Karakterisasi Virulensi, Mulitidrugs resistance, dan Evaluasi Imunoglobin Y (IgY) sebagai Imunoterapi Terhadap Escherichia coli Isolat Macacafascicularis Penderita Diare di Penangkaran

Abstract

Disertasi ini mengkaji faktor virulensi dan pola multidrugs resistance Escherichia coli (E. coli) sebagai salah satu penyebab utama diare pada Macaca fascicularis (M. fascicularis) yang dipelihara dalam penangkaran, serta mengeksplorasi potensi IgY sebagai kandidat imunoterapi pasif untuk mengatasi infeksi tersebut. Macaca fascicularis, merupakan hewan model penting dalam studi biomedis karena kedekatan genetiknya dengan manusia. Namun, dalam sistem penangkaran, diare yang disebabkan oleh E. coli menjadi masalah kesehatan utama yang berimplikasi serius terhadap kesejahteraan hewan dan keberlangsungan penelitian. Studi ini mencakup tiga aspek utama, yakni 1. karakterisasi faktor virulensi, 2. evaluasi pola multidrugs resistance (MDR), dan 3. pengembangan IgY anti-E. coli. Karakterisasi terhadap 30 isolat E. coli menunjukkan bahwa sebagian besar isolat memiliki kemampuan hemolitik (80%) menghasilkan a-hemolisin dan (6,67%) menghasilkan ?-hemolisin), kemampuan hemaglutinasi tinggi terhadap eritrosit kelinci (90%) dan sapi (70%), serta sebagian kecil menunjukkan sifat hidrofobik permukaan (6,67%). Temuan ini menegaskan bahwa isolat E. coli yang berasal dari M. fascicularis memiliki profil virulensi yang kompleks dan signifikan, yang mendukung potensinya sebagai agen patogen penyebab diare. Selanjutnya, evaluasi resistensi antibiotik menunjukkan seluruh isolat E. coli memiliki profil resistensi terhadap satu atau lebih antibiotik yang diuji. Resistensi tertinggi ditemukan terhadap streptomisin (56,7%), sulfametoksazol-trimetoprim (33,3%), dan doksisiklin (26,7%), dengan sebagian isolat menunjukkan resistensi terhadap lebih dari tiga kelas antibiotik, mengindikasikan pola MDR yang memprihatinkan. Data ini memperkuat urgensi pengembangan terapi alternatif, mengingat risiko penyebaran resistensi antimikroba lintas spesies dan keterbatasan efektivitas antibiotik konvensional. Pada upaya pengembangan terapi alternatif, dilakukan imunisasi pada ayam menggunakan isolat E. coli yang diinaktivasi dengan formalin dan pemanasan pada suhu 90ºC untuk menghasilkan IgY anti-E. coli yang spesifik. Vaksinasi ini berhasil menginduksi antibodi IgY baik pada serum maupun kuning telur. Analisis protein menggunakan SDS-PAGE mengidentifikasi adanya rantai berat 65 kDa dan rantai ringan 26 kDa. Western blotting berbagai preparasi antigen E. coli dengan IgY spesifik mendeteksi antigen homolog dengan berat molekul 29 kDa dan mengungkapkan pengenalan protein adhesin E. coli sekitar 29 kDa, yang diduga berperan dalam proses adhesi. Dalam uji efikasi in vitro, pemberian IgY spesifik mampu menghambat pertumbuhan E. coli dalam media Brain Heart infusion (BHI), menunjukkan kemampuan IgY sebagai inhibitor dan aglutinin. Dalam uji in vivo, pemberian IgY spesifik meningkatkan aktivitas dan kapasitas fagositosis, yang menunjukkan bahwa IgY berfungsi sebagai opsonin. Dengan demikian, disertasi ini menyimpulkan bahwa kombinasi karakterisasi virulensi, pemetaan resistensi antibiotik, dan pengembangan imunoterapi berbasis IgY merupakan strategi komprehensif dengan potensi aplikasi dalam mengendalikan diare yang disebabkan E. coli pada M. fascicularis. Hasil penelitian ini tidak hanya berkontribusi pada manajemen kesehatan primata dalam penangkaran tetapi juga menawarkan potensi signifikan untuk pengembangan antibodi alternatif yang ramah lingkungan dan berkelanjutan dalam mengatasi krisis resistensi antimikroba global.

This dissertation comprehensively examines virulance factor and multidrugs resistance pattern Escherichia coli (E. coli) infection as the main cause of diarrhea in Macaca fascicularis (M. fascisularis)kept in captivity, and explores the potential of IgY as a candidate for passive immunotherapy to overcome this infection. Macaca fascicularis, or long-tailed monkeys, are important animal models in biomedical studies because of their genetic closeness to humans. However, in captive systems, diarrhea caused by E. coli is a major health problem that has serious implications for animal welfare and research sustainability. This study covers three main aspects, namely characterization of virulence factors, evaluation of multidrug resistance (MDR) patterns, and development of anti-E. coli IgY. Characterization of 30 E. coli isolates showed that most isolates had hemolytic ability (80% produced a-hemolysin), high hemagglutination ability against rabbit erythrocytes (90%) and cows (70%), and a small portion showed surface hydrophobic properties (6.67%). These findings confirm that E. coli isolates derived from M. fascicularis have a complex and significant virulence profile, which supports its potential as a pathogenic agent causing diarrhea. Furthermore, antibiotic resistance evaluation showed that all E. coli isolates had a resistance profile to one or more antibiotics tested. The highest resistance was found to streptomycin (56.7%), sulfamethoxazole-trimethoprim (33.3%), and doxycycline (26.7%), with some isolates showing resistance to more than three classes of antibiotics, indicating a concerning MDR pattern. These data reinforce the urgency of developing alternative therapies, given the risk of spreading antimicrobial resistance across species and the limited effectiveness of conventional antibiotics. In an effort to develop alternative therapies, immunization was carried out in chickens using E. coli isolates inactivated with formalin and by heating at 90ºC to produce specific anti-E. coli IgY. This vaccination successfully induced IgY antibodies both in serum and egg yolk. Protein analysis using SDS-PAGE identified the presence of a 65 kDa heavy chain and a 26 kDa light chain. Western blotting of various E. coli antigen preparations with specific IgY detected a homologous antigen with a molecular weight of 29 kDa and revealed recognition of an E. coli adhesin protein of approximately 29 kDa, which is suspected to play a role in the adhesion process. In in vitro efficacy tests, the administration of specific IgY was able to inhibit E. coli growth in (Brain heart infusion agar) BHI media, demonstrating the IgY’s capability as an inhibitor and agglutinin. In in vivo tests, the administration of specific IgY enhanced phagocytic activity and capacity, indicating that IgY functions as an opsonin. Thus, this dissertation concludes that the combination of virulence characterization, antibiotic resistance mapping, and the development of IgY-based immunotherapy represents a comprehensive strategy with potential application in controlling E. coli induced diarrhea in M. fascicularis. Research result contribute not only to the health management of captive primates but also offer significant potential for the development of environmentally friendly and sustainable alternative antibodies in addressing the global antimicrobial resistance crisis