Pengertian Mikrobiologi, Fase Pertumbuhan Bakteri dan Infeksi Staphylococcus Aureus

Pengertian Mikrobiologi

Mikrobiologi berasal dari bahasa yunani (micros adalah kecil dan bios adalah hidup dan logos adalah pengetahuan).

Jadi mikrobiologi: Ilmu yang mempelajari tentang makhluk-makhluk hidup yang sangat kecil.

Dunia mikroorganisme terdiri dari 5 kelompok organisme yaitu bakteri, protozoa, virus, serta algae dan cendawan mikrokopis.

Pengertian Bakteri

Bakteri merupakan organisme prokariot, bersel tunggal, umumnya berukuran lebih kecil dari sel eukariot dan sangat kompleks meskipun ukurannya kecil.

Kelompok bakteri terdiri atas semua organisme prokariotik patogen dan non patogen yang terdapat di daratan dan perairan, serta organisme prokariotik yang bersifat fotoautotrof.

Spesies bakteri dapat dibedakan berdasarkan morfologi (bentuk), komposisi kimia (umumnya dideteksi dengan reaksi biokimia), kebutuhan nutrisi, aktivitas biokimia dan sumber energi (sinar matahari atau bahan kimia). (Pratiwi, 2008)

Morfologi Bakteri

Bakteri memiliki beberapa bentuk dasar seperti, bulat (tunggal: coccus, jamak: cocci), batang atau silinder (tunggal: bacillus, jamak: bacilli) dan spiral yaitu berbentuk batang melengkung atau melingkar-lingkar.

Bentuk cocci umumnya bulat atau oval. Bila cocci membelah diri, sel-sel dapat tetap melekat satu sama lain. Cocci yang tetap berpasangan setelah membelah disebut diplococci.

Cocci yang membelah namun tetap melekat membentuk struktur menyerupai rantai disebut streptococci.

Cocci yang membelah dalam dua bidang dan tetap melekat membentuk kelompok empat coccus disebut tetrad.

Cocci yang membelah dalam 3 bidang dan tetap melekat membentuk kubus dengan 8 coccus disebut sarcina, sedangkan cocci yang membelah pada banyak bidang dan membentuk kumpulan menyerupai buah anggur disebut staphylococci.

Bentuk basil menyerupai batang kecil atau suatu silinder. Ada yang bentuknya pendek menyerupai kokus dan ada yang bentuknya panjang dan halus. (Misnadiarly dan Djajaningrat, 2014)

Bacilli membelah hanya melalui sumbu pendeknya, sebagian besar bacilli tampak sebagai batang tunggal.

Diplobacilli muncul dari pasangan bacilli setelah pembelahan dan streptobacilli muncul dalam bentuk rantai. Beberapa bacilli tampak menyerupai cocci, dan disebut coccobacilli.

Bentuk spiral bakteri memiliki satu atau lebih lekukan dan tidak dalam bentuk lurus. Bakteri berbentuk spiral ini dibedakan menjadi beberapa jenis.

Bakteri yang berbentuk batang melengkung menyerupai koma disebut vibrio.

Bakteri yang berpilin kaku disebut spirilla, sedangkan bakteri yang berpilin fleksibel disebut spirochaeta. (Pratiwi, 2008)

Fase Pertumbuhan Bakteri

Pertumbuhan adalah pertambahan secara teratur semua komponen suatu organisme.

Jika sebuah media cair dengan volume tetap diinokulasikan dengan sel-sel mikroba yang diambil dari sebuah kultur yang sebelumnya telah ditumbuhkan hingga jenuh akan diperoleh kurva pertumbuhan.

Kurva pertumbuhan dapat diuraikan menjadi empat fase yaitu :

• Fase Lamban (Lag). Fase lamban adalah fase dimana sel-sel yang kekurangan enzim dan metabolit akibat bakteri masih beradaptasi dengan lingkungan.Enzim-enzim dan zat antara dibentuk dan dikumpulkan hingga mencapai konsentrasi yang memungkinkan pertumbuhan berlanjut.

• Fase Eksponensial. Fase eksponensial merupakan fase dimana mikroorganisme tumbuh dan membelah pada kecepatan maksimum, tergantung pada genetika mikroorganisme, sifat media dan kondisi pertumbuhan.

