Definisi dan Penggolongan Antibiotik

Kata antibiotik berasal dari kata antibiosis yang berarti anti kehidupan. Terminologi ini pertama kali diperkenalkan oleh Vuillemin untuk menjelaskan fenomena daya hambat dari metabolit tersebut. Selanjutnya, istilah antibiosis diganti menjadi antibiotik dan diperkenalkan pertama kali pada tahun 1942 oleh Selman Waksman yang merupakan ahli mikrobiologi dari Amerika Serikat. Secara teoritis, pengertian antibiotik adalah agen antimikrobial yang diproduksi oleh mikroorganisme tertentu yang dapat membunuh ataupun menghambat pertumbuhan mikroorganisme lainnya. secara spesifik, sebenarnya istilah antibiotik lebih mengacu pada antibakteri karena pada awalnya antibiotik memang digunakan untuk treatment terhadap infeksi penyakit yang disebabkan oleh bakteri.Antibiotik dapat digolongkan menjadi beberapa jenis tergantung dari segi apa kita melihatnya. berdasarkan kemampuannya dalam treatment patogen, Antibiotik dapat digolongkan menjadi atnibiotik yang bersifat statik (bakteriostatik) maupun sidal (bakteriosidal). Sifat Bakteriostatik merupakan sifat yang dapat menghambat multiplikasi bakteri sehingga dapat menghambat pertumbuhannya. Sifat bakteriosidal merupakan istilah spesifik untuk antibiotik yang dapat membunuh bakteri. Mekanisme bakteriosidal berbeda dengan bakteriostatik hanya dalam sifat irreversibelitasnya. penentuan sifat apakah suatu antibiotik tergolong bakteriostatik ataupun bakteriosidal umumnya dapat dilakukan dengan uji sederhana menggunakan metode turbidimetri.Berdasarkan mekanisme kerjanya, antibiotik (terutama sebagai treatmen terhadap infeksi bakteri) dapat digolongkan menjadi antibiotik yang menghambat sintesis dinding sel (misalnya Penicilin, Cephalosporins), menghambat sintesis membran sel (contoh: Polymixin), mempengaruhi enzim esensial bakteri (contoh: Quninolones, Sulfonamides). Biasanya, secara natural, antibiotik yang memiliki mekanisme kerja seperti ini merupakan antibiotik yang bersifat bakteriosidal. Beberapa antibiotik mempunyai mekanisme kerja dengan menghambat sintesis protein (contoh: Aminoglycosida, Macrolida dan Tetracycline) umumnya bersifat bakteriostatikBerdasarkan luas (skope) pengaruh daya kerjanya, antibiotik dapat dibedakan menjadi antibiotik spektrum luas dan antibiotik spektrum sempit. Antibiotik spektrum luas memiliki daya hambat yang luas dan dapat dijadikan sebagaitreatmentterhadap bakteri gram positif maupun gram negatif, begitu pula terhadap bakteri basil, kokus maupun spiral. Antibiotik spektrum sempit memiliki daya hambat yang sempit, yaitu hanya menghambat mikroorganisme jenis tertentu saja secara spesifik. Sebagai contoh: terdapat antbiotik yang hanya efektif terhadap gram negatif, hanya efektif terhadap gram positif, hanya efektif terhadap fungi maupun protozoa.Berdasarkan susunan kimianya, antibiotik digolongkan menjadi:1) metabolisme asam amino, diantaranya Penicilin dan turunannya, Chepalosporin dan turunannya, Chloramphenicol dan turunannya, Lincomycin dan turunannya, Cycloserine, Dactiomycine dan antibiotik golongan peptida.2) metabolisme asam asetat, diantaranya: Tetracycline dan turunanannya, Antineoplastik, Anthracycline, antibiotik Macrolide, antibiotik Polien.3) metabolisme karbohidrat, diantaranya: Streptomycin, Paramomycin, Kanamycin, Gentamycin, Tobramycin, Amicacin dan Spectinomycin. (Todar, 2000)Produksi Antibiotik

