MIKROBA PENGHASIL SENYAWA TROMBOLITIK (Bacillus Sphaericus)

Disusun Oleh:

Kelompok 02

Andres Linardi 10714009

Sry Ngenana Br Tarigan 10714010

Anggi Utri Aidasari 10714011

Fauziah Maulani 10714012

Elya Khoirunnisa Maesaroh 10714013

Rima Yunita Ekasari 10714014

Hisana Haryono 10714015

Amaliya Syamila 10714016

PROGRAM STUDI SAINS DAN TEKNOLOGI FARMASI

SEKOLAH FARMASI

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2015

Abstrak

Makalah ini dilatarbelakangi oleh kebutuhan akan agen yang dapat memproduksi

enzim fibrinolitik dalam jumlah banyak yang dapat digunakan untuk pengobatan

penyakit trombosis, seperti stroke, aterosklerosis, dll. Melalui makalah ini,

diharapkan masyarakat, khususnya peneliti, dapat memperoleh gambaran tentang

bakteri Bacillus sphaericusyang dapat digunakan sebagai obat penyakit

trombosis.Metode yang digunakan dalam pembuatan makalah ini adalah

pencarian data dari berbagai sumber literatur.Berdasarkan studi literatur, Bacillus

sphaericusmenghasilkan streptokinase, yaitu enzim yang dapat mengikat dan

mengaktifkan plasminogen. Streptokinase bekerja dengan cara mengaktifkan

plasminogen dengan mekanisme yang bergantung pada fibrin dan juga

mekanisme yang tidak bergantung pada fibrin. Mekanisme yang bergantung pada

fibrin terjadi saat plasminogen activators berinteraksi dengan plasminogen yang

melekat dengan fibrin pada trombus.Pada mekanisme ini, streptokinase

membentuk kompleks dengan plasminogen sehingga terbentuklah

plasmin.Mekanisme yang tidak bergantung pada fibrin terjadi saat plasminogen

activators berinteraksi dengan plasminogen yang bersirkulasi bebas di

darah.Selanjutnya, trombolisis terjadi dan menghasilkan fibrin degradation

product.Berdasarkan penelitian pada sumber pustaka, diperoleh hasil bahwa

bakteri Bacillus sphaericus membutuhkan medium yang harus mengandung

pepton, garam fosfat, glukosa, biotin, riboflavin, triptofan, asam nukleat (thiamin,

adenin, dan urasil), dan glutamin agar pertumbuhannya optimal.Akan tetapi, perlu

diwaspadai kemungkinan terbentuknya antibodi anti-streptokinase pada tubuh

yang dapat membuat pengobatan menjadi tidak efektif.

Kata kunci: Bacillus spahericus, agen trombolitik, streptokinase

Bab I

Pendahuluan

Dalam keadaan normal, secara seimbang tubuh mengalami

pembentukan bekuan darah (trombus) dan fibrinolisis dengan menghasilkan

plasmin untuk menghidrolisis fibrin.Selain dihasilkan langsung oleh tubuh

manusia (urokinase, tissueplasminogen aktivator), enzim fibrinolitik juga

telah berhasil diperoleh dari berbagai sumber, yaitu dari hewan

(lumbrokinase), pangan fermentasi (natokinase dan katsuwokinase), dan

mikroorganisme (streptokinase).Enzim fibrinolitik dapat diaplikasikan pada

penderita trombosis karena enzim ini dapat menghancurkan fibrin dalam

bekuan darah menjadi produk degradasinya yang lebih larut dalam darah

(Sajuthi dkk., 2010).

Enzim fibrinolitik merupakan kelompok enzim protease yang

mampumendegradasi fibrin atau fibrinogendalam berbagai penyakit

trombosis.Dalam tubuh, enzim fibrinolitik atau plasmindiproduksi oleh sel

endotel dalam saluran pankreas. Seiring dengan pertambahan usiadan juga

pola konsumsi pangan yang tidak seimbang, maka produksi plasmin

alamioleh tubuh akan semakin berkurang sehingga kerja sistem fibrinolitik

dalam tubuhakan terganggu. Bila hal ini berlangsung terus secara berkala

maka akan memicutimbulnya penyakit trombosis yang akhirnya mengarah

pada berbagai penyakitdegeneratif, seperti stroke, aterosklorosis, hipertensi,

dan diabetes (Suhartono, 1992).

