ANTIBIOTIC SANG PENYELAMAT

Antibiotik merupakan metabolit sekunder yang dihasilkan oleh mikroorganisme.

Penisilin dihasilkan oleh jamur Penicillium notatum. Penisilin merupakan antibiotik pertama yang ditemukan oleh Alexander Fleming tahun 1928, dan kemudian dikembangkan oleh Harold Florey pada tahun 1938.
Penisilin telah diproduksi dan dipasarkan pada tahun 1944.

Antibiotika adalah bahan obat yang sangat memegang peranan penting dalam menanggulangi penyakit infeksi di Indonesia. Dana yang diperlukan untuk pengadaan

antibiotika lebih kurang 23,3 % dari seluruh anggaran obat – obatan yang terpakai di Indonesia. Untuk mengurangi ketergantungan terhadap negara lain, pemerintah Indonesia telah menetapkan bahwa secara bertahap bahan baku antibiotika akan diproduksi secara fermentasi penuh di dalam negeri, dengan memanfaatkan sumber daya alam yang dimiliki (Djamaan et al., 1997).

Berbagai macam antibiotika sintetik telah dikembangkan untuk melawan penyakit infeksi yang disebabkan bakteri, akan tetapi penggunaan antibiotika sintetik kadang-kadang memberikan efek samping terhadap tubuh yang tidak diinginkan (Aliero et al., 2008). Penggunaan antibiotika sebagai antiinfeksi yang berlebihan dan kurang terarah juga mendorong terjadinya perkembangan resistensi (Wardani, 2008).

PENGERTIAN

Antibiotik atau antimikroba adalah obat-obatan yang digunakan untuk memberantas mikroba pada manusia. Antibiotik adalah senyawa kimia yang dihasilkan oleh mikroorganisme yang dapat memebunuh atau menghambat perkembangan bakteri dan mikroorganisme lain.

Antimikroba dapat bersifat :

Bakteriostatik : yaitu menghambat atau menghentikan laju pertumbuhan bakteri. Contoh : Tetrasiklin, Kloramfenikol, eritrosin.
Bakterisid : yaitu bersifat membunuh bakteri. Contoh : penisilin, sefalosforin, gentamisin.

Antimikroba mempunyai 5 mekanisme kerja yang utama, yaitu:

Antimetabolit : Antimikroba bekerja memblok tahap metabolic spesifik mikroba. Termasuk dalam hal ini adalah sulfonamid dan trimetrofin. Sulfonamida akan menghambat pertumbuhan sel dengan cara menghambat sintesa asam folat oleh bakteri. Sulfonamid bebas secara struktur mirip dengan asam folat, para amino asam benzoat (PABA), dan bekerja sebagai penghambat kompetitif untuk enzim-enzim yang mempersatukan PABA dan sebagian pteridin menjadi asam dihidropteroat. Trimetripom secara struktur mirip pteridin yang dihirolisis oleh enzim dihidrofolat reduktase dan bekerja sebagai penghambat kompetitif enzim tersebut yang dapat mengurangi dihidrofolat menjadi tertrahidrofolat.
Menghambat sintesis dinding sel. Contoh : penisislin, sefalosforin, vankomisin.
Menghambat fungsi membrane sel. Disini antimikroba bekerja secara langsung pada membrane sel yang akan mempengaruhi permiabilitas dan menyebabkan keluarnya senyawa intra selular bakteri. Contoh : polimiksin
Menghambat sintesa protein. : Antimikroba mempengaruhi fungsi ribosom bakteri yang dapat menyebabkan sintesis protein dihambat. dalam hal ini antibiotik dapat berinteraksi dengan ribosom 30s, termasuk : aminoglikosida, tetrasiklin, dan spekttinomisin atau berinteraksi dengan ribosom 50s, misalnya pada kloramfenikol dan eritromisin.
Menghambat asam nukleat. Contohnya : rifampisin akan mengikat dan menghambat DNA-dependent RNA polymerase yang ada pada bakteri, kuinolon akan menghambat DNA girase.

