1

Efek hambatan zink sulfat terhadap pertumbuhanShigella spp.

Elly Herwana*a, Julius E. Surjawidjaja**, Murad Lesmana**, dan Adi Hidayat***

*Bagian Farmakologi, **Bagian Mikrobiologi, ***Bagian Ilmu Kedokteran KomunitasFakultas Kedokteran Universitas Trisakti

ABSTRAK

Shigella adalah bakteri enterik patogen yang penting sebagai penyebab diare. Insidens shigellosis yang tinggididapatkan di negara berkembang di mana standar hidup rendah dan kondisi sanitasi yang buruk. Sementara itubakteri Shigella menunjukkan perluasan resistensinya terhadap antimikroba yang digunakan untuk mengatasi diare.Saat ini telah dilaporkan bahwa zink sulfat menunjukkan efek hambatan terhadap beberapa bakteri enterik patogen.Pada penelitian ini dilakukan studi in vitro tentang efek hambatan zink sulfat terhadap pertumbuhan Shigella spp.Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa dari 135 isolat Shigella spp. yang diuji, 60-80% dapat dihambat pertumbuhannyaoleh zink sulfat pada konsentrasi 1,4 mg/mL. Pada konsentrasi zink sulfat ini terjadi hambatan terhadap 80% dari S.dysenteriae, 77,5% dari S. flexneri, 83,8% dari S. sonnei, dan 66,7% dari S. boydii. Pada kadar zink sulfat 1,6 mg/mL,bakteri S. dysenteriae dan S. boydii dihambat secara lengkap, sementara untuk S. flexneri dan S. sonnei dibutuhkankadar yang lebih tinggi yaitu 2 mg/mL. Hasil penelitian ini juga menunjukkan bahwa di antara spesies Shigella, S.dysenteriae adalah yang paling sensitif, sebanyak 70% dapat dihambat pada kadar zink sulfat sebesar 1,2 mg/mL.Diperlukan studi lebih lanjut untuk mengetahui manfaat zink sulfat sebagai ajuvan dari antibiotika untuk mengatasipasien diare sejak diketahui bahwa Shigella spp. menunjukkan multiresistensi terhadap antibiotika.

Kata kunci : Shigella, diare, zink sulfat, hambatan

Inhibition effect of zinc sulfate on growth of Shigella spp.

ABSTRACT

Shigella is increasingly recognized as an important enteric pathogen causing diarrhea. The incidence ofshigellosis is highest in developing countries where standard of living and sanitary conditions are usually poor.Over the years, Shigella spp. have developed resistance to most antimicrobial agents used for treatment of diarrhea.We conducted an in vitro study to evaluate the inhibition effect of zinc sulfate on Shigella spp. The study shows thatof 135 Shigella isolates tested, 60-80% were inhibited by zinc sulfate at concentration of 1.4 mg/ml. At thisconcentration of zinc sulfate, 80% of S. dysenteriae, 77.5% of S. flexneri, 83.4% of S. sonnei and 66.7% of S. boydii,were inhibited. While S. dysenteriae and S. boydii were completely inhibited at the concentration of zinc sulfate 1.6mg/ml, S. flexneri and S. sonnei required a higher concentration of zinc sulfate for a complete inhibition, which was2 mg/ml. However, the majority of S. flexneri (88.8%) and S. sonnei (93.7%) have been inhibited by zinc sulfate atconcentration of 1.6 mg/ml. This study also shows that among the Shigella species, S. dysenteriae was the mostsensitive to zinc sulfate with 70% inhibition at zinc sulfate concentration of 1.2 mg/ml. Therefore further studyneeded to evaluate the effect of zinc sulfate as an adjuvant of antibiotic therapy in diarrhea patients since manyShigella spp. have shown multi-resistance to antibiotics.

Keywords : Shigella, diarrhea, zinc sulfate, inhibition

Korespondensi : aElly HerwanaBagian FarmakologiFakultas Kedokteran, Universitas TrisaktiJl. Kyai Tapa No.260, Grogol Jakarta 11440Tel. 021-5672731 eks. 2801, Fax. 021-5660706E-Mail : elly_herwana@yahoo.com

Universa Medicina Januari-Maret 2006, Vol.25 No.1

2

Herwana, Surjawidjaja, Lesmana, dkk Zink sulfat dan Shigella spp.