Antibiotik umumnya merupakan metabolit sekunder yang diproduksi oleh mikroorganisme tertentu pada idiofase atau fase stasioner. Antibiotik sifatnya khas dan spesifik artinya tiap mikroorganisme tertentu memproduksi antibiotik tertentu pula. Dalam hal ini, produksi antibiotik amat dipengaruhi oleh faktor genetik. Produksi antibiotik baru maupun peningkatan efektivitas antibiotik yang dihasilkan oleh mikoorganisme tertentu dapat dilakukan dengan modifikasi gen untuk menciptakan strain yang mampu memproduksi antibiotik jenis baru. Selain itu modifikasi susunan kimia metabolit hasil fermentasi juga merupakan salah satu teknik untuk memproduksi antibiotik jenis baru. Secara umum, produksi antibiotik dapat dilakukan dengan cara fermentasi maupun dengan modifikasi susunan kimia metabolit hasil fermentasi.Produksi antibiotik oleh mikroorganisme melalui serangkaian jalur biosintesis yang rumit, dan sangat bervariasi tergantung dari kelas antibiotik yang diproduksi. Namun, secara umum antibiotik diproduksi oleh mikroorganisme tertentu melalui dua jalur biosintesis. Yaitu jalur biosintesis polyketida yang identik dengan jalur sintesis asam lemak dan jalur biosintesis nonribosomal peptide, yang merupakan serangkaian tahap elongasi asam amino tertentu untuk membentuk rantai popipeptida dengan panjang dan urutan tertentu. Kebanyakan antibiotik yang ada saat ini diproduksi melalui jalur biosintesis polyketida. jalur biosintesis non-ribosomal peptida merupakan jalur biosintesis unik yang belakangan ini banyak diteliti terutama oleh para ahli biokimia. antibiotik yang diproduksi melalui jalur biosintesis ini kebanyakakn merupakan antibotik golongan polipeptida (asam amino). jalur biosintesis ini dikatakan unik karena meskipun produk akhirnya polipeptida, namun sintesis antibiotik melalui jalur ini tidak terjadi pada ribososom (seperti yang kita ketahui, ribosom merupakan organel tempat terjadinya sintesis protein) melainkan secara langsung dikatalis oleh enzim Non-Ribosomal Peptide Syntetase (NRPS)Cara yang ditempuh oleh antibiotik dalam menekan bakteri dapat bermacam-macam, namun dengan tujuan yang sama yaitu untuk menghambat perkembangan bakteri. Oleh karena itu mekanisme kerja antibiotik dalam menghambat proses biokimia di dalam organisme dapat dijadikan dasar untuk mengklasifikasikan antibiotik sebagai berikut: 1. Antibiotik yang menghambat sintesis dinding sel bakteri. Yang termasuk ke dalam golongan ini adalah Beta-laktam, Penicillin, Polypeptida, Cephalosporin,Ampicillin, Oxasilin.

a) Beta-laktam menghambat pertumbuhan bakteri dengan cara berikatan pada enzim DD-transpeptidase yang memperantarai dinding peptidoglikan bakteri, sehingga dengan demikian akan melemahkan dinding sel bakteri Hal ini mengakibatkan sitolisis karena ketidakseimbangan tekanan osmotis, serta pengaktifan hidrolase dan autolysins yang mencerna dinding peptidoglikan yang sudah terbentuk sebelumnya. Namun Beta-laktam (dan Penicillin) hanya efektif terhadap bakteri gram positif, sebab keberadaan membran terluar (outer membran) yang terdapat pada bakteri gram negatif membuatnya tak mampu menembus dinding peptidoglikan. b) Penicillin meliputi natural Penicillin, Penicillin G dan Penicillin V, merupakan antibiotik bakterisidal yang menghambat sintesis dinding sel dan digunakan untuk penyakit-penyakit seperti sifilis, listeria, atau alergi bakteri gram positif/Staphilococcus/Streptococcus. Namun karena Penicillin merupakan jenis antibiotik pertama sehingga paling lama digunakan telah membawa dampak resistansi bakteri terhadap antibiotik ini. Namun demikian Penicillin tetap digunakan selain karena harganya yang murah juga produksinya yang mudah.

c) Polypeptida meliputi Bacitracin, Polymixin B dan Vancomycin. Ketiganya bersifat bakterisidal. Bacitracin dan Vancomycin sama-sama menghambat sintesis dinding sel. Bacitracin digunakan untuk bakteri gram positif, sedangkan Vancomycin digunakan untuk bakteriStaphilococcusdanStreptococcus. Adapun Polymixin B digunakan untuk bakteri gram negatif.

