Vibrio cholerae: karakteristik, morfologi, habitat

Vibrio cholerae adalah bakteri gram negatif fakultatif, flagellata, anaerob. Spesies tersebut merupakan penyebab penyakit kolera pada manusia. Penyakit usus ini menyebabkan diare parah dan dapat menyebabkan kematian jika tidak dirawat dengan baik. Ini menyebabkan lebih dari 100.000 kematian per tahun, mayoritas pada anak-anak.

Kolera ditularkan melalui makanan dan air yang terkontaminasi atau melalui kontak orang ke orang. Perawatan termasuk terapi rehidrasi dan antibiotik spesifik. Ada vaksin oral yang relatif berhasil.

Vibrio cholerae terlihat di bawah mikroskop elektron transmisi. Oleh Tom Kirn, Ron Taylor, Louisa Howard – Fasilitas Mikroskop Elektron Dartmouth (http://remf.dartmouth.edu/imagesindex.html) [Domain publik], melalui Wikimedia Commons

Indeks artikel

Karakteristik umum

Vibrio cholerae adalah organisme bersel tunggal dengan dinding sel. Dinding sel tipis, terdiri dari peptidoglikan antara dua membran fosfolipid. Ini mendiami lingkungan perairan, terutama muara dan kolam, terkait dengan plankton, ganggang dan hewan. Dua biotipe dan beberapa serotipe telah diketahui.

Biofilm

Bakteri tersebut merupakan bagian dari bakterioplankton di badan air, baik dalam bentuk bebas (vibrio) maupun dalam lapisan tipis (biofilm) pada permukaan organik.

Biofilm ini terdiri dari kelompok bakteri yang dikelilingi oleh saluran air. Adhesi biofilm dimungkinkan berkat produksi polisakarida dari membran luar.

gen

Vibrio cholerae memiliki dua kromosom berupa plasmid. Ras patogen membawa gen yang mengkode produksi toksin kolera (CT).

Selain itu mereka termasuk gen untuk apa yang disebut faktor kolonisasi. Pilus diatur bersama oleh toksin (TCP) dan protein pengatur (ToxR). Protein ini mengatur ekspresi CT dan TCP. Bagian dari informasi genetik yang mengkode faktor patogenisitas ini disediakan oleh bakteriofag.

genom

Genomnya terdiri dari 4,03 Mb yang didistribusikan dalam dua kromosom dengan ukuran yang tidak sama. Urutan DNA dari seluruh genom V. cholerae O1 strain N16961 diketahui .

Urutan terorganisir pada kromosom 1 tampaknya bertanggung jawab untuk berbagai proses. Di antaranya, penggandaan DNA , pembelahan sel, transkripsi gen, translasi protein , dan biosintesis dinding sel.

Pada kromosom 2 protein ribosom disintesis, yang bertanggung jawab untuk pengangkutan gula, ion dan anion, metabolisme gula dan perbaikan DNA.

Di dalam bakteri ini, setidaknya tujuh bakteriofag atau fag berfilamen telah terdeteksi. Fag adalah virus parasit dari bakteri. Phage CTX menyumbang bagian dari urutan yang mengkode sintesis toksin kolera (CT). Hal ini disebabkan oleh konversi lisogenik,

Pada akhirnya, patogenisitas strain tertentu Vibrio cholerae tergantung pada sistem genetik kompleks faktor patogen. Di antara mereka, faktor kolonisasi pilus yang diatur bersama (TCP) dan protein pengatur (ToxR) yang mengatur bersama ekspresi CT dan TCP.

Penularan

Ketika manusia mengkonsumsi makanan atau air yang terkontaminasi, bakteri memasuki sistem pencernaan mereka. Setelah mencapai usus kecil, ia melekat secara massal ke epitel.

Sesampai di sana, ia mengeluarkan racun, menyebabkan proses biokimia yang menyebabkan diare. Di lingkungan ini, bakteri memberi makan dan berkembang biak, dilepaskan kembali ke lingkungan melalui tinja. Reproduksinya adalah dengan bipartisi.

Filogeni dan taksonomi

Genus Vibrio mencakup lebih dari 100 spesies yang dijelaskan. Dari jumlah tersebut, 12 menyebabkan penyakit pada manusia. Itu milik domain Bakteri, Proteobacteria phylum (kelompok gamma), ordo Vibrionales, keluarga Vibrionaceae.

