TINJAUAN PUSTAKA Probiotik Probiotik telah didefinisikan dalam beberapa cara tergantung dari pemahaman tentang mekanisme aksinya dalam memberikan pengaruh bagi kesehatan dan kehidupan manusia. Istilah probiotik pertama kali dicetuskan untuk mendeskripsikan senyawa pang dihasilkan mikroorganisme yang dapat lnenstimulir pertumbuhaii mikroorganisme lain Selanjutnya definisi probiotik berkembang menjadi organisme dan senyawa yang dapat menghasilkan keseimbangan mikroflora dalam usus Lebih lanjut Fuller (1 9S9), mendefinisikan probiotik sebagai bahan pangan yang mengandung mikroorganisme dalam keadaan hidup yang mempunyai pengaruh menguntungkan bagi inangnya dengan meningkatkan keseimbangan mikroflora usus. Definisi tersebut diperluas oleh para ahli dari Eropa dengan niempertimbangkan mekanisme probiotik selain yang diperantarai mikroflora usus. Probiotik adalah bahan pangan berupa mikroorganisme hidup yang mempunyai pengaruh menguntungkan terhadap kesehatan manusia Dewasa ini seiring dengan adanya perkembangan data hasil penelitian ilmiah dan aplikasi tentang pengaruh probiotik, diusulkan suatu definisi baru yaitu sediaan sel mikroba atau komponen dari sel mikroba yang mempunyai pengaruh menguntungkan pada kesehatan dan kehidupan inangnya (Salminen ef al. 1999). Definisi tersebut memiliki implikasi bahwa probiotik tidak selalu hams berupa sel hidup karena telah terbukti bahwa probiotik dalam bentuk sel yang tidak hidup juga menunjukkan pengaruh positif terhadap kesehatan inang (Ouwehand dan Salminen 1998). Definisi tersebut juga tidak membatasi penggunaan probiotik sebagai bahan pangan, aplikasi dalam bentuk lain jucga telah dilaporkan mempunyai pengaruh menguntungkan bagi kesehatan, dan tidak hanya sel mikroba utuh tetapi bagian dari sel juga telah terbukti mempunyai pengaruh terhadap kesehatan. Mekanisme aksi dari probiotik yang melibatkan mikroba dalam bentuk hidup maupun tidak, terdapat pada Gambar I . (3= sel hidup = scl tidak Pemberian secara oral hidup USUS Mcmpengaruhi iillun : Ig A naik _ Ig E turun Infeksl saluran kenclng ', - '? Meliurunkan kolesterol serum darah ? Modulas~ ~ k e m b a n g a n< anker usus r Mengurang~gejala loclose lntolernnce ( Memperpendek diare rotavirus @ Mefigurangi lanker empedu kambuhan \ - Gambar 1. Mekanisme pengaruh probiotik berupa sel hidup dan tidak hidup terhadap kesehatan (Salminen et of. 1999) Konsumsi probiotik yang utama bagi manusia adalah dalam bentuk makanan berbasis susu yang mengandung spesies bakteri usus yaitu ,&ctobaciflus dan hifidobacteriu. Sejumlah penelitian mengungkapkan beberapa pengaruh positif bagi kesehatan dari probiotik yaitu sebagai berikut . a Meningkatkan ketahanan terhadap penyakit infeksi terutama infeksi usus dan diare (Vanderhoof et a/. 1999, Rolfe 2000, Roos dan Katan 2000, Guerin-Danan r i 01. 200 1) b. Menurunkan tekanan darawantihipertensi (Yamamoto et al. 1994; Nakamura et al. 1995a, 199%; Yamamoto ct al. 1999) c. Menurunkan konsentrasi kolesterol serum darah (Grunewald 1982; Pulusani dan Rao 1983; Danielson ef 01. 1989; Rodas ef nl. 1996, Alkalin el al. 1997) d Mengurangi reaksi lactose iiirolera?zce (Jiang et nl. 1996; Jiang dan Savaiano 1997, Mustapha et 01. 1997) e Mempengaruhi respon imun (Takahashi et 01. 1993; Pessi ef nl. 1998; Ha et nl. 1999, Perdigon el crl. 1999; Tejada-Simon ef ul. 1999, Erickson dan Hubbard 2000, Sanders 2000; Pestka ei a/. 2001). f Menurunkan risiko terjadinya tumor dan kanker kolon (Ayebo et al. 1981; Reddy et al. 1983, Gallaher dan Khil 1999; Reddy 1999, Wollowski et 01. 1999; Brady et al. 2000; Roos dan Katan 2000) g. Bersifat antimutagenik (Hosono ef a/. 1990; Hosoda et al. 1992a, 1992b; Thyagaraja dan Hosono 1993; Ebringer et a/. 1995; Boubekri dan Ohta 1996; Hosoda et al. 1996; Usman dan Hosono 1999) serta bersifat antikarsinogenik (Goldin dan Gorbach 1984; Fernandes dan Shahani 1990) Menurut Shortt (1999), ada beberapa kriteria yang perlu dipertimbangkan untuk mendapatkan produk probiotik dengan pengaruh positif yang optimal bagi inanpya, diantaranya adalali a Spesies bakteri probiotik sebaiknya nierupakan tlora normal usus dengan demikian bakteri lebih mudah menyesuaikan diri dengan lingkungan usus b. Tidak bersifat patogen c Toleran terhadap asam dan garam empedu d Memiliki kemampuan untuk menempel dan mengkolonisasi sel usus e Memiliki aktivitas antagonistik terhadap mikroba patogen enterik f Terbukti memiliki pengaruh yang menguntungkan terhadap kesehatan g Memiliki kemampuan untuk bertahan selama proses pengolahan dan selama waktu penyimpanan h Produk probiotik diharapkan memiliki jumlah sel hidup yang besar (lo7-109) i Total konsumsi produk probiotik sekitar 300-400 gram per minggu. Dua alasan terakhir diperlukan untuk memperkirakan bahwa tersedia cukup bakteri probiotik dalam tubuh untuk memberi pengaruh positif (Tannock 1999) Makanan yang mengandung mikroba probiotik untuk konsumsi manusia telah dipasarkan di Jepang sejak tahun 1920-an Produk probiotik pertama menggunakan bakteri L. acidophzhrs dan L. casez sebagai