tinjauan pustaka

TINJAUAN PUSTAKA
Virus Avian Influenza
Virus influenza terdiri dari beberapa tipe yaitu tipe A, tipe B dan tipe C.
Virus tipe A menyerang hewan, tetapi dapat menyebabkan epidemik pada
manusia. Sementara virus tipe B dan C tidak menyerang hewan, hanya
menyerang manusia (Soejoedono & Handharyani 2005). Pengelompokan virus
Influenza menjadi A, B dan C berdasarkan perbedaan nukleoprotein (NP) dan
matrix proteinnya (M) (Harder & Werner 2006). Nukleoprotein dan matrix
protein berperan pada pembentukan kapsid dan amplop viral (Pelczar & Chan
1986).
Avian Influenza (AI), disebut juga sebagai flu burung, fowl pest, fowl plaque
atau avian flu adalah suatu penyakit infeksius yang menyerang unggas dan
disebabkan oleh virus Influenza tipe A. Spesies burung sangat rentan terinfeksi
virus Influenza A dan unggas air diduga sebagai reservoir utama dari virus ini.
Virus ini termasuk famili Orthomyxoviridae yang berukuran 80-120 nm.
Berdasarkan
hemaglutinin
(H)
dan
neuroaminidase
(N)
pada
amplop
(pembungkus luar virus) maka virus influenza ini dapat ditentukan subtipenya.
Hingga saat ini sudah dikenal ada 16 macam H antigen, yaitu H1 hingga H16, dan
sembilan N antigen, yaitu N1 hingga N9. Serotipe H16 diisolasi dari burung
camar berkepala hitam (black headed gull) yang ditemukan di Swedia dan
Belanda pada Tahun 1999, dipublikasikan pertama kali oleh Fouchier et al.
(2005). AI dibagi menjadi dua bentuk yaitu Highly pathogenic avian influenza
(HPAI) dan Low pathogenic avian influenza (LPAI). Infeksi virus AI yang sangat
virulen dan mengakibatkan penyakit bersifat akut berasal dari subtipe H5 dan H7,
tetapi banyak juga ditemukan isolat asal burung dari subtipe H5 dan H7 yang
B
B
B
memiliki sifat virulensi rendah terhadap peternakan ayam (OIE 2000).
Virus influenza adalah partikel berselubung berbentuk bundar atau bulat
panjang, mengandung genom RNA rangkaian tunggal dengan jumlah lipatan
tersegmentasi sampai mencapai 8 segmen dan berpolaritas negatif. Virus ini relatif
tidak stabil dalam lingkungan. Virus cepat mengalami inaktivasi ketika terjadi
perubahan pH atau kondisi nonisotonik, suhu (panas), dan kekeringan (Perez et al.
2005). Telah dibuktikan bahwa suspensi virus dalam air mampu mempertahankan
daya penularannya selama lebih dari 100 hari pada suhu 17°C. Di bawah minus
50°C virus dapat bertahan untuk waktu yang tidak terbatas.
Virus ini menginfeksi berbagai spesies hewan, termasuk ayam, ayam
mutiara, puyuh, burung merak, angsa dan itik, babi, kuda, singa laut serta pada
berbagai unggas air seperti itik, bebek, angsa dan burung camar. Selain itu juga
ditemukan pada burung peliharaan seperti burung beo, parkit, kakaktua, elang,
nuri. Di Indonesia, pernah terdeteksi H4N2 pada burung nuri (Dybing et al. 2000;
Tabbu 2001). Unggas air, burung camar dan burung-burung pantai diperkirakan
sebagai reservoir original. Burung yang terinfeksi biasanya tidak menunjukkan
gejala penyakit. Hampir semua virus AI lebih suka bereplikasi dalam saluran
pencernaan bebek liar, kemudian diekskresikan tingkat tinggi di dalam feces, dan
disebarkan melalui rute oral-fecal. Selanjutnya virus influenza A biasanya
menyebar ke spesies unggas lain dan hospes mamalia, termasuk manusia. (SturmRamirez et al. 2004). Selain pada saluran pencernaan, virus juga bereplikasi pada
saluran pernafasan (Tabbu 2001).