• Fase Stasioner. Pada fase stasioner, pertumbuhan mikroorganisme berhenti dan terjadi keseimbangan antara jumlah sel yang membelah dengan jumlah sel yang mati. Pada fase ini terjadi akumulasi produk buangan yang toksik. Terdapat kehilangan sel yang lambat karena kematian diimbangi dengan pembentukan sel-sel baru melalui pertumbuhan dan pembelahan dengan nutrisi yang dilepaskan oleh sel-sel yang mati karena mengalami lisis.

• Fase Kematian. Pada fase kematian jumlah sel yang mati meningkat.

Hal ini disebabkan karena tidak tersedianya nutrisi dan akumulasi produk buangan yang toksik. (Jawetz dkk, 2013)

Staphylococcus aureus: Kelompok bakteri Gram positif, tersusun seperti anggur yang tidak beraturan, mudah tumbuh di berbagai medium dan secara aktif secara metabolik, dan melakukan fermentasi karbohidrat.

Staphylococcus tumbuh berkelompok, merupakan katalase positif, yang artinya merupakan mikroorganisme yang menggunakan enzim katalase untuk menguraikan hidrogen peroksida (H2O2) menjadi air dan oksigen sehingga menghasilkan gelembung-gelembung. (Sears dkk, 2011)

Urutan Taksonomi Staphylococcus aureus. (Anonim, 2012)

• Domain: Bacteria
• Kerajaan: Eubacteria
• Filum: Firmicutes
• Kelas: Bacilli
• Ordo: Bacillales
• Famili: Staphylococcaceae
• Genus: Staphylococcus
• Spesies: S. Aureus

Menurut Bahasa Yunani "staphyle" berarti anggur dan coccus berarti bulat atau bola.

Menghasilkan pigmen berwarna kuning emas sehingga dinamakan aureus (berarti emas, seperti matahari).

Staphylococcus aureus merupakan bakteri Gram positif, memiliki diameter 0,8-1,0 mikron, tidak bergerak, tidak memiliki spora.

Pertumbuhan terbaik dan khas adalah pada suasana anaerob fakultatif.

Staphylococcus aureus dapat hidup pada agar miring sampai berbulan-bulan, baik dalam kulkas ataupun pada suhu kamar. (Radji, 2010)

Staphylococcus aureus termasuk dalam genus Staphylococcus yang merupakan patogen utama pada manusia. Staphylococcus aureus merupakan salah satu bakteri yang terdapat di kulit. (Jawetz dkk, 2013)

Bakteri Staphylococcus aureus merupakan flora normal pada kulit manusia.

Staphylococcus aureus adalah salah satu bakteri patogen yang bisa menyebabkan infeksi kulit seperti, impetigo, ruam, infeksi kulit, folikulitis dan infeksi pada folikel rambut. (Radji, 2010)

Struktur sel: Merupakan bakteri Gram-positif, tidak bergerak, tidak berspora dan mampu membentuk kapsul, berbentuk kokus dan tersusun seperti buah anggur.

Ukuran Staphylococcus berbeda-beda tergantung pada media pertumbuhannya. Apabila ditumbuhkan pada media agar, Staphylococcus memiliki diameter 0,5-1,0 mm dengan koloni berwarna kuning.

Staphylococcus aureus mempunyai dinding sel yang terdiri dari peptidoglikan, asam teikoik, fibronectin binding protein, clumping factors dan collagen binding protein.

Komponen utama dinding sel Staphylococcus aureus adalah peptidoglikan yang menyusun hampir 50% dari berat dinding sel.

Peptidoglikan tersusun dari polimer polisakarida (asam N-asetilglukosamin dan asam N-asetilmuramik), polipeptida (L-Ala, D-Glu, L-Lys, D-Ala, D-ala) dan sebuah jembatan pentaglisin. 

Melalui katalisis transpeptidase oleh Penicillin-Binding Protein (PBP), setiap peptidoglikan akan saling berikatan dengan peptidoglikan lainnya dengan cara merubah rantai alanin agar berikatan dengan jembatan pentaglisin dari peptidoglikan lainnya.

Proses menghasilkan suatu struktur dinding sel yang padat. Beberapa enzim juga dihasilkan oleh Staphylococcus aureus, diantaranya koagulase, clumping factor, hialuronidase dan b-laktamase.

