dan kolonisasi bakteri. 

Ada dua tahap patogenesis dari S. dysenteriae 

untuk menimbulkan penyakit. Tahap pertama, S. 

dysenteriae melakukan perlekatan dengan sel 

inang. Perlekatan awal ini diperankan oleh pili, 

dengan sifat perlekatan anchoring. Setelah itu 

dilanjutkan perlekatan oleh outermembrane, 

dengan sifat perlekatan docking. Sebagian besar 

komponen dari outer membrane adalah outer 

membrane protein (OMP). Tahap kedua, S. 

dysenteriae mengadakan replikasi pada sel epitel 

kolon hingga mencapai 108

 kuman/ml. Selain 

mengadakan replikasi, bakteri tersebut juga 

memproduksi bahan-bahan metabolisme yang 

dapat merugikan sel inang (Suswati dan Mufida, 

2010). 

Penelitian pendahuluan telah berhasil 

mengisolasi protein pili S dysenteriae dengan 

berat molekul 42 kDa. Berdasarkan mortalitas 

dan morbiditas S. dysenteriae serta peran protein 

sebagai faktor yang berperan pada adhesi bakteri 

pada sel inang oleh karena itu perlu dilakukan uji 

OMP S dysenteriae 42 kDa sebagai protein 

adhesin. 

Metode 

Penelitian ini merupakan penelitian eksperimental 

laboratoris yang dilaksanakan di Laboratorium 

Mikrobiologi Fakultas Kedokteran Universitas 

Jember. Penelitian ini dilakukan melalui beberapa 

tahap yaitu isolasi dan identifikasi S. dysenteriae, 

kultur S. dysenteriae, isolasi pili, SDS-PAGE, 

pemurnian protein pili, uji hemaglutinasi, isolasi 

enterosit mencit galur BALB/c, dan uji adhesi. 

Hasil uji adhesi yang berupa indeks adhesi 

membuktikan protein pili S. dysenteriae 42 kDa 

merupakan protein adhesi pada enterosit mencit 

galur BALB/c. Variabel bebas dari penelitian ini 

adalah konsentrasi protein pili S. dysenteriae 42 

kDa, sedangkan variabel terikatnya berupa jumlah 

bakteri S. dysenteriae yang menempel pada 100 

enterosit mencit galur BALB/c (indeks adhesi). 

Pada penelitian ini dibentuk 6 kelompok 

perlakuan dan 1 kontrol negatif. Keenam 

kelompok perlakuan tersebut meliputi konsentrasi 

protein pili 1, ½, ¼, 1

/8, 

1

/16, dan 1

/32. Data yang 

diperoleh dianalisis menggunakan program 

statistik SPSS (Statistical Product and Service 

Solution) versi 16, jenis regresi linier sederhana 

dan one way Anova. 

Uji hemaglutinasi merupakan langkah awal 

sebelum melakukan uji adhesi, berdasarkan 

adanya kesamaan antara reseptor eritrosit dan 

reseptor enterosit pada hewan coba dengan jenis 

yang sama. Uji hemaglutinasi bertujuan untuk 

mengetahui potensi suatu protein dalam 

menghambat aglutinasi eritrosit. Protein tersebut 

akan berikatan dengan reseptor eritrosit sehingga 

reseptor eritrosit penuh dan tidak mampu 

berikatan dengan eritrosit lainnya. Dengan 

demikian¸ aglutinasi akan terhambat dan tidak 

terbentuk bekuan (dot) pada saat uji 

hemaglutinasi. Uji hemaglutinasi dilakukan dua 

kali, yaitu pada hasil pencukuran pili dan pada 

protein pili yang telah melewati tahap 

elektroforesis (SDS-PAGE) dan pemurnian berat 

molekul dominan. Hasil uji hemaglutinasi yang 

pertama terdapat pada Tabel 1. 

Hasil uji hemaglutinasi menunjukkan pada Pili 1 

tidak terjadi aglutinasi hanya pada sumur pertama 

atau konssentrasi satu. Pada Pili 2 tidak terjadi 

aglutinasi pada konsentrasi 1 dan ½. Pada Pili 3, 

Pili 4, dan Pili 5 tidak terjadi aglutinasi pada 

konsentrasi 1, ½, dan ¼. Penelitian dilanjutkan 

dengan metode SDS-PAGE untuk memprediksi 

berat molekul protein. Hasil SDS-PAGE dapat 

dilihat pada Gambar 1. 

Profil protein pada hasil SDS-PAGE dari lima 

pencukuran bertingkat pada piliS. dysenteriae 

menunjukkan adanya beberapa protein yang 

dominan, antara lain protein dengan berat 

molekul 135 kDa, 95 kDa, 70 kDa, 42 kDa, 22 

kDa, dan 19 kDa. Pada penelitian ini, yang 

digunakan adalah protein dengan berat molekul 

42 kDa karena pada hasil SDS-PAGE tampak 

paling dominan (garisnya tampak paling tebal). 

