Antibiotik & Target Sel Bakteri

Prinsip Toksisitas Selektif

Antibiotik yang aman harus hanya menghancurkan bakteri tanpa merusak sel tubuh kita.

Ketika tubuh terinfeksi bakteri patogen, obat yang masuk ke peredaran darah akan berinteraksi langsung dengan miliaran sel manusia sekaligus sel mikroba tersebut. Agar terapi berhasil menyembuhkan tanpa meracuni pasien, obat harus memiliki sifat toksisitas selektif—yaitu kemampuan untuk melumpuhkan patogen secara spesifik tanpa melukai sel tubuh inangnya.

Prinsip ini bekerja persis seperti sebuah Rudal Pintar. Rudal ini memerlukan penanda atau sistem pengenal khusus yang hanya ada di markas musuh. Jika suatu struktur seluler juga dimiliki oleh tubuh kita sendiri, meluncurkan senjata ke target tersebut justru memicu kerusakan jaringan tubuh sendiri.

Diagram Venn komponen sel bakteri dan sel manusia menunjukkan irisan target berbahaya

Konsep ini dirangkum dalam diagram target berikut:

Diagram di atas memperlihatkan batas tegas dalam merancang obat. Semua komponen yang berada di area irisan adalah zona terlarang karena menyasar bagian yang juga menyusun tubuh manusia. Sebaliknya, komponen yang murni hanya berada di sisi bakteri menjadi sasaran empuk rudal pintar untuk melumpuhkan patogen secara aman.

Komponen Terlarang

Membran plasma, sitoplasma, dan DNA dimiliki oleh semua jenis makhluk hidup, sehingga sangat beracun jika dijadikan target.

Meskipun bakteri tergolong prokariotik (tanpa membran inti) dan manusia tergolong eukariotik (memiliki membran inti), keduanya adalah sel hidup yang menjalankan fungsi-fungsi biologis dasar yang sama. Keduanya membutuhkan batas pemisah cairan internal berupa membran plasma, materi genetik berupa DNA untuk menyimpan instruksi hidup, serta matriks sitoplasma sebagai tempat berlangsungnya reaksi metabolisme.

Perbandingan sel hewan dan sel bakteri menyorot membran plasma, DNA, dan sitoplasma

Mari kita bedah mengapa komponen-komponen dasar pada diagram di atas tidak boleh dijadikan target utama antibiotik:

Membran Plasma (Opsi A): Bertugas mengatur keluar masuknya zat. Jika antibiotik merusak lapisan fosfolipid membran plasma bakteri, membran sel darah dan sel organ manusia juga ikut robek.
DNA (Opsi C): Berfungsi sebagai cetak biru genetik. Senyawa yang merusak replikasi DNA bakteri berisiko tinggi merusak DNA manusia dan bersifat karsinogenik atau mematikan sel inang.
Sitoplasma (Opsi E): Merupakan cairan tempat ribuan reaksi enzimatis berlangsung. Menargetkan lingkungan sitoplasma secara acak akan melumpuhkan metabolisme sel inang seketika.

Ilmuwan menemukan zat baru yang mampu menghancurkan struktur pelindung membran fosfolipid pada mikroba patogen. Mengapa zat ini kemungkinan besar gagal lolos uji klinis tahap awal sebagai antibiotik yang diminum?

Karena bakteri memiliki enzim khusus untuk menetralisir semua obat yang menyerang membrannya.
Karena zat tersebut juga akan menghancurkan membran fosfolipid pada sel darah dan sel jaringan manusia.
Karena zat tersebut akan menargetkan bagian dinding sel, bukan bagian dalamnya.
Karena manusia tidak memiliki pelindung sel berbentuk membran sama sekali.

Jawaban: Karena zat tersebut juga akan menghancurkan membran fosfolipid pada sel darah dan sel jaringan manusia.

Zat yang merusak membran fosfolipid gagal memenuhi syarat toksisitas selektif karena membran fosfolipid dimiliki bersama oleh sel bakteri dan sel manusia. Akibatnya, obat tersebut akan menghancurkan membran sel inang dan menimbulkan keracunan fatal. Bakteri tidak otomatis memiliki enzim penetralisir tanpa evolusi resistensi, dan sel manusia jelas memiliki membran plasma fosfolipid.

Membran plasma, DNA, dan sitoplasma tidak boleh ditargetkan karena dimiliki semua sel hidup.

Posisi & Misteri Ribosom

Ribosom bakteri dan manusia letaknya sama-sama di dalam sel (intraseluler), dan strukturnya memiliki beberapa kemiripan.

Ada anggapan keliru bahwa organel bakteri berada di luar sel sehingga mudah dihancurkan tanpa menyentuh bagian dalam tubuh kita. Faktanya, baik pada sel manusia maupun bakteri, ribosom selalu berada di dalam cairan sitoplasma (intraseluler).

Ilustrasi penampang 3D sel bakteri dibelah dua memperlihatkan ribosom di dalam sitoplasma

Ribosom berfungsi sebagai mesin perakit protein. Secara sepintas, ribosom tampak menjanjikan untuk dijadikan target karena ada perbedaan ukuran: bakteri memiliki ribosom berukuran $70S$, sedangkan sitoplasma sel eukariotik manusia memiliki ribosom $80S$. Karena perbedaan inilah beberapa golongan antibiotik dirancang untuk menghambat ribosom bakteri (Opsi B).

Namun, ribosom bukanlah target yang sepenuhnya bersih dari efek samping:

Akibat kemiripan ini, obat yang menghambat ribosom bakteri berisiko menimbulkan insiden salah sasaran (friendly fire), yaitu mengganggu sintesis protein di dalam mitokondria kita sendiri. Dampaknya, pasien bisa mengalami efek samping seperti kelelahan kronis atau gangguan pembentukan sel darah.