Hulse-Post et al. (2005) berpendapat bahwa itik piara telah menjadi
pembawa virus H5N1. Ini berarti itik piara yang hidup lepas diantara pemukiman
penduduk dapat membawa virus H5N1 yang mematikan tersebut tanpa sakit atau
muncul gejala klinis (Soeharsono 2006).
Morfologi Virus
Virion virus berbentuk spheric dengan diameter berukuran 80-120 nm.
Permukaan virion diselubungi dengan duri-duri proyektil yang berdekatan dengan
panjang duri 10 - 12 nm. Nukleokapsid berbentuk helix dan terdapat di dalam
amplop virus. Bentuk duri HA adalah trimer bentuk tangkai dan bentuk duri NA
adalah tetramer bentuk jamur (Easterday et al. 1997). Membran glikoprotein HA
berfungsi sebagai binding receptor pada sialyloligosaccharide dan fusi membran
glikoprotein pada pintu masuk sel, sedangkan membran glikoprotein NA
berfungsi sebagai enzim penghancur reseptor pada pelepasan virus (Ha et al.
2002). Antibodi melawan HA sangat penting dalam proses netralisasi virus dan
perlindungan terhadap infeksi virus, aktivitas enzim Neuraminidase bertanggung
jawab pada pelepasan virus baru dari sel melalui aktivitasnya pada reseptor asam
neuraminik. Antibodi terhadap NA juga sangat penting dalam perlindungan,
terutama dengan mencegah penyebaran virus dari sel yang terinfeksi (Easterday et
al. 1997).
Genom dari virus ini berbentuk untai tunggal, bersegmen, masing-masing
segmennya ada dalam nucleocapsid yang terpisah. Segmen virus ada delapan
buah segmen berupa negative-sense single-stranded RNA, yang memungkinkan
untuk terjadinya genetic reassortment pada suatu sel yang mengalami infeksi
campuran oleh lebih dari satu virus dan akan menghasilkan sejumlah strain baru
yang berbeda dari strain asalnya. Negative-sense single-stranded RNA ini harus
membawa sebuah RNA dependent RNA polymerase (RdRp) pada virionnya karena
tidak disediakan oleh hospes. Berbeda dengan virus RNA positif sense, dimana
genomnya dapat langsung diterjemahkan dan tidak membutuhkan enzim
tranciptase dalam virionnya. Genom tersebut terdiri dari 10 gen pengkode protein
yang berbeda, yaitu delapan protein struktural dan dua protein non-struktural.
Kesepuluh genome pengkode tersebut terdiri dari tiga protein transkriptase yaitu
PB1, PB2 dan PA, dua glycoprotein permukaan yaitu hemagglutinin (HA) dan
neuraminidase (NA), dua protein matrix M1 dan M2, satu protein nucleocapsid
(NP), dan dua protein non-struktural NS1 dan NS2. Amplop glikoprotein dari
virus influenza A, HA dan NA tersebar di permukaan virion membentuk struktur
khas “spike-shaped”. Variasi antigenik pada glycoprotein tersebut dipakai untuk
menentukan subtipe virus influenza A (Gambar 2).
Gambar 2. Struktur genetik virus avian influenza (Burnham Institute)
Siklus Replikasi Virus
Replikasi virus dimulai dengan adsorbsi virus ke reseptor glikoprotein yang
mengandung asam sialik pada permukaan sel (Gambar 3). Virus kemudian
memasuki sel dengan jalan endositosis melalui reseptor. Pembukaan terhadap pH
rendah
dalam
endosome,
menghasilkan
perubahan
konformasi
dalam
hemaglutinin, yang memperantarai fusi membran. Nukleokapsid kemudian
memasuki sitoplasma dan migrasi ke nukleus. Virus influenza menggunakan
mekanisme yang unik untuk menginisiasi transkripsi menggunakan viral
transkriptase. Enam mRNA monosistronik dihasilkan dan ditranslasi menjadi HA,
NA, NP dan tiga polimerase (PB1, PB2, dan PA). Melalui pembelahan mRNA
untuk gen NS dan M masing-masing menjadi dua mRNA, yang ditranslasi dalam
reading frame berbeda dan menghasilkan protein NS1, NS2, M1 dan M2.
