Resistensi Bakteri: Pompa, Enzim, & Plasmid
Penjaga Gerbang vs Penjinak Bom
Pompa efluks mengeluarkan berbagai jenis antibiotik tanpa pandang bulu, sedangkan enzim degradasi bekerja secara spesifik pada antibiotik tertentu.
Bayangkan sel bakteri seperti sebuah benteng pertahanan. Ketika diserang oleh berbagai obat-obatan musuh, benteng ini menyiapkan beberapa lapis strategi untuk bertahan hidup.
Mekanisme Pompa Efluks bekerja persis seperti penjaga gerbang (bouncer) benteng yang bertubuh besar dan sigap. Tugas utamanya adalah mengenali zat racun yang masuk lalu langsung mengusirnya keluar menembus membran sel. Karena kantung pengikat pada pompa efluks tidak terlalu cerewet mengenai bentuk molekul yang diikatnya, satu jenis pompa sanggup membuang banyak antibiotik yang strukturnya berlainan. Inilah sebabnya mengapa keberadaan pompa efluks menjadi faktor utama timbulnya resistensi multi-obat (multidrug resistance), persis seperti yang dinyatakan pada Opsi A.
Sebaliknya, Enzim Pendegradasi bertindak bagaikan tim penjinak bom ahli di dalam sitoplasma. Enzim ini bekerja berdasarkan kecocokan bentuk tiga dimensi yang presisi (prinsip gembok dan kunci). Jika bakteri dihadapkan pada tiga jenis antibiotik dengan struktur molekul berbeda, enzim penjinak tersebut hanya bisa menempel dan memotong satu jenis antibiotik yang benar-benar pas dengan celah aktifnya. Enzim ini sangat ampuh pada targetnya, namun tidak dirancang untuk menangani berbagai kelas obat sekaligus.
Sebuah strain bakteri memiliki mutasi yang menghasilkan enzim degradasi baru, sedangkan strain lain memiliki peningkatan jumlah pompa efluks di membrannya. Keduanya terpapar oleh lima jenis antibiotik dari kelas yang berbeda. Berdasarkan fungsinya, strain mana yang lebih mungkin bertahan terhadap kelima antibiotik tersebut?
- Strain dengan enzim degradasi, karena enzim bekerja lebih kuat melawan banyak jenis senyawa asing sekaligus.
- Strain dengan pompa efluks, karena pompanya dapat mengeluarkan berbagai jenis senyawa asing sekaligus.
- Keduanya sama-sama rentan karena tidak ada sistem pertahanan yang sanggup melawan lima jenis antibiotik sekaligus.
- Strain dengan enzim degradasi, karena enzim tersebut mampu meningkatkan konsentrasi aktif kelima antibiotik.
Jawaban: Strain dengan pompa efluks, karena pompanya dapat mengeluarkan berbagai jenis senyawa asing sekaligus.
Pompa efluks memiliki spektrum substrat yang luas (tidak spesifik) sehingga mampu memompa keluar berbagai kelas antibiotik yang berbeda secara bersamaan. Sebaliknya, enzim degradasi memiliki sisi aktif yang sangat spesifik dan umumnya hanya mengenali satu target molekul tertentu. Opsi D salah karena enzim degradasi menurunkan (bukan meningkatkan) senyawa obat aktif.
Pompa efluks dapat menyebabkan resistensi terhadap berbagai jenis obat karena sifatnya yang kurang spesifik.
Tujuan Menjinakkan Bom
Kerja enzim degradasi bertujuan memecah antibiotik agar konsentrasi obat yang aktif dan berbahaya di dalam sel menjadi menurun.
Setelah kita memahami peran enzim pendegradasi sebagai tim penjinak bom, mari telusuri apa dampak langsung dari pemotongan struktur obat tersebut.
Ketika molekul antibiotik masuk ke dalam sel bakteri, enzim degradasi akan memutus ikatan kimia esensial obat tersebut (misalnya membelah struktur cincin cincin aktifnya hingga netral). Begitu ikatannya terputus, molekul tersebut kehilangan daya bunuhnya dan berubah menjadi serpihan kimia yang tidak berbahaya. Akibatnya, jumlah atau konsentrasi antibiotik yang aktif di dalam sitoplasma akan merosot drastis hingga mendekati nol.
Mewariskan Buku Manual
Plasmid direplikasi dan diteruskan secara vertikal ke sel anak saat bakteri membelah, selain dapat dipindahkan secara horizontal antar bakteri.
Instruksi pembuatan pompa efluks maupun enzim degradasi tersimpan di dalam materi genetik. Selain kromosom utama, bakteri sering kali memiliki plasmid, yaitu lingkaran DNA kecil tambahan yang memuat senjata rahasia resistensi. Plasmid ini ibarat sebuah buku manual taktik pertahanan benteng.
Buku manual ini memiliki keunikan dalam penyebarannya karena dapat didistribusikan melalui dua rute yang berbeda:
Pewarisan Vertikal: Saat sel induk bakteri berkembang biak melalui pembelahan biner menjadi dua sel anak, plasmid akan difotokopi (direplikasi). Tiap-tiap sel anak menerima satu salinan lengkap sehingga sifat kebal antibiotik langsung diwariskan turun-temurun ke generasi berikutnya. Hal inilah yang mendasari kebenaran analisis pada Opsi C.
Transfer Gen Horizontal: Salinan plasmid juga bisa diserahkan langsung ke benteng bakteri sekutu di sebelahnya melalui proses konjugasi, transformasi, atau transduksi tanpa menunggu terjadinya pembelahan sel.
Sebuah koloni bakteri yang awalnya berasal dari satu sel tunggal dengan plasmid gen resistensi dibiakkan di laboratorium tanpa kontak dengan bakteri lain. Tentukan Benar atau Salah untuk setiap pernyataan mengenai bakteri dalam koloni tersebut!
- Sebagian besar sel dalam koloni baru tersebut akan mewarisi plasmid gen resistensi secara vertikal. — Benar
- Plasmid tidak akan ditemukan pada sel anak karena tidak ada bakteri lain untuk melakukan transfer horizontal. — Salah
Pernyataan 1 Benar: Selama pembelahan biner (pewarisan vertikal), materi genetik termasuk plasmid ikut direplikasi dan didistribusikan ke sel anak. Pernyataan 2 Salah: Plasmid tidak memerlukan bakteri lain untuk bertahan dalam garis keturunan karena replikasi vertikal terjadi secara mandiri pada setiap siklus pembelahan sel.
Plasmid diwariskan ke sel anak saat bakteri melakukan pembelahan sel (reproduksi vertikal).