Bacillus Anthracis - Gambaran Umum

Read Also

Definisi Bacillus anthracis

• Bacillus anthracis adalah satu-satunya spesies patogen obligat Bacillus dan agen penyebab antraks, yang merupakan penyakit umum pada ternak dan kadang-kadang terjadi pada manusia.

• Antraks disebut penyakit zoonosis karena penyakit ini dapat menular antara hewan dan manusia melalui cara yang berbeda.

• Ini adalah bakteri pembentuk spora Gram-positif yang umum ditemukan di tanah, tetapi tidak seperti spesies Bacillus lainnya, dapat menyebabkan berbagai bentuk infeksi jika mencapai daerah pernapasan, pencernaan, atau kulit pada manusia.

• Cara penularan yang paling penting dari B. anthracis adalah melalui spora. Spora ini berkecambah menjadi sel vegetatif begitu berada di dalam tubuh inang dan menyebabkan infeksi.

• Spora sangat tahan terhadap kondisi lingkungan yang merugikan, tetapi sel vegetatif B. anthracis bertahan dengan buruk di lingkungan sederhana seperti air dan tanah curah.

• B. anthracis termasuk dalam kelompok B. cereus dari spesies Bacillus, terdiri dari patogen oportunistik lainnya seperti B. cereus dan B. thuringiensis.

• Potensi B. anthracis sebagai bioweapon atau agen bioterorisme telah dibahas dan ditakuti sejak lama setelah penggunaan bakteri ini terhadap ternak selama Perang Dunia I.

• Namun, telah ditemukan bahwa manusia lebih tahan terhadap B. anthracis daripada herbivora, dan dosis infeksi bakteri pada manusia juga sangat tinggi.

• Namun demikian, kasus antraks manusia telah diamati pada populasi manusia melalui kedekatan pekerjaan dengan ternak yang terinfeksi dengan menangani hewan peliharaan yang terinfeksi.

• B. anthracis pertama kali diisolasi dari hewan peliharaan yang terinfeksi oleh Cohn pada tahun 1872.

• Nama spesies 'anthracis' berasal dari nama penyakit, anthrax, yang pada gilirannya berasal dari kata Yunani untuk batubara, anthrakis karena pembentukan eschar kulit hitam seperti batu bara.

• B. anthracis telah dipelajari secara ekstensif karena patogenisitas spesies dan potensinya sebagai agen bioterorisme.

Klasifikasi Bacillus anthracis

• Genus Bacillus termasuk dalam famili Bacillaceae yang mengandung beberapa genus lain yang diklasifikasikan berdasarkan sifat fenotipik dan molekulernya.

• Ada lebih dari 142 spesies berbeda yang termasuk dalam genus Bacillus yang selanjutnya diklasifikasikan ke dalam kelompok yang dapat diatur berdasarkan urutan 16S rRNA mereka.

• B. anthracis termasuk dalam kelompok B. cereus dari spesies Bacillus bersama dengan patogen lain atau patogen oportunistik seperti B. cereus dan B. thuringiensis.

• Genom kelompok sangat terkonservasi dengan ukuran 5,2-5,5 Mb dan juga memiliki urutan gen 16S rRNA yang sangat mirip.

• Klasifikasi dan pembedaan B. anthracis dari anggota kelompok lainnya dapat dibuat dengan analisis amplified fragment length polymorphism karena mereka memiliki sekuens gen 16S rRNA yang serupa.

• Ada 89 jenis B. anthracis yang berbeda yang telah diisolasi dari berbagai daerah di seluruh dunia dan digunakan untuk tujuan yang berbeda.

• B. anthracis bersifat monomorfik dan memiliki keragaman genetik yang rendah bersama dengan tidak adanya transfer DNA lateral yang terukur.

• Strain spesies ini secara genetik dan fenotip heterogen secara keseluruhan, tetapi beberapa strain lebih erat terkait daripada yang lain karena beberapa filogenetik bercampur pada tingkat kromosom.

• Beberapa perbedaan, bagaimanapun, dapat diamati sebagai siklus hidup bakteri berkisar antara inang hewan dan lingkungan.

Berikut klasifikasi taksonomi B. anthracis:

Domain	Bacteria
Phylum	Firmicutes
Class	Bacilli
Order	Bacillales
Family	Bacillaceae
Genus	Bacillus
Species	B. anthracis

Habitat Bacillus anthracis

• Bacillus anthracis adalah bakteri pembentuk endospora aerobik yang ada di berbagai lingkungan alam atau ekosistem.

• Ini adalah satu-satunya patogen hewan, termasuk manusia, mamalia, dan serangga. Habitat utama, bagaimanapun, tetap tanah dan mungkin menularkan ke ekosistem lain dalam bentuk spora.

