Mycobacterium tuberculosis: Sebuah Telaah Singkat

Cecep Suryani Sobur Mikrobiologi, Ilmu Dasar Kedokteran, Pulmonologi, Kedokteran, Tropik-Infeksi Leave a Comment

Mycobacterium tuberculosis merupakan salah patogen manusia yang paling sukses. Maksud paling sukses dikarenakan infeksi persisten serta telah menjadi bagian dari sejarah dari manusia itu sendiri. Penyakit tuberkulosis yang merupakan entitas penyakit yang disebabkan bakteri ini telah tercatat sejak zaman Mesir kuno. Apa dan bagaimana sebenarnya bakteri ini? Mari kita simak pembahasannya berikut ini. Foto thumbnail artikel oleh NIAID – Wikipedia

Sejarah Singkat Penemuan Mycobacterium Tuberculosis

Penyakit tuberkulosis telah lama dikenal dalam sejarah manusia. Dahulu penyakit ini dikenal sebagai penyakit konsumtif karena membuat penderita menjadi kurus kering. Pada penemuan arkeologi ditemukan bahwa penyebab tuberkulosis yaitu M. tuberculosis berada di mumi dari peradaban Mesir kuno,

M. tuberculosis sendiri ditemukan pertama kali sebagai penyebab tuberkulosis oleh Robert Koch tahun 1882. Temuan ini tidak lepas dari penggunaan model binatang untuk melihat patogenesis dan imunitas tubuh pada penyakit ini.

Bahkan pada tahun 1890 Robert Koch memperoleh zat antigenik tuberkulin yang sampai saat ini dipakai untuk alat diagnostik dari tuberkulosis. Kemudian pada tahun 1919 Albert Calmette dan Camille Guerin menemukan vaksin hidup yang dinamakan vaksin BCG.

Baru pada pertengahan abad ke-20 kemudian ditemukan obat untuk tuberkulosis. Dimulai dengan streptomycin tahun 1944, para-aminosalicylic acid (PAS) di tahun 1946, dan isoniazid tahun 1952. Pengobatan TB kemudian menemukan titik balik dengan ditemukannya rifampicin dan setelah itu masuk ke era pengobatan tuberkulosis dengan kombinasi obat yang kita kenal sekarang ini.

Klasifkasi Mycobacteria Patogenik

Mycobacterium tuberculosis (MTB) adalah bakteri dari famili Mycobacteriaceae, ordo Actinomycetes, dan kelas Actinobacteria. Salah satu ciri khas dari MTB adalah kandungan asam mikolat pada dinding bakteri tersebut. Adanya zat ini menyebabkan MTB sulit diwarnai dengan pewarnaan bakteri standar karena tidak bisa tembus oleh pemberian zat asam sehingga dikenal sebagai bakteri tahan asam. Oleh sebab itu, untuk deteksi MTB dilakukan dengan metode khusus yaitu pewarnaan Ziehl-Neelsen atau auramine.

Mycobacteria sendiri terdiri dari banyak spesies. Saat ini dikenal sampai 130 spesies dari genus ini. M. tuberculosis merupakan spesies yang dominan menyebabkan penyakit pada manusia. Contoh spesies lain adalah Mycobacterium bovis yang menyebabkan tuberkulosis pada sapi dan dapat pula menginfeksi manusia (2-5% kasus) dan M. africannum yang juga bisa menginfeksi manusia walaupun kasusnya sangat jarang.

Kurang lebih terdapat 60 spesies penyebab mycobacteriosis yang menimbulkan infeksi oportunistik (terutama pada AIDS). Diantaranya adalah Mycobacterium avium-intracellulare, M. kansasii, M. ulcerans, M. canetti, dan lain sebagainya.

Adapun penyakit lain yang disebabkan oleh genus ini adalah penyakit lepra yang disebabkan oleh Mycobacterium leprae. Namun, penyakit ini tidak akan dibahas lebih jauh dan pada kesempatan kali ini akan lebih fokus pada penyakit tuberkulosis.

