2.4 Daya tahan dan resistensi antibiotik pada biofilm Resistensi antibiotik merupakan salah satu faktor penting penyebab terjadinya kronisitas infeksi. Infeksi yang disertai adanya bakteri biofilm 10-1000 kali lebih resisten terhadap antibiotik dibandingkan infeksi bakteri planktonik tanpa pertumbuhan biofilm (Edward and Novianti, 2015). Pembentukan biofilm membuat daya tahan hidup mikroorganisme menjadi lebih panjang dan pertumbuhannya menjadi lebih baik. Bakteri di dalam biofilm memiliki strategi molekuler untuk melindungi sel mereka dari lingkungan yang tidak menguntungkan. Resistensi biofilm pada pemberian antibiotik diduga melalui berbagai mekanisme antara lain terhambatnya penetrasi antimikroba akibat interaksi matriks biofilm dengan antibiotik. Perubahan gen fenotip mampu memproduksi sel persisten yang toleran terhadap berbagai antibiotik. Perlambatan laju pertumbuhan dan perubahan lingkungan mikro yang rendah nutrisi menyebabkan antibiotik tidak dapat efektif bekerja pada kondisi tersebut (Gambar 3). Matriks eksopolosakarida yang dibentuk oleh biofilm menghambat penetrasi antimikroba ke dalam biofilm. Antibiotik akan melewati barier lapisan lendir yang tebal pada permukaan biofilm. Matriks eksopolisakarida pada biofilm memiliki peran sebagai barrier difusi dan secara aktif berikatan dengan antibiotik. Antibiotik mengalami netralisasi dan terdilusi sehingga konsentrasi antibiotik berkurang sebelum mencapai sel mikroba dalam biofilm. (Edward and Novianti, 2015) Gambar 3. Mekanisme resistensi antibiotik pada biofilm (Abebe, 2020) Penurunan laju pertumbuhan bakteri akibat perbedaan konsentrasi oksigen dan nutrisi menyebabkan antibiotik tidak dapat bekerja menghentikan pertumbuhan bakteri. Mikroba dalam biofilm mayoritas berada pada kondisi yang dorman dan tidak melakukan aktifitas pertumbuhan dan metabolik. Keadaan ini dilakukan karena jumlah nutrisi dan oksigen yang terbatas. Beberapa jenis antimikroba memerlukan adanya aktifitas seluler dari mikroba tersebut untuk dapat efektif sebagai bakterisidal karena bekerja dengan cara mengganggu aktifitas mikroba. Oleh karena itu pemberian antibiotik pada biofilm dapat menjadi resisten. (Edward and Novianti, 2015) Bakteri biofilm memiliki kemampuan untuk menyebarkan fenotip resistensi antibiotik dengan cara transfer materi genetik antar spesies melalui quorum sensing. Peluang terjadinya mutasi pada bakteri biofilm yang tinggi memungkinkan untuk berkembang membentuk mekanisme resistensi seperti memproduksi enzim yang menonaktifkan antibiotik atau kemampuan mengeluarkan antibiotik dengan regulasi pompa efluks. Bakteri dalam biofilm menghasilkan sel persisten yang dapat merubah aktivitas metaboliknya untuk menghindari efek antibiotik dan bahkan memiliki kemampuan untuk itu bertahan dalam antibiotik konsentrasi tinggi. (Abebe, 2020) Kepadatan bakteri yang tinggi dalam populasi biofilm merupakan kondisi yang efisien untuk terjadinya transfer gen resistensi dan virulensi secara horizontal. Jumlah mikroorganisme dalam matriks yang padat menyebabkan kontak erat antar jenis mikroorganisme satu dengan lainnya sehingga memungkinkan mereka untuk bertukar gen hingga akhirnya seluruh komunitas memiliki gen yang resisten. (Abebe, 2020) Mekanisme resistensi antibiotik Matriks pada biofilm memiliki muatan listrik negatif yang akan melindungi bakteri dari antibiotik yang bermuatan listrik positif. Matriks dapat menghambat pengeluaran substansi bakterisid dan mendegradasi antibiotik. Selain itu matriks juga memiliki mekanisme pertahanan yang efektif melawan lisozim dan sistem komplemen. (Edward and Novianti, 2015) Bakteri planktonik pada umumnya menstimulasi pembentukan antibodi sebagai mekanisme pertahanan tubuh. Pembentukan barier pada biofilm menyebabkan antibodi tidak efektif untuk membunuh bakteri. Antibodi yang inaktif dan deaktivasi antibiotik menyebabkan peningkatan resistensi. (Edward and Novianti, 2015) (Abebe, 2020) Hal ini disebabkan oleh proses multifaktorial antara lain : 1. perubahan lingkungan mikro dan berkurangnya angka pertumbuhan, Matriks pada biofilm memiliki muatan listrik negatif yang akan melindungi bakteri dari antibiotik yang bermuatan listrik positif. Matriks dapat menghambat pengeluaran substansi bakterisid dan mendegradasi antibiotik. Selain itu matriks juga memiliki mekanisme pertahanan yang efektif melawan lisozim dan sistem komplemen. (Edward and Novianti, 2015) 2. perubahan ekspresi genetik dan adanya sel yang bersifat persisten. (Edward and Novianti, 2015) Fase lambat pertumbuhan sel merupakan faktor protektif bagi biofilm. Pada fase lambat pertumbuhan sel beberapa antibiotik dapat masuk ke dalam sel bakteri tetapi antibiotik hanya bekerja pada fase cepat pertumbuhan sel. Adanya sel persisten juga berperan dalam resistensi antibiotik. Sel persisten merupakan subpopulasi yang terdapat di dalam biofilm. Sel persisten tetap mampu bertahan pada pemberian antibiotik yang bersifat menghambat pertumbuhannya. Mekanisme lain yang diduga sebagai penyebab resistensi biofilm terhadap antibiotik adalah induksi fenotip biofilm, regulasi quorum sensing dan mutasi biofilm. (Edward and Novianti, 2015) Faktor yang menyebabkan resistensi antibiotik terhadap bakteri biofilm antara lain a. matriks polimer yang dibentuk biofilm membatasi proses difusi antibiotik. b. matriks polimer yang berinteraksi dengan antibiotik menurunkan aktivitasnya sebagai bakterisidal c. resistensi yang dimediasi oleh enzim seperti β-laktamase d. perubahan aktivitas metabolisme di dalam biofilm e. perubahan genetik pada sel target f. ekstrusi antibiotik menggunakan pompa limbah dan g. adanya struktur membran luar, seperti pada Gramnegatif bakteri. Mekanisme ini sangat berperan dalam resistensi antibiotik dan kelangsungan hidup bakteri biofilm. (Abebe, 2020)