PENDAHULUAN

Penyakit infeksi diare masih menjadimasalah kesehatan sebagai penyebab utamadari morbiditas dan mortalitas pada anak-anakdi negara berkembang. Kasus infeksi diarelebih sering terjadi di lingkungan dengan kondisisanitasi dan hygiene yang buruk, ketersediaansumber air bersih yang kurang, kemiskinan,dan pendidikan yang rendah. (1) SurveiKesehatan Nasional yang dilakukan olehDepartemen Kesehatan Republik Indonesiapada tahun 2001 menunjukkan bahwa sekitar9,4% kematian pada bayi dan 13,2% kematianpada anak usia 1-4 tahun adalah akibat infeksidiare.(2)

Shigella spp. merupakan penyebab infeksidiare yang dominan untuk negara berkembang.Setiap tahun, diperkirakan ada sekitar 164,7 jutakasus infeksi diare yang disebabkan olehkuman Shigella, dan 163,2 juta di antaranyater jadi d i negara berkembang. (3) Terapirehidrasi oral secara bermakna terbukt imenurunkan angka kematian diare akibatdehidrasi. (4) Namun ternyata intervensi inihanya sedikit memberikan manfaat bagi pasiendengan diare yang disebabkan oleh infeksibakteri enteropatogen yang invasif sepertiShigel la . Akibatnya d iare te tap sa jamenempati peringkat utama dalam masalahkesehatan di negara berkembang.(5)

Diare pada anak-anak dapat memberikandampak yang merugikan terhadap status gizianak. (6-9) Malnutr is i dapat ter jadi akibatkurangnya asupan nu t r i s i , anoreks ia ,kerusakan dan kematian sel mukosa usus yangdisebabkan oleh diare.(8-9) Masalah ini menjadilebih buruk sebab Shigella menunjukkanresistensi terhadap antibiotika yang digunakansebaga i oba t p i l ihan u tama ( f i r s t l inetherapy ) untuk mengatas i infeks i d ia reseperti ampisilin, tetrasiklin, dan trimetoprim-sulfametotoksazol.(10)

Penelitian terhadap suplementasi zinkpada anak-anak dengan diare akut telahdilakukan di berbagai negara menunjukkan efekyang bermakna dalam mengurangi durasi diaredan mencegah terjadinya diare persisten.(11-15)

Efektivitas suplementasi zink terhadap diaredikaitkan dengan mempercepat penyembuhandan regenerasi sel-sel epitel usus yang rusakakibat infeks i d iare sehingga dapatmengembalikan fungsinya yang meliputiabsorbsi cairan dan elektrolit. Peningkatanrespons imunitas seluler juga diperkirakandapat terjadi pada suplementasi zink. Meskipundemikian, penelitian mengenai efek langsungzink terhadap bakteri enteropatogen penyebabdiare belum banyak dilaporkan.

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahuiefek hambatan zink sulfat secara in vitroterhadap pertumbuhan Shigella, terutamaterhadap spesies yang paling sering dijumpaisebagai bakteri penyebab diare.

METODE

Medium agar zink sulfat (ZSA)Dibuat la ru tan z ink sul fa t dengan

konsentrasi 40 mg/mL sebagai larutan indukdengan cara melarutkan 0,4 g ZnSO

4.7H

20 ke

dalam 10 mL air suling (destilated water).Untuk mensterilkan larutan dilakukan filtrasidengan menggunakan filter Millipore (MilliporeCo., Bedford, MA). Dari larutan induk yangmengandung z ink sul fa t 40 mg/mLditambahkan pada agar Muller Hinton cair(500C) untuk membuat medium agar zink sulfat(ZSA) dengan konsentras i z ink sul fa tsebagaimana tertera dalam Tabel 1.

