Khamir Probiotik dan Prebiotik Mannan-Oligosakarida untuk Mengendalikan Salmonella Typhimurium secara In Vivo

Abstract

Salmonella Typhimurium (ST) dapat menyebabkan infeksi pada saluran pencernaan manusia yang mengakibatkan gastroenteritis ringan hingga akut yang ditandai dengan diare, infeksi sistemik, bahkan kematian. Pengendalian ST menggunakan antibiotik dinilai kurang efektif karena sifat resistensi dari ST serta dapat menyebabkan disbiosis mikrobiota usus. Alternatif lain pengendalian infeksi ST dapat dilakukan dengan pemberian probiotik dan prebiotik. Probiotik berbasis khamir masih jarang dieksplorasi dalam penelitian in vivo, kecuali khamir probiotik Saccharomyces boulardii. Khamir probiotik Pichia kudrivazevii 2P10 mampu berkoagregasi dengan ST sehingga mampu menghalangi penempelan ST pada dinding usus. Selain itu, prebiotik mannan-oligosakarida (MOS) juga diketahui dapat menempel pada reseptor fimbriae ST sehingga dapat mencegah penempelan ST pada dinding usus. Penelitian ini bertujuan menguji efektivitas pemberian probiotik P. kudriavzevii 2P10, prebiotik MOS, dan kombinasinya terhadap kesehatan saluran pencernaan dan keragaman mikrobiota usus tikus jantan Sprague Dawley (SD) yang diinfeksi ST. Sebelum diberikan pada tikus, MOS diuji secara in vitro pengaruhnya terhadap bakteri asam laktat (BAL) Lactobacillus plantarum NHC3 dan ST. Metode penelitian yang dilakukan yaitu pemberian perlakuan probiotik khamir P. kudriavzevii 2P10 1 ml 108 CFU/mL, mannan-oligosakarida (MOS) 5% pada pakan, dan kombinasinya setiap hari selama 15 hari, kemudian diinfeksi di hari ke-16 dan ditunggu hingga 3 hari setelah infeksi. Terdapat perlakuan tanpa infeksi ST (CONTROL, PRO, MOS, PMOS) dan dengan infeksi ST 1 ml 108 CFU/mL (CONTROL.ST, PRO.ST, MOS.ST, dan PMOS.ST), kemudian dievaluasi parameter kesehatan saluran pencernaan yang berupa total khamir, Salmonella, dan BAL pada ileum, sekum, dan feses, analisis hematologi, histomorfometrik ileum, histologi ileum dan sekum, dan analisis komposisi mikrobiota sekum tikus dengan metode next-generation sequencing. Hasil penelitian menunjukkan laju pertumbuhan P. kudriavzevii 2P10 (0,43 sel/jam) pada media in vitro, lebih rendah dibandingkan ST (0,58 sel/jam). MOS 1% secara in vitro juga dapat digunakan untuk pertumbuhan L. plantarum NHC3 (8,28 log10 CFU/mL). MOS 0,5% juga dapat berkoagregasi dengan ST sebesar 53,16% setelah 4 jam inkubasi. Penurunan bobot badan tikus terjadi pada PMOS.ST, PMOS, MOS.ST, CONTROL, PRO, dan PRO.ST. Analisis hematologi mengindikasikan infeksi ST mengakibatkan penurunan eritrosit, hemoglobin, dan hematokrit yang dikaitkan dengan kejadian anemia yang disebabkan oleh produksi hemolisin oleh ST. Perlakuan ST dapat meningkatkan produksi leukosit, namun tidak terjadi pada MOS.ST, PMOS, dan PRO.ST. Jumlah limfosit pada PRO dan MOS juga lebih rendah dibandingkan dengan CONTROL. ST lebih banyak ditemukan menginfeksi di ileum (58%) dibandingkan dengan sekum (48%), kemudian ST dapat dikeluarkan melalui feses (65%). Pada ileum, PRO.ST dan PMOS.ST memiliki persentase tikus terinfeksi yang lebih rendah dibandingkan