d) Cephalosporin (masih segolongan dengan Beta-laktam) memiliki mekanisme kerja yang hampir sama yaitu dengan menghambat sintesis peptidoglikan dinding sel bakteri. Normalnya sintesis dinding sel ini diperantarai oleh PBP (Penicillin Binding Protein) yang akan berikatan dengan D-alanin-D-alanin, terutama untuk membentuk jembatan peptidoglikan. Namun keberadaan antibiotik akan membuat PBP berikatan dengannya sehingga sintesis dinding peptidoglikan menjadi terhambat. e) Ampicillin memiliki mekanisme yang sama dalam penghancuran dinding peptidoglikan, hanya saja Ampicillin mampu berpenetrasi kepada bakteri gram positif dan gram negatif. Hal ini disebabkan keberadaan gugus amino pada Ampicillin, sehingga membuatnya mampu menembus membran terluar (outer membran) pada bakteri gram negatif. f) Penicillin jenis lain, seperti Methicillin dan Oxacillin, merupakan antibiotik bakterisidal yang digunakan untuk menghambat sintesis dinding sel bakteri. Penggunaan Methicillin dan Oxacillin biasanya untuk bakteri gram positif yang telah membentuk kekebalan (resistansi) terhadap antibiotik dari golongan Beta-laktam.

g) Antibiotik jenis inhibitor sintesis dinding sel lain memiliki spektrum sasaran yang lebih luas, yaitu Carbapenems, Imipenem, Meropenem. Ketiganya bersifat bakterisidal.

2.Antibiotik yang menghambat transkripsi dan replikasi. Yang termasuk ke dalam golongan ini adalah Quinolone,Rifampicin,Actinomycin D,Nalidixic acid, Lincosamides, Metronidazole.

a) Quinolone merupakan antibiotik bakterisidal yang menghambat pertumbuhan bakteri dengan cara masuk melalui porins dan menyerang DNA girase dan topoisomerase sehingga dengan demikian akan menghambat replikasi dan transkripsi DNA. Quinolone lazim digunakan untuk infeksi traktus urinarius.

b) Rifampicin (Rifampin) merupakan antibiotik bakterisidal yang bekerja dengan cara berikatan dengan -subunit dari RNA polymerase sehingga menghambat transkripsi RNA dan pada akhirnya sintesis protein.Rifampicin umumnya menyerang bakteri spesiesMycobacterum.

c) Nalidixic acid merupakan antibiotik bakterisidal yang memiliki mekanisme kerja yang sama dengan Quinolone, namun Nalidixic acid banyak digunakan untuk penyakit demam tipus.

d) Lincosamides merupakan antibiotik yang berikatan pada subunit 50S dan banyak digunakan untuk bakteri gram positif, anaerobaPseudomemranous colitis. Contoh dari golongan Lincosamides adalah Clindamycin.

e) Metronidazole merupakan antibiotik bakterisidal diaktifkan oleh anaeroba dan berefek menghambat sintesis DNA.3.Antibiotik yang menghambat sintesis protein. Yang termasuk ke dalam golongan ini

adalah Macrolide, Aminoglycoside,Tetracycline,Chloramphenicol, Kanamycin, Oxytetracycline.

a) Macrolide, meliputi Erythromycin dan Azithromycin, menghambat pertumbuhan bakteri dengan cara berikatan pada subunit 50S ribosom, sehingga dengan demikian akan menghambat translokasi peptidil tRNA yang diperlukan untuk sintesis protein. Peristiwa ini bersifat bakteriostatis, namun dalam konsentrasi tinggi hal ini dapat bersifat bakteriosidal. Macrolide biasanya menumpuk pada leukosit dan akan dihantarkan ke tempat terjadinya infeksi.[12]Macrolide biasanya digunakan untukDiphteria,Legionella mycoplasma, danHaemophilus.

b) Aminoglycoside meliputi Streptomycin, Neomycin, dan Gentamycin, merupakan antibiotik bakterisidal yang berikatan dengan subunit 30S/50S sehingga menghambat sintesis protein. Namun antibiotik jenis ini hanya berpengaruh terhadap bakteri gram negatif.

c) Tetracycline merupakan antibiotik bakteriostatis yang berikatan dengan subunit ribosomal 16S-30S dan mencegah pengikatan aminoasil-tRNA dari situs A pada ribosom, sehingga dengan demikian akan menghambat translasi protein.[13]Namun antibiotik jenis ini memiliki efek samping yaitu menyebabkan gigi menjadi berwarna dan dampaknya terhadap ginjal dan hati.

d) Chloramphenicol merupakan antibiotik bakteriostatis yang menghambat sintesis protein dan biasanya digunakan pada penyakit akibat kumanSalmonella.

