BAB I PENDAHULUANDi alam, bakteri cenderung menempel pada permukaan padat dan apabila kondisi lingkungan memungkinkan, bakteri tersebut dapat tumbuh dan berkembang biak serta membentuk biofilm. Biofilm adalah suatu istilah yang digunakan untuk menggambarkan suatu lingkungan kehidupan yang khusus dari sekelompok mikroorganisme, yang melekat ke suatu permukaan. Hal ini menjadi mikrolingkungan yang unik dimana mikroorganisme dalam biofilm berbeda secara struktural maupun fungsional dengan yang hidup bebas (planktonik).1 Biofilm memberi dampak kepada berbagai kehidupan sehari-hari, oleh sebab itu riset mengenai biofilm menjadi penting. Biofilm dapat tumbuh di berbagai permukaan, termasuk batu dan air, gigi, makanan, pipa, alat-alat medis dan jaringan implant. Walaupun biofilm biasanya mengakibatkan kerugian seperti infeksi, adakalanya dia juga menguntungkan. 1 Dampak ini sudah menyita perhatian banyak peneliti dari negara-negara maju seperti Amerika, Australia, Inggris terutama bidang-bidang terkait dengan mikrobiologi untuk menggali proses terjadinya biofilm, keaneka ragaman spesies, faktor-faktor pemacu, akibat dan pengendalian biofilm.

1

BAB II TINJAUAN KEPUSTAKAAN2.1. BAKTERI Bakteri adalah kelompok organisme yang tidak memiliki membran inti sel. Organisme ini termasuk ke dalam domain prokariota dan berukuran sangat kecil (mikroskopik). Bakteri memiliki peran besar dalam kehidupan, beberapa kelompok bakteri dikenal sebagai agen penyebab infeksi dan penyakit, sedangkan kelompok lainnya dapat memberikan manfaat dibidang pangan, pengobatan, dan industri. Bakteri dapat ditemukan di hampir semua tempat seperti di tanah, air, udara, dalam simbiosis dengan organisme lain maupun sebagai agen parasit (patogen), bahkan dalam tubuh manusia. 1 Klasifikasi bakteri dapat didefinisikan sebagai penyusunan organisme ke dalam kelompok taksonomi (taksa) berdasarkan kemiripan atau hubungannya (sifat-sifat biokimia, fisiologik, genetik dan morfologik). Penamaan suatu organisme melalui aturan internasional menurut ciri khasnya. 2Jenjang Resmi Dunia Divisi Kelas Ordo Famili Genus Spesies Contoh Prokariota Gracilicutes Skotobakteri Eubakteriales Enterobakteriaceae Escherichia Coli

Tabel 1. Jenjang Taksonomi

Pada tahun 1980, International Committee on Systematic Bacteriology menerbitkan daftar nama bakteri yang diakui. Daftar ini berisi kira-kira 2500 spesies. Penambahan nama-nama dan perubahan lain dipublikasikan di dalam International Journal of Systematic Bacteriology. 2

2

2.2.

PENEMPELAN BAKTERI PADA PERMUKAAN PADAT 3 Bakteri dapat menempel pada permukaan benda padat melalui beberapa

tahap. Beberapa tahap tersebut antara lain adalah : 1. Adsorbsi senyawa organik oleh permukaan, 2. Transport bakteri ke permukaan, 3. Adsorbsi bakteri oleh pemukaan dan penempelan awal 4. pelepasan sel 5. penempelan tidak dapat balik. 2.2.1. Adsorbsi Senyawa Organik oleh Permukaan Padat 2,3 Pada tahap ini molelul organik akan ditransport dari cairan ke permukaan benda padat. Dimana beberapa dari molekul tersebut akan diadsorbsi oleh permukaan yang kemudian akan menyebabkan kondisi permukaan

memungkinkan untuk penempelan bakteri (Gambar 1).

Gambar l. Transport dan adsorpsi dari molekul Organik pada permukaan benda padat

2

Adsorbsi senyawa organik oleh suatu permukaan padat dapat terjadi bila permukaan tersebut bersentuhan langsung dengan cairan, yang dapat terjadi segera setelah kontak antara keduanya berlangsung. Senyawa organik yang teradsorbsi oleh permukaan dan mampu memodifikasi sifat permukaan adalah glikoprotein. Beberapa makromolekul yang teradsorbsi menghambat penempelan bakteri sedangkan beberapa makromolekul lainnya memiliki efek yang kecil pada penempelan bakteri.

3

2.2.2. Transport Bakteri ke Permukaan 2,3 Pada tahap ini beberapa sel planktonik rnikroba akan berpindah dari cairan ke permukaan benda padat dimana permukaan tersebut sudah memiliki kondisi yang memungkinkan untuk penempelan adsorbsi senyawa organik (Gambar 2).