• Meskipun bakteri telah diisolasi dari lingkungan yang berbeda, semua lingkungan tersebut tidak dianggap sebagai habitatnya.

• B. anthracis, seperti spesies Bacillus lainnya, tumbuh subur di tanah baik kondisi asam maupun basa dalam kisaran suhu yang luas.

• B. anthracis, di lingkungan alami, di luar tubuh inang, ada dalam bentuk spora karena kondisi lingkungan yang semakin sulit.

• Habitat dan siklus hidup B. anthracis digambarkan oleh siklus mikro bakteri di tanah dengan fase multiplikasi yang jarang pada hewan.

• Meskipun tidak banyak bukti tentang perbanyakan B. anthracis di tanah, diyakini bahwa spora B. anthracis dapat berkecambah ke dalam sel vegetatif dan mengalami multiplikasi jika kondisi lingkungan mendukung.

• Kemampuan B. anthracis untuk hidup di lingkungan yang beragam adalah hasil dari endospora yang sangat tahan. Endospora ini lebih tahan terhadap kondisi buruk, beberapa bahan kimia, dan bahkan agen antimikroba daripada sel vegetatif.

• Spora umumnya ringan dan dapat dengan mudah didistribusikan melalui debu atau pembentukan aerosol.

• Spora dengan demikian, memasuki tubuh inang (kebanyakan herbivora) di mana mereka berkecambah untuk membentuk sel vegetatif. Sel-sel vegetatif kemudian mungkin memasuki relung baru seperti tubuh manusia dari hewan.

• Selain itu, ada mekanisme lain seperti produksi toksin, yang memungkinkan bakteri bersaing dengan bakteri lain dan menempati ekologi atau relung baru.

• Terjadinya B. anthracis lebih sering terjadi di iklim yang lebih hangat, yang diasumsikan karena hubungan antara suhu dan aktivitas air, dan tingkat sporulasi bakteri yang dilepaskan dari tubuh hewan yang terinfeksi.

• Demikian pula, suhu dan aktivitas air juga mempengaruhi perkecambahan spora, meskipun pada tingkat yang lebih rendah.

• Salah satu fitur penting untuk terjadinya B. anthracis di lingkungan yang beragam adalah kemampuan spora untuk bertahan hidup selama bertahun-tahun, bahkan tanpa adanya reservoir hewan.

Morfologi Bacillus anthracis

• Sel-sel B. anthracis merupakan batang Gram-positif yang bersifat aerob, anaerob fakultatif yang berkapsul dan dapat membentuk spora.

• Sel-sel dengan ukuran mulai dari lebar 1,0-1,2 µm dan panjang 3,0-5,0 µm terjadi baik secara tunggal atau berpasangan. Dalam sampel klinis, bagaimanapun, sel-sel mungkin muncul dalam rantai pendek.

• Semua sel B. anthracis mengandung spora berbentuk elips atau silindris yang terdapat baik secara subterminal maupun parasentral dalam sel vegetatif.

• Spora tidak menyebabkan pembengkakan sporangia karena biasanya terletak miring di dalamnya.

• Secara fenotip, B. anthracis sangat mirip dengan spesies Bacillus lainnya seperti B. cereus dan B. thuringiensis tetapi, tidak seperti mereka, B. anthracis tidak memiliki flagela dan karenanya, tidak bergerak.

• Penutup luar B. anthracis didefinisikan oleh kapsul, lapisan peptidoglikan yang luas, asam lipoteichoic, dan protein permukaan sel kristal (lapisan S).

• Kapsul dalam B. anthracis terdiri dari asam poli-γ-D-glutamat yang dikodekan oleh tiga gen plasmid yang berbeda.

• Kapsul B. anthracis merupakan salah satu faktor virulensi karena strain yang tidak memiliki kapsul bersifat avirulen.

• Kapsul itu sendiri tidak beracun dan non-imunogenik karena tidak merangsang sistem kekebalan tubuh inang.

• Di bawah kapsul adalah lapisan permukaan atau lapisan S yang terdiri dari protein, dan ini tidak terglikosilasi.

• Polisakarida dinding sel yang terdapat pada dinding sel berfungsi sebagai penahan lapisan permukaan ke dinding sel. Dinding sel terdiri dari polisakarida seperti galaktosa, N-asetilglukosamin, dan asam N-asetilmuramat.

• Ikatan yang ada di dinding sel adalah asam meso-diaminopimelic yang menghubungkan asam diamino dari satu subunit ke kelompok D-alanin dari subunit lain.