Isolat kumanIsola t kuman patogen enter ik yang

digunakan pada studi ini adalah isolat klinikShigella yang berasal dari penderita diare danmerupakan kumpulan isolat (stock cultures)

3

di Laborator ium Mikrobiologi Fakul tasKedokteran Univers i tas Tr isakt i . I so la tShigella yang diuji meliputi S. disenteriae (10isolat), S. flexneri (71 isolat), S. sonnei (42isolat), dan S. boydii (12 isolat). Masing-masing isolat disimpan di dalam tryptic soybroth (TSB) yang ditambah gliserol dengankadar 20%, dibekukan dan disimpan dalamlemari pendingin dengan suhu -700C hingga saatpengujian. Pada saat dilakukan pengujian,biakan dikeluarkan dari lemari pendingin dandibiarkan mencai r pada suhu kamar.Selanjutnya biakan ditanam pada medium agardarah, lalu diinkubasi pada suhu 370C selama18-24 jam. Koloni-koloni yang tumbuh padamedium agar darah tersebut dilakukan seleksi,d iambi l dan diu j i kemurniannya secarabiokimiawi. Biakan murni dari kuman enterikini kemudian dipindahkan ke dalam tabung yangberisi 5 mL kaldu brain heart infusion (BHI)kemudian diinkubasikan lagi pada suhu 370Cselama 18-24 jam.

Inokulasi biakan pada zink sulfat agarBiakan kuman di dalam brain heart

infusion yang telah diinkubasi selama 18-24 jamtersebut kemudian ditipiskan dengan larutangaram faal dan disesuaikan kepekatannya

menurut standar larutan MacFarland 0,5. Biakankaldu kemudian dipindahkan sebanyak 0,5 ml kedalam sumur-sumur dari microtiter plate.Selanjutnya dengan menggunakan inoculumrepl icat ing apparatus , b iakan tersebutdiinokulasikan ke agar zink (ZSA). Inoculumreplicating apparatus dapat memindahkansekaligus 48 biakan kaldu, masing-masingsebanyak 1¼ µL dari sumur-sumur microtiterplate untuk ditanamkan pada lempeng agarMueller Hinton yang mengandung berbagaikadar zink sulfat sebagaimana tertera padaTabel 1. Biakan juga ditanam pada lempengagar Mueller Hinton yang tidak mengandungzink sebagai pembanding (control). Semualempeng agar yang telah diinokulasi denganbiakan kuman, diinkubasikan secara aerobikpada suhu 370C selama 18-24 jam.

Interpretasi hambatanKonsentrasi hambatan minimal dari zink

sulfat dibaca dan dicatat sebagai konsentrasiterendah dari zink sulfat yang menyebabkanhambatan lengkap terhadap biakan padalempeng agar ZSA dan Muel ler Hinton(sebagai pembanding), dengan mengabaikankoloni tunggal atau pertumbuhan tipis yangdisebabkan oleh inokulum.

Tabel 1. Penambahan zink sulfat (Zn SO4.7H

2O, 40 mg/mL) pada agar Mueller Hinton untuk

membuat zink sulfat agar (ZSA)

Universa Medicina Vol.25 No.1

4

Herwana, Surjawidjaja, Lesmana, dkk Zink sulfat dan Shigella spp.

HASIL

Hasil penelitian ini memperlihatkan bahwasekitar 60–80% dari isolat Shigella dapatdihambat oleh zink sulfat pada konsentrasi 1,4mg/mL. Shigella dysenteriae mulai dihambatoleh zink sulfat pada konsentrasi 1,2 mg/mLdan dihambat secara lengkap (100%) padakonsentrasi 1,6 mg/mL. Shigella flexnerimulai dihambat pada konsentrasi zink sulfatterendah (0,2 mg/mL) tetapi dihambat lengkappada konsentrasi tertinggi (2mg/mL). (Tabel 2)Sebanyak 61,8% dari S. sonnei mulai dihambatpada konsentrasi zink sulfat 1,4 mg/mL danlengkap dihambat pada konsentrasi 2 mg/mL.Shigel la boydi i mulai d ihambat padakonsentrasi zink sulfat yang sama denganShigella sonnei (0,8 mg/mL), tetapi dihambatsempurna pada konsentrasi yang lebih rendah(1,6 mg/ml).

