Bab 7 Genetika Dan Resistensi

GENETIKA DAN RESISTENSI Pratiwi SudarmonoGenetika bakteri kering satu sel. Dengan mikroskop elektron,Ada dua fenomena biologi pada konsep here- DNA tampak sebagai benang-benang fibrilerditas, yaitu: yang menempati sebagian besar dari volume sel.1,. Hereditas yang bersifat stabil di mana gene- rasi berikut yang terbentuk dari pembelahan Molekul DNA bila diesktraksi dari sel bakteri satu sel mempunyai sifat yang identik de- ngan induknya. biasanya mempunyai bentuk yang sirkuler, de-2. Variasi genetik yang mengakibatkan adanya ngan panjang kira-kira 1 mm. DNA ini mem- perbedaan sifat generasi berikut dari sel punyai berat molekul yang tinggi karena terdiri dari heteropolimer dari deoksiribonukleotida induknya akibat peristiwa genetik terrenru, purin yaitu Adenin dan Guanin dan deoksiri- misalnya mutasi. bonukleotida pirimidin yaitu Sitosin dan Timin. Pada bakteri, unit herediternya disebut genom \flatson dan Crick, dengan sinar-X mene-bakteri. Genom bakteri lazimnya disebut seba-gai gen saja. Gen bakteri biasanya terdapat dalam mukan bahwa strukrur DNA terdiri dari duamolekul DNA (asam deoksiribonukleat) tunggal, r^ntat poliribonukleotida yang dihubungkanmeskipun dikenal pula adanya materi genetik di satu sama lain oleh ikatan hidrogen antara purinluar kromosom (ekstra kromosomal), yang di di satu rantai dengan pirimidin di rantai lain,sebut plasmid, yang tersebar luas dalam populasibakteri. Meskipun bakteri bersifat haploid, trans- dalam keadaan antiparalel, dan disebut sebagaimisi gen dari satu generasi ke generasi berikutnya struktur double helix.Ikatan hidrogen ini hanya dapat menghubungkan Adenin (6 aminopurin)berlangsung secara linier, sehingga pada setiap dengan Timin (2,4 dioksi 5 metil pirimidin) dansiklus pembelahan sel, sel anaknya menerimasatu set gen yang identik dengan sel induknya. antara Guanin (2 amino 6 oksipurin) dengan Sitosin (2 oksi 4 amino pirimidin). Singkatnya Kromosom bakteri yang terdiri dari DNA pasangan basa pada suatu sekuens DNA adalahmempunyai berat lebih kurang2-3oh dari berat A-T dan S-G. Karena adanyasisrem berpasangan demikian, maka setiap rantai DNA dapat dijadi- kan cetakan/template untuk membangun rantai DNA yang komplementer. '$7aktu terjadinya 49

50 Buku Ajar Mikrobiologi Kedokteranproses replikasi DNA dalam pembelahan sel, 2. Secara enzimatlk asam amino akan terakti-molekul DNA dari sel anaknya terdiri dari satur^trtai DNA induknya dan satu rantai DNA vasi dan ditransfer kepada transfer RN,4 (= IRNA) yang mempunyai adaptor basa yangyang komplementer tetapi dibuat baru; dengan komplementer dengan basa mRNA di satukata lain, pemindahan materi genetik dari satu ujungnya dan mempunyai asam amino spe-generasi ke generasi berikutnya adalah dengan sifik di ujung lainnya. Tiga buah basa padacara semikonservatif. mRNA disebut triplet basa yang lazim dise- but sebagai kodon untuk suatu asam amino. Fungsi primer DNA pada hakikatnya adalahsebagai sumber perbekalan informasi generik 3. mRNA dan IRNA bersama-sama menuju keyang dimiliki oleh sel induk. Proses replikasi di- permukaan ribosom kuman, dan di sinilahkerjakan dengan amat lengkap sehingga sel anak- rantai polipeptida terbentuk sampai seluruhnya mendapatkan pula informasi genetik yang kodon