Filogeni Mycobacterium tuberculosis

Dijelaskan bahwa selain MTB, terdapat pula spesies lain dari Mycobacterium yang menginfeksi manusia. Mari kita sebut kelompok ini sebagai MTB complex (MTBC).

Filogeni Mycobacterium tuberculosis complex
Filogeni MTB complex

Dari segi genetik, ternyata MTB saat ini memiliki lima galur atau lineage: galur 1/L1 (Afrika Timur, Filipina, kepulauan-kepulauan di Samudera Hindia), galur 2/L2 (Asia Timur), galur 3/L3 (Afrika Timur, Asia Tengah), galur 4/L4 (Eropa, Amerika, Afrika), dan galur 7/L7 (Ethiopia). Adapun M. africannum terdiri dari dua galur 5/L5 (Afrika Barat 1) dan galur 6/L6 (Afrika Barat 2).

Sebaran geografis filogeni Mycobacterium tuberculosis
Sebaran geografis filogeni MTB

Morfologi Mycobacterium tuberculosis

Sebenarnya MTB bersifat pleomorfik dengan bentuk kebanyakan berupa batang lurus tanpa kapsul, spora, atau flagela. Selain itu dapat pula tampak granular, kokoid, seperti benang, bercabang, dan membentuk sepertt jaring.

Bentuk batang Mycobacterium tuberculosis
M. tuberculosis berbentuk batang berwarna merah pada pemeriksaan mikroskopis dengan pewarnaan Ziehl-Neelsen

Sebenarnya MTB masuk ke dalam kelompok bakteri gram positif walaupun sulit diwarnai dengan pewarnaan aniline.

Seperti disebutkan di atas, MTB tahan terhadap zat asam maupun basa sehingga dikenal dengan istilah “bakteri tahan asam’ atau BTA. Sifat ini disebabkan dinding MTB yang membentuk kompleks dinding mukopeptida dengan zat asam mikolat.

BTA ini memberi pewarnaan merah dengan zat basa fenol fuchsin dengan metode pewarnaan Ziehl-Neelsen. Adapun bakteri lain yang sensitif terhadap asam akan memberi gambaran biru karena tewarnai dengan methylene blue.

Ciri Khas Dinding Sel Mycobacterium tuberculosis

Seperti disebutkan sebelumnya bahwa salah satu ciri khusus dari dinding bakteri MTB adalah susunan kaya zat lilin yang tebal dengan permeablilitas yang rendah. Sebetulnya struktur ini bertujuan agar bakteri dapat bertahan hidup di lingkungan yang tidak mendukung.

Adapun strukutr utama dari dinding mycobacteria ini adalah asam mikolat. Asam mikolat merupakan asam lemak C60-C90 α-alkil, β-hidroksi asam lemak rantai panjang. Di dinding mycobacterium, asam mikolat akan diesterifikasi ke polimer arabinolaktan yang kemudian disambungkan secara kovalen ke peptidoglikan. Dinding bakteri dari mycobacterium juga mengandung molekul lain yaitu glikolipid seperti α-trehalosa monomikolat (TMM) dan α,α’-trehalosa dimikolat (TDM).

Model struktur dinding sel mycobacterium
Model struktur dinding sel mycobacterium

Adapun sintesis dari asam mikolat ini dicapai melalui kondensasi molekul asam lemak. Setidaknya ada dua enzim utama dalam proses biosintesis asam mikolat yaitu fatty acid synthase-I (FAS-I) dan FAS-II.

Biosintesis asam mikolat

Biakan Mycobacterium tuberculosis

Bakteri ini tumbuh sangat lambat dalam suasan aerob. Periode replikasi bakteri panjang, sekitar 15 jam. Adapun dalam media biakan, bakteri tumbuh dalam suhu 24 – 42°C dengan suhu optimal 37°C.