Vibrio cholerae adalah spesies yang didefinisikan dengan baik oleh tes biokimia dan DNA. Tes positif untuk katalase dan oksidase; dan tidak memfermentasi laktosa.

Dokter Italia Filippo Pacini adalah orang pertama yang mengisolasi bakteri kolera pada tahun 1854. Pacini memberinya nama ilmiah dan mengidentifikasinya sebagai agen penyebab penyakit.

Lebih dari 200 serogrup Vibrio cholerae diketahui, tetapi sampai saat ini hanya 01 dan 0139 yang beracun. Setiap serogrup dapat dibagi menjadi bentuk antigenik atau serotipe yang berbeda. Di antaranya adalah Ogawa dan Inaba, atau biotipe yang berbeda seperti klasik dan Tor.

Morfologi

Vibrio cholerae adalah basil (bakteri berbentuk batang atau batang) panjang 1,5-2 m dan lebar 0,5 m. Ia memiliki flagel tunggal yang terletak di salah satu kutubnya. Ini memiliki membran sitoplasma yang dikelilingi oleh dinding tipis peptidoglikan.

Membran luar memiliki struktur yang lebih kompleks yang terdiri dari fosfolipid, lipoprotein, lipopolisakarida, dan rantai polisakarida.

Proyek membran luar menuju rantai polisakarida yang bertanggung jawab atas kapasitas adhesi bakteri dan membentuk biofilm.

Selain itu, bersama dengan dinding sel, ia melindungi sitoplasma dari garam empedu dan enzim hidrolitik yang diproduksi oleh saluran usus manusia.

Habitat

Ini menempati dua habitat yang sangat berbeda: lingkungan perairan dan usus manusia. Dalam fase bebasnya, Vibrio cholerae tumbuh subur di perairan hangat dengan salinitas rendah.

Dapat mendiami sungai, danau, kolam, muara atau di laut. Ini endemik di Afrika, Asia, Amerika Selatan dan Amerika Tengah. Kemudian, sebagai parasit, ia menghuni usus kecil manusia.

Bakteri ini bahkan ditemukan di daerah pantai tropis, di perairan dengan salinitas 35% dan suhu 25°C.

Kehadiran Vibrio cholerae patogen telah dilaporkan di zona kering dan pedalaman di Afrika. Ini menunjukkan bahwa spesies tersebut dapat bertahan hidup dalam kisaran variasi habitat yang jauh lebih besar daripada yang diperkirakan sebelumnya.

Beberapa penelitian menunjukkan bahwa Vibrio cholerae adalah bakteri liar yang ditemukan di badan air tawar di hutan hujan tropis.

Reproduksi dan siklus hidup

Menjadi bakteri, ia berkembang biak dengan pembelahan biner atau bipartisi. Vibrio cholerae bertahan dalam air sebagai vibrio planktonik bebas atau agregat vibrio.

Agregat vibrio membentuk biofilm di fitoplankton, zooplankton, massa telur serangga, eksoskeleton, detritus, dan bahkan pada tanaman air . Mereka menggunakan kitin sebagai sumber karbon dan nitrogen.

Biofilm terdiri dari tumpukan bakteri yang dikelilingi oleh saluran air, melekat satu sama lain dan ke substrat oleh produksi polisakarida eksternal. Ini adalah lapisan bakteri yang tipis agar-agar.

Vibrio lingkungan tertelan melalui konsumsi makanan atau air yang terkontaminasi. Begitu berada di dalam sistem pencernaan, bakteri menjajah epitel usus kecil.

Vibrio kemudian melekat pada mukosa oleh pilis dan protein khusus. Kemudian, ia memulai penggandaannya dan sekresi toksin kolera. Racun ini menyebabkan diare dimana bakteri masuk kembali ke lingkungan eksternal.

Nutrisi

Bakteri ini memiliki metabolisme berdasarkan fermentasi glukosa. Dalam keadaan bebas, ia memperoleh makanannya dalam bentuk karbon dan nitrogen dari berbagai sumber organik. Beberapa di antaranya adalah kitin atau karbon yang dikeluarkan oleh alga dari fitoplankton.