• Genom B. anthracis adalah tripartit dengan kromosom melingkar tunggal dan dua plasmid virulen melingkar di sitoplasma. Genom memiliki panjang 5227293 bp dengan 5508 sekuens pengkode protein.

• Nukleotida genom terdiri dari sekitar 60% unit adenin dan timin dan hanya 40% dari guanin dan sitosin.

• Komposisi kromosom ini menghasilkan kepadatan apung yang lebih tinggi dan titik leleh unit DNA yang lebih rendah.

• Plasmid adalah pXO1 dan pXO2 yang mengkode banyak gen berbeda bersama dengan gen produksi toksin dan kapsul.

Karakteristik Kultur Bacillus anthracis

• Pertumbuhan dan kultur buatan B. anthracis sering dilakukan dengan mengisolasi bakteri dari bangkai tua, produk hewani, atau sampel lingkungan seperti tanah yang keberadaannya dalam bentuk spora.

• Isolasi B. anthracis dapat dilakukan pada darah, nutrisi, atau agar-agar selektif, tergantung pada sumber sampel.

• Tidak ada metode pengayaan yang efisien untuk isolasi B. anthracis, tetapi isolasi selektif yang cukup dapat dilakukan dengan agar polymyxin-lysozyme EDTA-thallous acetate (PLET).

• Seperti kebanyakan spesies Bacillus, kebutuhan nutrisi B. anthracis juga sederhana, sehingga pertumbuhan dapat dicapai dalam media sederhana dengan glukosa sebagai sumber karbon dan garam amonium sebagai sumber nitrogen.

• Media kasein terhidrolisis dengan glukosa, tiamin, triptofan, dan berbagai garam biasanya digunakan untuk analisis fisiologi dan ekspresi gen B. anthracis.

• Morfologi koloni, serta pertumbuhan, dipengaruhi oleh berbagai faktor seperti perkecambahan spora, komposisi media, dan kondisi inkubasi.

• Perlakuan panas spora sebelum pertumbuhan merangsang perkecambahan spora dan pembentukan sel vegetatif.

• B. anthracis adalah anaerob fakultatif; dengan demikian, pertumbuhan terbaik diamati ketika diinkubasi semalaman di bawah 5-7% CO2.

• Morfologi koloni dan permukaan koloni juga bergantung pada ada tidaknya kapsul karena koloni berkapsul membentuk koloni mukoid.

• Pertumbuhan B. anthracis dapat terjadi antara 5°C sampai 45°C dengan pertumbuhan optimum pada suhu 37°C, tergantung dari sumber bakterinya.

• Koloni B. anthracis mirip dengan spesies Bacillus lainnya dan dapat dibedakan berdasarkan spiking atau tailing di sepanjang garis garis inokulasi dan sangat ulet.

• Pertumbuhan B. anthracis mungkin terjadi dengan cara berkerumun di seluruh media bukan koloni individu. Hal ini dapat dihindari dengan meningkatkan kandungan media agar-agar.

• Dalam kasus media cair, B. anthracis umumnya tumbuh sebagai sel planktonik, tetapi pelikel dapat terbentuk selama inkubasi statis, dan perlekatan pada permukaan padat juga dapat diamati.

• Pertumbuhan B. anthracis pada media buatan terjadi dalam dua fase dimulai dengan pertumbuhan vegetatif yang mengarah ke pembentukan spora seiring bertambahnya usia kultur.

Berikut ini adalah beberapa ciri kultur B. anthracis pada media kultur yang berbeda:

1. Bacillus anthracis pada Nutrient Agar (NA)

• Tergantung pada sampelnya, B. anthracis dapat ditumbuhkan pada berbagai jenis media pertumbuhan dari media sederhana seperti Nutrient agar hingga media yang lebih kompleks dan selektif seperti agar PLET.

• Koloni B. anthracis mirip dengan anggota lain dari kelompok B. cereus dan mungkin memerlukan teknik tambahan untuk identifikasi tingkat spesies.

• Pada NA, koloni B. anthracis tampak melingkar hingga tidak beraturan dengan tepi keseluruhan hingga bergelombang dan tepi crenate atau fimbriate.

• Ketika kondisi pertumbuhan tidak kondusif untuk pembentukan kapsul, koloni memiliki tepi yang tidak teratur dan penampilan 'ground-glass' yang bulat.

• Koloni berwarna putih sampai krem ​​dengan ukuran besar (diameter 2-7 mm), tetapi ukuran koloni muda bisa lebih kecil.

• Koloni B. anthracis berbeda dari spesies Bacillus lainnya dalam hal mereka membentuk spiking atau tailing di sepanjang garis inokulasi. Beberapa koloni bahkan mungkin membentuk puncak berdiri ketika ditarik dengan lingkaran.