4. Antibiotik yang menghambat fungsi membran sel. Contohnya antara lain Ionimycin dan Valinomycin. Ionomycin bekerja dengan meningkatkan kadar kalsium intrasel sehingga mengganggu kesetimbangan osmosis dan menyebabkan kebocoran sel. 5.Antibiotik yang menghambat bersifat antimetabolit. Yang termasuk ke dalam golongan ini adalah Sulfa atau Sulfonamide, Trimetophrim, Azaserine.

a) Pada bakteri, Sulfonamide bekerja dengan bertindak sebagai inhibitor kompetitif terhadap enzim dihidropteroate sintetase (DHPS).Dengan dihambatnya enzim DHPS ini menyebabkan tidak terbentuknya asam tetrahidrofolat bagi bakteri. Tetrahidrofolat merupakan bentuk aktif asam folat, di mana fungsinya adalah untuk berbagai peran biologis di antaranya dalam produksi dan pemeliharaan sel serta sintesis DNA dan protein.Biasanya Sulfonamide digunakan untuk penyakitNeiserriameningitis.

b) Trimetophrim juga menghambat pembentukan DNA dan protein melalui penghambatan metabolisme, hanya mekanismenya berbeda dari Sulfonamide. Trimetophrim akan menghambat enzim dihidrofolate reduktase yang seyogyanya dibutuhkan untuk mengubah dihidrofolat (DHF) menjadi tetrahidrofolat (THF).

c) Azaserine (O-diazo-asetyl-I-serine) merupakan antibiotik yang dikenal sebagai purin-antagonis dan analog-glutamin. Azaserin mengganggu jalannya metabolisme bakteri dengan cara berikatan dengan situs yang berhubungan sintesis glutamin, sehingga mengganggu pembentukan glutamin yang merupakan salah satu asam amino dalam protein. SUMBER

Todar. K. 2000.Antibiotic. (Online)(http://lecturer.ukdw/ichira/antibiotic.html. diakses: 23

Desember 2009)

Dede Bogel.2011. Penggolongan dan Mekanisme Produksi Antibiotik. (Online)( bogel.blogspot.com/2011/07/penggolongan-dan-mekanisme-produksi.

html" http://dede-

bogel.blogspot.com/2011/07/penggolongan-dan-mekanisme-produksi.

html, diakses pada tanggal 5 November 2011)

Antibiotika

Antibiotika merupakan senyawa kimia yang dihasilkan oleh mikroorganisme, dan dapat menghambat atau membunuh mikroorganisme lain. Perkembangan antibiotika sebagai zat untuk pengobatan penyakit infeksi lebih banyak mempengaruhi penggunaan obat dibandingkan dengan perkembangan antibiotik itu sendiri.Antibiotika merupakan produk metabolisme sekunder. Meskipun hasilnya relatif rendah dalam sebagian besar industri fermentasi, tetapi karena aktivitas terapetiknya tinggi maka menjadi memiliki nilai ekonomik tinggi, oleh karena itu antibiotika dibuat secara komersial melalui fermentasi mikroba. Beberapa antibiotika dapat disintesis secara kimia, tetapi karena kompleksitas bahan kimia antibiotika dan cenderung menjadi mahal, maka tidak memungkinkan sintesis secara kimia dapat bersaing dengan fermentasi mikroorganisme.