dengan CONTROL.ST dan MOS. ST. Perlakuan MOS.ST mempunyai 100% fesesnya terinfeksi ST, MOS mampu berkoagregasi dengan ST kemudian mengeluarkannya bersama feses. Penelitian ini membuktikan bahwa P. kudriavzevii 2P10 mampu hidup di ileum, sekum, dan ditemukan juga di feses tikus. P. kudriavzevii 2P10 lebih banyak ditemukan di sekum dibandingkan dengan ileum, dengan tertinggi terdapat pada PMOS (6,09 log10 CFU/g) dan PRO.ST (5,57 log10 CFU/g). Pada PRO.ST dan PMOS.ST ditemukan P. kudriavzevii 2P10 pada ileumnya, namun pada PRO dan PMOS tidak. Hal tersebut mengindikasikan P. kudriavzevii 2P10 mampu berkoegrasi dengan ST pada ileum tikus yang diinfeksi ST. BAL juga lebih banyak ditemukan di sekum dibandingkan dengan di ileum, karena di ileum masih mengandung enzim pencernaan yang bahaya bagi mikrob. Total BAL tertinggi terdapat pada perlakuan MOS.ST yaitu di sekum (9,22 log10 CFU/g), feses (8,79 log10 CFU/g), dan ileum (8,59 log10 CFU/g). MOS dikenal sebagai substrat selektif bagi BAL. Analisis mikrobiota sekum tikus mengungkapkan bahwa PRO dan PMOS mempunyai jumlah OTU (1686) tertinggi, dan juga dikonfirmasi dengan PRO dan PRO.ST mempunyai indeks alpha-diversity Shannon (7,602 dan 7,403) yang tertinggi juga. Analisis beta-diversity berdasarkan Principle Coordinate Analysis (PCoA) menunjukkan PRO.ST dan CONTROL berada di plot yang sama yang mengindikasikan bahwa mikrobiota keduanya memiliki kemiripan struktur mikrobiota normal. Analisis beta-diversity berdasarkan klusterisasi atau pengelompokan struktur mikrobiota menunjukkan PRO, MOS, dan PRO.ST berada di kluster yang sama dan terpisah dengan CONTROL.ST yang mengalami disbiosis. Sepuluh Filum dengan kelimpahan relatif tertinggi yaitu Firmicutes (>65%), Verrucomicrobiota, Proteobacteria, Actinobacteriota, Bacteriodota, Acidobacteriota, Chloroflexi, Gemmatimonadota, Euryarchaeota dan Desulfobacterota. Pemberian P. kudriavzevii 2P10, MOS, dan PMOS, termasuk infeksi S. Typhimurium, menurunkan rasio Firmicutes/Bacteroidetes (F/B) pada mikrobiota sekum tikus dibandingkan dengan CONTROL (36,37). Hal ini menunjukkan bahwa penurunan rasio F/B berfungsi sebagai penanda infeksi ST, dengan CONTROL.ST memiliki rasio F/B terendah (10,81). Akan tetapi, MOS (28,32), PRO (26,84), dan PRO.ST (23,57) mampu mencegah penurunan drastis rasio F/B karena peningkatan Bacteroides yang berlebih dianggap menjadi indikasi terjadinya disbiosis akibat infeksi ST. Kelimpahan tertinggi penyusun mikrobiota pada tingkat famili adalah Lachnospiraceae, sedangkan pada tingkat genus adalah Lactobacillus. Infeksi ST mengakibatkan nekrosis dan deskuamasi epitel pada ileum dan sekum yang terjadi pada CONTROL.ST, namun hal ini tidak terlihat pada perlakuan lain. Penelitian ini memperoleh kebaruan yaitu probiotik khamir P. kudriavzevii 2P10 lebih dapat menstimulasi kesehatan usus, mencegah disbiosis mikrobiota usus, dan mencegah keparahan infeksi ST pada tikus SD jantan dibandingkan dengan MOS dan kombinasinya. Unsur kebaruan tersebut dapat menambah khasanah ilmu pengetahuan tentang probiotik berbasis khamir yang dapat dikembangkan dalam bidang kesehatan.