Medical microbiology & Infectious diseaseDr.D.Y.Riyanto,MSc

Learning objectives Mempelajari peran mikroba dalam kehidupan manusia

didalam ekosistemnya Infeksi yang disebabkan oleh mikroba Managemen infeksi Mengontrol penyakit infeksi yang ada di rumah sakit

(nosokomial) dan komunitas Mengambil bagian dalam panahanan atau

pengurungan resistensi antibiotik.

Mikrobiologi mempelajari tentang mikroba, yaitu suatu organism yang ukurannya kurang dari 100 um (micrometer). Mikroba hanya dapat dilihat menggunakan:

1. Light microscope2. Electron microscope (SEM)3. Dark field microscope4. Fluoresence microscope

Mikroba di dalam ekosistem dapat terdapat di :Udara, tanah, air, tumbuhan, tubuh hewan dll. Dipermukaan dan didalam tubuh kita mikroba membentuk koloni yang merupakan flora yang normal

menetap didalam tubuh: Kulit, membrane mukosa, GI tract, traktus respiratorius dan vagina. Tempat-tempat tersebut memiliki flora normal dikarenakan masih berhubungan dengan dunia luar, misalkan GI berhubungan melalui mulut

Bagian tubuh yang steril contohnya: system kardiovaskuler, system saraf pusat, otot dan tulang. Bagian – bagian tersebut steril dikarenakan bagian tubuh tersebut tidak berhubungan dengan dunia luar.

Jenis-jenis mikroba1. Bacteria - bacteriology2. Fungi - mycology3. Virus – virology4. Parasites – parasitology

Virus biasanya ukurannya kurang dari 300 nm(nanometer). Prion juga dapat menyebabkan penyakit infeksi walaupun bukan merupakan makhluk hidup (prion adalah sejenis protein) BSE (bovine spongiform encephalopathy),Kuru, Creutzfeld Jacob disease, dll

Klasifikasi Haeckel (1866)I.Protists (eukaryotes)

a. Algaeb. Protozoac. Fungid. Slime molds / jamur lendir

II.Prokaryotes a.Bacteriab.Cyanobacteriac.Archaebacteria

Microbiology ‘s field of study 1. Medical and allied health sciences2. Agriculture – horticulture3. Animal science4. Pharmacy

5. Industry6. Forestry7. Ecology8. Others

Sejarah Penyakit infeksi1. Mummy : spines affected by tuberculosis (from ancient Egypt pyramides)

During a recent excavation headed by the German Institute for Archaeology, Cairo, at the tombs of the nobles at Thebes-West, Upper Egypt, we were able to examine the torso from a male mummy aged less than 35 years. The head was missing and the mummy had been broken into two parts just above the pelvis. The mummy was loosely wrapped in linen bindings and did not have evidence of evisceration. Archaeological findings suggest that the mummy dated from the New Kingdom (about 1550—1080 BC). After careful dissection of the intact anterior body wall, we noted residues of the lung with extensive pleural adhesions to the chest wall in the right thoracic cavity (figure). The left lung was collapsed and macroscopically unremarkable. In addition, there was severe anterior destruction of two lumbar vertebral bodies, irregular osteolyses, and extensive reactive new bone formation was detectable on radiographs. The remaining vertebrae were normal.

2. Hippocrates: intrinsic & extrinsic factors, 3. Aristoteles: Generatio spontannea theory4. Anthony van Leeuwenhoek:

Penemuan terbesarnya muncul tahun 1674 tatkala ia membuat penelitian pertama kali terhadap kuman. Ini merupakan salah satu penemuan besar tentang cairan sperma yang mengakibatkan penyuburan dalam sejarah manusia. Di dalam titik air kecil itu Leeuwenhock menemukan suatu dunia yang sama sekali baru, sepenuhnya dunia tak terduga, penuh dengan kehidupan. Meski belum disadarinya, dunia baru ini punya arti amat penting kepada umat manusia. Sesungguhnya, "benda amat kecil mikroskopis" itu yang diamatinya sering merupakan faktor kekuatan penting baik untuk kehidupan maupun kematian manusia. Sekali sudah ditelitinya, Leeuwenhoek sanggup menemukan kuman di pelbagai tempat yang berbeda-beda: di sumur dan di kubangan, di titik air hujan, di mulut dan usus menuju anus manusia. Dia melukiskan pelbagai bentuk bakteri, juga protozoa dan menghitung ukurannya.

