Prof. Afaf Baktir bersama tim di Kelompok Studi Biofilm Polimikroba, kembali melaporkan riset pengembangan agen antibiofilm, kali ini nanopartikel perak (AgNP). Kelompok studi lain sebelumnya melaporkan beberapa artikel, bahwa AgNPs dapat menghambat pembentukan biofilm berbagai spesies mikroba secara in vitro, seperti P. aeruginosa, S. aureus, S. epidermis, S. pneumonia, dan S. flexneri. Namun, mekanisme yang mendasari aktivitas AgNPs terhadap biofilm polimikroba belum dimengerti. Dengan demikian, kelompok studi kami mensintesis AgNP dan mempelajari mekanisme kerjanya terhadap biofilm polimikroba, yang diwakili oleh biofilm C. albicans-E. coli.
Nanopartikel perak berhasil disintesis dan dipelajari pengaruhnya terhadap biofilm polimikroba yang diwakili oleh biofilm C. albicans-E. coli. Biofilm polimikroba, yang dibuat dari isolat klinis C. albicans dan E. coli, dikembangkan dari suspensi standar masing-masing strain dengan membiakkan pelat mikrotiter 96-sumur alas datar selama 48 jam kemudian diberi perlakuan AgNPs. Setelah perlakuan, viabilitas sel dinilai dengan menggunakan uji reduksi garam tetrazolium; adapun sejauh mana biofilm dapat terbentuk diukur dengan pewarnaan kristal violet. AgNPs mampu menekan biofilm polimikroba dengan dua cara: dengan menghidrolisis matriks ekstraseluler dan membunuh C. albicans dan E. coli. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pendekatan baru AgNP sangat potensial untuk dikembangkan sebagai anti-biofilm polimikroba yang handal, melalui dua jurus mekanisme.
Penelitian biofilm telah mengubah paradigma tentang kehidupan mikroorganisme. Mikroorganisme tidak hanya hidup dalam bentuk sel bebas tanpa pelindung, akan tetapi mikoorganisme dapat berwujud komunitas sel mikroba yang dilapisi matriks ekstraseluler sebagai pelindungnya dan menempel pada lapisan mukosa inang. Bentuk ini dinamakan biofilm, yang merupakan wujud pertumbuhan utama dari banyak mikroorganisme.
Menurut National Institute of Health, biofilm patogen di Amerika Serikat berperan dalam lebih dari 80% kasus infeksi mikroba. Beberapa kasus infeksi yang berhubungan dengan biofilm termasuk fibrosis kistik, infeksi kateter, endokarditis, prostatitis kronis, penyakit periodontal, dan infeksi telinga. Berdasarkan studi in vitro, mikroorganisme dalam bentuk biofilm dapat menghindari sistem pertahanan inang, yang menyebabkan 10-104 kali lebih resisten terhadap agen antimikroba daripada sel bebasnya (planktonik). Di alam, kebanyakan mikroorganisme tidak hidup sebagai spesies tunggal. Mereka cenderung hidup sebagai komunitas dengan spesies lain. Jadi, biofilm yang terjadi secara alami mengandung lebih dari satu spesies mikroba, yang disebut biofilm polimikroba.
Candida albicans (C. albicans) merupakan salah satu jenis mikroba yang mampu membangun biofilm dan menyebabkan infeksi pada manusia. Ini adalah spesies jamur yang paling umum di ekosistem mikro mikrobiota manusia. Biofilm polimikroba C. albicans menjadi peyebab dari 27-56% infeksi nosokomial yang ditularkan melalui darah. Candida sering ditemukan dalam bentuk biofilm polimikroba bersama dengan berbagai jenis mikroba patogen, antara lain Staphylococcus, Pseudomonas, dan Escherichia coli. Misalnya, Candida berinteraksi dengan Streptococcus, Lactobacilli, Porphyromonas gingivalis di lokasi oral. Candida dan Cryptococcus berinteraksi dengan berbagai bakteri gram negatif dan gram positif di saluran reproduksi bagian bawah. Candida berinteraksi dengan bakteri gram positif dan gram negatif (biasanya Staphylococcus) dan spesies dermatofita di kulit dan kateter vaskular. Candida juga berinteraksi dengan Enterobacteriaceae dan Enterococcus di situs intra-abdominal, serta dengan Enterobacteriaceae, Escherichia coli (E. coli), dan Enterobacter faecalis di saluran kemih.
Mengapa Mikroba Berwujud Biofilm?
Wujud biofilm polimikroba memberikan beberapa keuntungan bagi spesies yang tinggal di dalamnya. Di antara keuntungan ini termasuk peningkatan toleransi terhadap agen antimikroba dan peningkatan virulensi. Hal ini berakibat meningkatnya kesulitan dalam menghambat biofilm, dan menimbulkan masalah klinis utama bagi kesehatan manusia. Penelitian sebelumnya berhasil membuktikan bahwa E. coli dan C. albicans hidup berdampingan dalam wujud biofilm polimikroba yang diisolasi dari tabung endotrakeal dan kateter urin. Biofilm polimikroba ini terbukti meningkatkan resistensi terhadap antibiotik ofloxacin.
Ag+ dan AgNP, Manakah yang Lebih Poten?
Kation Ag dan nanopartikel perak (AgNPs) diketahui memiliki aktivitas antibakteri dan antijamur. AgNP kurang reaktif dibandingkan Ag+, sehingga aktivitas antibakterinya lebih rendah. Efek penghambatan AgNO3 pada pertumbuhan Pseudomonas putida mt-2 adalah 1.600 kali lebih kuat dari pada AgNP. Namun di sisi lain, sel bakteri yang tertutup matriks ekstraseluler dalam struktur biofilm lebih mudah ditembus oleh nanopartikel atau molekul berukuran nano dibandingkan dengan Ag+, yang walaupun ukurannya di bawah ukuran nano namun cenderung membentuk struktur cluster yang menyebabkan kemampuan penetrasinya rendah. Berdasarkan fakta ini, kami akan membandingkan toksisitas AgNPs dan AgNO3 terhadap bakteri dan jamur dalam biofilm polimikroba yang dilindungi oleh matriks ekstraseluler terbungkus. Memang, penting untuk membandingkan efektivitas AgNPs dan AgNO3 dalam mengeradikasi C. albicans-E. biofilm coli.
Kesimpulan: Dua Jurus Penyerangan AgNP terhadap Biofilm Polimikroba
AgNPs menunjukkan dua jurus penyerangan biofilm polimikroba. Jurus yang pertama, AgNP bertindak sebagai pembunuh sel. Jurus kedua, AgNP sebagai penghancur matriks ekstraseluler. Sebagai pembunuh sel, persen daya hambat sel C. albicans-E. coli di dalam matriks biofilm setelah perlakuan dengan 100 μL AgNPs adalah 96,53%. Sebagai penghilangan sel ekstra matriks, AgNPs menghilangkan 56,81% dari matriks ekstraseluler yang menutupi sel. Temuan ini menunjukkan bahwa AgNPs dapat dikembangkan menjadi anti biofilm yang poten terhadap biofilm polimikroba yang terdiri dari C. albicans dan bakteri patogen lainnya. AgNP dapat menghilangkan matriks ekstraseluler dengan karakter liat dan tebal yang menghalangi antibiotik mencapai targetnya di dalam sel. AgNP dapat menghilangkan matriks ekstrasel yang merupakan salah satu pemicu resistensi obat ganda.
Penulis: Prof. Dr. Afaf Baktir, Dra., M.S.
 Link Asli Paper: https://jurnal.ugm.ac.id/ijc/article/view/52355