Untuk asimilasi besi, spesies menghasilkan vibriobacter siderophore. Vibriobacter adalah senyawa pengkelat besi yang melarutkan mineral ini sehingga dapat diserap oleh transpor aktif.

Di lingkungan perairan, ia memenuhi fungsi penting yang terkait dengan nutrisinya dalam ekosistem . Berkontribusi pada remineralisasi karbon organik dan nutrisi mineral.

Di sisi lain, itu adalah bakterivora. Semua ini memberikan peran yang relevan sebagai bagian dari bakterioplankton dalam loop mikroba atau jaring makanan mikroba dalam ekosistem perairan.

Vibrio cholerae melakukan proses mendasar untuk mencerna makanannya di luar, melalui zat yang dikeluarkannya. Mekanisme ini mirip dengan bakteri lain.

Spesies bekerja pada substrat yang menyebabkan pembubaran unsur mineral penting untuk nutrisinya, yang kemudian diserap. Juga, dalam pencarian dan pengolahan makanan mereka menyerang bakteri lain. Mereka dapat menyerang spesies yang sama, tetapi bukan strain mereka sendiri.

Untuk membunuh bakteri lain, V. cholerae menggunakan mekanisme yang disebut Sistem Sekresi Tipe VI (T6SS). Sistem ini mirip dengan tombak yang menembus dinding sel bakteri Gram negatif lain yang menyebabkan kematian.

Dengan demikian, senyawa nutrisi bakteri ini tersedia.T6SS mirip dengan sistem yang digunakan oleh bakteriofag untuk menginokulasi informasi genetik mereka ke dalam sel bakteri. Sistem ini kemungkinan juga digunakan oleh Vibrio cholerae untuk menginokulasi toksinnya ke dalam sel epitel.

Patogeni

Penularan

Bakteri ini ditularkan melalui rute fekal-oral, baik dari orang ke orang, melalui air, benda atau makanan yang terkontaminasi. Kolera bersifat eksplosif ketika terjadi pada populasi tanpa kekebalan sebelumnya.

Selama bertahun-tahun diperkirakan bahwa jalur utama penularan penyakit ini adalah asupan air yang terkontaminasi. Saat ini diketahui ada makanan yang bisa menjadi sarana penularan Vibrio cholerae . Beberapa makanan tersebut antara lain: kerang, tiram, remis, udang, dan kepiting.

Dosis tinggi inokulum diperlukan untuk membuat orang sehat sakit, sekitar 10 5 – 108 bakteri. Namun, pada individu yang lemah atau kurang gizi, jumlah inokulum yang jauh lebih kecil sudah cukup. Masa inkubasi penyakit ini berkisar antara 6 jam hingga 5 hari.

epidemiologi

Meskipun ada informasi tentang epidemi kolera sejak abad ke-14, pandemi pertama yang didokumentasikan berasal dari awal abad ke-19. Antara tahun 1817 dan 1923, setidaknya ada enam pandemi kolera yang diketahui terjadi, yang disebabkan oleh biotipe klasik Vibrio cholerae .

Rangkaian pandemi ini bermula dari India, terutama dari Delta Sungai Gangga. Setelah mencapai Timur Tengah itu diperluas dari sana ke Eropa. Rute lain masuk ke Eropa adalah Mediterania, melalui karavan dari Arab. Dari Eropa datang ke Amerika.

Dari tahun 1923 hingga 1961 ada periode bebas pandemi untuk penyakit ini dan hanya kasus kolera lokal yang diketahui. Dari tahun 1961 muncul kembali dengan biotipe baru yang disebut Tor yang menyebabkan pandemi ketujuh.

Sejak 1990-an, lebih dari 200 serogrup dan bentuk atipikal Tor telah diidentifikasi. Pada tahun 1991 terjadi pandemi kolera kedelapan. Saat ini, kasus kolera terutama terbatas pada wilayah sub-Sahara Afrika, India, Asia Tenggara dan beberapa wilayah Karibia. Di wilayah ini telah menjadi endemik.

Bentuk tindakan

Bakteri menghasilkan beberapa racun, tetapi gejala diare dehidrasi klasik dari penyakit ini disebabkan oleh enterotoksin kolera (TC).

Ini terdiri dari subunit B yang tidak beracun dan subunit A yang aktif secara enzimatik. Subunit B bekerja pada reseptor sel epitel usus kecil. Subunit A mengaktifkan adenilat siklase.