PEMBAHASAN

Meskipun terapi rehidrasi cairan dapatmenurunkan mortalitas penderita infeksi diaresecara bermakna, angka kesakitan diare tetaptinggi di negara berkembang. Masalah infeksidiare memberikan dampak yang besar terhadapnutrisi, terutama pada anak-anak. Interaksiantara diare dan malnutrisi dapat merupakanhubungan dua arah. Infeksi diare memberikanefek negat i f terhadap s ta tus gizi akibatpenurunan asupan nutrisi dan absorpsi usus,

peningkatan katabolisme dan pemecahannutrient yang digunakan untuk sintesis jaringandan pertumbuhan.(8-9) Sementara malnutrisidapat menjadi predisposisi terhadap terjadinyainfeksi akibat penurunan kemampuan barierproteksi kulit dan mukosa, serta perubahanfungsi respon imun. Keadaan ini seringkalimengakibatkan penururunan energi disertaidefisiensi mikronutrien.(6-9)

Meskipun banyak studi telah membuktikanbahwa suplementasi zink pada anak dengandiare akut dapat memperpendek durasinya danmencegah terjadinya diare persisten, namunefek zink secara langsung terhadap bakterienteropatogen penyebab diare belum banyakdilaporkan. Kemungkinan mekanisme efekantidiare dari suplementasi zink sulfat sejauhini dikaitkan dengan perbaikan absorbsi air danelektrolit di usus, regenerasi sel epitel usus danpengembalian fungsinya, serta peningkatanmekanisme imunologi untuk mengatas iinfeksi.(4)

Shigel la merupakan bakter i enter ikpatogen yang dominan sebagai kausa diarebersama-sama dengan Salmonella dan Vibriocholerae.(5) Studi in vitro ini menunjukkanbahwa pada konsentrasi antara 0,2 hingga 2mg/mL, z ink sul fa t dapat menghambatpertumbuhan bakteri enterik Shigella. Padaspesies yang paling sering dijumpai yaitu S.flexneri, kadar hambat minimal dari zink sulfattelah terjadi pada kadar yang paling rendahyaitu 0,2 mg/mL. Pada kadar zink sulfat 1,6

Tabel 2. Persentasi kumulatif dari hambatan zink sulfat terhadap Shigella spp.

5

mg/ml , per tumbuhan S. f lexner i dapatdihambat sebesar 100%. Hasil ini konsistendengan penelitian yang dilakukan Surjawidjajaet al. yang menyatakan S. flexneri sebanyak100% dapat dihambat pada konsentrasi zinksulfat 1,2 mg/mL.(16) Dosis suplementasi zinkyang digunakan pada anak-anak adalah antara20 mg/hari hingga 25 mg/hari atau setaradengan 88 mg - -110 mg z ink sul fa t(ZnSO

4.7H

2O). Pada suplementasi zink per

oral, absorbsi di usus hanya sekitar 5% hingga26% saja. Ini berarti bahwa 74-95% atau 65,1-104,5 mg dari dosis pemberian, tidak mengalamiabsorbsi dan akan tertinggal di dalam usus.Jumlah ini akan terdistribusi di dalam lumenusus. Namun agak sulit untuk menentukanbesarnya kadar zink sulfat yang mencapaisegmen usus karena dapat dipengaruhi olehgerakan usus, asupan dan retensi air, yangdapat mengubah konsentrasi relatif dari zinksulfat yang tidak diabsorbsi. Bukan tidakmungkin bahwa konsentrasi zink sulfat yangtidak diabsorpsi dan tertinggal di dalam ususini masih cukup efektif untuk menghambatpertumbuhan Shigella spp. sehingga dapatmemberikan perbaikan gejala klinis penderitadiare.

KESIMPULAN

Zink sulfat memberikan efek hambatanterhadap pertumbuhan spesies Shigella yangmerupakan bakteri yang paling sering menjadipenyebab infeksi diare. Studi lebih lanjutdiperlukan untuk menilai manfaat zink sulfatsebagai ajuvan terhadap terapi antibiotikauntuk pasien dengan diare yang disebabkanoleh bakteri enterik patogen.