Gel hasil proses SDS-PAGE tersebut dipotong 

pada berat molekul 42 kDa, lalu dimurnikan 

melalui proses elektroforesis dan dialisis untuk 

memperoleh protein murni dari pili S. dysenteriae 

dengan berat molekul 42 kDa. Protein yang 

dihasilkan dari proses tersebut diuji 

hemaglutinasi pada enterosit mencit galur 

BALB/C, hasilnya dapat dilihat pada Tabel 2. 

Protein pili S. dysenteriae dengan berat molekul 

42 kDa mampu menghambat proses 

hemaglutinasi sampai pengenceran dengan 

konsentrasi 1

/32. Hasil di atas menunjukkan 

bahwa protein tersebut mempunyai kemampuan 

adhesi terhadap eritrosit mencit galur BALB/c 

dari konsentrasi awal (1) sampai konsentrasi 1

/32 

Uji adhesi S. dysenteriae pada enterosit mencit 

galur BALB/c dilakukan secara in vitro dengan 

variabel bebas konsentrasi protein pili S. 

dysenteriae 42 kDa yang diencerkan secara serial 

sehingga didapatkan konsentrasi 1, ½, ¼. 1

/8, 

1

/16, 

dan 1

/32. Pada keenam kelompok perlakuan ini, 

enterosit disalut terlebih dahulu dengan 

konsentrasi protein bertingkat, lalu ditambahkan 

suspensi kuman S. dysenteriae ke dalam masing￾masing tabung perlakuan. Sebagai kontrol negatif, 

diberikan konsentrasi 0 protein pili atau dengan 

kata lain, enterosit kelompok kontrol tidak disalut

dengan protein terlebih dahulu sebelum suspensi 

kuman S. dysenteriae dimasukkan ke dalam 

tabung kontrol. Dari masing-masing tabung 

perlakuan dan tabung kontrol, diambil 20 µl untuk 

dibuat hapusan pada obyek glass, dicat 

menggunakan pengecatan gram, lalu dihitung 

indeks adhesi S. dysenteriae menggunakan 

mikroskop dengan perbesaran 1000x. 

Keterlibatan protein pili dengan berat molekul 42 

kDa dalam menghambat perlekatan S. dysenteriae 

terhadap enterosit mencit galur BALB/c dapat 

dilihat pada Gambar 4.2 sampai Gambar 4.8. 

Semakin kecil konsentrasi protein pili yang 

disalutkan pada enterosit, semakin besar indeks 

adhesi S. dysenteriae pada enterosit. Semakin 

besar konsentrasi protein pili yang disalutkan 

pada enterosit, semakin kecil indeks adhesi S. 

dysenteriae pada enterosit. Fenomena ini 

menunjukkan bahwa protein pili 42 kDa dapat 

menghambat bakteri untuk melakukan perlekatan. 

Hasil perhitungan indeks adhesi S. dysenteriae 

dapat dilihat pada Tabel 3. 

Hasil penelitian menunjukkan bahwa protein pili 

S. dysenteriae 42 kDa mampu menghambat 

perlekatan S. dysenteriae terhadap enterosit 

mencit galur BALB/c. Hal ini terjadi karena 

dengan meningkatnya konsentrasi protein pili, 

makin banyak protein yang menjenuhi reseptor enterosit sehingga makin sedikit S. dysenteriae 

yang mampu menempel pada enterosit. Pada uji 

regresi linier sederhana diperoleh nilai R square 

0,897 yang berarti nilai indeks adhesi dipengaruhi 

oleh konsentrasi protein pili sebesar 89,7%, dan 

10,3% dipengaruhi oleh faktor lain. Berdasarkan 

hasil uji regresi linier didapatkan hubungan yang 

kuat antara perlakuan konsentrasi pili terhadap 

indeks adhesi S. dysenteriae pada enterosit mencit 

galur BALB/c. Hasil uji one way Anova 

menunjukkan bahwa perbedaan konsentrasi 

protein pili berpengaruh terhadap indeks adhesi 

bakteri dengan nilai Sig. = 0,000 (p value < 0,05) 

yang artinya terdapat perbedaan indeks adhesi 

secara bermakna antar kelompok konsentrasi 

protein pili yang berbeda. Dengan demikian 

terbukti bahwa protein pili dengan berat molekul 

42 kDa merupakan protein adhesi dari Shigella 

dysenteriae pada enterosit mencit galur BALB/c. hemaglutinasi merupakan langkah awal 

