Upload
wardot-ajah
View
377
Download
4
Embed Size (px)
Citation preview
Biofilm adalah kumpulan dari sel-sel mikroorganisme khususnya bakteri
yang melekat pada suatu permukaan dan diselimuti oleh pelekat polisakarida yang
diekskresikan oleh sel-sel bakteri. Komposisi biofilm terdiri dari sel-sel
mikroorganisme, produk ekstraseluler, detritus, polisakarida sebagai bahan
pelekat, dan air yang adalah bahan penyusun utama biofilm dengan kandungan
hingga 97%. Polisakarida yang diproduksi oleh mikrob untuk membentuk biofilm
termasuk eksopolisakarida (EPS) yaitu polisakarida yang dikeluarkan dari dalam
sel. EPS yang disintesis oleh sel mikrob berbeda-beda komposisi dan sifat
kimiawi dan fisikanya. Beberapa adalah makromolekul yang bersifat netral,
namun mayoritas bermuatan karena keberadaan asam uronat (Asam D-
glukuronat), Asam D-galakturonat, dan Asam D- manuroniat. Ada biofilm yang
bersifat kaku karena EPS-nya terdiri dari ikatan ß-1,4 atau ß-1,3 glikosida (ikatan
monosakarida monomer penyusun polisakarida) seperti EPS xanthan gum yang
dihasilkan oleh Xanthomonas campestris tetapi ada juga yang bersifat fleksibel
karena memiliki ikatan α-1,2 atau α-1,6 glikosida yang banyak ditemukan pada
dekstran. Beberapa contoh EPS selain xanthan gum adalah asam kolanat yang
diproduksi oleh Escherichia coli, alginat oleh P. aeruginosa, dan galaktoglukan
oleh Vibrio cholerae. Bahan-bahan penyusun biofilm yang lain contohnya adalah
protein, lipid, dan lektin.
Struktur dari suatu biofilm adalah unik tergantung dari lingkungan
tempatnya berada, contohnya adalah kandungan nutrisi dan keadaan fisik. Selain
itu, di alam, sangat jarang terdapat biofilm yang hanya terdiri dari satu spesies,
biasanya biofilm tersusun dari beberapa spesies dalam lapisan-lapisan yang
berbeda. Biasanya mikroorganisme fotosintetik ada di permukaan paling atas,
mikroorganisme kemoorganotrof anaerob fakultatif di bagian tengah, sedangkan
di bagian dasar adalah mikroorganisme anaerob pereduksi sulfat. Pada bagian
atas, cahaya matahari lebih mudah didapat sehingga dapat digunakan untuk
fotosintesis, sedangkan bagian tengah dapat dihuni oleh mikrob kemoorganotrof
fakultatif anaerob karena dapat mentolerir kandungan udara yang sedikit serta
banyak dapat mengakses bahan organik sebagai sumber energinya. Pada bagian
dasar, tidak terdapat kandungan udara sehingga mikrob anaerob pereduksi sulfat
dapat tumbuh dan energi dengan cara mereduksi sulfat. Tergantung dari kondisi
lingkungannya, biofilm dapat menjadi sangat besar dan tebal sehingga dapat
dilihat dengan mata telanjang contohnya pada lingkungan air laut dapat terbentuk
stromatolit. Struktur dan ukuran biofilm sangat bergantung pada konsentrasi
substrat.
Ket: Komposisi biofilm
Fungsi dari biofilm adalah:
1. Proteksi dari sistem pertahanan sel host dan predator
2. Proteksi dari desikasi
3. Proteksi dari agen antimikrobial
4. Memberi ruang untuk interaksi metabolisme mikroba
Ada 5 tahap pembentukan biofilm yaitu:
1. Pelekatan awal: mikrob melekat pada permukaan suatu benda dan dapat
diperantarai oleh fili (rambut halus sel) contohnya pada P.aeruginosa.
2. Pelekatan permanen: mikrob melekat dengan bantuan eksopolisakarida
(EPS).
3. Maturasi I: proses pematangan biofilm tahap awal.
4. Maturasi II: proses pematangan biofilm tahap akhir, mikrob siap untuk
menyebar.
5. Dispersi: Sebagian bakteri akan menyebar dan berkolonisasi di tempat
lain.
