Whole Genome Sequencing Isolat Klebsiella spp. dan Bacillus spp. asal Selada Segar untuk Identifikasi Gen Virulensi dan Resistansi Antibiotik

Abstract

Peningkatan konsumsi sayuran segar yang dikonsumsi tanpa proses pemanasan berpotensi meningkatkan risiko paparan bakteri patogen bawaan pangan. Selada menjadi salah satu sayuran yang paling banyak dikonsumsi dalam kondisi segar. Kondisi tersebut menjadikan selada rentan terhadap kontaminasi mikroba patogen mulai dari tahap budidaya hingga distribusi. Keberadaan Klebsiella spp. dan Bacillus spp. berperan sebagai patogen potensial yang dapat ditularkan melalui pangan. Informasi mengenai prevalensi, karakteristik genomik, dan potensi bahaya Klebsiella spp. dan Bacillus spp. asal selada segar masih terbatas. Klebsiella spp. dan Bacillus spp. berpotensi memiliki faktor virulensi yang mendukung kemampuan bertahan hidup dan menyebabkan infeksi pada manusia. Resistansi antibiotik pada Klebsiella spp. dan Bacillus spp. juga semakin banyak dilaporkan sehingga berimplikasi serius terhadap kesehatan masyarakat. Kajian berbasis genomik melalui pendekatan Whole Genome Sequencing (WGS) diperlukan untuk memperoleh karakteristik genetik Klebsiella spp. dan Bacillus spp. asal selada segar.

Penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi keberadaan Klebsiella spp. dan Bacillus spp. pada selada segar, memperoleh sekuens DNA total isolat Klebsiella spp. dan Bacillus spp. untuk analisis peta genom, serta mendapatkan informasi terkait karakterisasi genomik, identifikasi gen resistansi antibiotik, gen virulensi, dan keberadaan plasmid pada isolat Klebsiella spp. dan Bacillus spp. asal selada segar.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa sebanyak 83,3% (15/18) isolat teridentifikasi sebagai presumptif Klebsiella spp. pada media agar McCkonkey. Ditemukan 53,33% (8/15) isolat teridentifikasi sebagai hipermukoviskus berdasarkan hasil uji string. Satu isolat hipermukoviskus (DMR 8) dan satu mukoid (GNB 7) terkonfirmasi sebagai Klebsiella pneumoniae ssp. pneumoniae 1 melalui uji biokimia. Isolat GNB 7 dan DMR 8 diuji lanjut dengan analisis genomik melalui pendekatan WGS. Sekuensing genom total pada isolat GNB 7 dan DMR 8 menghasilkan genom dengan ukuran masing-masing 5.179.092 dan 5.093.716 bp dengan kandungan GC masing-masing 57,65 dan 58,05%. Kedua isolat teridentifikasi sebagai Klebsiella quasipneumoniae subsp. similipneumoniae ST9088 dan serotipe K14:O12. ST9088 ini merupakan sequence type pertama yang dilaporkan dan telah disubmisikan ke basis data BIGSdb-Pasteur sebagai bagian dari kontribusi data genom isolat pangan dari Indonesia. Sebanyak 23 gen resistansi antibiotik dan 8 gen penyandi faktor virulensi berhasil teridentifikasi. Isolat GNB 7 dan DMR 8 membawa elemen plasmid kecil yang bersifat novel dan terfragmentasi dengan kemampuan mobilisasi terbatas dan tanpa sistem konjugasi lengkap.

Sekuensing genom total pada isolat GNB 9 dan DMR 9 menghasilkan genom lengkap dengan ukuran 4.906.802 dan 5.361.727 bp dan kandungan GC 35,42 dan 35,22%. Kedua isolat teridentifikasi sebagai Bacillus paranthracis dengan nilai ANI >99% terhadap genom referensi B. paranthracis MCCC 1A00395. AnalisisMLST menunjukkan bahwa meskipun berasal dari spesies yang sama isolat GNB 9 dan DMR 9 memiliki perbedaan pada tingkat strain (ST761 dan ST2671). Analisis gen resistansi antibiotik mengungkapkan keberadaan 4 gen resistansi diantaranya bcI, bcII, mphL, dan fosB yang menunjukkan potensi kemampuan B. paranthracis untuk bertahan terhadap berbagai kelas antibiotik. Analisis gen virulensi menunjukkan bahwa kedua isolat membawa gen nheA, nheB, dan nheC yang berperan dalam produksi non-hemolytic enterotoxin (Nhe) dan gen cytK yang berkontribusi terhadap patogenisitas melalui mekanisme pembentukan pori pada sel epitel usus. Gen inhA juga terdeteksi berperan dalam gangguan respons imun inang yang dapat mendukung kelangsungan hidup bakteri selama infeksi. Isolat GNB 9 dan DMR 9 membawa plasmid berukuran kecil dengan struktur utuh dan terfragmentasi.