Stroke merupakan penyebab kematian tersering ketiga di Amerika dan

merupakan penyebab utama disabilitas serius jangka panjang (Yuniadi,

2010). Stroke atau serangan jantung adalah suatu penyakit yang disebabkan

karena suplai darah ke otak terganggu sehingga otak tidak dapat menjalankan

tugasnya dengan baik dan tidak bisa memberikan respon terhadap

rangsangan, penyakit ini terjadi akibat sumbatan bekuan darah (trombus)

pada pembuluh darah jantung. Salah satu penyebab dari infark miokard akut

atau serangan jantung adalah trombosis yang diakibatkan oleh ruptur dari

plak aterosklerosis pada dinding pembuluh darah jantung sehingga

menghasilkan bekuan darah.Bekuan darah terbentuk disebabkan karena

sistem sirkulasi yang tidak seimbang dalam hemostasissehingga terjadi

penyumbatan pembuluh darah (Prasad et al., 2007).Hemostasis adalah proses

dimana darah dalam sistem sirkulasi tergantung dari kontribusi dan interaksi

dari 5 faktor, yaitu : dinding pembuluh darah, trombosit, faktor  koagulasi,

sistem fibrinolisis dan inhibitor. Hemostasis bertujuan untuk menjaga agar

darah tetap cair didalam arteri dan vena,  mencegah kehilangan darah karena

luka, dan memperbaiki aliran darah selama proses penyembuhan luka.

Dengan banyaknya kasus penyakit yang disebabkan oleh pembekuan

darah, maka dibutuhkan pula pengobatan yang dapat mengatasi penyakit

tersebut.Agen yang berperan menghilangkan koagulasi adalah enzim

fibrinolitik. Mekanisme kerja enzim fibrinolitik yaitu menghidrolisis fibrin

yang menyebabkan bekuan darah (Pananjung, dkk., 2014).Agen fibrinolitik

umumnya merupakan bakteri. Bakteri yang menghasilkan enzim fibrinolitik

telah ditemukan dari berbagai jenis genus diantaranyaBacillus3-8,

Pseudomonas9, Staphylococcus10, Trichotecium19, Actinomyces20,21, dan

Streptomyces22,23.Salah satu bakteri yang menghasilkan enzim fibrinolitik

yaitu bakteri Bacillus sphaericus.Bacillus sphaericus disebut menghasilkan

enzim fibrinolitik karena menghasilkan senyawa streptokinase.Streptokinase

merupakan senyawa trombolitik, yang mempunyai mekanime kerja: (a)

Mengaktifkan plasminogen menjadi plasmin, (b) Plasmin melarutkan fibrin

(gumpalan darah), (c) Selain melarutkan fibrin, plasmin juga menguraikan

streptokinase sehingga streptokinase menjadi tidak aktif.(LPik ITB, 2010)

Penelitian tentang hal initelah dilakukan, salah satunya penelitian

yangdilakukan oleh K. Balaraman dan G. Prabakaran dari India pada Juni

2006. Dengan dikembangkannya enzim yang ada pada bakteri Bacillus

sphaericusini diharapkan enzim fibrinolitikakan lebih mudah dan lebih

banyak dihasilkan.

Bab II

Bacillus sphaericus sebagai Agen Trombolitik

1.1 Identifikasi Bacillus sphaericus

Bacillus sphaericus merupakan salah satu mikroorganisme yang berperan

sebagai agen trombolitik.Bakteri ini berperan sebagai agen fibrinolitik karena

mampu menghancurkan bekuan darah (fibrin) dalam berbagai penyakit trombosis

(Sajuthi,dkk., 2010).Mikroba agen fibrinolitik memiliki berat molekul diatas 10

kDa (Setiawan, 2013) sedangkan Bacillus sphaericus (Balaraman dan Prabakaran,

2007) memiliki berat molekul sebesar 18,6 kDa dan menghasilkan enzim

fibrinolitik dan senyawa streptokinase.