JENIS ANTIBOTIC

Penggolongan antimikroba dapat digolongkan melalui strukturnya, yaitu :

Antibiotik golongan betalaktam. Contohnya: penisilin dan sefalosforin
Antibiotik golongan Aminoglikosida. Contohnya : Neomisin, Vankomisin, Kana misin.
Antibiotik golongan tetrasiklin
Antibiotik golongan makrolida. Contohnya: eritrosin
Sulfonamida: Contohnya : Sulfadiazin, Sulfametoksazol
Antibiotik golongan kuinolin. Contohnya : Fluoroquinolon, siprofloksasin
Anti jamur. Contohnya : Amfoterisin B, Griseofulvin,ketokonazol.

Dalam makalah ini akan lebih dijelaskan mengenai penisilin

Penisilin merupakan campuran asam organik berstruktur komplek yang diisolasi sebagai garam-garam natrium, kalium dan kalsium. Pensilin dihasilkan selama pertumbuhan dan metabolisme kapang Penicillium notatum dan P. chrysogenum. Kultur yang sama dapat menghasilkan beberapa macam molekul penisilin antara lain penisilin G dan penisilin V (Husein,1982). Dewasa ini dikenal 5 jenis penisilin hasil proses fermentasi . Penisilin G merupakan penisilin yang paling banyak diproduksisecara komersial dewasa ini (Maya,2002).

Sebagai strain penghasil antibiotika salah satunya adalah Penicillium chrysogenum.

Ada beberapa alasan penelitian ini menggunakan antimikroba ini, antara lain adalah

Mikroorganisme ini menghasilkan antibiotik Penisilin dengan cara proses fermentasi.
Mikroorganisme ini mempunyai spektrum yang sangat luas terhadap bakteri gram positif dan gram negatif serta beberapa jamur dengan daya toksisitas yang rendah.
Antibiotik penisilin dikenal sebagai antibiotik β-laktam merupakan inhibitor spesifik terhadap sintesis dinding sel bakteri.
Situs aksi antibiotika ini adalah transpeptidase dan D-alanin karboksipeptidase, yang mengkatalis polimerisasi rantai peptidoglikan (1)(3)(7) (Viena,dkk.2003).

Ada beberapa macam penisilin dalam dunia antibiotik.