selesai dibaca menjadi suatu sekuenslengkap, sehingga terjadi kestabilan genedk dalam asam amino yang membentuk protein ter-suatu populasi mikroorganisme. Satu benang tentu. Proses ini disebut translasi.kromosom biasanya terdiri dari 5 }uta pasangan Kesimpulanbasa dan terbagi atas segmen atau sekuens asam Sekuens nukleotida pada gen DNA, denganamino tertentu. Dari sini akan terbentuk struk- per^ntaraan mRNA (transkripsi) menenrukantur protein. Protein ini kemudian menjadi enzim-enzim, komponen membran sel dan struktur sel struktur dari protein spesifik (translasi). Protein-yanglain yang secara keseluruhan menentukan protein tersebut menjadi subunit-subunit darikarakter dari sel itu. enzim-enzim yang aktif dan menjadikan ciri Mekanisme yang menunjukkan bahwa sekuens spesifik dari kuman rersebur.nukleotida di dalam gen menentukan sekuens Resistensi kuman terhadap obatasam amino pada pembentukan protein adalah antimikroba atau antibiotikasebagai berikut: Ada berbagai mekanisme yang menyebabkan suatul. Suatu enzim amino sel bakteri yang disebut populasi kuman menjadi resisren terhadap anti- biotika. Mekanisme tersebut ant^ralain adalah: enzim RNA polimerase membentuk satu rantai poliribonukleotida (* *r.:.rr'u:.',\",'' i. .,., I. Mikroorganisme memproduksi enzim yang * :riF. ll,jr) dari rantaiDNA yang ada. merusak daya kerja obat. Proses ini disebut transkripsi. Jadi pada tran- contoh: Stafilokokus resisren terhadap peni- skripsi DNA, terbentuk satu rantai RNA silin disebabkan karena stafilokokus memproduksi enzim beta laktamase yang komplementer dengan salah satu rantai double helix dari DNA.

Genetika dan Resistensi 51 yang memecahkan cincin beta lak- 5. Terladiperubahan enzimatik sehingga kuman tam dari penisilin, sehingga peni- silin tidak lagi aktif bekerja. meskipun masih dapat hidup dengan baik Enzim lain yang jugadapat meme- tetapi kurang sensitif terhadap antibiotik. cah obat adalah adenilase fosforilase contoh: kuman yang sensitif terhadap Sul- dan asetilase. fonamida mempunyai afinitas yang2. T erladiny aperubahan permeabilitas kuman lebih besar terhadap Sulfonamida di- terhadap obat tertentu. bandingkan dengan PABA sehingga kuman akan mati. contoh: Beberapa kuman tertentu mem- punyai barier khusus terhadap se- Sebab-sebab Terjadinya Resistensi Ku man Terhadap Obat golongan obat, misalnya Streptoko- kus mempunyai barier alami terha- Asal mula terjadinya resistensi kuman terhadap dap obat golongan aminoglikosida. obat dapat dibagi menjadi: T erjadtnya perubahan pada tempat atau lokus 1. Non genetik tertentu di dalam sel sekelompok mikroorgan- 2. Genetik. isme tertentu yang menjaditarget dari obat. contoh: Obat golongan aminoglikosida me- 1. Sebab-sebab non genetik mecah atau membunuh kuman ka- Hampir semua obat antibiotika bekerja baik pada masa aktif pembelahan kuman. Dengan rena obat ini merusak sistem ribo- demikian, populasi kuman yang tidak berada som subunit 30S. Bila oleh suatu pada fase pembelahan aktif pada umumnya relatif resisten terhadap obat. Misalnya kuman hal, lokus kerja obat pada ribosom tuberkulosis yang tinggal di dalam jaringan 30S berubah, maka kuman tidak lagi sensitif terhadap golongan obat ini. dan tidak membelah aktif karena adanya4. Terjadinya peiubahan pada metabolic