5. Louis Pasteur: Bakteri yang berbahaya dapat memasuki tubuh manusia lewat makanan dan minuman. Pasteur

mengembangkan teknik (biasa disebut pasteurisasi) untuk memusnahkan mikro organisme dalam minuman. Teknik ini, jika dipraktekkan, dapat membinasakan susu yang kejangkitan hama sebagai penyebab infeksi.

6. Joseph Lister: Ahli bedah Inggris Joseph Lister yang memperkenalkan penggunaan antiseptik dalam operasi.

Kemudian, di tahun 1865, dia baca siaran Louis Pasteur yang memperkenalkannya kepada teori penyakit kuman. Ini menyuguhkan Lister satu kunci gagasan baru. Andaikata benar penyakit itu lantaran kuman, maka pencegah terbaik melawan infeksi adalah membunuh kuman sebelum mencapai tempat luka yang terbuka. Dengan menggunakan "Carbolik acid" selaku pembunuh kuman, Lister dengan demikian telah melakukan satu pola baru cara-cara antiseptik. Dia bukan saja membersihkan tangan dengan cermat sebelum menghadapi pembedahan, tetapi juga melakukan pengamatan terhadap peralatan yang digunakan berikut pakaian-pakaian agar sepenuhnya bersih. Dia betul-betul menyemprotkan "carbolik acid" yang

berbau tajam pencegah antiseptik ke udara dalam kamar operasi. Hasilnya mengagumkan, angka kematian menurun. Antara tahun 1861-1865, angka kematian rata-rata pada pria 45%, sedangkan menjelang tahun 1869 menyusut jadi 15% saja

7. Robert Koch : Bacillus anthracis & M.tuberculosisPenelitian Koch terhadap antraks dimulai ketika antraks menjadi penyakit hewan dengan

prevalensi paling tinggi pada masa itu. Dengan berbekal sebuah mikroskop sederhana dalam laboratorium di ruangan rumahnya, Koch mencoba membuktikan secara ilmiah mengenai bacillus yang menyebabkan antraks. Hal itu dilakukan dengan menyuntikkan Bacillus anthracis ke dalam tubuh sejumlah tikus. Koch mendapatkan Bacillus anthracis tersebut dari limpa hewan ternak yang mati karena antraks.

Hasilnya, semua tikus yang telah disuntik oleh Bacillus anthracis ditemukan dalam keadaan mati. Sementara itu, tikus yang suntik oleh darah yang berasal dari limpa hewan sehat ditemukan dalam keadaan masih hidup. Melalui percobaannya ini, Koch memperkuat hasil penelitian ilmuwan lain yang menyatakan, penyakit ini dapat menular melalui darah dari hewan yang menderita antraks.

Rasa keingintahuan Koch terhadap antraks semakin besar setelah berhasil melakukan percobaan pertamanya. Casimir Davaine merupakan ilmuwan yang membuktikan penularan langsung Bacillus anthracis di antara beberapa ekor sapi. Namun, Koch ingin mengetahui apakah Bacillus anthracis yang tidak pernah kontak dengan segala jenis hewan dapat menyebabkan timbulnya penyakit. Untuk menjawab pertanyaan tersebut, Koch menemukan metode dalam pemurnian bacillus dari sampel darah untuk kemudian dikembangbiakkan.

Melalui metode tersebut Koch mampu mengidentifikasi, mempelajari, dan mengambil gambar bacillus yang sedang dikembangbiakkan. Setelah itu dapat disimpulkan, jika Bacillus anthracis berada dalam lingkungan yang tidak disukainya dan berada di luar inang (host), bakteri tersebut akan memproduksi spora untuk melawan lingkungan yang tidak cocok baginya. Kondisi seperti ini dapat bertahan dalam waktu yang sangat lama. Ketika kondisi lingkungan telah kembali cocok dan normal, spora akan memicu berkembangnya kembali bacillus. Jika spora tersebut tertanam dalam tanah, maka akan menyebabkan penyebaran antraks secara spontan (spontaneous outbreak).