komponen dalam produk susu fermentasi Dalam perkembangannya, jumlah spesies mikroba yang terlibat dalam produk probiotik meningkat dengan sangat pesat, tetapi makanan pembawa kultur probiotik yang utama tetap susu fermentasi dengan berbagai variasi produk olahannya (Hui 1993) Karakteristik. Klasifikasi dan Aplikasi Bakteri Asam Laktat dalam Susu Fermentasi Bakteri asam laktat bersifat Gram positif, tidak membentuk spora, dapat berbentuk bulat atau batang, dengan komposisi basa DNA kurang dari 50% mol G+C. Umumnya bersifat katalase negatif tetapi kadang-kadang terdeteksi katalase semu pada kultur yang ditumbuhkan pada konsentrasi gula rendah. Untuk tumbuh membutuhkan karbohidrat yang dapat difermentasi (Pot et al. 1994). Semula bakteri asam laktat diklasifikasikan menjadi 4 genus yaitu Lacfohacillzr.~, Lelico~lostoc,Streprococczl.~,dan Yedrococczr.~,yang didasarkan pada ciri morfologi, tipe fermentasi, kemampuan tumbuh pada suhu yang berbeda, sifat stereospesifik (D atau L laktik), serta toleransi terhadap asam dan basa. Klasifikasi bakteri asam laktat berkembang sehingga genus L,actohacill~ismenjadi Lacfobacil1tr.r dan Carnohacterirrm. Genus Stt.epfococc?rs menjadi 4 yaitu Streptococcrr.s, l,actococcz~s, l.lagococczr.s, dan I<~lrerococczr.s. Genus Pediococczrs menjadi I.'ediococclrs, Tetraget?ococczi.~dan Aerococcus. Sementara tidak ada perubahan pada genus I~eucor~ost~~c. Klasifikasi yang baru tersebut dihasilkan dengan mempertimbangkan komposisi asam lemak pada membran sel, rnotilitas dan urutan r RNA, serta persen guanin dan sitosin pada DNA (Pot e f al. 1994). Kini berbagai spesies bakteri asam laktat diaplikasikan dalam produk susu fermentasi (Tabel 1) dan spesies bakteri asam laktat bersama bifidobakteria merupakan mikroorganisme yang paling banyak dikembangkan sebagai kultur probiotik terutama yang berupa bahan pangan (Tabei 2). Tabel 1. Beberapa bakteri asam laktat yang sering digunakan dalam produk fermentasi susu Produk Bakteri Lnctohncrl1rr.s thermofil homofermentatif 1 Yogurt, keju Sjsiss dan L. de/hi.neckr/ ssp hu/garic/r.s Italia, mentega susu L. clelhr-lrecku ssp. Irrcfis I,. delhrrlcck~rssp. deIhrr/eckli Susu acrdol,/?rl ~ ~ smi, L, acidoph/ki.c numan yogurt, miru-miru, kefir, koumis Kefir, minuman yogurt L. he11vtrc1r.s Yogurt L. hehreticus ssp.jugi~ri L. femelilunt Lnctohacill~~s mesofil heterofermentatif Yakult, minuman yogurt, L. casei ssp. c c ~ ~ e i miru-miru, kefir L. casei ssp. psezido~~lai~fa~~o?~, I,. ccrsei ssp. rlicmlnoznr.s, I L. cnsri ssp. tolrraris, L. ylnrltarinn L. brcv~.s.L. Xxc>~-rr. 1 Kefir , s t ~ t ) l ) t ~ c o(Lnctococcrls) c~~~s mesofil Susu fermentasi ScandiStr. /ncti.s ssp lnctis navia, mentega dan krim fermentasi, kefir Mentega fermentasi, krinl Str. Inctis bio\.ar diucetyhctis fermentasi. kefir S~repfococcrls(Lnctococcus)thermofil Str. therntoyhr/z/s Yogurt I,errcorio.stoc Leu. me.,-rr~tero~deer ssp. meser~teroid Kefir Le rr. mesen/crordes ssp. Jextra~rrc?rrn Kefir Keju cottage dan krim. Leu. nte.senteroltke,~ssp. cremo~is mentega fermentasi 1 Leu. citroror~~ir~ I Mentega fermentasi Sumber : Salminen dan Wright 1993. Man faat Menghasilkan asetaldehida Potensi kesehztan / Potensi kesehatan 1 I 4 hqenghasi i kan nisin dan diplococcin diasetil I I I I Tabel 2. Mikroorganisme yang digunakan dalam produk probiotik I,. ncickophilr~.~ I,. casei I,. johtncnrii L. rezrtcri L. rhatllnosr~s L. .salit~arzis L. platltarztrn 1 L. cri.ya/us Hnktcri Asnm Laktat Inintgm E. .fnecitrm Bukan Bakteri Asam Laktat B. cere1r.s F,'. ccoli S. bo~lc~rdii ('1. bri/j~ric~(m Sumber : Shortt 1999. Ketahanan Bakteri Asam Laktat terhadap Empedu Untuk dapat bertahan dan tumbuh pada saluran pencernaan, bakteri asam laktat sebagai kultur probiotik hams mampu melewati berbagai kondisi lingkungan yang menekan. Salah satunya adalah pada saat bakteri memasuki bagian atas saluran usus dimatla ernpedu disekresikan ke dalarn usus Asam empedu disintesa dalam hati dari kolesterol, menghasilkan senyawa yang disebut asam empedu primer. Asam empedu utama ini berkonjugasi dengan glisin atau taurin dan disekresikan ke dalam kantung empedu sebagai asam empedu terkonjugasi .Isam empedu di dalam kantung empedu dilepaskan ke dalam lumen duodenum da!a:n bentuk misel dengan asam lemak dan gliserol yang dihasilkan oleh pencernzan lipase pankreatik. Antara 5.500 sampai 3 5.500 mg asam empedu terkonjugasi disekresikan ke dalam usus kecil manusia setiap harinya Corzo dan Gilliland (1999), untuk membantu absorpsi lemak makan, kolesterol, vitamin hidrofobik dan senyawa larut lemak yang lain. Asam empedu terkonjugasi diserap dari usus kecil (sekitar 97%) dan dikembalikan ke dalam hati melalui sirkulasi hepatik. Sebagian kecil dari asam empedu (250-400 mg) yang tidak terserap hilang dari tubuh manusia sebazai asam empedu bebas di feses. Mekanisme di mana asam empedu diserap dalam usus kecil dan kolon, disintesa kembali dan disekresikan lagi dikenal sebagai sirkulasi hepatik (Gatnbar 2) 0 KOLON -0,5 g garam empedu disekresikadhari Gambar 2. Diagram skematik sirkulasi hepatik asam empedu (Ando dan Oi dalam Nakazawa dan Hosono, 1992) Sejumlah penelitian telah dilakukan untuk mengetahui ketahanan beberapa spesies bakteri asam laktat pada media yang mengandung garam empedu (Gilliland et a/. 