Berdasarkan namanya, bentuk dasar bakteri ini adalah batang. Bakteri ini

memiliki peptidoglikan yang tebal sehingga digolongkan kedalam bakteri gram

positif yang menghasilkan larvasida nyamuk pada awal sporulasi.Melalui

pewarnaan gram, bakteri ini akan mempertahankan zat warna kristal violet

sehingga akan tampak berwarna ungu tua saat dilihat dibawah mikroskop.

Bacillus sphaericus termasuk bakteri aerob obligat yaitu bakteri yang

membutuhkan oksigen untuk hidup (kadar oksigen harus cukup). Bakteri ini

tumbuh dengan baik pada suhu 15-45 derajat celcius sehingga digolongkan

kedalam kelompok bakteri mesofilik.

Bacillus sphaericus tumbuh dengan media kultur. Kultur yang dapat

digunakan yaitu batch culture.

Perkembangan Bacillus Sphaericus

pada kondisi berat biomassa kering.

(g/l)

Sumber :Indian J Med Res 126,

November 2007 Hal 461

Bacillus sphaericus merupakan komponen dari probiotik.Probiotik sendiri

terdiri dari enzim, asam amino, komponen anti-inflamasi, dan kolostrum.

Bakteri ini umumnya digunakan sebagai insektisida beberapa nyamuk pembawa

penyakit terutama Culex spp. dan beberapa Aedes spp., Psorophora spp., dan

Anopheles spp.sebagai larvasida nyamuk.Larvasida merupakan sebuah insektisida

yang toksik terhadap serangga hanya pada tahap larva dalam hidupnya.Kelebihan

dari pestisida Bacillus sphaericus adalah pestisida ini tidak toksik terhadap hewan

peliharaan, burung, ikan, cacing, dan serangga lain, manusia, juga lingkungan.

Kekurangannya, pestisida ini akan bertahan lama di area yang diaplikasikannya

sampai sembilan bulan karena pestisida ini terdaur ulang melalui kehidupan

nyamuk.

2.2 Senyawa yang dihasilkan Bacillus sphaericus

Enzim fibrinolitik merupakan kelompok protease serin yang mampu

menghancurkan bekuan darah (fibrin) dalam berbagai penyakit trombosis.Dalam

keadaan normal, secara seimbang tubuh mengalami pembentukan bekuan darah

dan fibrinolisis dengan menghasilkan plasmin untuk menghidrolisis fibrin. Selain

dihasilkan langsung oleh tubuh manusia (urokinase, tissueplasminogen aktivator),

enzim fibrinolitik juga telah berhasil diperoleh dari berbagai sumber, yaitu dari

hewan (lumbrokinase), pangan fermentasi (natokinase dan katsuwokinase), dan

mikroorganisme (streptokinase). Enzim-enzim ini telah diproduksi secara

komersial untuk pengobatan yang dapat menghancurkan bekuan darah pada

trombosis pembuluh darah sertainfark miokardium maupun embolisme paru.

Pengobatan oleh enzim ini biasanya melalui intravena yang diberikan segera

setelah serangan jantung untuk menghancurkan bekuan darah dalam arteri

(Sajuthi, dkk., 2010)

Fibrinolitik bekerja sebagai trombolitik dengan cara mengaktifkan

plasminogen untuk membentuk plasmin, yang mendegradasi fibrin dan kemudian

memecah trombus. Manfaat obat trombolitik untuk pengobatan infark miokard

telah diketahui dengan pasti.Yang termasuk dalam golongan obat ini di antaranya

streptokinase, urokinase, alteplase, dan anistreplase (BPOM, 2015).

