ENDOTOKSIN DAN EKSOTOKSIN
Oleh : Ali Haidar 1102002019
Pembimbing : Dr. Wenny. S.M, Sp. A.
FAKULTAS KEDOKTERAN UNIVERSITAS YARSI KEPANITRAAN KLINIK ANAK RSUD SERANG PERIODE APRIL-JULI 2009
1
Toksin yang berasal dari bakteri adalah komponen racun terlarut yang diproduksi oleh bakteri dan menyebabkan pengaruh negatif terhadap sel-sel inang dengan cara mengubah metabolisme normal dari sel inang tersebut. Toksin yang dihasilkan oleh bakteri ini bisa dibedakan atas dua jenis yaitu endotoksin dan enterotoksin. Berikut akan dijelaskan perbedaan antara endotoksin dan eksotoksin. Endotoksin adalah toksin yang merupakan bagian integral dari dinding sel bakteri Gram negatif. Aktivitas biologis dari endotoksin dihubungkan dengan keberadaan lipopolisakarida (LPS). LPS merupakan komponen penyusun permukaan dari membran terluar (outer membran) bakteri Gram negatif seperti E. coli, Salmonella, Shigella dan Pseudomonas. LPS terletak pada membran terluar. Karena LPS hanya dimiliki oleh bakteri Gram negatif, maka endotoksin dapat dikatakan sebagai toksin yang khas dimiliki oleh bakteri Gram negative Efek toksik dari LPS disebabkan oleh komponen lipid (lipid A) dari LPS sementara polisakarida O yang hidrofilik berperan sebagai carrier pembawa lipid A. Gejala penyakit karena aktivitas endotoksin (LPS) terjadi jika bakteri mati (misalnya karena aktivitas antimikroba, aktivitas phagosit atau obat antibiotika) dan mengalami lisis sehingga LPS akan dilepas ke lingkungan. Endotoksin akan memberi efek negatif jika terdapat dalam jumlah yang cukup besar (LPS lebih dari 100 μg). Karena bersifat non enzimatis, maka mekanisme reaksinya tidak spesifik. LPS menyerang sistim pertahanan tubuh menyebabkan demam, penurunan kadar besi, peradangan, pembekuan darah, hipotensi dan sebagainya. Eksotoksin merupakan komponen protein terlarut yang disekresikan oleh bakteri hidup pada fase pertumbuhan eksponensial. Produksi toksin ini biasanya spesifik pada beberapa species bakteri tertentu (bisa Gram positif maupun Gram negatif) yang menyebabkan terjadinya penyakit terkait dengan toksin tersebut. Sebagai contoh, toksin botulin hanya dihasilkan oleh Clostridium botulinum, Pada beberapa pathogen, toksin merupakan faktor virulence: toksin hanya diproduksi oleh strain yang virulent. Beberapa pathogen bisa mensekresikan eksotoksin ke dalam pangan. Pada kondisi ini, walaupun bakterinya tidak ada, toksin akan menyebabkan keracunan pangan jika masuk ke saluran pencernaan (intoksikasi). Pada beberapa patogen, bakteri hidup masuk ke saluran pencernaan dan memproduksi toksin yang dapat menyebabkan keracunan pangan (toksiko-infeksi).Eksotoksin berukuran lebih besar dari endotoksin, dengan berat molekul sekitar 50 – 1000 kDa. Toksin ini berfungsi seperti 2
enzim dan memiliki sifat-sifat enzim yaitu terdenaturasi oleh panas, asam dan enzim proteolitik. Potensi toksiknya tinggi (konsentrasi 1 μg dapat menyebabkan keracunan). Aktivitas biologis dari eksotoksin berlangsung dengan mekanisme reaksi dan substrat yang spesifik. Substrat (didalam inang) bisa berupa komponen dari sel-sel jaringan, organ atau cairan tubuh. Biasanya, bagian yang dirusak oleh toksin mengindikasikan lokasi dari substrat untuk toksin tersebut. Istilah seperti enterotoksin, neuro-toksin, dan hemolysin kadangkadang digunakan untuk mengindikasikan sisi target dari suatu eksotoksin. Eksotoksin bersifat antigenik. Artinya, secara in vivo, aktivitasnya da-pat dinetralkan oleh antibody yang spesifik untuk eksotoksin tersebut. Beberapa eksotoksin memiliki aktivitas sitotoksik yang sangat spesifik. Misalnya, toksin botulin yang hanya menyerang syaraf. Beberapa eksotoksin yang lain memiliki spektrum aktivitas yang lebih lebar dan menyebabkan kematian (nekrosis) dari beberapa sel dan jaringan (non spesifik) misalnya toksin yang diproduksi oleh staphylococcus, streptococcus, clostridium, dan