Hemaglutinin dan neuraminiase diglikosilasi dalam retikulum endoplasma kasar,
dilengkapi di golgi, ditransportasikan ke permukaan dan melekat pada membran
sel (Easterday et al. 1997).
Syarat penting HA adalah pembelahan oleh protease sel hospes menjadi
HA1 dan HA2 yang dihubungkan dengan ikatan disulfida. Pembelahan dibutuhkan
B
B
B
B
untuk dihasilkannya virus yang infeksius. Setelah produksi dan pemasangan
protein viral dan RNA, virus keluar sel dengan jalan menguncup dari membran
plasma (Easterday et al. 1997).
Gambar 3.
Replikasi virus Influenza tipe A (http://www. cbi.nlm nih.gov/
htbinpost/Entrez/query?uid=9927579&Form=6&db=m&Dopt=b)
Variasi Antigenik
Diversitas antigenik virus influenza tipe A tampak terutama pada
glikoporitein permukaan (Perez et al. 2005). Determinan antigenik utama dari
virus influenza A dan B adalah glikoprotein transmembran hemaglutinin (H atau
HA) dan neuraminidase (N atau NA), yang mampu memicu terjadinya respon
imun dan respon yang spesifik terhadap subtipe virus. Respon ini sepenuhnya
bersifat protektil di dalam, tapi bersifat protektil parsial pada lintas subtipe yang
berbeda. Berdasarkan sifat antigenisitas dari glikoprotein-glikoprotein tersebut,
saat ini virus influenza dikelompokkan ke dalam 16 subtipe H (H1-H16) dan 9 N
(N1-N9).
Kelompok-kelompok
tersebut
ditetapkan
berdasarkan
analisis
filogenetik terhadap nukleotida dan penetapan urutan (sequences) gen-gen HA
dan NA melalui cara deduksi asam amino (Harder et al. 2006).
Frekuensi variasi antigenik di antara virus influenza sangat tinggi dan
muncul melalui dua jalan yaitu drift dan shift. Jika determinan antigenik dari
glikoprotein HA dan NA membran dipengaruhi oleh mekanisme yang dipicu
kekebalan, proses tersebut disebut sebagai antigenic drift. Sebaliknya, antigenic
shift menunjukkan adanya perubahan mendadak dan mendalam dalam determinan
antigenik, yaitu pertukaran subtipe H dan/atau N, di dalam satu siklus tunggal
replikasi (Harder et al. 2006). Antigenik drift melibatkan perubahan minor
antigenik pada HA dan/atau NA, sedangkan antigenik shift melibatkan perubahan
antigenik mayor pada HA dan/atau NA (Easterday et al. 1997).
Mutasi dan Perubahan Antigen
Enzim RNA dependent RNA polymerase (RdRp) tidak mempunyai
mekanisme enzimatik perbaikan kesalahan replikasi, sehingga perubahan
nukleotida terjadi terus menerus. Berbeda dengan polimerase DNA yang hanya
mempunyai kesalahan 1 dari 109 basa, kesalahan replikasi oleh RdRp adalah 1
P
P
dari 104 nukleotida per siklus replikasi (review oleh Webster et al. 1992).
P
P
Substitusi titik/poin dapat dibedakan atas substitusi sinonim dan substitusi non
sinonim.