Penggunaan antibiotika secara komersial, pertamakali dihasilkan oleh fungi berfilamen dan oleh bakteri kelompok actinomycetes. Daftar sebagian besar antibiotika yang dihasilkan melalui fermentasi industri berskala-besar, dapat dilihat pada Tabel 13.2. Seringkali, sejumlah senyawa kimia berhubungan dengan keberadaan antibiotika, sehingga dikenal famili antibiotik. Antibiotika dapat dikelompokkan berdasarkan struktur kimianya (Tabel 13.2). Sebagian besar antibiotika digunakan secara medis untuk mengobati penyakit bakteri, meskipun sebagian diketahui efektif menyerang penyakit fungi. Secara ekonomi dihasilkan

lebih dari 100.000 ton antibiotika per tahun, dengan nilai penjualan hampir mendekati $ 5 milyar.

Tabel 13.2 Beberapa antibiotika yang dihasilkan secara komersial

(Sumber:Brock & Madigan,1991)

AntibiotikaMikrorganisme penghasilTipe mikroorganisme

Basitrasin

Sefalosporin

Kloramfenikol

Sikloheksimid

Sikloserin

Erytromisin

Griseofulvin

Kanamisin

Linkomisin

Neomisin

Nistatin

Penisilin

Polimiksin B

Streptomisin

TetrasiklinBacillus subtilis

Cephalosporium sp.

Sintesis senyawa kimia (dulu oleh Streptomyces

venezuelae)

Streptomyces griseus

Streptomyces orchidaceus

Streptomyces erythreus

Penicillium griseofulvin

Streptomyces kanamyceticus

Streptomyces lincolnensis

Streptomyces fradiae

Streptomyces noursei

Penicillium chrysogenum

Bacillus polymyxa

Streptomyces griseus

Streptomyces rimosusBakteri pembentuk-spora

Fungi

Actinomycete

Actinomycete

Actinomycete

Fungi

Actinomycete

Actinomycete

Actinomycete

Actinomycete

Fungi

Bakteri pembentuk-spora

Actinomycete

Actinomycete

Actinomycete

Pencarian Antibiotika Baru

Bahan antibiotik yang sudah diketahui, lebih dari 8.000 , dan beberapa ratus antibiotika ditemukan dalam beberapa tahun. Dan sejumlah peneliti mempercayai bahwa berbagai antibiotika baru dapat ditemukan lagi jika penelitian dilakukan terhadap kelompok mikroorganisme selain Streptomyces, Penicillium, dan Bacillus. Sekali diketahui urutan struktur gen mikroorganisme penghasil-antibiotika, dengan teknik rekayasa genetika memungkinkan pembuatan antibiotika baru.

Cara utama dalam menemukan antibiotika baru yaitu melalui screening. Dengan pendekatan tersebut, sejumlah isolat yang kemungkinan mikroorganisme penghasil-antibiotika yang diperoleh dari alam dalam kultur murni, selanjutnya isolat tersebut diuji untuk produksi antibiotika dengan bahan yang diffusible , yang menghambat pertumbuhan bakteri uji. Bakteri yang digunakan untuk pengujian, dipilih dari berbagai tipe, dan mewakili atau berhubungan dengan bakteri patogen. Prosedur pengujian mikroorganisme untuk produksi antibiotika adalah metode goressilang, pertamakali digunakan oleh Fleming. Dengan program pemisahan arus, ahli mikrobiologi dapat dengan cepat mengidentifikasi, apakah antibiotika yang dihasilkan termasuk baru atau tidak. Sekali ditemukan organisme penghasil antibiotika baru, antibiotika dihasilkan dalam sejumlah besar, dimurnikan, dan diuji toksisitas dan aktivitas terapeutiknya kepada hewan yang terinfeksi. Sebagian besar antibiotika baru gagal menyembuhkan hewan uji, dan sejumlah kecil dapat berhasil dengan baik. Akhirnya, sejumlah antibiotika baru ini sering digunakan dalam pengobatan dan dihasilkan secara komersial.