sebagainya. Toksin dengan spektrum aktivitas yang lebar ini biasanya merusak membran sel inang dan menyebabkan kematian sel karena terjadinya kebocoran isi sel.Sitotoksin menyebabkan kerusakan secara intraseluler (didalam sitoplasma sel inang). Mekanisme Infeksi Hubungan antara dua organisme yang berbeda ada berbagai bentuk diantaranya apabila salah satu dari organisme sangat tergantung dengan kelangsungan hidup organisme yang lain maka disebut sebagai parasitic. Bentuk hubungan parasitic diantaranya adalah simbiosis, mutualistik bila kedua belah pihak saling diuntungkan. Komensalis bila salah satu diuntungkan sedang yang lain tidak dirugikan. Bila salah satu hanya bisa hidup dalam organisme lain dan berdampak merugikan bagi organisme yang ditempati maka disebut sebagai obligat parasitic. Hal ini berlaku juga pada hubungan vertebrata dengan mikroorganisme khususnya bakteri. Bakteri seperti Escherichia coli non patogen dan lactobacillus tertentu merupakan penghuni saluran usus halus yang hidup dari inang dan menguntungkan inang karena membantu sintesa beberapa vitamin seperti vit K, vit B 2 yang dibutuhkan oleh inang. Beberapa bakteri dari golongan kokus seperti Staphylococcus epidermidis merupakan flora normal pada kulit manusia yang mendapatkan makanan dari inang (kulit manusia) tetapi tidak merugikan bagi manusia. Banyak bakteri yang merupakan parasit obligat pada saluran usus manusia dan hewan mamalia seperti Salmonella typhimurium, Escherichia coli strain patogen (ETEC, EPEC EIEC) merupakan penyebab typhus dan diare. Bakteri- bakteri tersebut menetap di lokasi tersebut untuk mendapatkan 3
sumber makanan, sehingga mampu tumbuh dan perkembang biak. Bakteri mempunyai kemampuan untuk berkembang biak dan menyebar dari inang ke inang yang lain dengan dua cara yaitu : 1. Secara horisontal pada satu spesies dengan cara kontak langsung antara individu sehat dengan individu sakit, makanan yang tercemar, debu, sekreta penderita, melalui gigitan nyamuk. 2. Secara vertikal pada satu spesies : dari induk ke anak yang dikandung, melalui telur, air susu. Contoh Salmonellosis pada ayam akan ditularkan melalui telurnya. Interaksi antara mikroorganisme dengan inang sangat dipengaruhi oleh kemampuan mikroorganisme masuk kedalam tubuh inang dan menyebabkan kerusakan pada jaringan inang. Mikroorganisme khususnya bakteri mempunyai beberapa mekanisme untuk dapat melakukannya yaitu dengan : • kemampuan menginfeksi inang • kemampuan melakukan invasi ( penyebaran ke dalam jaringan inang ) • Kemampuan patogenitas ( kemampuan merusak jaringan inang ) • Toksinegenitas (kemampuan memproduksi toksin) Infeksi merupakan kemampuan mikroorganisme masuk dan berkembang biak dalam tubuh inang. Bakteri mempunyai cara untuk dapat masuk tubuh inang dan bertahan dalam tubuh inang setelah dapat melewati : 1. Menembus barrier tubuh inang bagian luar dan mampu masuk ke dalam sel inang 2. Mampu bertahan dan berkembang biak di dalam sel inang. Toksin Bakteri patogen mempunyai kemampuan memproduksi toksin yg berfungsi sebagai alat utk merusak sel inang dan mendapatkan nutrisi yang diperlukan dari sel inangnya. Secara umum dapat dibedakan 2 macam berdasarkan proses pembentukan toksin oleh bakteri yaitu endotoksin dan eksotoksin.
4
Perbedaan eksotoksin dan endotoksin Eksotoksin 1. Diproduksi oleh sel bakteri hidup,
Endotoksin Diproduksi oleh sel bakteri yang telah mati
konsentrasinya tinggi dlm media cair 2. Tersusun atas molekul polipeptida,
Tersusun atas lipopolisakarida kompleks, dimana gugus lemak mrpk penentu tingkat
3. Relatif tidak stabil pada pemanasan;
toksisitasnya Masih stabil pd 600C selama 2 jam tanpa
rusak pd >600C, toksin akan kehilangan
mengubah daya toksisitasnya
daya toksisitasnya 4. Bersifat antigenik; mampu
Tidak bersifat antigenik, tidak mampu
menstimulasi membentukan antibodi.