Gambar 2. Transport sel ke permukaan benda padat, dan adsorbsi, desorbsi, dan irreversible adsorbtion dari sel ke permukaan.2

Bakteri berflagela cenderung bergerak untuk mencapai makanan yang dibutuhkannya, sehingga terjadi transpor bakteri dari suspensi ke permukaan benda padat. Peristiwa ini mengawali terjadinya penempelan ke permukaan yang bersifat dapat balik.

2.2.3. Adsorbsi Bakteri oleh Permukaan 2,3 Pada tahap ini sel planktonik teradsorbsi ke permukaan untuk jangka waktu yang terbatas dan kemudian lepas kembali ke suspensi cairan. Tahap ini disebut penempelan dapat balik atau reversible adsorbtion (Gambar 2).

2.2.4. Pelepasan Sel Awal 2,3 Bakteri yang teradasobsi secara dapat balik mudah sekali berpindah ke fase cair. Pelepasan sel dari pemukaan padat dapat terjadi dikarenakan adanya tekanan dari laju aliran fluida di suspensi dan beberapa faktor fisik, kimia dan biologi. (Gambar 2).

4

2.2.5. Penempelan Tidak Dapat Balik 2,3 Pada tahap ini sel planktonik bakteri yang tidak mengalami pelepasan akan tetap menempel untuk jangka waktu yang lama. Tahap ini disebut penempelan tidak dapat balik atau lrreversible adsorbtion. (Gambar 2). Melaporkan bahwa adsorbsi tidak dapat balik ini dapat terjadi karena adanya gaya jarak pendek yang melibatkan ikatan kimia, interaksi dipole, dan interaksi hidrofobik antar komponen ekstraseluler dari bakteri dengan permukaan.

2.3.

BIOFILM

2.3.1. Definisi 3,4 Biofilm adalah sekelompok mikroorganisme yang terimobilisasi

(menempel) pada permukaan padat oleh senyawa ekstraseluler yang diproduksi oleh mikroorganisme yang terlibat. Ketahanan bakteri terhadap senyawa kimia, dehidrasi, kekurangan nutrisi akan lebih baik bila terdapat dalam bentuk biofilm dibandingkan dengan sel bakteri yang tumbuh dalam fase cair (sel planktonik). Faktor yang mempengaruhi pembentukan biofilm diantaranya adalah jenis permukaan asal isolat, kondisi media pertumbuhan dan kondisi anaerobik. Faktor yang bertanggungjawab terhadap penempelan beberapa jenis di sel epitel adalah karbohidrat. Lactobacillus menempel pada dinding usus melalui zat ekstraseluler yang mengandung polisakarida, protein dan lipid. 2.3.2. Pembentukan Biofilm 2,3 Sel bakteri yang menempel secara tidak dapat balik pada permukaan padat akan tumbuh dan membentuk biofilm. Akumulasi biofilm pada permukaan padat terjadi berdasarkan dua tahap : 1. Pertumbuhan sel dan pembentukan Polisakarida Ekstraseluler (PSE) sehingga sel biofilm terakumulasi, dan 2. Setelah terbentuk akumulasi, bisa terjadi pelepasan atau penempelan kembali. Characklis dan Marshall, mendefinisikan biofilm sebagai sekumpulan mikroba yang menempel dan tumbuh pada permukaan benda padat dan terperangkap di dalam PSE yang diproduksinya sendiri.2 Definisi lain menyatakan

5

bahwa biofilm adalah komunitas mikroba dua dimensi pada perbatasan antara fase cair dan fase padat (bentuk umum, yang memungkinkan terjadi pada kondisi heterogen berdasarkan gradien yang berkembang di dalamnya.3

Disamping itu

dikenal pula istilah sel planktonik yaitu sel-sel yang hidup pada fase cair. 1. Pertumbuhan Bakteri yang Teradsorbsi dan Akumulasi Biofilm 2,3 Beberapa bakteri berkoloni utama yang lain akan tetap menempel pada permukaan benda padat beberapa tidak mengalami pertumbuhan maupun berkembang biak, sedangkan bakteri biofilm akan tumbuh dan berkembang biak. Sumber yang sama juga melaporkan bila sel bakeri yang menempel pada tahap tidak dapat balik akan tumbuh dan membentuk biofilm (Gambar 3).

Gambar 3. Pertumbuhan dan perkembangbiakan sel bakteri yang menempel pada permukaan benda padat.2

Biofilm akan tumbuh dan berkembang serta memproduksi senyawa ekstaseluler, bila kondisi lingkungan memungkinkan. Bila sel bakteri tumbuh dan membentuk PSE serta mampu menarik bekteri lainnya untuk bergabung dengan kelompok yang sudah menempel, maka bisa terakumulasi sel biofilm yang terdiri dari beberapa lapisan. Bakteri yang berada di bagian dalam akan terlindung oleh lapisan yang lebih luar. Komunitas ini juga dapat memenuhi kebutuhan nutriennya sendiri karena sel-sel yang mati dapat berfungsi sebagai nutrisi bagi sel yang masih hidup.