Postulat KochDari percobaan keduanya tersebut, Koch menyimpulkan, meskipun bacillus tidak kontak dengan

segala jenis hewan, namun mereka tetap dapat menyebabkan timbulnya antraks. Hasil penemuan tersebut didemonstrasikan oleh Koch di hadapan dua orang profesor yang bernama Ferdinand Cohn dan Cohnheim. Kedua orang profesor itu sangat terkesan dengan penemuan Koch.

Pada tahun 1876 Ferdinand Cohn mempublikasikan penemuan Koch dalam sebuah jurnal. Tidak lama setelah itu, Koch menjadi cukup terkenal dan dirinya diberi penghargaan berupa sebuah pekerjaan di Kantor Kesehatan Kekaisaran (Imperial Health Office) pada tahun 1880 di Berlin.

Popularitas dan penghargaan tidak membuat Koch cepat berpuas diri. Di tempat kerjanya yang baru, Koch mendapat fasilitas berupa laboratorium yang lebih baik dari sebelumnya. Koch kemudian menemukan metode penanaman kultur bakteri dalam media padat seperti kentang. Koch pun mengembangkan metode baru dalam mengidentifikasi bakteri dengan zat warna (staining) agar lebih mudah terlihat.

Berbagai metode yang ditemukan oleh Koch tersebut dapat membuat bakteri patogen lebih mudah didapatkan dalam kultur murni (pure culture). Padahal sebelumnya, bakteri patogen sangat sulit didapatkan karena tercampur dengan organisme lain yang dapat ikut teridentifikasi. Dengan alasan tersebut, Koch memberikan rumusan berupa sejumlah kondisi yang harus dipenuhi sebelum bakteri dianggap sebagai penyebab penyakit. Rumusan tersebut dikenal dengan Postulat-postulat Koch (Koch’s Postulates). Dalam Postulat-postulat Koch disebutkan, untuk menetapkan suatu organisme sebagai penyebab penyakit, maka organisme tersebut harus memenuhi sejumlah syarat.

Pertama, ditemukan pada semua kasus dari penyakit yang telah diperiksa. Kedua, telah diolah dan dipelihara dalam kultur murni (pure culture). Ketiga, mampu membuat infeksi asli (original infection), meskipun sudah beberapa generasi berada dalam kultur. Keempat, dapat diperoleh kembali dari hewan yang telah diinokulasi dan dapat dikulturkan kembali

8. Jenner: bapak immunologiEdward jenner (1749-1823) adalah seorang dokter dari inggris yang menemukan vaksin untuk

menyembuhkan penyakit cacar. Ia adalah tokoh yang meletakkan dasar bagi imunologi ( Ilmu yang mempelajari tentang kekebalan tubuh).

9. Sammelweiss Adalah seorang Ignaz Semmelweis, seorang dokter kandungan dari Hungaria yang mulai

membawa konsep keberadaan kuman dan mikro organisme. Semmelweis mengamati angka kematian karena infeksi puerperium pada bangsal yang dikelola oleh dokter tiga kali lebih banyak dibandingkan pada bangsal yang dikelola oleh bidan. Semmelweis kemudian mengenalkan konsep cuci tangan pra bedah yang jelas ditentang oleh sebagian besar dokter. Untuk apa cuci tangan ? Waktu itu dokter dianggap profesi yang suci. Dengan menyuruh dokter cuci tangan sama saja dengan melecehkan kesucian profesi dokter. Sampai Semmelweis meninggal pada tahun 1865, konsep kuman ini masih belum bisa diterima. Ironisnya Semmelweis meninggal karena septikemia, atau infeksi bakteri sistemik pada peredaran darahnya.