PROSES PRODUKSI

Pada proses produksi penisilin, media bernutrisi yang mengandung gula asam fenilasetat ditambahkan ke secara kontinu. Asam fenilasetat ini digunakan untuk membuat rantai samping benzil pada penisilin G. Penisilin G diekstraksi dari filtrat dan dikristalisasi. Untuk membuat penisilin semisintetik, penisilin G dicampur dengan bakteri yang mensekresi enzim asilase. Enzim ini akan melepas gugus benzil dari penisilin G dan mengubahnya menjadi 6-aminopebicillanic acid (6-APA). Aminopenicilanic acid adalah molekul yang digunakan untuk membuat penisilin jenis lain
Menurut Maya (2002), Penisilin diproduksi secara komersial dengan menggunakan bahan baku utama berupa glokosa, laktosa, dan cairan rendaman jagung. Mineral-mineral yang digunakan adalah NaNO₃, Na₂SO₄, CaCO₃, KH₂PO₄, MgSO₄, 7H₂O, ZnSO₄, dan MnSO4. Untuk meningkatkan yield dan modifikasi tipe penisilin yang akan dihasilkan, maka kedalam media fermentasi ditambahkan juga precursor, misalnya phenylacetic acid yang digunakan untuk memproduksi penisilin G. Cairan rendaman jagung adalah media fermentasi dasar yang terdiri dari asamamino, polipeptida, asam laktat dan mineral-mineral. Kualitas cairan rendaman jagung sangat bergantung pada derajat pengenceran hingga diperoleh konsentrasi yang diinginkan, sedangkan besarnya jumlah nutrient dan alkali yang ditambahkan kedalam media dasar disesuaikan dengan jumlah media fermentasi dasar ini.
Kemudian Maya (2002) dalam makalahnya juga mendeskripsikan proses pembuatan penisilin. Proses fermentasi penisilin didahului oleh tahapan seleksi strain Penicillium chrysogenum pada media agar di laboratorium dan perbanyakan pada tangki seeding. Penicillium chrysogenum yang dihasilkan secara teoritis dapat mencapai konversi yield maksimum sebesar 13 – 29 %. Media fermentasi diumpankan ke dalam fermenter pada suasana asam (pH 5,5).Proses fermentasi ini diawali dengan sterilisasi media fermentasi melalui pemanasan dengan steam bertekanan sebesar 15 lb (120 0C) selama ½ jam. Sterilisasi ini dilanjutkan dengan proses pendinginan fermenter dengan air pendingin yang masuk ke dalam fermenter melalui coil pendingin.
Fermenter yang digunakan merupakan fessel vertikal bertekanan yang terbuat dari carbon steel dan dilengkapi dengan coil pemanas, coil pendingin, pengaduk tipe turbin dan sparger yang berfungsi untuk memasukkan udara steril.
Saat temperatur mencapai 75^oF (24 oC), media ini diinokulasi pada kondisi aseptic dengan mengumpankan spora-spora kapang Penicillium chrysogenum. Selama proses fermentasi berlangsung dilakukan pengadukan, sementara udara steril dihembuskan melalui sparger kedalam fermenter. Proses fermentasi ini akan berlangsung secara batch terumpani selama 100 – 150 jam dengan tekanan operasi 5 – 15 psig. Temperatur operasi dijaga konstan selama fermentasi penisilin berlangsung dengan cara mensirkulasikan air pendingin melalui coil. Busa-busa yang terbentuk dapat diminimalkan dengan penambahan agen anti-foam. Kapang aerobic dibiarkan tumbuh selama 5 – 6 hari saat gas CO₂ mulai terbentuk.
Ketika penisilin ini dihasilkan jumlahnya telah maksimum, maka cairan hasil fermentasi tersebut didinginkan hingga 28 ^oF (2 ^oC), dan diumpankan kedalam rotary vacum filter untuk memisahkan miselia dan penisilin. Miselia akan dibuang, sehingga diperoleh filtrat berupa cairan jernih yang mengandung penisilin. Untuk mendapatkan penisilin yang siap dikomsumsi, maka tahapan dilanjutkan dengan proses ekstraksi dan kristalisasi.