Enterotoksin berikatan dengan sel-sel mukosa usus melalui pili bakteri dan menyebabkan diare dan dehidrasi dengan mengaktifkan enzim adenilat siklase.

Hal ini menyebabkan peningkatan produksi adenosin monofosfat siklik intraseluler, menyebabkan sel-sel mukosa memompa sejumlah besar air dan elektrolit.

Vibrio cholerae melepaskan racun lain seperti ZOT dan ACE. Mereka bertindak dengan menetralkan sel-sel sistem kekebalan yang mampu menghilangkan vibrio (kasus IgG). Mereka juga dapat menetralkan enterotoksin kolera (kasus IgA).

Gejala dan Pengobatan

Gejalanya meliputi: syok hipovolemik, muntah, diare, asidosis, kram otot, kulit kering, mata berkaca-kaca atau cekung, detak jantung tinggi, lesu, dan mengantuk.

Di daerah endemik, keberadaan bakteri telah terdeteksi pada orang yang dekat dengan penderita kolera. Para pasien tidak menunjukkan gejala penyakit yang terlihat, yang menunjukkan adanya individu tanpa gejala.

Kolera dapat dicegah dan ada vaksin oral yang efektif melawan penyakit hingga 60-66%. Namun, wabah dapat disebabkan oleh peristiwa alam atau disebabkan oleh manusia. Hal ini terjadi dengan mencemari air atau mengganggu akses ke air bersih dan sanitasi.

Terapi rehidrasi yang adekuat dan tepat waktu dapat menurunkan angka kematian hingga kurang dari 1%. Pengobatan antibiotik dapat menurunkan vibrio shedding. Namun, tidak satu pun dari tindakan pengobatan ini yang secara signifikan mengubah penyebaran penyakit.

Antibiotik yang biasa digunakan pada orang dewasa adalah golongan Doxycillin dan Tetracycline. Nitrofuran Furazolidone digunakan pada wanita hamil. Sulfametoksazol dan trimetoprim (SMZ + TMP) direkomendasikan pada anak-anak.

Unsur fundamental untuk pengendalian epidemi adalah manajemen sanitasi yang memadai untuk limbah dan kondisi sanitasi secara umum. Dalam pengertian ini, kolera adalah penyakit yang terkait dengan kondisi kemiskinan.

Adanya Vibrio cholerae di dalam tubuh dideteksi dengan pemeriksaan laboratorium seperti PCR, uji ELISA atau penggunaan media kultur selektif.

Referensi

  1. Baker-Austin, C., Trinanes, J., Gonzalez-Escalona, ​​​​N. dan Martinez-Urtaza, J. (2017). Vibrio Non-Kolera: barometer mikroba perubahan iklim. Tren Mikrobiol. 25, 76–84.
  2. Faruque, SM, Albert, MJ, dan Mekalanos, JJ (1998). Epidemiologi, Genetika, dan Ekologi Vibrio cholerae Toksigenik. Ulasan Mikrobiologi dan Biologi Molekuler.62 (4); 1301-1314.
  3. Faruque, SM dan G. Balakrish Nair, GB (Eds.). (2008). Vibrio kolera. Genomics dan Biologi Molekuler. Pers Akademik Caister. Bangladesh 218 hal.
  4. Glass RI, Black RE (1992) Epidemiologi Kolera (hlm. 129-154). Dalam : Barua D., Greenough WB (eds) Kolera. Topik Terkini dalam Penyakit Menular. Springer, Boston, New York.
  5. Kierek, K. dan Watnick, PI (2003). Determinan Lingkungan Pengembangan Biofilm Vibrio cholerae. Mikrobiologi Terapan dan Lingkungan. 69 (9); 5079-5088.
  6. Perez-Rosas, N. dan Hazent, TC (1989). Kelangsungan Hidup In Situ Vibrio cholerae dan Escherichia coli di DAS Hutan Hujan Tropis. Mikrobiologi Terapan dan Lingkungan. 55 (2): 495-499.
  7. Zuckerman, JN, Rombo, L. dan Fisch, A. (2017). Beban dan risiko kolera yang sebenarnya: implikasi untuk pencegahan dan pengendalian. Lanset. Tinjauan Penyakit Menular. 7 (8): 521-530.