Ket: Proses Pembentukan Biofilm
Perlekatan sel ke permukaan yang mengandung pelikel diharapkan akan
memicu reseptor pada permukaan sel yang akan merangasang ekspresi gen
tertentu yang mengakibatkan sintesa eksopolisakarida. Pertumbuhan lingkungan
biotik dalam b iofilm berbeda secara signifikan dari fase planktonik sebagai
respon dari faktor-faktor pertumbuhan yang mempengaruhi biofilm tersebut. Hal
ini diperkirakan karena perubaha dari ekspresi gen dan juga menyebabkan
perubahan dari fenotipnya, yaitu perbedaan dari mikroba dalam biofilm tersebut.
Resistensi biofilm terhadap agen antimikroba diperkirakan berhubungan
dengan umur dan struktur dari biofilm, serta sifat kimia dari agen antimikroba
tersebut. Seperti telah dijelaskan sebelumnya, perlekatan dari sel mikroba
menginduksi untuk dilakukannya suatu ekspresi gen. Ekspresi gen yang
dihasilkan biasanya bersifat tidak normal untuk sel host yang merubah fenotip
dari sel host yang mengakibatkan sel tersebut yang telah ada biofilm pada
permukaannya menjadi resisten terhadap agen antimkroba. Biofilm juga
mempunyai matriks ekstraseluler yang beberpaa di antaranya dapat berikatan dan
menutupi akses dari agen antimikroba dengan cara melakukan interaksi ionuk
dengan suatu molekul yang bersifat seperti penyaring. Eksopolimer atau
Eksopolisakarida yang dihasilkan dari hasil perlekatan mikroba tadi juga dapat
berikatan dengan enzim ekstraseluler misalnya β-lactamase yang
mendegradasikan atau menginaktifkan beberapa agen atimikroba.
Pemicu pembentukkan biofilm salah satunya adalah kondisi lingkungan
yang kurang menguntungkan atau mencekam. Contohnya adalah produksi EPS
oleh Escherichia coli berupa asam dan P. aeruginosa saat ketersediaan nutrisi
menipis.
Selain keterbatasan nutrisi, faktor lain yang memicu pembentukan biofilm
adalah quorum sensing, yaitu mekanisme untuk memastikan jumlah sel
mencukupi sebelum suatu spesies melakukan respon biologi khusus. Jadi, setiap
sel mikroba akan menghasilkan molekul sinyal untuk berkomunikasi dengan sel
yang lain, bila jumlah sel mikroba tersebut cukup banyak, maka molekul sinyal
terseut juga cukup banyak untuk memicu pembentukkan biofilm oleh keseluruhan
bakteri tersebut. Molekul-molekul sinyal tersebut berbeda untuk tiap jenis
mikroba dan memiliki peranannya masing-masing.
Ket : Diagram Quorum Sensing
Gambar di atas, pada lajur kiri, jumlah bakteri sediki agen inducer (berwarna biru)
juga sedikit mengakibatkan tidak adanya induksi untuk ekspresi gen yang itu
berarti menyebabkan tidak adanya ekspresi gen. Pada lajur kanan, saat bakteri
banyak sehingga banyak dihasilkan agen inducer untuk merangsang ekspresi gen
yang meningkatkan hasil dari ekspresi gen. Ekspresi gen yang dmaksud ini adalah
polimer eksopolisakarida yang akan membentuk matriks yang menyelubungi
bakteri dalam biofilm nantinya.
3.2 Plak Gigi
Plak adalah suatu lapisan lunak yang terdiri atas kumpulan
mikroorganism yang berkembang biak diatas suatu matriks yang terbentuk dan
melekat erat pada permukaan gigi yang tidak dibersihkan. Komposisi plak dental
terdiri dari mikroorganisme dan matriks interseluler yang terdiri dari komponen
organik dan anorganik, komposisi utama adalah mikrooganisme.
Matriks interseluler plak merupakan 20%-30% massa plak, terdiri dari
bahan organik dan anorganik yang berasal dari saliva, cairan sulkus dan produk
bakteri. Bahan organiknya mencakup polisakarida, protein, glikoprotein dan
lemak. Komponen anorganik yang paling utama adalah kalsium dan fosfor, dan
sejumlah kecil mineral lain seperti natrium, kalium, dan fluor.
Pertumbuhan massa plak terus berlangsung sampai mencapai suatu titik
kritis. Meskipun begitu, perkembangan struktural dan re-organisasi dalam plak
terus berlangsung secara kontinyu. Dalam plak yang telah matang, jika dilihat
dengan mikroskop elektron, maka dapat terlihat mikroba telah menempel secara
langsung pada enamel dengan bantuan enzim pada pelikel.