Dinding sel Staphylococcus aureus juga mengandung asam teikoat, yaitu sekitar 40% dari berat kering dinding selnya.

Asam teikoat adalah beberapa kelompok antigen dari Staphylococcus. Asam teikoat mengandung aglutinogen dan N-asetilglukosamin.

Staphylococcus aureus adalah bakteri aerob dan anaerob fakultatif yang mampu menfermentasikan manitol dan menghasilkan enzim koagulase, hyalurodinase, fosfatase, protease dan lipase. 

Staphylococcus aureus mengandung lysostaphin yang dapat menyebabkan lisisnya sel darah merah.  

Toksin yang dibentuk oleh Staphylococcus aureus adalah haemolysin alfa, beta, gamma, delta dan epsilon.

Toksin lain ialah leukosidin, enterotoksin dan eksfoliatin. Enterotosin dan eksoenzim dapat menyebabkan keracunan makanan terutama yang mempengaruhi saluran pencernaan.

Leukosidin menyerang leukosit sehingga daya tahan tubuh akan menurun. Eksofoliatin merupakan toksin yang menyerang kulit dengan tanda-tanda kulit terkena luka bakar.

Suhu optimum untuk pertumbuhan Staphylococcus aureus adalah 35⁰C – 37⁰C dengan suhu minimum 6,7 ⁰C dan suhu maksimum 45,4 ⁰C.

Bakteri ini dapat tumbuh pada pH 4,0 – 9,8 dengan pH optimum 7,0 – 7,5.

Pertumbuhan pada pH mendekati 9,8 hanya mungkin bila substratnya mempunyai komposisi yang baik untuk pertumbuhannya.

Bakteri ini membutuhkan asam nikotinat untuk tumbuh dan akan distimulir pertumbuhannya dengan adanya thiamin. Pada keadaan anaerobik, bakteri ini juga membutuhkan urasil.

Untuk pertumbuhan optimum diperlukan sebelas asam amino, yaitu valin, leusin, threonin, phenilalanin, tirosin, sistein, metionin, lisin, prolin, histidin dan arginin.

Bakteri ini tidak dapat tumbuh pada media sintetik yang tidak mengandung asam amino atau protein.

Staphylococcus aureus hidup sebagai saprofit di dalam saluran-saluran pengeluaran lendir dari tubuh manusia dan hewan-hewan seperti hidung, mulut dan tenggorokan dan dapat dikeluarkan pada waktu batuk atau bersin.

Bakteri ini juga sering terdapat pada pori-pori dan permukaan kulit, kelenjar keringat dan saluran usus.

Selain dapat menyebabkan intoksikasi, Staphylococcus aureus juga dapat menyebabkan bermacam-macam infeksi seperti jerawat, bisul, meningitis, osteomielitis, pneumonia dan mastitis pada manusia dan hewan.

Patogenesis

Staphylococcus aureus memproduksi koagulase yang mengkatalisis perubahan fibrinogen menjadi fibrin dan dapat memantau organisme ini untuk membentuk barisan perlindungan.

Bakteri ini juga memiliki reseptor terhadap permukaan sel pejamu dan protein matriks yang membantu organisme ini untuk melekat.

Bakteri ini memproduksi enzim link ekstraselular (misalnya lipase), yang memecah jaringan pejamu dan membantu invasi.

Beberapa strain yang memproduksi eksotoksin poten, yang menyebabkan sindrom syok toksik. Enterotoksin juga dapat diproduksi, yang menyebabkan diare. 

Staphylococcus aureus dapat menimbulkan penyakit melalui kemampuannya tersebar luas dalam jaringan dan melalui pembentukan berbagai zat ekstraseluler.

Berbagai zat yang berperan sebagai faktor virulensi dapat berupa protein, termasuk enzim dan toksin, contohnya:

• Katalase: Enzim yang berperan pada daya tahan bakteri terhadap proses fagositosis. Tes adanya aktivitas katalase menjadi pembeda genus Staphylococcus dari Streptococcus.

• Koagulase: Enzim ini dapat menggumpalkan plasma oksalat atau plasma sitrat, karena adanya faktor koagulase reaktif dalam serum yang bereaksi dengan enzim tersebut. Esterase yang dihasilkan dapat meningkatkan aktivitas penggumpalan, sehingga terbentuk deposit fibrin pada permukaan sel bakteri yang dapat menghambat fagositosis.

