Penyusun dan Pembentukan Biofilm, Polimerik Ekstra Seluler (EPS)

Penyusun  dan Pembentukan Biofilm

Secara kimia, biofilm tersusun atas polimerik ekstra seluler (EPS). EPS ini terdiri dari sebagian besar hidroksil dan kelompok karboksilat (OH-, COO-). EPS sangat penting bagi kehidupan biofilm. EPS dapat menyediakan makanan bagi biofilm, terlibat dalam mekanisme pertahanan inang, dan membantu dalam agregasi dan pelekatan permukaan. Perlindungan EPS menyebabkan biofilm untuk bertahan pada kondisi dimana sel planktonik sudah tidak mampu bertahan hidup.

Biofilm tersusun atas mikroba dan EPS (extracellular polymer substance) yang terdiri atas 50 – 90% dari total karbon organik dari biofilm itu sendiri dan dapat dinyatakan sebagai materi utama dari biofilm. EPS dapat berupa senyawa kimia utamanya polisakarida. Polisakarida yang ada bersifat netral atau disebut polyanionik khususnya EPS pada bakteri gram negatif. Kehadiran asam uronat (seperti D-Glukoronat, D-Galaktonat, Asam Manuronat) atau keton yang terikat pada piruvat, membentuk bagian anionik. Bagian ini merupakan bagian yang penting karena merupakan jalur asosiasi dari ion-ion seperti kalsium, magnesium, yang terlihat melintas berikatan dengan polimer dan menyediakan ikatan yang kuat yang terbentuk pada biofilm. Pada bakteri gram positif, seperti staphylococcus, komposisi kimia dari EPS terlihat cukup berbeda utamanya pada ion kation. Hal ini dilihat dari kondisi endapan koagulasi bakteri terdiri dari asam teichioc yang tercampur pada protein dalam kadar yang rendah.

Baca juga : Patomekanisme Penyebab Gatal, Kemerahan dan Bersisik pada Lapisan Kulit  

EPS memiliki daya hidrasi yang tinggi karena dapat mengabsorbsi air dalam jumlah yang besar kedalam struktur ikatan hidrogen. EPS sebagian besar hidropobik, meskipun banyak tipe EPS dapat berupa hidropobik dan hidrofilik. EPS juga tergantung pada kondisi kelarutannya. Ada dua bagian penting dari EPS sebagai efek penanda pada biofilm. Pertama, komposisi dan struktur dari polisakarida mengindikasikan konformasi utama mereka. Sebagai contoh, beberapa bakteri EPS memiliki ikatan 1,3-β-heksosa atau 1,4-β-heksosa residu dan cenderung untuk lebih kaku, lebih sedikit deformabel, dan pada kasus-kasus tertentu sulit terlarut atau tidak dapat larut. Molekul EPS lain mungkin lebih mudah terlarut dalam air. Kedua, EPS dari biofilm secara umum tidak sama tergantung kondisi dari bakteri itu sendiri. Ikatan khusus dari lektin pada gula sederhana digunakan untuk menguji perkembangan bakteri biofilm pada organisme berbeda. Penelitian menunjukan bahwa organisme berbeda menunjukan produksi EPS yang berbeda pula serta jumlah EPS dapat meningkatkan umur biofilm itu sendiri. EPS dapat berasosiasi dengan ion metal, kation divalent dan makro melekul yang lain (seperti protein, DNA, dan lemak). Produksi EPS diketahui berasal dari kondisi nutrient pada medium pertumbuhan; ditemukannya karbon, nitrogen, potasium atau pospat dapat menghambat sintesis EPS. Perlambatan pertumbuhan bakteri juga mengubah produksi EPS. Karena EPS sifatnya yang sangat hidraktif, maka kondisi kekeringan dapat dicegah pada biofilm alami. EPS juga berkontribusi pada bagian resistensi antimikroba biofilm yang merintangi tranportasi utama dari antibiotik pada biofilm, biasanya dengan ikatan langsung pada agen pembawa.