1984: Usman dan Hosono 1999a; Ngatirah et al. 2000). Pada penelitian yang dilahukan Gilliland et a/. (1 984). diuji galur-galur I,.acidoyl?il~is yang diisolasi dari usus anak sapi pada media MRS Broth / MRSB yang mengandung oxgal 0,3%. Pertumbuhan dimonitor dengan mengukur waktu yang diperlukan masing-masing galur untuk menyebabkan peningkatan Optical Density (OD) sebesar 0,3 satuan dengan spektrofotometer pada panjang gelombang 600nm. Ketahanan terhadap garam einpedu dinyatakan sebagai Lag Time yang dihitung berdasarkan selisih waktu untuk menyebabkan peningkatan OD diperlukan bakteri pada media kontrol (MRSB tanpa oxgal) dengan bakteri pada media yang mengandung oxgal dimana pada penelitian tersebut hasilnya berkisar antara 0,34 jam satnpai lebih dari 3,38 jam Usman dan Hosono (1999a), nieneliti 28 gaiur ga.~seriyang berasal dari feses manusia. Media yang digunakan dan pengukuran ketahanan terhadap garain empedu sama seperti yang dilakukan ole11 Gilliland e/ a/ (1984), dimana hasil Lag Time yang diperoleh berkisar antara 0,01 sampai 3,55 jam. Ngatirah et.a/. (2000) inenguji ketahanan terhadap garam empedu dari beberapa galur berbagai spesies bakteri asam laktat yang diisolasi dari makanan fermentasi dan feses bayi. Pengujian dilakukan pada MRSB yang mengandung garam empedu 10% selama 24 jam. Ketahanan terhadap garam empedu dihitung berdasarkan selisih unit OD yang dicapai setelah idubasi 24 jam dengan OD pada awal inkubasi yang hasilnya berkisar antara 1,16-234 Dari penelitian-penelitian tersebut terungkap bah~c-agalur-galur dari spesies yang sama dan diisolasi dari sumber yang sania memiliki ketahanan terhadap garam empedu yang beragam atau ketahanan terhadap empedu bersifat strair~deperrcz'rrtt Ketahanan Bakteri Asam Laktat terhadap pH Rendah Bakteri asain laktat yang digunakan sebagai kultur probiotik umumnya diberikan melalui sistem pangan dan oleh karenanya memulai perjalanannya menuju usus bagian bawah melalui mulut. Untuk itu bakteri hams tahan terhadap berbagai kondisi yang menekan disepanjang saiuran pencernaan. Salah satunya adalah kondisi di lambung, yang dalam keadaan kosong mempuny ai pH sangat asam yaitu 13. Berrada et nl. (199 1) melaporkan bahwa waktu yang diperlukan mulai saat bakteri masuk sampai keluar dari lambung sekitar 90 menit. Jadi galur yang diseleksi untuk digunakan sebagai probiotik harus mampu untuk bertahan dalam keadaan asanl lambung selama sedikitnya 90 menit Bakteri asam laktat adalah mikroorganisme ferinerltatif yang mampu tumbuh pada kisaran pH yang luas Diantara genus bakteri asam laktat, spesies-spesies dalam laktobasili dikenal niempuriyai ketahanan yang baik dalam kondisi asani. Pertahanan utama sel bakteri dari lingkungannya adalah menibran seluler yang terdiri atas struktur lemak dua lapis. Paparan sel bakteri dalam lingkungan yang sangat asam dapat menyebabkan kerusakan pada membran sel tersebut dan keluarnya komponen- komponen intraseluler yang niengakibatkan kematian sel. Bakteri yang toleran terhadap asam, membran selnya lebih tahan terhadap kebocoran akibat pH rendah dibandingkan dengan yang tidak tahan asam (Bender el a/. 1986) Toleransi bakteri asam laktat yang cuh-p tinggi terhadap asam juga disebabkan karena kemampuannya untuk mempertahankan pH sitoplasma lebih alkali daripada pH ekstraseluler (McDonald 1990; Hutkins dan Nannen 1993). Akan tetapi tidak seperti bakteri netrofilik (hanya tumbuh pada kondisi pH rnendekati netral) yang menjaga pH intraselulernya mendekati netral, pada bakteri asam laktat terjadi perubahan dinamis pH intraseluler seiring dengan terjadinya penurunan pH ekstraseluler (Nannen dan Hutkins 199 1, Siegumfeidt et a/, 2000) sehingga tidak terjadi gradien proton yang besar. B a g bakteri asam iaktat gradien proton yang besar tidak menguntungkan sebab translokasi proton menggunakan banyak energi (Kobayashi 1985) dan bakteri anaerobik mendapatkan energi dari metabolisme gula yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan bakteri aerobik. Selain itu gradien proton yang besar mengakibatkan akumulasi anion asam organik dalam sitosol yang bersifat toksik bagi sel tersebut (Russel 1992). Ada beberapa kemungkinan mekanisme bagaimana bakteri mengatur pH internal tetapi yang paling penting adalah translokasi proton oleh enzim ATP-ase (Hutklns dan Nannen 1993) Parameter lain yang terlibat dalam pengaturan pH internal adalah permeabilitas membran plasma terhadap proton. Faktor lain seperti kapasitas buffering sitoplasma, berpengaruh kecil bagi pengaturan pH intraseluler (Bender ef a/. 