Tabel 13.3 Klasifikasi antibiotika sesuai dengan struktur kimianya dan

contoh antibiotika (sumber:Brock & Madigan,1991)

AntibiotikaContoh

1. Antibiotika mengandung-karbohidrat

- Gula murni

- Aminoglikosida

- Ortosomisin

- N-glikosida

- C-glikosida

- Glikolipid

2. Lakton makrosiklik

- Antibiotik makrolida

- Antibiotik polien

- Ansamisin

- Makrotetrolida

3. Quinon dan antibiotika yang berhubungan.

- Tetrasiklin

- Antrasiklin

- Naftoquinon

- Benzoquinon4. Antibiotika peptida dan asam amino

- Turunan asam amino

- Antibiotik -laktam

- Antibiotik peptida

- Kromopeptida

- Depsipeptida

- Peptida pembentuk-selat

5. Antibiotika heterosiklik mengandung nitrogen

- Antibiotika nukleosida

6. Antibiotika heterosiklik mengandung oksigen

- Antibiotika polieter

7. Turunan alisiklik

- Turunan sikloalkan

- Antibiotika steroid

8. Antibiotik aromatik

- Turunan benzen

- Antibiotika aromatik terkondensasi

- Eter aromatik

9. Antibiotika alifatik

- Senyawa mengandung fosforNojirimisin

Streptomisin

Everninomisin

Streptotrisin

Vankomisin

Moenomisin

Eritromisin

Kandisidin

Rifamisin

Tetranaktin

Tetrasiklin

Adriamisin

Aktinorodin

Mitomisin

Sikloserin

Penisilin

Basitrasin

Aktinomisin

Valinomisin

Bleomisin

Polioksin

Monensin

Sikloheksimida

Asam fusidat

Kloramfenikol

Griseofulvin

Novobiosin

Fosfomisin

Tahap-tahap Menuju Produksi Komersial

Suatu antibiotika yang dihasilkan secara komersial, pada awalnya harus berhasil diproduksi pada fermentor industri berskala-besar. Salah satu gugus-tugas 392 penting adalah pengembangan efisiensi metode pemurnian. Metode elaborasi (yang terperinci) sangat penting dalam ekstraksi dan pemunian antibiotika, karena jumlah antibiotika yang terdapat dalam cairan fermentasi hanya sedikit (Gambar 13.5).

Fermentator

Padat Penyaringan

Cairan Metode Pengganti

Ekstrak

Padat

LimbahPadat Limbah Cair

Antibiotik Sebagian produk pemurnian dalam larutanMakanan tambahan hewan ProdukJika antibiotika larut dalam pelarut organik yang tidak dapat bercampur dengan air, maka pemurniannya relatif lebih mudah, karena memungkinkan untuk mengekstraksi antibiotika ke dalam suatu pelarut bervolume kecil, sehingga lebih mudah mengumpulkan antibiotika tersebut. Jika antibiotika tidak larut dalam pelarut, selanjutnya harus dipindahkan dari cairan fermentasi melalui adsorpsi, pertukaran ion, atau presipitasi secara kimia. Pada semua kasus, tujuannya untuk memperoleh produk kristalin yang sangat murni, meskipun sejumlah antibiotika tidak mudah terkristalisasi dan sulit dimurnikan.

Masalah yang berhubungan adalah, kultur sering menghasilkan produk akhir lain, termasuk antibiotika lain, dalam hal ini penting mengakhiri proses dengan suatu produk yang hanya terdiri dari antibiotik tunggal. Pemurnian secara kimia mungkin dibutuhkan untuk mengembangkan metode dalam rangka menghilangkan produk sampingan yang tidak diharapkan, tetapi dalam beberapa kasus hal tersebut penting untuk ahli mikrobiologi untuk menemukan strain yang tidak menghasilkan senyawa kimia dan tidak diharapkan.

SUMBER

Kusnadi,dkk. 2011. BAB_XIII_MIKRO_INDUSTRI. (Online)(FPMIPA/JUR._PEND._BIOLOGI/196805091994031KUSNADI/BUKU_COMMON_TEXT_MIKROBIOLOGI,_Kusnadi,dkk/BAB_XIII_MIKRO_INDUSTRI.pdf" http://file.upi.edu/Direktori/

FPMIPA/JUR._PEND._BIOLOGI/196805091994031KUSNADI/BUKU_COMMON_TEXT_MIKROBIOLOGI,_Kusnadi,dkk/BAB_XIII_MIKRO_INDUSTRI.pdf, diakses pada tanggal 5 November 2011)Pengolahan Pendahuluan

Ekstraksi Pelarut

Presipitasi Senyawa KImia

Kolom adsorpsi

Ekstraksi

Di larutkan

Evaporasi

Pengering

Pemurnian Rekristalisasi