6

2. Pelepasan Sel Biofilm 2,3 Sel penyusun biofilm dapat mengenalkan diri, dimana sel-sel bakteri yang telah terakumulasi akan berpindah ke medium cair atau suspensi (Gambar 4). Pelepasan sel ini menyebabkan terurainya komponen pembentuk biofilm sehingga dapat mengkontaminasi bagian lain dari sistem.

Gambar 4. Penempelan dan pelepasan dari sel bakteri maupun beberapa partikel lain dan bentuk dari biofilm.2

Pelepasan dapat diartikan sebagai proses lepasnya material dari biofilm, sedangkan desorbtion diartikan sebagai proses lepasnya sel dan material lainnya dari permukaan. Pelepasan dapat dibedakan menjadi erosion atau sloughing. Erosion adalah lepasnya partikel kecil dari biofilm secara kontinyu, sedangkan sloughing adalah lepasnya pecahan besar biofilm secara acak. 3. Faktor yang Mempengaruhi Pembentukan Biofilm 5 Terdapat beberapa faktor yang dapat mempengaruhi tumbuh dan berkembangnya biofilm, seperti jenis permukaan dimana akumulasi biofilm dapat terbentuk. Hood dan Zotolla (1995) melaporkan bahwa penempelan bakteri psikotrofik susu pada permukaan gelas lebih lambat dibanding pada jenis permukaan baja dan Stanless Steel (SS).

7

Asal isolat dilaporkan berhubungan dengan pembentukan biofilm. menunjukan bahwa isolat klinis Salmonella blockley yang berasal dari usus memiliki kemampuan membentuk biofilm dengan densitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan bakteri yang sama yang diisolasi dari makanan atau sumber nonklinis lainnya. Masih dari sumber yang sama, hal tersebut disebabkan karena isolat-isolat klinis mempunyai kemampuan untuk menempel atau membentuk biofilm pada usus manusia yang menyebabkan eksistensinya tidak mudah diganggu oleh bakteri lain. Pernyataan lain bahwa isolat klinis Salmanella blockley menghasilkan biofilm dengan densitas tertinggi pada media pertumbuhan miskin dibandingkan isolat yang berasal dari isolat karkas ayam dan isolat dari rumah potong hewan. Kondisi anaerobik dapat menstimulasi pertumbuhan biofilm, dimana akumulasi biofilm Salmonella typhimurium pada permukaan SS (Stanless Steel) dapat tumbuh dengan baik pada peralatan pengelolahan susu. Bagian alat lainnya seperti katub/kleb, saluran buntu dan pipa-pipa aliran juga merupakan tempat yang diduga potensial terhadap

pertumbuhan biofilm. Hal ini mungkin dikarenakan pembersihan yang kurang sempurna sehingga masih meninggalkan sisa bahan yang didukung dengan suhu yang cukup tinggi dan kondisi anaerob. 2.3.3. Polisakarida Ekstraseluler (PSE) 5,6 Biofilm umumnya membentuk senyawa PSE yang membantu stabilitas penempelan bakteri penyusunnya. PSE atau yang disebut juga dengan kapsul adalah lapisan polimer pada dinding sel yang berfungsi dalam penempelan sel pada permukaan. PSE dapat diklasifikasikan menjadi dua bentuk, yaitu kapsul yang berintegrasi dengan dinding sel, dan lendir bebas yang berakumulasi dalam jumlah yang besar dan diluar dinding sel dan berdifusi ke medium kultur. Selama pertumbuhan, PSE memiliki peran dalam terbentuknya tekstur gummy pada koloni bakteri yang ditumbuhkan pada media padat atau meningkatkan viskositas dalam media cair.

8

Matriks ekstraseluler atau yang disebut juga dengan beberapa istilah seperti glikokalik, kapsul, lendir, polimer ekstraseluler atau polisakarida ekstraseluler adalah struktur bakteri di dalam biofilm yang dapat diamati dengan Scanning Electron Microskope (SEM). Struktur ini diduga sebagai perantara dalam penempelan bakteri dengan permukaan benda padat. Matriks ekstraseluler tersebut sering terlihat sebagai jalinan matriks yang menahan sel bakteri tetap bersama dan menghubungkannya dengan permukaan benda padat. Beberapa bukti lain yang mengemukakan keterlibatan PSE dalam pembentukan biofilm datang dari berbagai studi. Hasil analisa PSE yang dilakukan oleh Vandevivere dan Kirchman (1993) dikutip oleh Dewanti menunjukkan bahwa biofiIm memprodulcsi PSE 2,5 sampai 5 kali lebih banyak dari sel planktonik. PSE juga dianggap memiliki peran dalam melindungi bakteri yang ada di dalam biofilm dari kondisi yang kurang baik. PSE dipercaya dapat memodifikasi microenvironment dari sel yang menempel dengan mengkonsentrasikan nutrisi dan melindungi sel dari surfaktan, biocides atau sel fagosit. 2.3.4. Keuntungan dan Kerugian Biofilm 2,5 Beberapa jenis biofilm telah dimanfaatkan manusia seperti halnya pada penanganan limbah dengan sistem trickling filter, ekstraksi mineral dan sebagainya. Kerugian biofilm dicontohkan dengan terkontaminasinya air minum karena terlepasnya sel biofilm yang menempel pada saluran air,