Bekuan darah yang berlebihan dalam pembuluh darah akan menimbulkan

gangguan aliran darah seperti berkurangnya suplai oksigen dan nutrisi ke

jaringan(iskemik) atau bahkan kematian jaringan (infark). Bekuan darah memiliki

komponen protein utama yaitu fibrin yang terbentuk dari fibrinogen melalui

mekanisme yang melibatkan peran trombin.Akumulasi dari fibrin yang berlebih

dalam pembuluh darah biasanya menghasilkan trombosis, yang mengarah pada

infark miokard akut dan penyakit kardiovaskular lainnya. Terapi untuk penderita

trombosis salah satunya dengan agen fibrinolitik yang bekerja dengan cara

mendegradasi fibrin dalam bekuan darah (Setiawan, 2013)

2.3 Struktur Senyawa Trombolitik yang dihasilkan oleh Bacillus

Spahericus

Streptokinase atau 4-cyclohexylpyrrolidine-2-carboxylic acid (C11H19NO2)

merupakan suatu senyawa yang dihasilkan oleh Bacillus sphaericus dengan poin

isoelektrik sebesar 5,12. Senyawa yang memiliki berat molekul sebesar

197,27406 g/mol ini memiliki struktur seperti berikut. (Banerjee, Anirban, et.al,

2003)

Gambar 2.1 Struktur dua dimensi C11H19NO2

(Sumber :http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/9815560#section=Top)

Gambar 2.2 Struktur tiga dimensi C11H19NO2

(Sumber :http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/9815560#section=3D-

Conformer)

Streptokinase terdiri dari beberapa struktur domain seperti domainα, β,

γdenganfungsi kerja yang berbeda-beda pada setiap domainnya (Banerjee,

Anirban, et.al, 2003). Domain struktural ini memiliki rentang residu tertentu, yaitu

domain α dengan rentang 1-150 residu, β dengan rentang 151-287 residu, dan γ

dengan rentang 288-414 residu). Domain ini berperan dalam pengaktifan

plasminogen inaktif menjadi plasmin aktif (domain ini akan berikatan dengan

substrat plasminogen membentuk suatu kompleks hingga terjadi proses

pengaktifan plasminogen inaktif menjadi suatu plasmin yang aktif). Setiap protein

tidak bisa bekerja mengikat dengan suatu plasminogen dengan hanya satu buah

domain.Analisis scanning calorimetric menunjukkan bahwa protein-protein

tersebut terdiri dari dua domain yang berbeda (Welfle et al., 1992).Domain pada

setiap protein ini berbeda-beda fungsinya bergantung pada struktur setiap

protein.Pada hal ini, salah satu domain yang berperan ialah N-terminal dengan

residu 59.Tanpa N-terminal residu ini, streptokinase memiliki stuktur sekunder

yang tidak stabil (Banerjee, Anirban, et.al, 2003).

2.4 Kondisi Produksi Alami

Senyawa streptokinase dapat hidup dalam kondisi pH netral yaitu pada pH

7.2- 7.4. Enzim ini akan mencapai kondisi optimal pada pH 7.5 dengan keadaan

pH isoelektrik sebesar 4,7. Suhu optimum untuk senyawa streptokinase dapat

berkembang dengan baik adalah sekitaran 280C.Untuk menjaga kondisi optimum

tersebut, perlu dilakukan usaha tertentu agar kondisi dapat terkontrol, diantaranya

dengan buffer/ dapar ke dalam medium untuk menjaga pH agar tetap berada pada

kisaran 7.2-7.4 karena pH merupakan faktor yang penting dalam produksi

streptokinase.Senyawa streptokinase biasa ditemukan pada bakteri yang bersifat

patogen.

Agar bakteri Bacillus sphaericus dapat menghasilkan banyak enzim

fibrinolitik, bakteri ini harus dikembangbiakkan ke dalam suatu media yang

kompleks dan kaya akan nutrisi. Medium yang digunakan harus mengandung

pepton, garam fosfat, glukosa, biotin, riboflavin, triptofan, asam nukleat (thiamin,

adenin, dan urasil) dan glutamin (Banerjee, et al., 2004).Glutamin mengandung

25% bagian dari semua komponen mediumnya.Konsentrasi glukosa yang rendah

pada pertumbuhan inokulasi dapat membuat bakteri tumbuh dengan baik tanpa

kelebihan asam.Glukosa ditambahkan lagi setelah inkubasi selama satu

malam.Alkali (natrium hidroksida 5 M) ditambahkan secara teratur dalam interval

waku tertentu untuk menjaga pH dalam keadaan netral.Produksi streptokinase

akan maksimum ketika glukosa dalam keadaan berlebih dan nutrisi lain ada dalam

jumlah yang cukup.