sebelum melakukan uji hambat adhesi, berdasarkan 

adanya homolog reseptor antara sel darah merah 

dan entrosit hewan. Pada penelitian ini dilakukan 

uji hemaglutinasi dan uji adhesi pada enterosit 

mencit galur balb/c. Hasil yang diperoleh protein 

OMP S. dysenteriae berat molekul 237 kD amampu 

menghambat aglutinasi pada sel darah merah 

mencit. Dasar dilakukannya uji hambat adhesi 

adalah karena adanya homolog reseptor pada sel 

darah merah dan enterosit mencit Balb/c. Hasiluji 

hemaglutinasi menunjukkan protein OMP 237 kDa 

dapat menghambat aglutinasi eritrosit pada 

konsentrasi 1

/32 sesuai dengan hasil peneliti 

sebelumnya terhadap OMP Proteus mirabilis, 

Escheceria coli, Shigella flexneri, Salmonella 

typhi, Klebsiella pneumoniae (16,19–24)

Kemampuan OMP menggumpalkan sel darah 

merah ada dua tipe, yaitu manosa resisten (MRHA) 

dan manosa sensitive hemaglutinasi (MSHA). 

MRHA akan berubah menjadi MSHA apabila sel 

darah merah diberi asam tanat 0,01%. Protein 

hemagglutinin bakteri dapat berasal dari fimbria 

dan atau OMP. Adhesin pada beberapa bakteri 

berupa protein yang dapat mengaglutinasi eritrosit 

yang dikenal sebagai protein hemagglutinin (17,25)

Peran protein pili 42 kDa S. dysenteriae sebagai 

protein adhesin pada enterosit mencit galur balb/c 

ditunjukkan dengan jumlah perlekatan bakteri pada 

100 enterosit mencit galur balb/c. Jumlah perlekatan 

bakteri pada 100 enterosit mencit disebut dengan 

indeks adhesi. Hasil uji hambat adhesi telah 

menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi 

protein pili S. dysenteriae 42 kDa yang disalutkan 

ke enterosit maka akan semakin sedikit jumlah S. 

dysenteriae yang menempel ke enterosit mencit 

Balb/c. Hal ini bisa terjadi karena reseptor 

permukaan enterosit mencit Balb/c sudah dipenuhi 

oleh protein pili S. dysenteriae 42 kDa. Dengan 

demikian adhesi dapat dicegah dan proses 

pathogenesis tidak berlanjut lagi (15,25)

Protein pili S. dysenteriae 42 kDa mampu 

memediasi terjadinya adhesi, mekanisme ini 

menunjukkan interaksi antara protein pili S. 

dysenteriae 42 kDa dengan sel inang yang kuat. Faktor adhesi memberikan target inovatif dan 

peluang terapi baru dan strategi baru untuk 

mengendalikan dan mencegah infeksi Shigella 

(25,26) 

Kesimpulan 

Protein pili S. dysenteriae dengan berat molekul 42 

kDa merupakan protein adhesin pada enterosit 

mencit galur Balb/c.

Tujuan penelitian ini adalah membuktikan bahwa protein pili Shigella dysenteriae dengan berat molekul 42 kDa 

merupakan protein adhesi dari S. dysenteriae pada enterosit mencit galur BALB/c. Penelitian ini merupakan penelitian 

eksperimental laboratoris yang dilaksanakan di Laboratorium Mikrobiologi Fakultas Kedokteran Universitas Jember, melalui 

beberapa tahap yaitu isolasi dan identifikasi S. dysenteriae, kultur S. dysenteriae, isolasi pili, SDS-PAGE, pemurnian protein 

pili, uji hemaglutinasi,isolasi enterosit mencit galur BALB/c, dan uji adhesi. Pada penelitian ini dibentuk 6 kelompok perlakuan 

dan 1 kontrol negatif. Keenam kelompok perlakuan tersebut meliputi konsentrasi protein pili 1, ½, ¼, 1

/8, 

1

/16, dan 1

/32. Data 

dianalisis menggunakan program statistik SPSS (Statistical Product and Service Solution) versi 16, jenis regresi linier sederhana 

dan one way Anov. Hasil penelitian menunjukkan bahwa protein pili S. dysenteriae 42 kDa mampu menghambat perlekatan S. 

dysenteriae terhadap enterosit mencit galur BALB/c. Pada uji regresi linier sederhana diperoleh nilai R square 0,897 yang berarti 

nilai indeks adhesi dipengaruhi oleh konsentrasi protein pili sebesar 89,7%, dan 10,3% dipengaruhi oleh faktor lain. Hasil uji 

one way Anova menunjukkan bahwa perbedaan konsentrasi protein pili berpengaruh terhadap indeks adhesi bakteri dengan nilai 

Sig. = 0,000 (p value < 0,05). Kesimpulan yang diperoleh dari penelitian ini sesuai dengan hipotesis, yaitu protein pili dengan 

berat molekul 42 kDa merupakan protein adhesi dari Shigella dysenteriae pada enterosit mencit galur BALB/c.