1986). Aktivitas Antimikroba Bakteri Asam Laktat Pengaruh antagonistik bakteri asam laktat terhadap mikroba patogen disebabkan karena kemampuannya untuk menempel dan mengkolonisasi saluran pencernaan sehingga membuat kompetisi sisi penempelan dan nutrisi dengan mikroba patogen. Selain itu aktivitas antagonistik terhadap bakteri patogen oleh bakteri asam laktat adalah karena kemampuannya untuk menghasilkan senyawa antimikroba diantaranya asamasam organik, hidrogen peroksida, reuterin dan bakteriosin (Salminen dan Wright 1993). Asam-asam organik yang dihasilkan oleh bakteri asam laktat mengakibatkan akumulasi produk akhir asam dan turunnya pH yang menyebabkan penghambatan yang luas terhadap bakteri baik Gram positif maupun negatif. Nilai pH rendah yang dicapai, konstanta disosiasi dan konsentrasi asam menentukan aktivitas penghambatan dari asam yang dihasilkan Asam-asam lipofilik seperti asam laktat dan asetat dalam bentuk tidak terdisosiasi dapat menembus sel mikroba dan pada pH intraseluler yang lebih tinggi, berdisosiasi menghasilkan ion-ion hidrogen dan mengganggu hngsi metabolik esensial seperti translokasi substrat dan fosforilasi oksidatif, dengan demikian mereduksi pH intraseluler (Baird dan Parker 1980). Pengaruh antiinikroba senyawa hidrogen peroksida terhadap mikroba patogen adalah terjadinya keracunan hiperbarik akibat peroksidasi lemak pang menyebabkan meningkatnya permeabilitas membran sel Pengaruh bakterisidal yang dihasilkan metabolit oksigen ini tidak hanya mengoksidasi sel bakteri tetapi juga medestruksi struktur molekuler dasar dari asam nukleat dan protein sel (Dahl el nl. 1989) Di dalam susu, selain menghambat mikroorganisme dengan mekanisme di atas hidrogen peroksida jusa mampu bereaksi dengan senyawa lain lnembentuk senyawa yang inempunyai pengaruh antimikroba yang disebut sistem laktoperoksidase (sistem LP) Dalam susu mentah tiosianat (SCN') pada konsentrasi 1-10 ppm dioksidasi oleh enzim laktoperoksidase dengan adanya hidrogen peroksida pada konsentrasi sekitar 10 mmol/L, menjadi senpawa antibakteri yaitu hipotiosianat (OSCN) (Reiter dan Harnulv 1984). Senyawa tersebut dapat mengganggu enzim-enzim yang berperan dalam metabolisme bakteri yang dapat menyebabkan kematian Reuterin dihasilkan oleh I,actobacillu.s wuterir yang terdapat dalam alat pencernaan manusia dan hewan. Berat molehxl reuterin adalah hxrang dari 200 Da dan tahan terhadap aktivitas protease dengan demikian tidak aisebut ~akreriosin Reuterin merupakan campuran dengan komposisi berimbang dari monomer hidrat dan dimer sihlik dari p-hidroksipropionaldehida yang terbentuk selama metabolisme anaerobik eliserol " dan gliseral-dehida (Talarico et al. 1988; Talarico dan Dobrogosz 1989) Reuterin adalah senyawa antimikroba yang mempunyai spektrum yang luas yang efehif terhadap bakteri Gram negatif, khamir, kapang dan protozoa. Senyawa ini menghambat enzim-enzim sulfhidril seperti ribonukleotida reduktase, suatu enzim yang terlibat dalam biosintesa DNA (Talarico dan Dobrogosz 1989). Bakteriosin dideiinisikan sebagai protein dengan pengaruh antagonistik intraspesifik atau yang memiliki aktivitas sebagai bakterisidal dengan spektrum aktivitas yang lebih rendah bila dibanding dengan antibiotik (Daeschel 1985). Bakteriosin adalah senyawa protein, oleh karenanya disintesis melalui mekanisme biosintesis protein ribosom umum yang melibatkan transkripsi dan tranlasi. Bakteriosin disandi baik oleh DNA kromosom maupun plasmid. Bakteriosin yang dihasilkan oleh bakteri asam laktat dapat berupa protein atau kompleks protein (agregat protein, protein lipokarbohidrat, glikoprotein dan lain-lain) yang aktif secara hayati berpengaruh bakterisidal khususnya terhadap bakteri gram positif dan yang berkerabat dekat dengan spesies bakteri penghasilnya. Bakteriosin merupakan suatu kelompok yang heterogen dengan berat molekul, sifat fisik, kimia, sensitivitas, spektrum aktivitas antimikroba serta cara kerja yang bervariasi (Vuy st dan Vandamme, 1994). Hipotesis cara kerja bakteriosin yang sudah diterima secara luas adalah bahwa bakteriosin bekerja dalam dua tahap yang melibatkan adsorpsi bakteriosin pada reseptor spesifik atau non spesifik pada permukaan sel yang menghasilkan kematian sel Target utama dari bakteriosin yang diproduksi bakteri asam laktat kemungkinan besar adalah membran sitoplasma, karena bakteriosin memulai reaksi-reaksi yang mengubah permeabilitas membran sehingga mengganggu transpor membran atau menghilangkan tenaga gerak proton yang mengakibatkan terhambatnya produksi energi dan biosintesis protein atau asam nukleat (Nissen-Meyer 1992). Mikroflora Usus Mikroflora usus adalah ekosistem yang kompleks yang terdiri dari sejumlah besar bakteri Flora usus manusia terdiri dari sedikitnya 400 spesies bakteri yang berbeda, dengan jumlah total mencapai 10" sel (Fuller 1989) Baik mikroba anaerobik maupun fakultatif anaerobik ada dalam flora normal usus, tetapi jumlah mikroba anaerobik jauh lebih besar daripada fakultatif anaerobik dengan perbandingan 1000.1. Diantara mikroba-mikroba fakultatif anaerobik tersebut termasuk di dalamnya beberapa spesies bakteri asam laktat meliputi genus Streptococctts, Enterococcu,~,dan Lactobaci1lti.s. Kapasitas metabolik dari flora usus tersebut sangat beragam dan dapat menimbulkan pengaruh negatif maupun positif pada fisiologi usus. Oleh karena itu penelitian yang menggali kemungkinan untuk mengubah mikroflora usus kearah yang menguntungkan dengan tujuan akhir untuk meningkatkan kesehatan dan kehidupan yang lebih baik bagi inangnya mendapatkan minat yang besar (Djouzi t.1 a/. 