UCAPAN TERIMA KASIH

Peneliti mengucapkan terima kasih kepadaPimpinan Fakultas Kedokteran Universitas

Trisakti yang telah memberikan bantuan danauntuk penelitian ini. Ucapan terima kasih jugakami sampaikan kepada petugas LaboratoriumMikrobiologi Fakultas Kedokteran UniversitasTrisakti atas bantuannya dalam mempersiapkankumpulan isolat.

Daftar Pustaka

1. Kotloff KL, Winickoff JP, Ivanoff B. Global burdenof Shigella infections: implications for vaccinedevelopment and implementation of controlstrategies. Bull World Health Organ 1999; 77: 651-66.

2. Departemen Kesehatan Republik Indonesia. Surveikesehatan nasional 2001. Jakarta: Badan Penelitiandan Pengembangan Kesehatan DepartemenKesehatan Republik Indonesia; 2002.

3. Kosek M, Bern C, Guerrant RI. The global burdenof diarrheal disease, as estimated from studiespublished between 1992-2000. Bull World HealthOrgan 2003; 81: 197-204.

4. Victoria CG, Bryce J, Fantaine O, Memasch R.Reducing deaths from through oral rehidrationtherapy. Bull World Health Organ 2000; 78: 1246-55.

5. Oyofo BA, Subekti D, Tjaniadi P. Machpud N,Komalarini S, Setiawan W et al. Enteropathogensassociated with acute diarrhea in community andhospital patients in Jakarta, Indonesia. FEMSImmunol Med Microbiol 2002; 34: 139-46.

6. Guerrant RL, Schorling JB, McAuliffe JF, de SouzaMA. Diarrhea as a cause and effect of malnutrition:diarrhea prevents catch-up growth and malnutritionincreases diarrhea frequency and duration. Am JTrop Med Hyg 1992; 47: 28-35.

7. Guerrant RL, Lima AA, Davidson F. Micronutrientsand infections: interactions and implications withenteric and other infection and future priorities. JInfect Dis 2000; 182 (Supp l): S134-8.

8. Brown KH. Diarrhea and malnutrition. J Nutr2003;133: 328S-32.

9. Black RE. Diarrheal disease. In: Nelson KE, WilliamCM, Graham NMH, editors. Infectious diseaseepidemiology, theory and practice. AspenPublication, Maryland. 2001: 497-517.

10. Sack RB, Rachman M, Yunus M. Antimicrobialresistance in organism causing diarrheal disease.Clin Infect Dis 1997; 24 (Suppl 1): S 102-5.

11. Hidayat A, Achadi A, Sunoto, Soedarmo SP: Theeffect of zinc sulfate supplementation in children

Universa Medicina Vol.25 No.1

6

Herwana, Surjawidjaja, Lesmana, dkk Zink sulfat dan Shigella spp.

under three years of age with acute diarrhea inIndonesia. Med J Indones 1998; 7: 237-41.

12. Bhutta ZA, Bird SM, Black RE, Brown KH, GardnerJM, Hidayat A, et al. Therapeutic effects of oralzinc in acute and persistent diarrhea in children indeveloping countries: pooled analyses ofrandomized controlled trials. Am J Clin Nutr 2000;72: 1516-22.

13. Strand TA, Chandyo RK, Bahl R, Sharma PR,Adhikari RK, Bhandari N, et al. Effectiveness andefficacy of zinc for treatment of acute diarrhea inyoung children. Pediatrics 2002; 109: 898-903.

14. Gupta DN, Mondal SK, Ghosh S, Rajendran K, SurD, Manna B. Impact of zinc supplementation ondiarrheal morbidity in rural children of West Bengal,India. Acta Paediatr 2003; 92: 531-6.

15. Baqui A, Black RE, Arifeen SE, Yunus M, ChakrabortyJ, Ahmend S, et al. Effect of zinc supplementationstarted during diarrhea on morbidity and mortalityin Bangladeshi children: community randomizedtrial. BMJ 2002; 325: 1059-63.

16. Surjawidjaja JE, Hidayat A, Lesmana M. Growthinhibition of enteric patogens by zinc sulfate: an invitro study. Med Princ Pract 2004; 13: 286-9.