• Hemolisin: Merupakan toksin yang dapat membentuk suatu zona hemolisis disekitar koloni bakteri. 

Hemolisin pada Staphylococcus aureus terdiri dari alfa hemolisin, beta hemolisin, dan delta hemolisisn.

Alfa hemolisin adalah toksin yang bertanggung jawab terhadap pembentukan zona hemolisis di sekitar koloni Staphylococcus aureus pada medium agar darah. Toksin ini dapat menyebabkan nekrosis pada kulit hewan dan manusia.

Beta hemolisin adalah toksin yang terutama dihasilkan Staphylococcus yang diisolasi dari hewan, yang menyebabkan lisis pada sel darah merah domba dan sapi.

Sedangkan delta hemolisin adalah toksin yang dapat melisiskan sel darah merah manusia dan kelinci, tetapi efek lisisnya kurang terhadap sel darah merah domba.

• Leukosidin

Toksin ini dapat mematikan sel darah putih pada beberapa hewan.

Tetapi perannya dalam patogenesis pada manusia tidak jelas, karena Staphylococcus patogen tidak dapat mematikan sel-sel darah putih manusia dan dapat difagositosis.

• Toksin eksfoliatif

Toksin ini mempunyai aktivitas proteolitik dan dapat melarutkan matriks mukopolisakarida epidermis, sehingga menyebabkan pemisahan intraepitelial pada ikatan sel di stratum granulosum. 

Toksin eksfoliatif merupakan penyebab Staphylococcal Scalded Skin Syndrome (SSSS), yang ditandai dengan melepuhnya kulit.

• Toksin Sindrom Syok Toksik (TSST)

Sebagian besar galur Staphylococcus aureus yang diisolasi dari penderita sindrom syok toksik menghasilkan eksotoksin pirogenik.

Pada manusia, toksin ini menyebabkan demam, syok, ruam kulit, dan gangguan multisistem organ dalam tubuh

• Enterotoksin: Adalah enzim yang tahan panas dan tahan terhadap suasana basa di dalam usus.

Enzim ini merupakan penyebab utama dalam keracunan makanan, terutama pada makanan yang mengandung karbohidrat dan protein.

Infeksi Staphylococcus aureus

Beberapa jenis penyakit yang disebabkan oleh infeksi Staphylococcus sp adalah :

• Impetigo adalah penyakit infeksi kulit yang menimbulkan bintil-bintil yang berisi nanah.

• Folikulitis adalah infeksi superfisial pada folikel-folikel rambut dan mengeluarkan pustula yang berwarna putih.

• Furunkel adalah infeksi Staphylococcus aureus yang menginvasi bagian dalam dari bagian rambut. Furunkel merupakan peradangan yang disertai pembengkakan dan menyakitkan.

• Karbunkel adalah radang dibawah kulit yaitu kumpulan peradangan yang terikat satu dengan yang lain di bawah kulit.

• Hidradengitis adalah infeksi kelenjar tertentu di wilayah ketiak dan alat genital.

• Mastitis adalah infeksi pada payudara, yang terjadi pada payudara ibu yang sedang menyusui melalui luka puting pada payudara.

• Endokarditis adalah Infeksi pada katup jantung yang disebabkan karena Staphylococcus aureus menyerang endokardium yang merupakan bagian terdalam dari jantung. Kondisi ini menyebabkan kerusakan permanen pada jantung.

• Osteomielitis adalah infeksi pada tulang dan pada otot di sekitar tulang

• Artritis Septik merupakan infeksi Staphylococcus yang menyebar ke pembuluh darah, tangan, kaki, dan punggung tempat abses kemudian berkembang. Bagian yang terinfeksi akan membengkak dan berisi nanah.

• Pneumonia adalah Infeksi Staphylococcus aureus pada paru-paru dapat menyebabkan pneumonia.

• Sindrom kulit terbakar (Staphylococcal Scalded Skin Syndrome) merupakan infeksi pada kulit yang mengelupas seperti terbakar. Infeksi biasanya berupa keropeng yang terisolasi yang menyerupai impetigo dan biasa terjadi pada bayi pada daerah yang tertutup popok atau di sekitar tali pusar.