1997) Distribusi mikroflora dalam usus manusia dapat dilihat dari dua cara yaitu distribusi secara horisontal dan vertikal. Distribusi secara horisontal, adalah pembedaan mikroorganisme berdasarkan lokasinya di dalam isi lumen, dalam lapisan mukus penutup epitel, pada sel epitel dari mukosa, pada ujung vili serta di dalam rongga Lieberkuhn. Paaa disrriiiusi secara vertikal, terdapat mikroflora yang berada pada lambung, duodenum, jejunum, ileum, cecum, kolon dan rektum (Mikelsaar dan Mandar, 1993). Jumlah dan jenis mikroflora pada saluran pencernaan dipengaruhi oleh kondisi spesifik masing-masing lokasi saluran pencernaan. Komposisi mikroflora pada saluran pencernaan manusia menurut Mitsuoka (1978) terdapat pada Tabel 3 Tabel 3. Komposisi mikroflora pada saluran pencernaan Lokasi Lambung : - Kosong (pH<3,0) - Rerisi makanan (pH 470) Usus kecil atas: - Kosong - Berisi makanan Jenis mikroflora Jumlah laktobasili, streptokoki, khamir laktobasili, khamir, dan mikroba yang tertelan bersama makanan (streptokoki, Hacleroic/es, B!fidoh~zcteria,Veillonella, l~z~sobacteria. koliform, Bacill~rs,Staphylococcus lo2-]o3 1 04-1 o8 laktobasili. khamir, I'eillonella streptokoki, laktobasili, I'eiionelln dan sejumlah kecil Bacteroides, koliform, Usus kecil bawah teroides, Blfidobncferitr,E~rbncteria Rncteroides, BzficJohcrcterium, E~ihuc- 10" 10' terizrttt, Cloci-l.idi~m~ dan sejumlah kecil 1 koliform, streptokoki (meliputi enterokoki), laktobasili, Cl'eilonelln dan stafilokoki Sumber : Mitsuoka 1 78. Cecum Mikroflora penghuni saluran pencernaan memberikan pengaruh terhadap tubuh manusia, baik pengaruh positif maupun negatif tergantung dari karakteristik dan aktivitasnya dalam saluran pencernaan (Gambar 3). Dari berbagai jenis mikroorganisme penghuni usus, masing-masing individu mikroorganisme berusaha mempertahankan keberadaan mereka dalam saluran usus dan bersama-sama membentuk suatu keseimbangan. Pada individu dewasa yang sehat mikroflora normal dalam ususnya stabil. Akan tetapi seringkali ada gangguan terhadap keseimbangan mikroflora normal yang dapat berakibat pada hngsi organ-organ tubuh dan kondisi keseluruhan dari individu tersebut. Beberapa faktor yang berpengaruh terhadap flora usus terdapat pada Gambar 4 . Keseimbanxn flora usus 1 J~unl~ah bakter Jcnis baliteri per granl fescs Fungsi / (' P e n g a r - pada inang usus Pengaruh 1 , \ I menguntungkan Sintesis vitainin Meinbantu p e n c e m ~ a n Mencegah kolorlisasi fleningkatkari kesehatrin Stirnulasi respon iruun Diare Senlbelit Menghambat perttunbuhan Hepatik koma Hiperkolestmlm& Iiipertensi Penydut autoimun Ka1lker Disfungsi h w i k Pen~uunankekebalan P.oeiAugino.sa + Penuaa~1 Diare, konla Ilepatik, iilfeksi sal. ken&. anemia, meningitis, pembengkakan hati, pemkngliakan paru-paru; vaginitis; endometritis: l u b xku11de-r karena sinar X / radiasi lain Stws.sor: konsumsi antibiotik, steroid in~nrri~~os~rpp~~ssut~ts ; tempi rahasi. uenuaaan. orwrasi Gambar 3. Hubungan antara flora usus dan tubuh manusia (Mitsuoka 1978) Gambar 4. Faktor-faktor yang mempengaruhi flora usus (Mitsuoka, 1978) Beberapa mikroflora normal usus berpotensi untuk menjadi patogen yang membahayakan jika pertahanan tubuh manusia mengalami penurunan yang disebut I H ~ ~ C ~ I O Beberapa II. bakteri penyebab oppornrnl.\lrc r ~ f e c t ~ o r ~ dengan oppor11~111.st'~ adalah I.;. colr, Klt.h.srelln spp., Protel~s,Staph?;lococc~~.s, P.serrdomo~za.snerlrginosa, Hactcror~lc..~, Serratm, Ye~3tc~,str.eptococc1i,~ dan C'lo.strzd~rmt.Bakteri-bakteri tersebut umum ditemukan pada usus dan tidak membahayakan pada individu yang normal. Infeksi dapat terjadi jika keseimbangan rnikroflora usus terganggu karena penggunaan antibiotik dan bakteri indigenus normal digantikan dengan populasi yang resisten terhadap antibiotik atau jika pertahanan tubuh menurun akibat penggunaan hormon steroid, karena adanya inzmrtnosltppre.ssa~1tatau terapi radiasi Opportzmistic ~i?fectioiz juga terjadi pada pasien setelah menjalani operasi besar, dan karena berbagai penyakit seperti leukimia, kanker stadium akhir, dan diabetes mellitus yang parah Infeksi tersebut susah disembuhkan karena lemahnya pertahanan tubuh pasien dan pada beberapa kasus bisa berakibat fatal. Ada dua jenis rute infeksi yang melalui usus. Pertama karena bakteri patogen yang berasal dari luar tubuh masuk ke dalam usus misalnya dari kontaminan makanan dan air. Yang lainnya disebabkan oleh bakteri yang mengkolonisasi usus yang menginvasi pembuluh darah atau saluran limfa dan masuk pada jaringan yang lain sehingga mengakibatkan infeksi seperti pneumoniae, meningitis, peritonitis, cholangitis, pembengkakan otak, hati atau ginjal dan septikemia. Pada tubuh yang sehat mukosa usus