• Permukaan koloni cenderung memiliki tekstur matt atau granular, tetapi koloni halus dan lembab juga dapat terjadi.

• Koloni pada media padat mendukung sintesis kapsul yang menghasilkan koloni mukoid dengan kapsul besar, menghasilkan koloni yang tebal (ketebalan hingga 3µm).

2. Bacillus anthracis pada Blood agar

• Blood agar yang digunakan untuk isolasi B. anthracis dibuat dengan menambahkan 5% darah domba ke dalam nutrient agar.

• Koloni B. anthracis adalah non-hemolitik atau γ-hemolitik, yang membantu dalam diferensiasi B. anthracis dari spesies Bacillus lain seperti B. cereus dan B. thuringiensis.

• Koloni datar atau sedikit cembung dengan tepi tidak beraturan dan tampilan ground glass diamati. Koloni sering memiliki tonjolan berbentuk koma dari tepi koloni, menghasilkan medusa-head colonies

• Ukuran koloni relatif lebih kecil dari pada Nutrient agar. Ukurannya berkisar antara 2-4 mm, tetapi ukurannya bisa bertambah pada hari kedua pertumbuhan.

3. Bacillus anthracis pada PLET Agar

• Agar PLET adalah agar selektif terbaik untuk isolasi B. anthracis dari spesimen lingkungan, produk hewani serta spesimen klinis.

• Peningkatan konsentrasi EDTA pada media ini menghambat pertumbuhan Staphylococcus aureus serta B. cereus.

• Koloni B. anthracis kira-kira melingkar, berwarna putih krem ​​dengan tekstur kaca. Jika koloni B. cereus terlihat, mereka cenderung lebih kecil daripada B. anthracis.

• Kapsul mungkin terlihat di permukaan setelah sekitar 48 jam inkubasi.

Karakteristik Biokimia Bacillus anthracis

Karakteristik biokimia B. anthracis dapat ditabulasikan sebagai berikut:

S.N	Biochemical Characteristics	B. anthracis
1.	Capsule	Capsulated with a poly-γ-glutamic acid capsule.
2.	Shape	Rod
3.	Gram Staining	Gram-Positive
4.	Catalase	Positive (+)
5.	Oxidase	Negative (-)
6.	Citrate	Positive (+)
7.	Methyl Red (MR)	Negative (-)
8.	Voges Proskauer (VR)	Positive (+)
9.	OF (Oxidative-Fermentative)	Facultative Heterofermentative
10.	Coagulase	Positive (+)
11.	DNase	Negative (-)
12.	Urease	Negative (-)
13.	Gas	Negative (-)
14.	H2S	Negative (-)
15.	Hemolysis	Non-hemolytic
16.	Motility	Non-motile as they lack flagella.
17.	Nitrate Reduction	Positive (+)
18.	Gelatin Hydrolysis	Positive (+)
19.	Pigment Production	Negative (-)
20.	Indole	Positive (+)
21.	TSIA (Triple Sugar Iron Agar)	Alkali/Alkali (Red/ Red)
22.	Spore	Endospore-forming
23.	Penicillin Susceptibility	Susceptible

Fermentasi

S.N	Substrate	B. anthracis
1.	Adonitol	Negative (-)
2.	Arabinose	Negative (-)
3.	Cellobiose	Negative (-)
4.	Dulcitol	Negative (-)
5.	Fructose	Positive (+)
6.	Galactose	Negative (-)
7.	Glucose	Positive (+) Facultative heterofermentative
8.	Glycerol	Negative (-)
9.	Glycogen	Positive (+)
10.	Hippurate	Negative (-)
11.	Inulin	Negative (-)
12.	Inositol	Negative (-)
13.	Lactose	Negative (-)
14.	Malonate	Positive (+)
15.	Maltose	Positive (+)
16.	Mannitol	Negative (-)
17.	Mannose	Positive (+)
18.	Melibiose	Negative (-)
19.	Pyruvate	Negative (-)
20.	Raffinose	Negative (-)
21.	Rhamnose	Negative (-)
22.	Ribose	Positive (+)
23.	Salicin	Negative (-)
24.	Sorbitol	Negative (-)
25.	Starch	Positive (+)
26.	Sucrose	Positive (+)
27.	Trehalose	Positive (+)
28	Xylose	Negative (-)