• Sindrom renjat toksik. Sindrom infeksi ini menyebabkan demam tinggi, tekanan darah rendah, kulit terkelupas, dan kerusakan organ tertentu. Sindrom ini dapat mengakibatkan kematian.

• Keracunan makanan. Keracunan makanan yang disebabkan oleh Staphylococcus aureus dikarenakan toksin yang dihasilkan Staphylococcus aureus ditandai dengan gejala mual, muntah, kejang perut, dan diare.

Mekanisme Infeksi:

• Perlekatan pada protein sel inang

Struktur sel Staphylococcus aureus memiliki protein permukaan yang membantu penempelan bakteri pada sel inang.

Protein tersebut adalah laminin dan fibronektin yang membentuk matriks ekstraseluler pada permukaan epitel dan endotel.

Selain itu, beberapa galur mempunyai ikatan protein fibrin atau fibrinogen yang mampu meningkatkan penempelan bakteri pada darah dan jaringan.

• Invasi

Invasi Staphylococcus aureus terhadap jaringan inang melibatkan sejumlah besar kelompok protein ekstraseluler.

Beberapa protein yang berperan penting  dalam proses invasi Staphylococcus aureus adalah α-toksin, β-toksin, δ-toksin, γ-toksin, leukosidin, koagulase, stafilokinase, dan beberapa enzim (protease, lipase, dan enzim pemodifikasi asam lemak).

• Perlawanan terhadap ketahanan inang

Staphylococcus aureus memiliki kemampuan mempertahankan diri terhadap mekanisme pertahanan inang.

Beberapa faktor pertahanan diri yang dimiliki Staphylococcus aureus yaitu : polisakarida, protein A, dan leukosidin.

• Pelepasan beberapa jenis toksin

Pelepasan beberapa jenis toksin diantaranya yaitu eksotoksin, superantigen, dan toksin eksfoliatin.

Kerentanan Terhadap Antibiotik

Sejarah kerentanan Staphylococcus aureus merupakan pelajaran sejarah kemoterapi antimikroba. 

Awalnya bakteri ini rentan terhadap penisilin, tetapi strain yang memproduksi β-laktamase segera lebuh mendominasi.

Kemudian diperkenalkan pengganti penisilin yaitu metisilin dan agen yang terkait (misalnya flukloksasilin) yang menjadi obat yang terpilih untuk strain yang sensitif.

Methicilin resistant Staphylococcus aureus muncul, resistensi disebabkan karena adanya mecA yang mengkode protein pengikat penisilin dengan afinitas rendah.

Beberapa MRSA memiliki potensi epidemik (EMRSA). Vankomisin atau teikoplanin mungkin diperlukan untuk strain ini.

Jenis intermedial atau heteroresisten terhadap glikopeptida mulai muncul dan menjadi persoalan penting.

Glycopeptida resisten strain (GRSA) kemudian ditemukan, di perantarai oleh agen vanA vanB yang didapat dari enterokokus.

Antibiotik yang efektif untuk Staphylococcus aureus meliputi :

1. Linezolid
2. Aminoglikosida
3. Eritromisin
4. Klindamisin
5. Asam fusidat
6. Kloramfenikol dan lain-lain (Irianto, 2014)

Pencegahan dan Pengendalian

Staphylococcus aureus menyebar melalui udara dan melalui tangan pekerja pelayanan kesehatan. 

Pasien yang terkoloni maupun terinfeksi oleh MRSA atau DRSA harus diisolasi dalam ruang terpisah dengan tindakan pencegahan luka dan enterik.

Staf dapat menjadi pembawa dan penyebar organisme secara luas ke lingkungan rumah sakit. Pembawa dapat dieradikasi menggunakan mupirosin topical dan klorheksidin. (Irianto, 2014)

Beberapa upaya pencegahan infeksi:

1. Petugas kesehatan selalu menjaga kebersihan/sanitasi, peralatan medis yang digunakan, dan kamar operasi.
2. Fasilitas penunjang kebersihan seperti adanya wastafel, handuk bersih, sabun cuci tangan, desinfektan, antiseptik, dll.
3. Pengetahuan mengenai tindakan untuk mencegah terjadinya infeksi.
4. Kesadaran untuk memperhatikan kebersihan diri dalam pencegahan infeksi

Staphylococcus aureus merupakan penyebab utama infeksi nosokomial dan komunitas yang didapat, termasuk bakteremia, abses metastasis, septik arthritis, endokarditis, osteomielitis, dan infeksi luka. 