patb- mekanisme pertahanan badan, akan resisten wd1 yangmenjadi target obat. terhadap obat. Bila oleh suatu hal, misalnya contoh: Kuman yang resisten terhadap obat pemberian kortikosteroid yang melemahkan golongan Sulfonamida, tidak memer- daya pertahanan badan, kuman tuberkulosis lukan PABA dari luar sel, tetapi dapat tersebut akan membelah aktif lagi; maka pada menggunakan asam folat; sehingga sulfonamida yang berkompetisi de- kondisi ini obat anti tuberkulosis dapat ngan PABA tidak berpengaruh apa- ap a pada metabolisme sel. membunuh kuman tuberkulosis tersebut. contoh: untuk beberapa generasi kuman mi- salnya, terjadi perubahan pada struk- tur target obat. Misalnya kuman

52 Buku Ajar Mikrobiologi Kedokteran yang berbentuk sferoplas kehi- Plasmid adalah molekul DNA yang bulat/ langan dinding sel. Pada pemberian sirkuler: beberapa antibiotika yang merusak dinding sel (seperti penisilin, sefa- - kira-kira mempunyai berat I-3o/o darikromo- losporin) akan tidak berdaya mem- bunuh kuman sferoplas. som bakteri2. Sebab-sebab genetik - berada bebas dalam sitoplasma bakteri - adakalanyadapat bersatu ke dalam kromosom Terjadinya resistensi kuman terhadap anti- biotika umumnya terjadi karena perubahan bakteri genetik. Perubahan genetik bisa terjadi se- cara kromosomal maupun ekstra kromo- - dapat melakukan replikasi sendiri secara otonom somal, dan perubahan genetik tersebut dapat -dapat pula berpindah atau dipindahkan dari ditransfer/dipindahkan dari satu spesies satu spesies ke spesies lain. kuman kepada'spesies kuman lain melalui Beberapa contoh dari plasmid adalah: berbagai mekanisme. L i|,1.1;,;t;;;11; 1: A. Resistensi kromosomal Resistensi kuman terhadap antibiotika yang Faktor R adalah satu golongan plasmid yang mempunyai sebab genetik kromosomal ter- membawa gen-gen untuk resistensi terhadap satu atau lebih antibiotika dan logam berat. jadi misalnya karena terjadinya mutasi spon- Gen dalam plasmid yang menyebabkan re- sisten obat seringkali memproduksi enzim- tan pada lokus ADN yang mengontrol enzim yang dapat merusak daya kerja obat. Contoh: Plasmid yang menenrukan resis- susceptibility terhadap obat tertentu. Mutasi tensi untuk penisilin dan sefalosporin mem- spontan terjadi dengan frekuensi kira-kira produksi enzim beta laktamase. 10 Tsampai 10 12. Sebagai contoh: Protein PL2padaribosom kuman subunit 30S adalah 2. i r.;l;\",;,lr reseptor dari antibiotika Streptomisin. Mutasi pada gen yang mengonrrol struktur protein Beberapa toksin dari kuman juga merupakan P12 tersebut, akan menyebabkan kuman produk dari plasmid, misalnya Enterotok- menjadi resisten terhadap Streptomisin. sigenik Escherichia coli memproduksi toksin B. Resistensi ekstrakromosomal yang menyebabkan diare pada anak. Bakteri mengandung pula mareri genetik -.a). : yang ekstrakromosomal yang disebut plas- Faktor i:t . :i,::j:, memegang peran- mid. an dalam proses konjugasi bakteri. Materi generik dan plasmid dapat dipindah- kan atau berpindah melalui berbagai mekanisme, sebagai berikut:

Genetika dan Resistensi 53A. Transduksi. Hal ini dimungkink an kar ena adany a faktor DNA dari plasmid masuk ke dalam genom F yang menentukan adanya sex pili. Kuman yang memp unyai sex pill disebut kuman F + , bakteriofaga (= spesies virus dari bakteri) dan dan melalui pilinya tersebut materi genetik dari sel donor (F+) termasuk plasmid DNA- oleh bakteriofaga tersebut plasmid tadi ditransfer ke populasi kuman lain di seki- nya dapat berpindah ke dalam sel resipien. tarnya. Transduksi ini biasanya terjadi pada kuman positif Gram seperti Stafilokokus, Jadi gen-gen tertentu yang membawa sifat tetapi diketahui dapat pula terjadi pada resistensi pada obat dapat berpindah dari Salmonella (lihat Gamb ar 7 .I). populasi kuman yang resisten ke dalamB. Transformasi kuman yang sensitif. Dengan cara inilah se- bagian besar dari sifat resisten obat tersebarFragmen DNA bebas dapat melewati din- dalam populasi kuman dan menimbulkanding sel dan kemudian bersatu dalam genom y ang disebut, . :,'.i t....'i'.. apa :,, ::. ..). : j, : :;. : ::: .sel tersebut sehingga mengubah genotipnya. D. TransposisiHal ini biasanya dikerjakan di laboratorium Transposisi adalah pemindahan dari rantaidalam penelitian rekayasa genetika, tetapi DNA pendek (hanya beberapa sekuens saja)dapat pula ter'1adi secara spontan meskipun plasmid ke plasmid lain, atau daridalam frekuensi yang kecil. ^ntar^satu kromosom ke plasmid dalam sel tersebut.c. KonjugasiTransfer unilateral dari materi genetik antar^ Resistensi silangda-bakteri sejenis maupun dengan jenis lain Satu populasi kuman yang resisten terhadap satupatterjadimelalui proses konjugasi (,-, .',,,111';1' obat tertentu dapat pula resisten terhadap obat,,'1 ,,,:n). yang lain yang mempunyai mekanisme kerjaGambar: 7.1 . Peristiwa transduksi bakteri dengan dibuatnya bakteriofaga yang diikuti dengan lisis sel. l, Ekor bakteriofaga bergabung dengan tempat reseptor khusus pada dinding sel bakteri.4 DNA faga disuntikkan ke dalam sel bakteri. C, Replikasi kromosom bakteri terpisah-pisah, DNA faga mengisyaratkan pembentukan komponen. komponen faga. D, Komponen-komponen tersebut tersusun menjadi parlikel faga. E, Terjadi lisis sel bakteri dan disusul dengan pelepasan partikel faga yang telah masak.

54 Buku Ajar Mikrobiologi KedokteranGambar 7.2 Konjugasi bakteri. lmplikasi klinis dari resistensiobat yang mirip satu sama lain. Hal ini misalnya Timbulnya resistensi bahkan multiresistensi dariterj adi pada obat-obatan y ang komposisi kimia- populasi kuman terhadap berbagai jenis anti-nya hampir sama, misalrlya antara polimiksin B biotika menimbulkan banyak masalah dalamdengan kolistin, eritromisin dengan oleando-misin, dan neomisin dengan kanamisin. Meski- pengobatan penyakit infeksi. Khususnya dipun demikian adakalanya terjadi pula resistensilang pada dua obat yang berlainan struktur Rumah Sakit di mana digunakan antibiotikakimianya sama sekali, misalnya pada eritromisindengan linkomisin. dosis tinggi dan dalam intensitas yang besar menyebabkan munculnya \"kuman rumah sakit\" yang arr'at resisten. Ditambah lagi dengan mun- culnya jenis kuman yang komensal yang men- jadi sumber utama infeksi, maka multi resisren terhadap antibiotika menjadi masalah berat. Dianjurkan kepada setiap dokter di manapun untuk lebih berhati-hati menggunakan obat anti- biotika, misalnya dalam hal memberi antibio- tika dalam dosis yang cukup tinggi dan mence- gah pemakaian obat-obat antibiotika yang amat poten, sehingga mengurangi atau memperlam- bat resistensi terhadap obat antibiotika.