Reaksi Enzimatik

S.N	Enzymes	B. anthracis
1.	Acetoin	Positive (+)
2.	Acetate Utilization	Positive (+)
3.	Tyrosine Hydrolysis	Negative (-)
4.	Lecithinase	Negative (-)
5.	Casein Hydrolysis	Positive (+)
6.	Esculin Hydrolysis	Positive (+)
7.	Lysine decarboxylase	Positive (+)
8.	Ornithine Decarboxylase	Negative (-)
9.	Phenylalanine Deaminase	Negative (-)

Faktor Virulensi Bacillus anthracis

Bacillus anthracis adalah bakteri patogen obligat yang merupakan agen penyebab penyakit, antraks, umumnya terjadi pada herbivora dan lebih jarang pada manusia. Namun, hewan seperti babi, anjing, kucing, tikus, dan ayam resisten terhadap antraks, tetapi bakteri dapat berpindah ke burung setelah burung pemakan bangkai seperti burung nasar memakan hewan mati yang terinfeksi. Faktor terpenting yang memungkinkan bakteri untuk bertahan hidup dan menyebabkan infeksi adalah kemampuan bakteri untuk membentuk spora. Spora tahan terhadap berbagai kondisi lingkungan yang merugikan. Selain tiga faktor virulensi terpenting B. anthracis, ada faktor lain yang disekresikan dan tidak disekresikan yang mempengaruhi interaksi host-patogen. Ada protease tertentu yang mengganggu respon imun dengan membelah peptida antimikroba. Protease lain seperti InhA1 dapat menurunkan jaringan inang, menghasilkan peningkatan permeabilitas penghalang. B. anthracis memiliki virulensi yang luar biasa berupa tiga faktor virulensi primer;

1. Kapsul

• B. anthracis menghasilkan kapsul poly-γ-glutamic acid (PGA) yang memberikan perlindungan bakteri dari fagositosis seperti pada banyak bakteri patogen lainnya.

• Adanya muatan negatif pada membran menghambat pertahanan inang dengan menghambat fagositosis sel vegetatif oleh makrofag dan sel imun lainnya.

• Kapsul diproduksi oleh spora yang berkecambah dengan adanya serum dan peningkatan CO2 melalui lubang pada permukaan spora dalam bentuk pori yang dapat menyatu sebelum pengelupasan eksosporium dan pertumbuhan sel vegetatif yang dienkapsulasi.

• Karena kapsul berada di luar lapisan S, maka tidak memerlukan lapisan S untuk melekat pada permukaan sel.

• Sintesis kapsul difasilitasi oleh tiga enzim terkait membran yang dikodekan oleh plasmid pXO2 60-MDa.

• Gen yang terlibat dalam sintesis enzim adalah capB, capC, dan capA yang mengkodekan masing-masing protein 44, 16, dan 46kDa.

• Kapsul B. anthracis bersifat imunogenik lemah dan antifagositosis yang menyamarkan basil dari pengawasan imun.

• Kapsul juga mengaktifkan caspase-1 dan menginduksi pelepasan interleukin-1β dari sel T yang berdiferensiasi dan sel dendritik yang diturunkan dari monosit manusia.

• Aktivitas protein kapsul ditingkatkan oleh antigen lain, protein, dan toksin yang disandikan plasmid.

2. Endotoksin

• Bacillus anthracis menghasilkan dua endotoksin berbeda yang dilepaskan dalam bentuk tiga komponen; protective antigen (PA), edema factor (EF), dan lethal factor (LF).

• Ketiga protein tersebut dikode oleh plasmid pXO1 virulensi yang menyebabkan perdarahan, edema, dan nekrosis.

• Antigen pelindung adalah bagian pengikatan seluler dari racun sedangkan faktor mematikan dan faktor edema adalah bagian katalitik.

• Faktor edema adalah protein matang dengan 767 residu dengan massa molekul 89 kDa yang merupakan calmodulin-dependent adenylate cyclase yang mengubah ATP intraseluler menjadi cAMP.

• Bagian terminal amino dari faktor diekspresikan sebagai polipeptida stabil yang memiliki kapasitas untuk bersaing dengan LF untuk mengikat antigen pelindung.

• Faktor mematikan juga merupakan protein matang dengan 776 berada dan massa molekul 85kDa, yang merupakan seng metaloprotease yang memotong dan menonaktifkan nitrogen-activated protein kinase.

• Seperti pada faktor edema, faktor letal juga memiliki bagian aminoterminal yang memungkinkan pengikatan molekul ke PA.

• PA setelah pelepasannya secara proteolitik dibelah oleh furin atau protease mirip furin menjadi dua fragmen; PA63 dan PA20. Penghapusan PA20 menghilangkan halangan sterik dan memungkinkan PA63 membentuk komponen pengikat LF/EF.