befingsi sebagai barier yang mencegah penetrasi bakteri. dan meskipun bakteri berpenetrasi, mekanisme pertahanan tubuh segera membunuhnya Pada kasus penyakit kanker ulser atau enteritis, bakteri usus dapat dengan mudah berinvasi ke dalam pembuluh darah dan menyebabkan infeksi. Oyl,ort~n~i.stic i~?fkctionyang disebabkan karena bakteri usus semakin meningkat karena meningkatnya bakteri yang resisten terhadap antibiotik akibat penggunaan antibiotik yang berlebihan serta semakin banyaknya digunakan senyawa kemoterapi untuk pengobatan kanker (Mitsuoka 1978 ; Yuguchi et 01. dalam Nakazawa dan Hosono, 1992) Pengaruh Probiotik terhadap Mikroflora Usus Flora normal pada usus manusia memiliki hngsi perlindungan yang penting Bakteri asam laktat menekan bakteri dan virus, menstimulir daya tahan lokal dan sistemik serta merubah aktivitas metabolik mikroba dalam usus Kemampuan mikroba probiotik bakteri asam laktat untuk menekan pertumbuhan patogen disebabkan karena kemampuannya untuk memproduksi senyawa antimikroba seperti asam laktat, peroksida, dan bakteriosin. Selain itu bakteri probiotik juga menekan bakteri patogen karena terjadinya kompetisi sisi penempelan, peningkatan produksi lendirlmukus usus dan kompetisi nutrisi (Salminen dan Wright 1993) Penggunaan bakteri probiotik sebagai bahan pangan memberikan beberapa keuntungan pada sistem pencernaan Saiah satu keuntungan tersebut adaiah membantu mengendalikan mikroorganisme patogen di dalam saluran pencernaan. Hasil beberapa penelitian mengungkapkan bahwa konsumsi susu yang mengandung bakteri asam laktat berpengaruh terhadap mikroflora pada feses manusia maupun hewan percobaan (Alkalin et al. 1997; Danielson et a1. 1989; Gilliland et al. 1978; Hosoda et al. 1996) seperti yang tercantum pada Tabel 4 Pada penelitian-penelit ian tersebut digunakan I,. ~~c~Ckopililr~.rsebagai kultur probiotik, yang diberikan kepada manusia atau hewan percobaan dengan makanan pembawa berupa susu atau produk olahannya seperti susu fermentasi dan yogurt. Hasil penelitian secara umum adalah bahwa konsumsi probiotik menyebabkan peningkatan jumlah bakteri yang menguntungkan seperti laktobasili dan bifidobakteria, dan menekan jumlah bakteri usus yang berpotensi sebagai patogen seperti bakteri koliform dan enrerobacteriaceae. Struktur dan Metabolisme Kolesterol dalam Tubuh Kolesterol adalah sterol yang terdiri atas struktun: cincin dasar dengan nama nukleus siklopentanoperhidrofenantren. Senyawa kolesterol diturunkan dari struktur tersebut dengan meliputi sebuah ikatan tak jenuh antara atom karbon ke-5-6 dan sebuah gugus hidroksil bebas pada posisi atom karbon ketiga (Gambar 5) (Mathews dan van Holde 1996). Kolesterol dan senyawa tumnannya adalah komponen dari plasma lipoprotein pada membran sel sebelah luar (Lehninger 1982), selain itu kolesterol juga berperan sebagai prekursor dari pengeluaran asam empedu yang disintesa dalam hati dan berhngsi untuk menyerap trigliserida (triasilgliserol) dan vitamin yang iarut dalam lemak dari makanan, serta sebagai prekursor dari pembentukan hormon steroid, estrogen dan testoteron (Muchtadi eta/. 1993). Kolesterol disintesis dalam beberapa jaringan tubuh manusia, tetapi hati merupakan sumber sintesis kolesterol plasma yang utama. Pada usus juga terjadi sintesis dan merupakan tempat penyerapan kolesterol ke dalam darah. Sumber utama kolesteroi Tabel 4. Hasil-hasil penelitian pengaruh susu fermentasi terhadap mikroflora feses 1 Obyek Perlakuan Mikroflora fcses yang diamati Pcrcobaan fakultatif pada MRSA yang Hcwan: lnencit Yoghurt dan --$-Lactobasili aci&philu.s - yogurt diasamkan - CO1/ A - Kolifonn pnda VRBA - acrobik/ B Pcngijinn fcses pa& hari kc-0, 14, 28, 42 dan 56 dewasa dan 56 l~ari Manusia: Iaki- Pcmbcrian s~xsu g . difermentasi L,. acrlaki dewasa dopl?rlus selama 7 hari (3x100 gr susu fcrmentasi / hari) Manusia: laki- Pcmberiam susu yang mcngandung I, rrc~tkllaki dcwasa ph11u.s (LA) (sehari 470 1111 dgn bebrp konsentrasi LA 2x lo7 (x) : 8x10"~) . 5x 1o6 (z) pcr ml) . - I Hasil (jumlah koloni = log CFUtgr) / Sumber : 28 . -5L6 k a l i n et Pada hari kc: 0 A Kontrol 8.1 7.0 8 a/. 1997 Yogurt 8.1 8.3 Yog-acido 8.1 9: 1 B Kontrol 7,4 7.5 7,5 Yogurt 7.4 7.0 6.8 Yog-acido 7,4 6.9 6.7 28 : 56 Daniclson Hari kc: pada Lactobacllli Sclcction et al. 1989 Lactobacilli Bile Agar -Kontrol = 9.7 9.7 (VRBA) -Yoghurt-acido = 10.1 10.2 Koliform -Kontrol = 7,45 7.3 -Yoghurt-acido = 6.24 6.2 Berbagai mikroflora fcses yaitu: scbel~~msetelah Hosoda et -Entcrobateriaceac.E~iterococcusspp pada -Enterobacteriaceae 7.3 7.2 nl 1096 tqpticase soy blood agar, -Bifidobacteria 9,2 9.9 -Bifidobacterium spp pada Bifido bac-Lactobacilli 6.4 7.6 terium selection agar, -Lactobacillus pada (LBSA). anaerobik - Koliforni pada VRBA 1 A Mikroba Waktu UJI Gilliland ct (71 1978 Scbclum Selnmn Sctclal~ - L,actobacllli fakultnt~f~>:lclaLBSA- C 0 2 /B A Kontrol 6.5 6.3 6.5 - Laktobasili reslsten terhadap gasm (s) 68 6.9 5.5 empedu pada LBSA inengandung tau(y) 8.0 7.5 7.3 rocl~olate/ C B Kontrol 5,7 5.8 5.5 Pengu-jian