terkontaminasinya susu dan produk susu lainnya karena penempelan biofilm yang susah dibersihkan pada industri susu. Biotransfer ini juga dapat mempengaruhi higiene dan nilai komersial dari produk. Pembentukan biofilm juga dapat menyebabkan kehilangan efisiensi peralatan, korosi dan kerusakan peralatan, sensor dan detektor. Beberapa kerusakan pangan dan keracunan oleh bakteri patogen disebabkan oleh penempelan bakteri E. coli pada permukaan SS yang kontak dengan makanan.

9

2.3.5. Biofilm pada peralatan medis 1,6 Peralatan medis yang diimplantasikan (dimasukkan) ke dalam tubuh manusia seperti selang kateter dan sendi buatan sangat rentan terhadap pembentukan biofilm. Contoh mikroba yang sering ditemui membentuk biofilm pada selang kateter adalah Candida albicans. Mikroorganisme ini adalah patogen yang menyebabkan infeksi dan penyakit yang membahayakan jiwa pada orangorang dengan sistem imun yang kurang baik, namun dalam keadaan sistem imun yang normal. Biofilm C.albicans merugikan manusia saat terbentuk pada peralatan medis yang diimplantasikan (dimasukkan) ke dalam tubuh manusia seperti selang kateter, dan sendi buatan yang kemudian dapat menyebabkan infeksi sistemik. Komponen utama penyusun biofilmnya adalah matriks ekstraseluler (di luar sel) berupa -1,3 glukan yang pembentukkannya dikodekan oleh gen. Penanganan biofilm C.albicans tidak mudah karena resisten terhadap berbagai macam obat antifungi. Berikut ini adalah daftar mikroorganisme yang dapat membentuk biofilm pada selang kateter dan alat-alat implan:

Bakteri gram positif Corynebacterium spp. Enterococcus spp. Staphylococcus aureus

Bakteri gram negatif Acinetobacter spp. Escherichia coli Pseudomonas aeruginosa

Mikroorganisme lain Candida spp. Candida albicans Candida tropicalis

Tabel 2. Mikroorganisme pembentuk biofilm pada peralatam medis

10

BAB III PENUTUP

Penggunaan

alat

medis

yang

ditanam

dalam

tubuh

manusia

memungkinkan terjadinya infeksi mikroba. Biofilm melindungi mikroba dari sistem imun inang dan zat antimikroba. Biofilm Candida albicans telah terbukti resisten terhadap kebanyakan antijamur komersial. Beberapa keistimewaan dari biofilm bertindak untuk melindungi dan meningkatkan nutrisi bakteri yang tinggal di dalamnya. Biofilm melindungi bakteri dengan memberi keuntungan dalam persaingan dengan bakteri yang bebas. Matriks dari biofilm juga melindungi bakteri dari efek antibiotik dan antiseptik. Hal ini dikarenakan bahan-bahan tersebut tidak dapat menembus hambatan yang dibentuk oleh matriks polisakarida. Biofilm hanya dapat disingkirkan secara mekanis.

11

DAFTAR PUSTAKA1. Gorbach, S. 1990. Lactic Acid Bacteria and Human Health. Ann' Med' 22:3741. 2. Characklis, W.G. dan K.C. Marshall. 1990. Biofilm : a basis for an interdisciplinary approach. NewYork. 3. Dewanti, Hariyadi. 1997. Ulasan llmiah: Pembentukan biofilm bakteri pada permukaan padat. Ilmu dan Teknologi pangan I : 70-25. IPB : Bogor. 4. Dewanti, R dan Wong A. 1995. Influence of culture conditions on biofilm formation by Escherichia coli. Int J. Food Microbiol. 26:147-161. 5. Dewanti, R. 1995. Studies on Biofilm Formation by Escherichia coli. ph.D dissertation. University of Wisconsin-Madison. 6. Dewanti, Hariyadi dan Nuraida L. 1992. Mempelajari Mekanisme Ketahanan Biofilm Terhadap Desinfektan, Laporan akhir Penelitian Ilmu Pengetahuan Dasar. IPB : Bogor.

12