• Pembelahan menghasilkan residu pada PA63, yang dapat mengikat 3 atau 4 molekul EF dan LF sambil mempertahankan gangguan penghalang sterik antara molekul toksin. Pengikatan akhirnya mengarah pada pembentukan lethal toxin (LT) and edema toxin (ET)

• Racun memainkan peran penting dalam respons terhadap beragam rangsangan seperti mitogen, sitokin proinflamasi, dan heat shock.

Patogenesis Bacillus anthracis

Siklus infeksi B. anthracis dimulai dengan menelan spora, yang dalam kasus hewan terjadi dari tanah sedangkan pada manusia, ditularkan dari hewan setelah sering terpapar. Virulensi bakteri yang luar biasa disebabkan oleh faktor virulensi yang memungkinkan kelangsungan hidup bakteri serta kemampuannya untuk menyebabkan penghancuran sel host selama siklus hidup infeksiusnya. Patogenesis keseluruhan B. anthracis dapat dijelaskan dalam langkah-langkah berikut;

1. Masuk

• Bentuk infeksi utama B. anthracis adalah spora yang masuk ke tubuh inang dari lingkungan dengan cara yang berbeda.

• Spora tahan terhadap berbagai kondisi lingkungan dan dapat berkecambah menjadi bentuk vegetatif jika tersedia kondisi yang menguntungkan.

• Makrofag dengan cepat memfagositosis spora di dalam tubuh host, dan beberapa spora mengalami lisis di dalam makrofag.

• Spora lain, terutama yang masuk ke dalam tubuh melalui inhalasi, bertahan dalam fagositosis dan dibawa menuju kelenjar getah bening mediastinum oleh sistem limfatik.

• Spora yang difagositosis memerlukan beberapa hari inkubasi sebelum berkecambah. Latensi ini diamati dalam bentuk penyakit pernapasan dan bukan dalam bentuk kulit.

• Perkecambahan dipicu oleh peningkatan kadar CO2 dan suhu tubuh host.

2. Invasi

• Perkecambahan spora menjadi sel vegetatif diikuti oleh aktivasi kapsul dan gen toksin yang ada dalam plasmid organisme.

• Kapsul terlibat dalam resistensi terhadap fagositosis sebagai akibat dari muatan negatif yang ada di dalamnya.

• Racun juga dilepaskan dalam bentuk tiga komponen protein berbeda yang mengalami pembelahan dan mengikat untuk membentuk racun pada akhirnya.

• Protective antigen (PA)  mengikat molekul protein membran sel inang tertentu yang dalam hal ini adalah anthrax toxin receptor (ATR).

• PA kemudian dipecah oleh protease menjadi dua bagian, salah satunya berikatan dengan salah satu faktor toksin atau keduanya.

• Kompleks yang terbentuk masuk ke dalam sel melalui endositosis yang diperantarai reseptor dan menjadi endosom yang diasamkan setelah perubahan konformasi pada molekul toksin.

• Toksin edema berinteraksi dengan calmodulin protein host dan menjadi adenilat siklase aktif. Enzim menyebabkan peningkatan kadar cAMP dan menyebabkan syok hipovolemik.

• Toksin edema juga memiliki kemampuan untuk meningkatkan kerentanan host terhadap infeksi dengan merangsang kemotaksis pada neutrofil manusia.

• Toksin mematikan kemudian membelah anggota keluarga protein kinase yang diaktifkan mitogen yang mengganggu jalur pensinyalan tertentu dan meningkatkan kadar sitokin penginduksi kejutan seperti TNFα dan IL-1β.

• Selama tahap awal infeksi sebagai akibat dari efek sinergis kedua toksin, terjadi penurunan pelepasan sitokin pro-inflamasi, yang secara signifikan memungkinkan proliferasi bakteri di pejamu.

• Racun yang mematikan dan edema bersama-sama juga dapat menyebabkan syok vaskular, tetapi sifat syoknya mungkin berbeda.

• Toksin mematikan menginduksi kolaps vaskular non-hemoragik yang tidak tergantung sitokin dengan nekrosis hipoksia, sedangkan toksin edema menginduksi disfungsi vaskular cAMP umum.

• Meskipun target utama ET adalah hepatosit, sel-sel epitel diserang selama bentuk kutaneous penyakit, menghasilkan karakteristik fenotipe lesi.

• Saat infeksi berlanjut, bakteri masuk ke dalam darah dengan tingkat bakteri terminal mencapai, 107 hingga 109 sel/ml pada inang yang rentan.