dilakukan scbclum pcrlakuan (s) 5.1 6.6 5.5 (1 1 hari), selama pcrlakuan (5 1 hari) (y) 4.9 7.9 6.6 dan setelah perlakuan (13 hari) C(4 3.4 5.2 3,9 I pada usus adalah hasil sintesis u'c nol3o dari sterol. Pada beberapa spesies binatang, sel mukosa usus mensekresi kolesterol secara langsung ke dalam lumen. Pada manusia, kolesterol yang disintesis oleh sel usus di bawa ke dalam usus kecil melalui pengelupasan atau eksfoliasi sel usus. Sun~bertambahan kolesterol pada usus berasal dari empedu yang disekresikan dan dari makanan yang dikonsumsi (Bergan 1984). Garnbar 5. Struktur kolesterol (Mathews dan van Holde 1996) Kolesterol yang disintesa diubah menjadi jaringan, hormon dan vitamin yang kemudian beredar ke dalam tubuh melalui darah. Tetapi ada sebagian kolesterol yang kembali ke hati untuk diubah men-iadi asam dan garam empedu Dalam keadaan normal bila terjadi gangguan dalam daiam konsumsi kolesterol, maka akan berlangsung mekanisme untuk mempertahankan keseimbangan kolesterol dengan semua faktor sebagai mekanisme pertahanan (Sitepoe 1992). Kolesterol dalam sirkulasi berikatan dengan lipoprotein. Lipoprotein plasma. berdasarkan densitasnya yang menunjukkan kandungan bersangkutan, digolongkan menjadi very /OM# lipida molekul yang density liyoproferw (VLDL), lipoproteirl (LDL ) dan high derzsity lipoprotein (HDL). / O M #desisr?i Jali~rutama ekskresi kolesterol meliputi pengubahan oleh hati menjadi asam empedu yaitu asam kholat dan senodeoksikolat yang berikatan dengan glisin atau taurin rnembentuk garam empedu Antara 750 sampai 1.250 mg kolesterol dikosongkan ke dalam usus kecil manusia setiap harinya (Corzo dan Gilliland 1999). Jalur minor pembuangan kolesterol melalui sintesis hormon steroid (40 mglhari), urin (lmghari) dan sekitar 50 mg/hari melalui keringat atau hilang melalui rambut dan kulit (Muchtadi 1993). Pengaruh Probiotik terhadap Kolesterol Serum Darah Beberapa penelitian melaporkan bahwa semakin tinggi level kolesterol serum pada manusia semakin besar peluangnya untuk berkembang menjadi penyakit jantung koroner (Le\;y 1981, Kannel el af. 1984, Lipid Research Clinic Program 1984) Hal tersebut menyebabkan banyaknya penelitian tentang reduksi kolesterol serum darah untuk mencegah terjadinya penyakit jantung diantaranya adalah penelitian aktivitas hipokolesterolemik spesies bakteri asam laktat. Pengaruh hipokolesterolemik bakteri asam laktat diduga disebabkan oleh kemampuannya untuk mendekonjugasi garam empedu dan mengasimilasi kolesterol. Bakteri asam laktat mampu mendekonjugasi asam empedu pada saluran usus. Dekonjugasi asam empedu mungkin membantu menurunkan kolesterol serum darah karena asam empedu terdekonjugasi diekskresikan lebih cepat dibandingkan asam empedu yang terkonjugasi, sehinggga lebih banyak kolesterol yang disintesa menjadi asam empedu untuk menggantikan yang hilang, dengan demikian jumlah kolesterol yang tersedia untuk diserap ke dalam tubuh menjadi berkurang (Gilliland dan Speck 1977) Asam empedu terdekonjilgasi juga lebih mudah menempel pada sel bakteri atau serat makanan dibandingkan dengan asam empedu terkonjugasi, sehingga jumlah asam empedu yang diekskresikan meningkat. Selain itu asam empedu terdekonjugasi juga tidak berhngsi sebaik asam empedu terkonjugasi untuk mengabsorpsi kolesterol dalam usus (Usman dan Hosono 1999). Keuntungan lain dari dekonjugasi garam empedu adalah sebagai kontrol ekologi mikroorganisme pada saluran intestinal. Asam empedu yang terdekonjugasi bersifat lebih menghambat bakteri dibandingkan dengan yans terkonjugasi. Oleh karena itu dekonjugasi asam lemak mungkin meningkatkan aksi antagonis laktobasili pada intestinal terhadap bakteri patogen yang ada di usus, sehingga membantu mempertahankan keseimbangan diantara spesies pang ada dalam saluran usus (Gilliland dan Speck 1977) Keuntungan mendekonjugasi asam empedu bagi mikroorganisme tidak jelas Kebanyakan hasil dekonjugasi tidak didegradasi lebih lanjut. Pada dekonjugasi garam empedu taurokolat dan glikokolat, kolat tidak dimetabolisme lebih lanjut sehingga organisme tidak menggunakan g u m s steroid dari metabolisme senyawa tersebut Diduga dekonjugasi garam empedu yang dilakukan L. acrdophz/z~.sdisebabkan oleh adanya aksi sistem enzim yang mempunyai fungsi lain daiam sel bakteri (Giiiiiand dan Speck 1977) Kemampuan asimilasi kolesterol bakteri asam laktat pertama kali ditunjukkan oleh beberapa galur L. acidophilus yang diteliti oleh Gilliland et al. (1985). Kemampuan tersebut ditunjukkan dengan terjadinya penurunan konsentrasi kolesterol pada medium pertumbuhannya karena kolesterol tersebut diasimilasi atau diambil oleh sel bakteri Pengambilan kolesterol ini terjadi hanya jika kultur ditumbuhkan secara anaerobik dengan adanya garam einpedu pada medium pertumbuhanrijla. Jumlah garam empedu yang dibutuhkan agar kultur mampu mengambil kolesterol dari medium pertumbuhan setara dengan jumlah yang secara normal terdapat pada usus. Jadi kondisi yang dibutuhkan pada sistem in vitro untuk pengambilan kolesterol oleh bakteri asam laktat