Sepeninggalnya Semmelweis, konsep kuman kemudian diperkuat oleh seorang ahli mikrobiologi asal prancis yang kemudian kita kenal sebagai Louis Pasteur. Pasteur berhasil menjelaskan secara ilmiah tentang keberadaan kuman dan bahkan menemukan vaksinasi untuk pertama kalinya. Joseph Lister, seorang ahli bedah dari London juga memperkuat teori tersebut. Lister menguatkan secara teori bahwa larutan karbol (yang sekarang dikenal sebagai fenol) mampu mensterilkan alat-alat bedah dan membersihkan luka operasi, dengan demikian proses penyembuhan luka menjadi lebih cepat dan terhindar dari infeksi yang dapat mengakibatkan kematian.

Koch postulates untuk memudahkan menemukan mikroorganisme patogen1.mikroba ditemukan pada tubuh hewan yang sakit.2.mikroba ini bias diisolasi pada media buatan sebagai kultur murni.3.mikroba yang diisolasi menyebabkan penyakit yang sama.4.mikroba yang sama dapat diisolasi lagi pada kultur murni.

Staining methods (metode pewarnaan)1.Simple staining ,hanya menggunakan satu pewarna : Methylene blue (biru) or Fuchsin (merah)2.Differential stainings : 2 jenis pewarna Gram, Ziehl Neelsen (tahan asam), Neisser,etc3.Special staining:

• Gray flagel• Gins Burri capsul• Klein spores

• Feulgen nucleus• Neisser granules (Babes Ernst in

C.diphtheriae )• Fontana Tribondeau spirochaetts

Morfologi Bakteri1.Coccus (cocci) – bulat: Staphylococcus, streptococcus, neisseria,etc2.Bacillus (bacilli) – batang: Mycobacterium, escherichia,klebsiella,salmonella,etc3.Spirillum – spiral: Treponema, borrelia, leptospira, etc

Candida albicans yang sering menyebabkan keputihan Histoplasma capsulatum

Jamur dgn bentuk Hifa

Pewarnaan gins Burri kapsul membengkak

Basil, gram +

Bassil, dua

Diplococcus gram -

Ragi pada jaringan

Histoplasma capsulatumTaksonomi : - Genus : Histoplasma- Species : Histoplasma capsulatumAspek biologis : Histoplasma capsulatum adalah jamur dimorfik yang tumbuh sebagai koloni filamen pada agar Sabouraud suhu kamar dan tumbuh sebagai yeast pada suhu 37oC. Bentuk di dalam jaringan hospes umumnya yeast. Mempunyai budding ( tunas ). Sporanya kecil sehingga dapat menembus dinding alveoli. Jamur ini ditemukan pada kotoran burung, kelelawar, dan unggas, serta di kandungan burung/unggas dan gua. Infeksi menyebar melalui sporanya yang diisap saat napas, dan tidak dapat menular dari orang yang terinfeksi. Jamur ini dapat tumbuh dalam aliran darah orang dengan sistem kekebalan tubuh yang rusak, Setelah berkembang dalam darah, infeksi dapat menyebar pada paru, kulit, dan kadang kala pada bagian tubuh yang lain.

Patogenesis : Jika terinfeksi spora jamur ini dapat menimbulkan gejala ringan berupa penyakit flu yang ringan, dan berkembang dengan berbagai gejala, termasuk kelelahan, demam, sesak napas, batuk kering, sakit kepala, kehilangan nafsu makan, sakit sendi dan otot, serta panas dingin. Jika spora sudah menyebar ke alat tubuh lain akan menimbulkan pembengkakan hati, limpa, dan kelenjar getah bening. Gejala awal dari infeksi jamur ini menyerupai pneumonia. Ketika bernafas, penderita juga bisa merasakan nyeri dada, terutama jika telah terjadi peradangan pada pleura.

