Kajian Pemanfaatan Fag Litik untuk Pengendalian Uropathogenic Escherichia coli Penginfeksi Saluran Kemih

Abstract

Uropathogenic Escherichia coli (UPEC) adalah bakteri patogen utama penginfeksi saluran kemih. Bakteri UPEC telah banyak dilaporkan memiliki sifat resistensi terhadap berbagai antibiotik. Penderita infeksi saluran kemih (ISK) yang terinfeksi bakteri UPEC dapat mengalami penyakit komplikasi serius seperti pielonefritis akut, bakterimia dan kerusakan jaringan ginjal jika tidak segera diberikan penanganan medis yang tepat. Salah satu solusi yang dapat diaplikasikan sebagai agen terapi untuk mengontrol pertumbuhan bakteri UPEC penginfeksi saluran kemih adalah dengan memanfaatkan fag litik. Fag litik merupakan virus yang hanya dapat menginfeksi dan melisiskan sel bakteri sebagai inangnya dan dapat diisolasi dari alam. Ada delapan tahapan kerja dalam penelitian ini. Tahap pertama diawali dengan peremajaan dan verifikasi isolat UPEC sebagai bakteri inang pengisolasian fag. Verifikasi UPEC dilakukan secara konvensional yaitu dengan menumbuhkan pada media selektif diferensial Eosin Methylene Blue Agar, melakukan uji kemampuan bakteri dalam produksi indol dan menggunakan sitrat sebagai sumber karbon, melakukan fermentasi asam campuran dan asam butanadiol, uji produksi toksin hemolisin pada agar darah dan uji sensitivitas antibiotik. Sampel fag dikoleksi dari air sungai Cisadane, Bogor, Indonesia. Fag diisolasi, dipurifikasi, dikuantifikasi dan dideterminasi kisaran inangnya menggunakan metode double layer agar. Morfologi fag diamati menggunakan transmission electron microscope (TEM) sedangkan berat molekul protein fag dianalisis menggunakan metode Sodium Dedocyle Sulphate- Polyacrilamide Gel Electrophoresis (SDS-PAGE). Tahapan terakhir mengamati efektivitas fag FU3 dalam menurunkan populasi bakteri UPEC inang secara in vitro. Hasil verifikasi bakteri UPEC asal penderita ISK yang dikoleksi oleh Laboratorium Mikrobiologi, Universitas Hasanuddin Makassar memiliki sifat identik dengan karakteristik Escherichia coli. Bakteri UPEC inang merupakan bakteri yang mampu menghasilkan toksin β-hemolisin yang ditandai dengan terbentuknya zona bening pelisisan sel darah merah di sekitar koloni pada media agar darah. Bakteri UPEC inang memiliki pola resistensi terhadap antibiotik ampicilin, chlomphenicol, ciprofloxacin, clindamycine dan cotrimoxazole sedangkan bersifat intermediate terhadap doxycycline. Plak yang terbentuk dari hasil pengisolasian fag dipilih sebanyak dua plak berdasarkan perbedaan ukuran diameter plak yang tampak pada agar dua lapis dan selanjutnya disebut sebagai fag FU1 dan FU3. Fag FU1 dan FU3 membentuk zona bening (plak) pada agar dua lapis yang mengindikasikan fag bersifat litik. Plak FU1 dan FU3 berbentuk bulat dengan diameter masing-masing <1 mm dan 1,5 mm. Kedua fag memiliki kisaran inang yang sangat sempit karena hanya mampu menginfeksi bakteri UPEC inangnya saja bahkan tidak mampu menginfeksi 8 bakteri uji penginfeksi saluran kemih lainnya. Pengamatan morfologi fag menggunakan TEM JEOL JEM-1010 menunjukkan bahwa fag FU1 dan FU3 memiliki kemiripan dengan anggota famili Podoviridae dengan karakteristik kapsid berbentuk ikosahedral yaitu masing-masing Ø kapsid berukuran 47,2 nm dan 40 nm dengan ekor yang sangat pendek (< 40 nm). Kisaran berat molekul protein yang dimiliki fag litik FU1 yaitu 10 - 76 kDa sedangkan ukuran berat molekul protein fag FU3 yaitu berkisar 8 - 120 kDa. Efektivitas bakteriolitik fag FU3 (1,6 x 107 PFU/mL) mampu menurunkan populasi UPEC (1,7 x 107 CFU/mL) sebesar 96,16% pada jam ke-5 inkubasi dan mampu menurunkan populasi UPEC menjadi di bawah ambang nilai infeksi (< 105 CFU/mL) dalam waktu 25 jam. Hasil ini menunjukkan bahwa fag litik FU3 sangat efektif dalam menurunkan populasi UPEC penginfeksi saluran kemih. Kesimpulan yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah sebanyak dua fag litik UPEC (FU1 dan FU3) berhasil diisolasi dari air sungai Cisadane yang terletak di daerah pemukiman penduduk Bogor. Kedua isolat fag tersebut mampu menginfeksi bakteri inang UPEC yang diisolasi dari penderita ISK. Baik fag FU1 maupun FU3 memiliki kisaran inang yang sangat sempit yaitu hanya mampu menginfeksi bakteri UPEC inang saja. Karakteristik morfologi fag FU1 dan FU3 memiliki kemiripan dengan anggota famili Podoviridae. Kedua fag juga disusun oleh protein dengan rentang berat molekul yang berbeda. Efektivitas fag FU3 dengan nilai multiplicity of infection 0,9 antara fag (1,6 x 107 PFU/mL) dan UPEC (1,7 x 107 CFU/mL) mampu menurunkan populasi UPEC dalam sehari semalam menjadi di bawah ambang nilai infeksi bakteri patogen di saluran kemih. Fag UPEC tersebut memiliki potensi yang sangat baik untuk dikembangkan menjadi agen biokontrol dan terapi fag terhadap UPEC penginfeksi saluran kemih. Penelitian lebih lanjut perlu dilakukan untuk mengetahui karakteristik molekuler fag, aktivitas bakteriolitik fag secara in vivo dan optimasi stabilitas fag dalam berbagai media penyimpanan untuk produksi dalam skala besar. Penelitian mengenai seberapa besar konsentrasi fag yang efektif dan efisien untuk melisiskan seluruh bakteri inang UPEC juga perlu dilakukan karena dalam proses infeksi hingga melisiskan seluruh sel bakteri perlu perbandingan yang tepat antara fag dengan bakteri inang.