Gambar Matriks yang terbentuk dari bakteri dan Struktur Kimia EPS

Biofilm terbentuk karena adanya interaksi antara bakteri dan permukaan yang ditempeli. Interaksi ini terjadi dengan adanya faktor-faktor yang meliputi kelembaban permukaan, makanan yang tersedia, pembentukan matrik ekstraseluller (exopolimer) yang terdiri dari polisakarida, faktor-faktor fisikokimia seperti interaksi muatan permukaan dan bakteri, ikatan ion, ikatan Van Der Waals, pH dan tegangan permukaan serta pengkondisian permukaan. Artinya terbentuknya biofilm adalah karena adanya daya tarik antara kedua permukaan (psikokimia) dan adanya alat yang menjembatani pelekatan (matriks eksopolisakarida).

Biofilm adalah suatu bentuk mekanisme pertahanan sel. Berdasarkan studi invitro, biofilm dapat menghindari serangan pertahanan inang. Sebagai contoh adalah sel fagosit sulit untuk menelan bakteri dalam bentuk biofilm. Biofilm juga lebih resisten dibandingkan dengan sel planktonik terhadap agen antibakteri. Contohnya khlorinasi biofilm sering tidak berhasil sebab biosidal hanya membunuh bakteri pada lapisan luar biofilm, sedangkan bakteri bagian dalam tetap hidup dan biofilm dapat berkembang. Penggunaan ulang agen antibakteri diantara biofilm meningkatkan resistensinya terhadap biosida.

Sel bakteri pada permukaan biofilm berbeda dari sel dengan matrik biofilm. Sifat sel yang terselubung dalam matrik dapat berubah sejalan dengan perubahan ketebalannya. Sel permukaan cenderung untuk sel permulaan biofilm muda yang aktif secara metabolisme. Sel permukaan membelah dan meningkatkan ketebalan biofilm. Oksigen yang tersedia bagi sel dalam matrik lebih sedikit oleh sebab itu mereka lebih kecil dan tumbuh dengan lambat. Bakteri akan menjadi sedikit dorman, dan menjadi aktif bila lapisan luarnya dibunuh.

Infeksi mikroba dapat terbentuk pada biomaterial yang secara total berada dalam tubuh manusia atau sebagian terbuka ke luar. Spesies E.coli, Staphylococci dan Pseudomonas diantaranya adalah penginvansi yang umum. Banyak bagian gastrointestinal (rongga pencernaan) manusia dan hewan dikoloni oleh kelompok spesifik bakteri (mikrobiota normal) memberi kesempatan terhadap biofilm alami yang memberikan sejumlah proteksi terhadap spesies patogenik. Penggunaan alat-alat prostetik dengan memasukkan ke tubuh manusia sering menyebabkan pembentukan biofilm pada permukaan alat-alat tersebut oleh Stahylococcus epidermidis, Stahylococci koagulase negatif yang lain dan bakteri Gram negatif penghuni normal kulit ini memiliki derajat pelekatan yang tinggi ke alat prostetik. Bakteri dalam biofilm terlindung dari antibiotik yang memacu biofilm secara kontinyu menyebarkan sumber infeksi ke bagian lain tubuh dengan terjadinya pelepasan (detachment) sel.

Baca juga : Obat Elixir Adalah : Pengertian, Formula Umum, Keuntungan dan Kerugian   

Setelah biomaterial dicangkok, baik jaringan sel atau mikroorganisme akan mengkoloninya. Jika sel jaringan mengkoloni pertama kali cangkokan kemungkinan besar akan berhasil. Jika bakteri mengkoloni pertama kali, banyak mikroorganisme dapat melekat ke permukaan cangkokan. Bakteri ini dapat mengkoloni dan memulai pembentukan biofilm. Karena resisten terhadap agen antibakteri, biofilm sering tidak dapat ditanggalkan dari peralatan medis, dengan demikian dibutuhkan operasi tambahan. Komponen biomedis yang rentan terhadap kolonisasi biofilm termasuk jantung buatan, pengganti sendi, kontak lensa, katup jantung, cangkokan gigi, intravascular catheter. Dengan kemajuan teknologi modern banyak manusia menjadi inang bagi biomaterial, dan menjadi beresiko terhadap infeksi biofilm.