Adapun media biakan yang khusus adalah media Lowenstein-Jensen yang mengandung agar, kuning telur, gliserol, ekstrak kentang, asparagin, susu, dan malachite green untuk menghambat pertumbuhan mikroflora lain. Media lain adalah media biakan Finn yang komposisinya sama namun asparagin diganti dengan beberapa jenis garam.

Middlebrook semisynthetic agar terdiri dari asam oleat, albumin, vitamin, kofaktor, berbagai jenis garam, katalase, gliserol, glukosa, dan malachite green.

Pertumbuhan primer pada media biakan padat terobservasi dalam 3 – 6 minggu. Koloni pada biakan seperti kutil kering (bentuk R) dengan warna krim seperti pigmen gading.

Bentuk koloni MTB pada media biakan padat
Bentuk koloni MTB pada media biakan padat

Untuk identifikasi biakan yang lebih cepat seperti sistem radiometrik BACTEC dapat memungkinkan identifikasi MTB lebih cepat. Cara ini menggunakan media tumbuh cair yang ditambahkan asam palmitat berlabel radioaktif 14C. Cara ini menggunakan deteksi karbondioksida yang mengandung isotop karbon sebagai hasil metabolisme MTB. Dengan metode cepat ini hasil deteksi dapat diperoleh dalam 7 – 8 hari biakan.

Karakteristik Biokimia Mycobacterium tuberculosis

Mycobacteria merupakan mikroorganisme yang bersifat aerob, yang artinya membutuhkan oksigen untuk hidup. M. tuberculosis memproduksi beberapa enzim oksidasi-reduksi seperti katalase-peroksidase termolabil dan superoksida dismutase. Selain itu bakteri ini juga mengekspresikan lechitinase, fosfatase, dan urease. Dalam metabolisme, MTB dapat memanfaatkan karbohidrat maupun protein sebagai sumber energi.

Struktur Antigenik Mycobacterium tuberculosis

Di sekitar bakteri diselubungi oleh lipid maupun fosfatida yang juga bersifat sebagai antigen atau hapten. Struktur ini, yang berikatan dengan protein bakteri lainnya menimbulkan reaksi imunitas baik humoral maupun seluler. MTB terutama menimbulkan reaksi hipersensitipat tipe lambat atau inflamasi kronik.

Tuberkulin merupakann komplesk antigen khusus yang tersusun atas bebagai variasi tuberkuloprotein dan fraksi lilin (asam mikolat). Tuberkulin ini menyebabkan reaksi hipersensitivitas dan dimanfaatkan sebagai tes diagnostik yaitu tes kulit tuberkulin atau tes mantoux.

Tes tuberkulin
Tes tuberkulin

Faktor Virulensi Mycobacterium tuberculosis

Zat yang bersifat virulen terhadap manusia biasanya berkaitan erat dengan badan bakteri dan dilepas setelah terjadi kematian bakteri. Asam mikolat memiliki efek toksik baik pada sel maupun jaringan.

Struktur dinding sel yang terdiri dari glikolipid (mikosida, manosida, dll) berperan dalam adesi bakteri dan menghambat fagositosis, Sebagai tambahan, MTB memiliki type VII secretion system (T7SS) yang secara spesifik mempromosikan sekresi protein micobakteri keluar melewati dinding bakteri ke lingkungan sekitarnya.

T7SS bertanggung jawab terhadap kemampuan MTB maupun M. bovis dalam menimbulkan penyakit. Pada strain BCG, T7SS ini tidak aktif atau tidak ditemukan. Dengan bantuan T7SS, MTB melepaskan efektor virulen ke sitoplasma makrofag seperti CFP-10 dan ESAT-6.

Faktor ini menghambat ledakan respiratorik dan pengeluaran sekresi sitokin proinflamasi dari makrofag. Penghambatan ini menyebabkan MTB dapat selamat dari proses pembunuhan oleh reaksi imunitas.

Protein lain yang dikeluarkan MTB bertugas mencegah bakteri dikenali oleh Toll-like receptor (TLR) dari sel-sel imun. Dengan cara ini, bakteri dapat hidup dan bertahan hidup dalam tubuh makrofag.