2.5 Cara Kerja

Benang-benang fibrin pada trombus dan embolus menjerat sel darah dan

platelet sehingga bentuknya menjadi seperti gumpalan.Gumpalan ini harus

dihancurkan supaya tidak menghalangi aliran darah yang dapat menyebabkan

berbagai masalah dalam tubuh.

Gambar 1 :benang-benang fibrinSumber: http://biocurious.com/2009/09/05/how-blood-clots-stretch

Pada mamalia, enzim yang bertanggung jawab dalam proses fibrinolisis

adalah plasmin, suatu tripsin seperti serin protease (Banerjee, Christi and Banerjee

2004). Plasmin adalah protease yang mendegradasi molekul fibrin, sehingga dapat

melarutkan gumpalan darah. Selain menghancurkan fibrin, plasmin juga

menghancurkan protein lain seperti fibrinogen sehingga penggunaan obat

trombolitik harus dengan dosis yang tepat supaya tidak mengganggu

keseimbangan protein di dalam darah.

Obat-obat trombolitik melarutkan gumpalan darah dengan mengaktifkan

plasminogen sehingga terbentuklah plasmin. Dua plasminogen activators yang

terdapat secara alami dalam darah adalah tissue type (tPA) yang dihasilkan di

jaringan pembuluh darah dan urokinase (uPA)yang dihasilkan di ginjal (dibuang

melalui urine). Selain itu ada juga yang dapat diisolasi dari bakteri, salah satunya

Bacillus sphaericus, yaitu streptokinase.Ketiga jenis plasminogen activator ini

merupakan jenis utama dalam obat trombolitik.

Mekanisme kerja obat trombolitik secara umum dapat dilihat pada gambar.

GambarSumber : A. Banerjee et al. / Biotechnology Advances 22 (2004) page 289

Berbeda dengan tPA yang mengaktifkan plasminogen hanya dengan

mekanisme yang bergantung pada fibrin, streptokinase bekerja dengan cara

mengaktifkan plasminogen dengan mekanisme yang bergantung pada fibrin dan

juga mekanisme yang tidak bergantung pada fibrin (Greed, et al. 1998).

Mekanisme yang bergantung pada fibrin yaitu ketika plasminogen activators

berinteraksi dengan plasminogen yang melekat dengan fibrin pada thrombus.Pada

mekanisme ini, streptokinase membentuk kompleks dengan plasminogen sehingga

terbentuklah plasmin.Sedangkan mekanisme tidak bergantung fibrin yaitu saat

plasminogen activators berinteraksi dengan plasminogen yang bersirkulasi bebas

di darah.

Ada dua situs aktif plasminogen pada streptokinase yang telah

diidentifikasi pada tahun 1995 (Nihalani and Sahni 1995).Domain terminal C dari

streptokinase terlibat dalam pengenalan substrat dan aktivasi plasminogen (Kim,

et al. 1996).Kemudian Asp41-His48 pada streptokinase mempunyai peran penting

dalam pengikatan dengan substrat plasminogen (Kim, et al. 2000).Mungkin ada

juga hasil penelitian lebih lanjut yang tidak disertakan dalam makalah ini.

Streptokinase banyak digunakan karena harganya yang murah. Namun

karena streptokinase merupakan protein yang berasal dari bakteri yang merupakan

molekul asing dalam tubuh manusia, seringkali terdapat masalah dalam proses

perlakuannya (Banerjee, Christi and Banerjee 2004). Salah satunya yaitu

terbentuknya antibodi anti-streptokinase.Antibodi ini membuat pengobatan

menjadi tidak efektif, karena streptokinase yang masuk ke dalam tubuh di

nonaktifkan oleh antibodi.Selain itu, streptokinase juga menyebabkan alergi pada

sebagian orang.