Manifestasi Klinis Bacillus anthracis

Infeksi yang disebabkan oleh B. anthracis disebut antraks yang keluar dalam tiga bentuk berbeda tergantung pada rute masuknya bakteri. Bentuk paling umum dari infeksi antraks adalah antraks kulit yang menyumbang sekitar lebih dari 90% dari semua kasus manusia. Dua bentuk antraks lainnya adalah antraks gastrointestinal dan antraks paru atau inhalasi. B. antraks juga berhubungan dengan meningitis.

1. Antraks Kulit

• Masa inkubasi antraks kulit sekitar 2-3 hari yang pada beberapa kasus dapat meningkat hingga 2 minggu.

• Sebagian besar pajanan pada antraks kulit adalah baik pekerjaan atau dengan penanganan hewan yang terinfeksi atau bahan laboratorium.

• Spora masuk ke dalam tubuh melalui luka di kulit, dan dalam 2-5 hari, kulit menanggung lesi primer.

• Lesi primer ditandai dengan lesi tanpa rasa sakit dengan papula pruritus, yang berubah menjadi ulkus dalam 24-36 jam dengan vesikel yang menyertainya.

• Ulserasi diikuti oleh pengeringan hingga membentuk eskar hitam klasik dengan pembesaran yang akhirnya menutupi vesikel yang mengering.

• Beberapa lesi mungkin berisi nanah dalam kasus infeksi sekunder dengan bakteri piogenik seperti Staphylococcus aureus.

• Sel B. anthracis tetap terlokalisasi pada lesi pada kasus antraks tanpa komplikasi, tetapi adenitis pada kelenjar getah bening di sekitarnya juga dapat terjadi.

• Eschar perlahan mulai hilang setelah sekitar dua sampai enam minggu dari munculnya lesi asli, terlepas dari pengobatan.

• Dalam kasus antraks yang tidak diobati, 20% atau kurang dari pasien mungkin mengalami septikemia dan meninggal. Namun, dengan penggunaan antibiotik yang tepat, angka kematiannya kurang dari 1%.

2. Antraks Gastrointestinal

• Antraks gastrointestinal terjadi akibat masuknya spora bakteri melalui konsumsi daging yang kurang matang dari hewan yang terinfeksi B. anthracis.

• Masa inkubasi mirip dengan infeksi kulit, dan eschar karakteristik serupa terbentuk di dinding ileum terminal atau sekum.

• Antraks gastrointestinal dapat menyebabkan dua bentuk klinis; antraks abdomen dan oroesofagus.

• Dalam kasus antraks perut, gejala umum seperti mual, muntah, anoreksia, dan demam diamati. Sebagai penyakit berlangsung, sakit perut parah dengan hematemesis, diare berdarah mengakibatkan septikemia dan kematian.

• Dalam kasus antraks oro-esofagus, gejalanya termasuk sakit tenggorokan, disfagia, demam, dan edema.

• Pasien mungkin mengumpulkan asites masif dalam 2-4 hari setelah timbulnya nyeri perut.

3. Antraks Paru

• Antraks paru menyumbang sekitar 2-5% dari semua kasus antraks. Hasil antraks paru dari menghirup spora aerosol.

• Infeksi dimulai dengan gejala seperti flu berupa demam ringan, kelelahan, dan malaise yang berlanjut selama 2-3 hari setelah paparan awal.

• Fase prodromal awal berlangsung selama 48 jam pertama dan berakhir dengan berkembangnya infeksi akut dengan demam dan sianosis.

• Sistem paru dianggap sebagai cara masuk daripada situs patologi primer; dengan demikian, diambil oleh makrofag alveolar dan diangkut ke kelenjar getah bening mediastinum daripada menyebabkan pneumonia.

• Setelah 1-3 hari dari onset awal, penyakit berkembang menjadi penyebaran sistemik dengan diaphoresis, demam, menggigil, dan syok.

4. Meningitis

• Meningitis pada antraks terjadi pada stadium akhir dari bentuk antraks lainnya. Gejala muncul dengan cepat dengan ketidaksadaran, tetapi perkembangannya cukup lambat.

• Gejala klinis termasuk munculnya darah dalam cairan serebrospinal dengan kehilangan syok atau kematian.

Diagnosis Lab Bacillus anthracis

Diagnosis klinis infeksi B. anthracis dikonfirmasi dengan visualisasi dan kultur B. anthracis dari sampel klinis. Diagnosis antraks dapat dilakukan melalui metode konvensional atau metode molekuler. Sampel yang digunakan untuk identifikasi B. anthracis termasuk swab untuk mengumpulkan cairan vesikular dalam kasus antraks kulit.