Infeksi nosocomial adalah infeksi yang didapat selama perwatan di rumah sakit, terutama pada usia lanjut, setelah operasi dan pada penggunaan ventilator. (Rab, 2010)

Bakteri ini merupakan salah satu bakteri yang dapat menyebabkan komplikasi dan kematian pada pasien yang menerima hemodialysis.

Pada penelitian diberikan vaksin A secara intramuskular pada pasien yang menerima hemodialysis. 

Hasil dari penelitian tersebut adalah vaksin yang diberikan dapat melindungi pasien dari bakteri Staphylococcus aureus. (Shinefield, 2002)

Selain pada pasien hemodialysis, pasien yang sedang melakukan operasi juga dapat terdapat bakteri Staphylococcus aureus karena selama operasi dilakukan anastesi.

Anastesi umum merupakan salah satu anastesi yang paling sering digunakan.

Anastesi umum adalah salah satu jenis anastesi yang digunakan pada proses pembedahan baik dengan cara inhalasi maupun arenteral dengan melakukan pemasangan endotracheal tube (ETT).

Pemasangan ETT dapat menyebabkan adanya kontaminasi bakteri Staphylococcus aureus.

Efek pemasangan ETT dan gas anastesi dapat meningkatkan produksi sekret akibat reaksi fisiologis tubuh terhadap benda asing yang masuk ke dalam saluran nafas.

Inhalasi benda asing atau sekret berlebihan pada saluran nafas atas (mulut atau tenggorok) dapat masuk ke dalam paru-paru dan akan memicu terjadinya infeksi pada paru-paru, yaitu pneumonia. 

Secara umum penyebab dari pneumonia adalah bakteri dari jenis Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumonia dan Haemophilus influenza.

Pada penelitian yang dilakukan pasien yang mendapatkan perlakuan anastesi umum, akan diajarkan cara untuk batuk dan bernafas dalam.

Hasil yang didapatkan menunjukkan bahwa perlakuan tersebut dapat menurunkan koloni bakteri Staphylococcus aureus untuk mencegah terjadinya pneumonia. (Rondhianto, 2016)

Staphylococcus aureus merupakan bakteri yang sering dijadikan sebagai bakteri uji untuk melakukan pengujian efek anti bakteri.

Seperti pada uji daya hambat air perasan buah jeruk nipis (Citrus aurantifolia s.) digunakan Staphylococcus aureus sebagai bakteri uji.

Hal ini dikarenakan Staphylococcus aureus merupakan salah satu bakteri yang menyebabkan infeksi jerawat dan abses pada luka.

Lesi yang ditimbulkan oleh bakteri Staphylococcus aureus dapat dilihat pada abses lesi ataupun jerawat.

Pada pengujian menunjukkan bahwa air perasan buah jeruk nipis dengan berbagai konsentrasi dapat menghambat pertumbuhan bakteri Staphylococcus aureus. 

Hal ini menunjukkan adanya senyawa aktif anti bakteri dalam air perasan buah jeruk nipis yang diduga diperoleh dari kandungan kimia yang terdapat di dalamnya, seperti minyak atsiri, diantaranya fenol yang bersifat sebagai bakterisidal, yang mungkin mampu menghambat pertumbuhan dari bakteri Staphylococcus aureus.

Kemampuan bakterisidal dari fenol dengan mendenaturasikan protein dan merusak membran sitoplasma sel.

Ketidakstabilan pada dinding sel dan membran sitoplasma bakteri menyebabkan fungsi permeabilitas selektif, fungsi pengangkutan aktif, pengendalian susunan protein sel bakteri terganggu.

Gangguan integritas sitoplasma berakibat pada lolosnya makromolekul, dan ion dari sel.

Sel bakteri kehilangan bentuknya sehingga lisis. Persenyawaan fenolat bersifat bakteriostatik atau bakterisid tergantung dari konsentrasinya.

*Sumber: Nitya Wita Utama

Baca Juga :

Artikel Terkait