Daftar Pustaka

Anonim. 2010. Protein Terpaetik Streptokinase Melalui Rekayasa Protein.[online]. http://lpik.itb.ac.id/index.php?option=com_content&task=view&id=71&Itemid=45Diakses pada Minggu,13 September 2015 pukul 08.04 WIB.

Anonim. 2007. Bacillus Sphaericus. [online]. web.mst.edu/~microbio/bio221_2007/B_sphaericus.htm. Dikunjungi pada Kamis,10 September 2015 pukul 15.17 WIB.

Anonim. 2007. Bacillus Sphaericus. [online]. www.probiotic.org/bacillus-sphaericus.htm. Dikunjungi pada Minggu,13 September 2015 pukul 15.26 WIB.

Anonim. 2007. Bacillus Sphaericus. [online]. www.ncipm.org.in/bacillus-SPHERICUS.htm. Dikunjungi pada Kamis,10 September 2015 pukul 18.14 WIB

Anonim. 2007. Bacillus Sphaericus. [online]. wildpro.twycrosszoo.org/S/0zM_Firmicutes/Bacillus/Bacillus_sphaericus.htm. Dikunjungi pada Kamis,10 September 2015 pukul 18.43 WIB

Avhad, Devchand N., Swapnil S. Vanjari, and Virendra K. Rathod. 2013. “A Novel Fibrinolytic Enzyme from Bacillus Sphaerius MTCC 3672: Optimization and Purification Studies”. American Journal of Current Microbiology, Vol.01 Issue 01, Pages: 1-13.

Balaraman, K., and G. Prabakaran. 2007. “Production & Purification of a Fibrinolytic Enzyme (Thrombinase) from Bacillus sphaericus”. Indian J Med Res126, Pages: 459-464.

Baumann, Paul., Marta A. Clark, Linda Baumann, and Andrew H. Broadwell. 1991. “Bacillus sphaericus as a Mosquito Pathogen: Properties of The Organism and Its Toxinst”. Microbiological Reviews, Vol. 55 No. 03, Pages: 425-436.

J.-F. Charles, C. Nielsen-LeRoux, and A. Delkcluse. (2008). “Complete Genome Sequence of the Mosquitocidal Bacterium Bacillus sphaericus C3-41 and Comparison with Those of Closely Related Bacillus Species”. Journal of Bacteriology,vol. 190 no. 8Pages: 2892-2902.

Pananjung, A. S., Novanda Asri I, M. Mirza Nuryady, dan Evi Umayah Ulfa. 2014. “Identifikasi 16S rRNA dan Uji Zimografi Bakteri Asal Pantai

Papuma Penghasil Enzim Fibrinolitik sebagai Anti Atherothrombosis”. Jurnal. Jember: Biologi FMIPA Universitas Jember.

Sajuthi,Dondin., Irma Suparto, Yanti, dan Willy Praira. 2010. “Purifikasi dan Pencirian Enzim Protease Fibrinolitik dari Ekstrak Jamur Merang”. Jurnal Makara, Sains, Vol 14 No.02, Hal: 145-150.

Sanusi, Nurulhanis Ahmad., dan Haryati Jamaluddin. 2012. “Purification of a Fibrinolytic Enzyme from Bacillus sp. Isolated from Budu”. Jurnal Teknologi (Science & Engineering) Vol. 59 Suppl 01, Hal: 63-68.

Setiawan, Arif. 2013. “Skrining Agen Fibrinolitik Bakteri dari Perairan Pantai Papuma Kabupaten Jember”. Skripsi. Jember: Biologi FMIPA Universitas Jember.

Yuniadi, Yoga. 2010. “Intervensipada Stroke Non-Hemoragik”. Jurnal Kardiologi Indonesia, Vol. 31 No. 03, Hal: 153-155.