1. Identifikasi Kultur dan Biokimia

• Metode ini merupakan metode konvensional untuk identifikasi B. anthracis melalui pertumbuhan pada media selektif, uji hemolisis, pewarnaan kapsul, uji motilitas, dan kepekaan terhadap penisilin.

• Untuk isolasi selektif B. anthracis, digunakan agar PLET, yang membantu dalam identifikasi B. anthrax melalui karakteristik kultur.

• Keberadaan sel berkapsul juga dapat digunakan sebagai metode identifikasi B. anthracis dengan pewarnaan M’Fadyean dengan polikrom metilen biru.

• Metode konvensional diagnosis antraks memiliki beberapa tantangan karena kesamaan fenotipik dan genetik dengan spesies Bacillus lainnya.

• Uji hemolisis dapat dilakukan untuk membedakan B. anthracis dari B. cereus yang bersifat β-hemolitik.

2. Metode berbasis antigen

• Deteksi antigen dengan immunoassay adalah pendekatan alternatif untuk diagnosis B. anthracis.

• Antigen yang umum digunakan untuk metode ini adalah glikoprotein BclA dari eksosporium, antigen ekstraseluler EA1 dari lapisan-S, antigen pelindung dari toksin antraks, dan kapsul poli-D-glutamin.

• Pemilihan antigen target tergantung pada jenis sampel yang diuji karena antigen yang berbeda diekspresikan dalam sel vegetatif dan spora.

• Immunoassay yang umum digunakan untuk identifikasi B. anthracis adalah flow cytometry assays dan luminescent adenylate cyclase assays.

3. Metode molekuler

• Metode molekuler seperti PCR yang melibatkan metode amplifikasi DNA memfasilitasi deteksi B. anthracis tanpa kultur bakteri, yang membuatnya lebih aman daripada metode konvensional.

• Penanda genetik yang umum digunakan untuk identifikasi B. anthracis terdapat pada plasmid virulensi, pXO1 dan pXO2.

• Gen yang digunakan mengandung komponen pengkode toksin antraks dan kapsulnya. Deteksi gen ini juga memberikan informasi tentang virulensi bakteri.

• Namun, ada beberapa tantangan dalam menggunakan gen ini karena plasmid dapat hilang atau dipindahkan ke spesies Bacillus lainnya.

Pengobatan infeksi Bacillus anthracis

• Pengobatan antraks tidak terlalu rumit karena bakterinya sensitif terhadap banyak antibiotik seperti ciprofloxacin, eritromisin, penisilin, dan vankomisin. Ini tahan terhadap sefalosporin, sulfonamid, dan trimetoprim.

• Penisilin adalah obat pilihan karena resistensi terhadap penisilin belum ditemukan pada galur alami.

• Namun, perjalanan penyakit yang cepat bahkan dengan terapi antibiotik telah mengakibatkan tingkat kematian yang tinggi untuk antraks paru.

• Oleh karena itu, terapi antitoksin telah dipelajari dan digunakan untuk menghindari perkembangan penyakit yang cepat dan pembuangan racun.

• Saat ini, pengobatan dengan ciprofloxacin, amoksisilin, dan doksisiklin direkomendasikan dalam kasus-kasus antraks kulit yang ringan.

Pencegahan infeksi Bacillus anthracis

• Kasus penularan dari manusia ke manusia belum dilaporkan dalam kasus antraks yang menunjukkan bahwa bentuk utama infeksi adalah spora.

• Dengan demikian, penyakit dapat dihindari dengan menjaga kebersihan dan perlindungan yang tepat selama penanganan hewan yang terinfeksi.

• Selain itu, imunisasi aktif sangat penting dalam pencegahan pra pajanan antraks. Satu-satunya vaksin berbasis racun untuk B. anthrax yang disetujui oleh FDA adalah BioThrax.

• Meskipun seharusnya digunakan sebelum pajanan, ini juga berguna untuk profilaksis pasca pajanan.

• Instrumen dan bahan yang terkontaminasi yang digunakan pada pasien antraks harus diautoklaf atau dibakar seperti biasa.

B. anthracis sebagai agen bioterorisme

• Spora B. anthracis yang resisten dengan kemungkinan menghasilkan aerosol berpotensi digunakan sebagai senjata bio-teror selama perang.

• Menghirup spora berbahaya karena gejala awal penyakit mirip dengan flu, membuat diagnosis dini sulit.

• Kekhawatiran B. anthracis sebagai senjata biologis semakin meningkat karena seharusnya dikembangkan untuk digunakan dalam Perang Dunia I dan II. Pada tahun 2001, amplop B. anthracis dikirim melalui pos ke berbagai pejabat di Amerika Serikat yang juga dianggap sebagai tindakan bioterorisme.