Siklus hidup ( dalam tubuh manusia ) : Pertumbuhan jamur, yaitu pada permukaan tanah yang lembab dan banyak mengandung tinja burung, kelelawar, ataupun ayam. Infeksi terjadi dengan inhalasi spora, terutama mikrokonidia, spora yang cukup kecil untuk mencapai alveoli pada inhalasi, yang kemudian berlanjut dengan bentuk budding. Dengan berlanjutnya waktu, reaksi granuloma terjadi. Nekrosis perkijuan atau kalsifikasi dapat menyerupai tuberkulosis. Diseminasi transien dapat meninggalkan granuloma kalsifikasi pada limpa. Pada orang dewasa, massa bulat atau jaringan parut dengan atau tanpa kalsifikasi sentral dapat menetap pada paru, yang disebut histoplasmoma. Dapat pula terbentuk infiltrat paru dan pembesaran kelenjar hilus. Bila infeksi terjadi dengan jumlah spora yang besar maka terdapat gambaran yang mirip dengan tuberkulosis miliaris. Infeksi ini biasanya sembuh dengan atau tanpa meninggalkan perkapuran dalam paru. Pada beberapa keadaan, dapat berlangsung progresif hingga mengenai sebagian atau seluruh paru, deseminata, dengan atau tanpa riwayat histoplasmosis primer akut paru, potensial fatal hingga dapat menyebabkan kematian. Infeksi kedua kali dapat menimbulkan reaksi jaringan yang lebih kuat sehingga menimbulkan rongga atau kaverna dengan gejala batuk darah.

Substansi untuk pertumbuhan bakteri1. Udara 2. Protein3. Carbohydrate

4. Vitamines5. Minerals6. Others (O2 or anaerobic)

Kondisi Oxygen dan No-oxygen 1. Obligate aerobic: tidak bisa hidup kalau tidak ada oksigen Pseudomonas aeruginosa2. Facultative anaerobic : Organisme yang dapat menggunakan oksigen sebagai akseptor elektron atau

sebagai penggantinya dapat diambil oksigen dari garam-garam seperti NaNO3, Na2SO4 atau karbonat Escherichia coli

3. Aerotolerant: Organisme aerotoleran dapat hidup walaupun terdapat oksigen di sekitarnya, tetapi mereka tetap anaerobik karena mereka tidak menggunakan oksigen  Clostridum histolyticum

4. Microaerophilic bakteri mikroaerofilik tumbuh baik pada konsentrasi rendah oksigen, tetapi mati oleh konsentrasi yang lebih tinggi. Campylobacter jejuni

5. Obligate anaerobic: rganisme yang tidak membutuhkan oksigen bebas bahkan jika kontak dengan oksigen akan mengakibatkan penghambatan atau mematikan organisme tersebut. Mikroba anaerob obligat tidak dapat bertahan hidup jika kontak langsung dengan oksigen minimal selama 10 menit. Ketidaktahanan mikroba anaerob obligat terhadap oksigen disebabkan tidak adanya enzim superoksida dismutasedan katalase, yang akan mengubah superoksida yang terbentuk dalam sel mereka karena adanya oksigen.. Bactroides fragilis

Rute Infeksi ( Port d’Entre )1. mata 2. Hidung: sinus( bila menghembuskan ingus dengan menutup lubang satunya, yang tertutup akan balik ke

atas melewati canal nasolakrimal dan masuk kedalam sinus maksilaris dan menyebabkan infeksi) , nasopharynx, larynx, trachea, bronchus, bronchioli & alveoli

3. Ear : otitis externa,otitis media, brain infection4. Mouth GI tract5. Vagina , urethra (sexually transmited diseases)6. Skin : abscess, cellulitis, bacteriemia,etc7. Vectors : mosquito,flies,bugs,etc

Temperature and bacterial growthCategory temperature ( C )

1. Psychrophilic -5 to 302. Mesophylic 10 to 453. Thermophylic 25 to 804. Extremophylic volcanoes,deep sea

Multiplication & phase of growthSetiap spesies membelah diri pada waktu-waktu tertentu:E.coli membelah setiap 20 minutes,M.tuberculosis 20-24 hoursM. leprae (kusta) 20-30 daysFase pertumbuhan

1. Lag phase (belum membelah)2. Log phase /exponential phase

(membelah aktif)3. Stationary phase (membelah sedikit,

mati sedikit tetap)4. Declines (mati)

Bacteria variabilities1.Mutation : perubahan secara genetic dan permanen (ESBL)2.fluctuation:perubahan sementara (fe pigment production)3.involution: penurunan sifat setelah memperlama budidaya pada media buatan untuk vaksin4.adaptation: kehilangan sifat patologik karena perubahan lingkungan (balance)