menstimulasi pembentukan antitoksin. Hanya
Mampu merangsang pembentukan
mampu membentuk antibodi terhadap gugus
antitoksin 5. Bisa dibuat toksoid dgn. Penambahan
polisakaridanya Tidak dapat dibuat toksoid
formalin, asam, pemanasan dll. 6. Mempunyai sifat toksisitas tinggi, fatal Lebih ringan, pd dosis tinggi fatal Diperlukan pd hewan coba pd dosis yg sangat
dosis tinggi untuk dapat menimbulkan gejala
kecilDosis rendah sdh mampu menimbulkan gejala 7. Tidak menimbulkan demam pd inang
Menimbulkan demam pd inang
Beberapa eksotoksin bakteri yang mampu menyebabkan kerusakan sel inang : •
Diphteria : Disebabkan oleh bakteri Corynebacterium diphteriae yang mampu tumbuh pada alat pernapasan bagian atas atau luka. C. diphteriae strain lisogenik akan memproduksi toksin pd tempat tersebut kemudian toksin akan terserap sintesa protein inang dan mengakibatkan nekrosis pd sel epitelium, otot jantung, ginjal dan jaringan syaraf.
•
Tetanus : Clostridium tetani dapat mengkontaminasi luka, dimana spora akan berkembang menjadi bentuk vegetatif dan memproduksi toksin yang mempunyai kemampuan merusak sistem syaraf pusat inangnya. Toksin tetanus mampu menyebabkan spasmus otot dari inang yang terinfeksi
•
Botulism : Clostridium botulinum merupakan bakteri anaerob yang akan berkembang biak dalam makanan dalam kaleng kedap udara yg proses sterilisasinya tidak sempurna. Bakteri ini memproduksi neurotoksin yang mempunyai 6 tipe antigenik. 5
Toksin akan terserap dalam usus dan masuk aliran darah menuju syaraf motoris yang mengakibatkan gejala muntah, tidak bisa menelan, paralisis organ pernafasan dan paralisis organ motoris lainnya. •
Gas gangrene : Disebabkan oleh Clostridium perfringens, dan clostridium lainnya. Gas gangrene merupakan gejala yang ditandai adanya infeksi, kerusakan jaringan yang disertai adanya timbunan gas akibat eksotoksin dari Clostridium
•
Keracunan makanan akibat kontaminasi Staphylococcus yang menghasilkan enterotoksin pada daging, susu sapi dan produk bakery. Enterotoksin tersebut sangat stabil pada pemanasan 1000C selama 2 menit. Gejala yang timbul : muntah-muntah setelah makan makanan yg terkontaminasi.
•
Cholera : Vibrio cholera pada feses yang mengkontaminasi bahan makanan melalui makanan ataupun minuman akan berkembang biak dan menghasilkan enterotoksin yang mengakibatkan diare hebat Toxin Shock Syndrome : (STTS-1) dihasilkan oleh Staphylococcus yang berasal dari luka yang menimbulkan gejala demam tinggi, muntah, diare, bintik-bintik kemerahan pada kulit. Enzim-enzim ekstraseluler Beberapa bakteri mempunyai kemampuan memproduksi substansi yang secara tidak langsung menyebabkan toksisitas tetapi berperan pada proses infeksi. Substansi tersebut adalah ensim yang tujuan akhirnya adalah untuk mendapatkan nutrisi dari sel inangnya. Ensim-ensim tersebut diantaranya : 1.
Collagenase : Diproduksi oleh bakteri Clostridium perfringens merupak ensim proteolitik yang mampu merusak jaringan kolagen
2.
Coagulase : Diproduksi oleh beberapa spesies Staphylococcus yang akan berikatan dengan faktor dari serum; plasma coagulat, Ensim ini bekerja membentuk lapisan fibrin di sekeliling lesi yang diakibatkan oleh infeksi Staphylococus
3.
Hyaluronidase : merupakan ensim yang mampu menghidrolisis asam hyaluronid yang berperan pd perlekatan jaringan penunjang dari inang. Akibat dari hyalurondase, sel penunjang menjadi terpisah-pisah sehingga bakteri mampu menyebar pada organ inangnya. Ensim ini diproduksi oleh bakteri : Staphylococcus, clostridia, streptococcus, pneumococci
4.
Streptokinase (fibrinolisin) : Ensim yang mampu mencairkan fibrin dari faktor pembekuan inang, sehingga bakteri dapat leluasa menyebar dalam tubuh inang.
6
5.
Hemolisin dan leukosidin : Ensim hemolisin adalah ensim yang diproduksi oleh bakteri streptococcus yang mampu menghemolisis darah (eritrosit) dari inang. Leukosidin : ensim yang mampu melisiskan sel leukosin inang.
6.
Protease : Ensim yang diproduksi bakteri yang mampu menghidrolisis imunoglobulin inang.
7