Penjelasan Flowchart

Media Penicillium : Persiapan media merupakan langkah penting dalam bioproses yang secara luas adalah mempersiapkan kondisi bagi mikroorganisme yang akan menghasilkan produk. Media yang digunakan untuk Jamur Penicillium biasanya mengandung sumber karbon yang didapatkan dari corn steep liquor dan glukosa. Media juga terdiri dari garam, contohnya Magnesium sulfat, Potasium phospat, Sodium nitrat. garam ini akan menyediakan ion- ion penting yang dibutuhkan jamur dalam aktivitas metabolismenya.
Sterilisasi : Media di sterilisasi pada suhu tinggi dan juga bertekanan. Biasanya fermentasi dilakukan pada Pipa sterilisasi namun juga dapat dilakukan pada reaktor fermentasi. Uap bertekanan yang digunakan untuk mensterilisasi bersuhu 120^o C dan bertekanan 30 psi atau dua kali tekanan atmosfer.
Fermentasi : Sistem fermentasi penisilin menggunakan metode fed batch, dimana glukosa tidak langsung ditambahkan dalam jumlah banyak pada awal proses, dikarenakan berlebihnya glukosa pada awal proses, akan menghambat kinerja jamur penisilin. Penggunaan metode fed-batch juga dikarenakan penisilin yang dihasilkan dari kapang merupakan metabolit sekunder, sehingga penggunaan metode fed-batch ini akan memperpanjang fase stationer dari kapang dan akan meningkatkan produksi penisilin. Reaktor dikondisikan pada suhu 20-24^oC, pH 6-6.5 dan tekanan yang lebih besar dari tekanan atmosfer, yaitu 1.02. Maksud dari penggunaan tekanan yang lebih besar ini adalah untuk menghindari terjadinya kontaminasi dari luar reaktor. Pemberian udara juga merupakan hal yang penting dalam penyediaan oksigen bagi jamur. 2 m³ volume harus di sediakan udara sebanyak 2.5 m³ udara. Adanya impeler berfungsi sebagai pencampur agar penyediaan udara merata disetiap titik, putaran dari impeler disetting sekitar 200rpm.
Biomass Removal : Biomass removal merupakan bagian proses yang berfungsi untuk memisahkan kapang serta impurities lain dari media yang telah mengandung penisilin. pemisahan dilakukan menggunakan metode filtrasi. Banyak tipe filtrasi yang dapat digunakan namun yang umumnya digunakan adalah Rotary Vacum Filter dikarenakan dapat secara kontinyu memfilter dan penggunaanya dalam skala besar.
Acidification : Pada proses ini ditambahkan non-oxydising acid seperti asam phosphate. Penambahan asam ini berfungsi menjaga pH agar tetap pada 6-6.5 agar penisilin tidak rusak. Pada tahap ini juga ditambahkan Pelarut organik seperti Amyl Asetat yang berfungsi memisahkan penisilin dan pengotor-pengotor lain, pada tahap ini penisilin akan menjadi larutan dan pengotor akan menjadi padatan.
Ekstraksi melalui proses Sentrifugal : Tahap ini dilakukan untuk memisahkan limbah padat dari cairan yang mengandung penisilin. Biasanya tubular bowl atau chamber bowl digunakan pada tahap ini. Selanjutnya dilakukan proses ekstraksi kembali untuk mendapatkan penisilin murni. Pertama-tama larutan asetat dicampur dengan phosphate buffer, diikuti dengan pencampuran larutan chloroform. Larutan campuran ini akan menjadi larutan ether. Pada larutan ether penisilin yang ada kemudian dicampur dengan larutan sodium bicarbonate untuk mendapatkan penicilin-sodium salt, yang memungkinkan untuk disimpan dalam bentuk bubuk yang stabil pada temperatur ruang. Penicillin-sodium salt didapatkan dari larutan yang di sentrigugasi menggunakan basket centrifugation.
Fluid Bed Drying : Pengeringan merupakan tahap dimana kandungan air dalam bubuk dihilangkan sehingga menghasilkan bubuk garam penisilin. Pada Fluid bed drying gas panas dipompakan pada dasar chamber yang berisi bubuk penicillin-sodium salt dalam kondisi vakum. Dengan demikian maka air akan dihilangkan dan dihasilkan bubuk kering dari penisilin.
Penyimpanan : Penisilin disimpan dalam wadah yang dapat menjaga kekeringan dari penisilin.

KERJA ANTIBIOTIK

Antibiotik tidak secara langsung dikode oleh gen, tetapi dibuat di dalam sel dengan reaksi katalis enzim.
Enzim disusun berdasarkan instruksi gen spesifik.
Dengan teknologi fusi sel akan terjadi kombinasi gen dan sintesis enzim-enzim baru, sehingga mikroba dapat menghasilkan antibiotik baru.
Saat ini telah banyak dihasilkan bermacam-macam antibiotik untuk kemoterapi kanker, anti bakteri, anti amuba, pengawet makanan, dan anti fungi
Beta-laktam menghambat pertumbuhan bakteri dengan cara berikatan pada enzim DD-transpeptidase yang memperantarai dinding peptidoglikan bakteri, sehingga dengan demikian akan melemahkan dinding sel bakteri
Hal ini mengakibatkan sitolisis karena ketidakseimbangan tekanan osmotis, serta pengaktifan hidrolase dan autolysins yang mencerna dinding peptidoglikan yang sudah terbentuk sebelumnya.
Namun Beta-laktam (dan Penicillin) hanya efektif terhadap bakteri gram positif, sebab keberadaan membran terluar (outer membran) yang terdapat pada bakteri gram negatif membuatnya tak mampu menembus dinding peptidoglikan