Selain itu, MTB juga mampu bertahan terhadap serangan radikal bebas dari sel imun dengan memproduksi enzim katalase dan superoksida dismutase. Cord-factor merupakan fraksi glikolipid (trehalose dimycolate) yang toksik dan menhambat oksidasi biologis dari sel inang dan mencetuskan respon imflamasi kronik berupa terbentuknya granuloma.

Mycobacterium avium Complex (MAC)

Mycobacterium avium dan M. intracellulare adalah dua spesies yang berbeda namun proses infeknya sangat mirip sehingga penyakit infeksi yang disebabkan keduanyta disebut M. avium complex (MAC). MAC umum terdapat di tanah, air, debu, dan binatang peliharaan.

Infeksi MAC sangat jarang kecuali pada orang dengan gangguan imunitas seperti AIDS atau pada penderita penerima transplantasi organ atau auotoimun yang mendapat terapi imunosupresan.

Beban kuman MAC yang tinggi pada penderita HIV
Beban kuman yang tinggi menjadi ciri khas infeksi massif MAC pada pasien AIDS.

Pada tubuh dengan fungsi sel T yang berkurang, MAC akan berdiseminasi secara luas di berbagai organ termasuk paru dan sistem pencernaan. Gejalanya adalah demam, adanya keringat malam, dan penurunan berat badan. Pada pasien tanpa HIV, MAC terutama menyebabkan infeksi paru menyebabkan batuk produktif yang terkadang disertai batuk produktif dan berat badan menurun.

Ciri khas infeksi MAC pada pasien AIDS adalah tingginya beban bakteri dalam makrofag. Pada infeksi berat, terjadi diseminasi sistemik dengan ciri pembesaran kelenjar getah bening, hepatomegali, splenomegali, atau lesi yang terlokalisasi di paru. Pembesaran organ ini disebabkan oleh besarnya massa bakteri di makrofag yang membesar. Destruksi jaringan, limfosit, dan pembentukan granuloma jarang terjadi.

Penyakit Tuberkulosis

Tuberkulosis merupakan penyebab yang disebabkan oleh infeksi Mycobacterium tuberculosa. Untuk pembahasan lebih lengkap mengenai penyakit ini dapat diikuti di artikel dengan tautan atau link ini.

Kesimpulan

Tuberkulosis merupakan penyakit endemik di Indonesia. Sebagian besar populasi terinfeksi bakteri M. tuberculosis dan mengalami infeksi laten. Memahami bakteri penyebab tuberkulosis ini bermanfaat dalam menyusun strategi pencegahan maupun pengobatan penyakit tuberkulosis.

Referensi

  1. Bañuls A-L, Sanou A, Anh NT Van, Godreuil S. Mycobacterium tuberculosis: ecology and evolution of a human bacterium. J Med Microbiol. 2015 Nov 1;64(11):1261–9.
  2. Clemens DL. Mycobacterium tuberculosis: Bringing down the wall. Trends Microbiol. 1997;5(10):383–5.
  3. Ehrt S, Schnappinger D, Rhee KY. Metabolic principles of persistence and pathogenicity in Mycobacterium tuberculosis. Nat Rev Microbiol. 2018 Aug 24;16(8):496–507.
  4. Gagneux S. Ecology and evolution of Mycobacterium tuberculosis. Nat Rev Microbiol. 2018;16(4):202–13.
  5. Marrakchi H, Lanéelle MA, Daffé M. Mycolic acids: Structures, biosynthesis, and beyond. Chem Biol. 2014;21(1):67–85.
  6. McAdam AJ, Milner DA, Sharpe AH. Infectious disease. In: Kumar V, Abbas AK, Aster JC, editors. Robbins and Cotran pathologic basis of disease. 9th ed. Philadelphia: Elsevier Saunders; 2015. p. 341–402.

Tinggalkan Balasan