juga diperkirakan menyerupai kondisi di dalam saluran usus. Kolesterol tidak sematamata mengendap dari medium pertumbuhan selama inkubasi dan karenanya dihilangkan selama sentrifugasi sel, sebab tidak terjadi pengurangan kolesterol pada sel yang ditumbuhkan pada media cair tanpa adanya oxgal Aktivitas bakteri asam laktat mengambil kolesterol pada saluran pencernaan mempunyai pengaruh positif karena kolesterol menjadi tidak tersedia untuk diserap ke dalam tubuh sehingga akan menurunkan konsentrasi kolesterol yang beredar dalam pembuluh darah Hal tersebut berimplikasi menurunkan terjadinya penyakit degeneratif pada orang-orang yang menderita hiperkolesteroiemia. Beberapa penelitian yang telah dilakukan membuktikan adanya aktivitas asimilasi oleh bakteri asam laktat (Gilliland et a/. 1985; Noh et a/. 1997; Ngatirah 2000; Usman dan Hosono 1999) seperti yang tercantum pada Tabel 5. Pada penelitian-penelitian tersebut diuji kemampuan bakteri asam laktat berupa kultur murni dalam media cair maupun dalam bentuk susu yang difermentasi oleh bakteri asam laktat. Bakteri asam laktat yang digunakan adalah galur-galur dari spesies L. acidophilirs (Gilliland et al. 1985; Buck dan Gilliland 1994), Lacfobacillz~sgnsseri (Usman dan Hosono 1999a) serta berbagai spesies lain yaitu L. yla~~farum, L. sake, Tabel 5. Hasil-hasil penelitian uji asimilasi kolesterol 10 ml MRSB yang mengandung 0,5% oxgall Jumlah & Jenis Jumlah & Sumber Kolesterol Komposisi Media Sumber 1% I 1 konsentrasi kolesterol. 4,19 dan 6,72 per ml 10 tnl MRSB yang 1 ml misel kolesterol-fosfati- 1% kultur dari galur L. Selisih kolesterol yz terdeteksi pd aci~lopliilrt.~ yang diiso- kontrol dgn media yg diinokulasi mengandung 0,2% dilkolin lasi dar-i feses manusia (kolesterol yang diasirnilaqi) : 20,5 sodium thioglikolat dab 0,3% oxgall pg/ml-83 ~lglnll 1 ml misel kolesterol-fosfati- 1% kultur L.acidcq?hilrr.s Kolesterol yang diasimilasi : 48 pg/ml Idem no. 2 dil kolin Misel kolesterol-fosfatidil ko- 1% (100p 1) susu fermen- Kolesterol yang diasimilasi : 46.95% Idem no. 2 35,89% lin yg mengandung kolesterol tasi I,. acidophilr~.s % asimilasi = 100-[(blc) x 1 001 100pg/ml B: kolesterol (pg) yang terdeteksi pada media + sampel susu yang diinokulasi C: kolesterol (pg) yang terdeteksi pada media kontrol (susu tidak diinokulasi) 0,1% (0,l gr1100 ml) koles- 1% ( 1 00p1) kultur dari Kolesterol yang diasimilasi = 19,9650 Idem no. 2 terol murni berbagai spesies BAL pglml - 42,6847 pglml (2% - 4,27%) Buck dan Gilliland 1994 Usman dan Hosono 1999 Streplococc~r.~ sp. dan E?lterococc~r.ssp. (Ngatirah ef a/. 2000). Pengujian dilakukan dengan melakukan inkubasi bakteri asam laktat dalam media yang mengandung kolesterol, dan dalam media tanpa kolesterol digunakan sebagai kontrol. Sumber kolesterol yang digunakan bervariasi baik berupa kolesterol murni, fraksi serum I'nezmloniae Like Orgarlisrn maupun misel kolesterol fosfatidilkolin Aktivitas asimilasi diamati dengan membandingkan jumlah kolesterol yang tersisa pada media dengan bakteri asam laktat dan kontrol. Hasil penelitian menunjukkan bahwa galur-galur yang diuji mempunyai aktivitas untuk mengasimilasi kolesterol dengan derajat yang bervariasi dengan kisaran antara 4,2-83,O mg/ml. Menurut hasil penelitian Noh ef al. (1997), pada asimilasi kolesterol oleh L. ncidophrl~r.~, diduga bahwa terjadi penggabungan kolesterol pada membran seluler bakteri tersebut, sebab sel bakteri yang ditumbuhkan dengan adanya oxgal dan misel kolesterol lebih tahan terhadap lisis karena sonikasi. Dugaan itu juga diperkuat dengan pengamatan bahwa pada sel L. acidophrl~rsyang ditumbuhkan pada media yang mengandung asam empedu dan kolesterol terjadi perubahan pada dinding selnya yang ditunjukkan dengan hasil yang tidak seluruhnya gram positif pada pengecatan dan pengamatan mikroskopis. Dari penelitian itu juga didapatkan fakta bahwa jumlah kolesterol yang terdapat dalam fraksi membran sel L. acidophilris tidak sebesar total kolesterol yang diasimilasi oleh bakteri. Diduga bahwa sebagian dari kolesterol mungkin hilang selama proses isolasi, dan sebagian lagi munzkin masuk dan bergabung dengan sel dan bukan dengan membran sel. Ketnampuan bakteri asam laktat untuk menurunkan kolesterol serum darah manusia maupun hewan percobaan telah dibuktikan oleh sejunllah penelitian (Harrison dan Peat 1975, Grunewald 1982; Gililand et a/. 1985; Danielson el trl. 1989; Rodas el a/. 1996; Alkalin et al. 1997) seperti yang tercantum pada Tabel 6. penelitian tersebut galur bakteri yang Pada penelitian- digunakan dari spesies L. acidophil~t.~, yang diberikan dalam bentuk susu fermentasi, yogurt maupun susu non fermentasi yang mengandung sel hidup bakteri tersebut. Hewan pescobaan yang digunakan adalah tikus dan mencit (Grunewald 1982; Alkalin,1997), serta babi (Gilliland el nl. 1985 ; Danielson et al. 1989; Rodas et al. 1996). Hasil dari penelitian-penelitian tersebut menunjukkan bahwa bakteri asam laktat mampu menyebabkan penurunan kolesterol serum darah hewan percobaan sebesar 62% - 3 1%.