Substitusi sinonim adalah perubahan nukleotida tidak diikuti perubahan
ekspresi asam amino. Hal ini terjadi pada semua asam amino, kecuali metionin
dan triptopan yang hanya disandi oleh 1 kodon. Substitusi sinonim ini
menyebabkan kodon bias (ketidakseimbangan penggunaan kodon sinonim yang
menyandi asam amino). Kodon bias ini terlihat pada semua spesies di semua
bagian genom, baik daerah intron maupun ekson. Kodon bias tidak mengubah
fenotip produk ekspresi, sehingga kodon bias selalu ada dalam genom.
Penggunaan kodon pada gen berkorelasi dengan akurasi dan tingkat translasi.
Kodon pilihan biasanya adalah kodon dengan tRNA melimpah sehingga dapat
ditranslasi lebih cepat (Laver & Kotlar 2005; Wu & Freeland 2005).
Substitusi sinonim pada virus AI juga berkaitan dengan limpahan tRNA
(Plotkin & Dushoff 2003), tetapi karena translasi mRNA pada virus AI
menggunakan mekanisme translasi sel hospes, substitusi sinonim tersebut lebih
disebabkan oleh seleksi penyesuaian terhadap penggunaan kodon sel hospes. Hal
ini terjadi karena perbedaan penggunaan kodon antara virus dengan sel hospes
dapat mempercepat translasi protein (Garmory et al. 2003).
Substitusi nonsinonim adalah perubahan nukleotida diikuti dengan
perubahan ekspresi asam amino. Substitusi nonsinonim hanya terjadi pada bagian
tertentu dari gen yang mengalami tekanan. Semakin sering mengalami tekanan,
semakin tinggi substitusinya (Plotkin & Dushoff 2003). Adanya tekana seleksi
akan menyebabkan munculnya varian dengan tingkat efektifitas replikasi yang
tinggi (Jong et al. 2000). Tingkat perubahan asam amino virus di dalam tubuh
hospes (in vivo) lebih tinggi dibandingkan virus yang ditumbuhkan secara in vitro.
Ini menunjukkan bahwa tingginya tekanan imun berkorelasi dengan perubahan
asam amino (Nakajima et al. 2003).
Adaptasi selalu dilakukan oleh virus AI, baik adaptasi terhadap tekanan
imun maupun adaptasi pada spesies hospes baru (Voeten et al. 2000;
Taubenberger et al. 2005). Adaptasi merupakan kekuatan utama dari evolusi.
Perbedaan spesies hospes dan perbedaan tekanan menyebabkan perbedaan
kecepatan evolusi virus AI (Brown et al. 2001). Lama infeksi dan frekuensi
reinfeksi virus influenza pada manusia, menyebabkan tingginya tekanan seleksi
oleh sistem imun (Bush et al. 1999; Suzuki & Nei 2002). Kecepatan mutasi
glikoprotein HA kira-kira 2 x 10-3 nukleotida per posisi per replikasi (Webster et
P
P
al. 1992). Kecepatan mutasi HA tersebut lebih tinggi dibanding NA karena NA
bukan merupakan determinan antigenik utama dan jumlah NA pada permukaan
virion hanya 1/5 jumlah HA (Plotkin & Dushoff 2003).
Protein internal tidak berperan dalam pengikatan dengan reseptor sel hospes
dan tersembunyi dari antibodi, sehingga protein ini lebih stabil dibanding dengan
glikoprotein permukaan (Plotkin & Dushoff 2003; Berkhoff et al. 2005). Stuktur
dan fungsi protein internal juga sangat mendasar sehingga tidak menguntungkan
virus AI jika mutasi terjadi secara cepat. Hal ini menyebabkan virus AI
menghadapi konflik intragenom tentang kecepatan mutasi. Gen atau bagian
spesifik gen tertentu dalam genom tersebut mengalami seleksi positif untuk
berubah, sementara gen lain mengalami seleksi pemurnian untuk tidak berubah
(Plotkin & Dushoff 2003). Protein/regio protein yang fungsinya berkaitan erat
dengan pertahanan terhadap respon imun hospes, daya adaptasi dan patogenisitas
mempunyai tingkat substitusi nonsinonim lebih tinggi dibanding substitusi
sinonim (Plotkin & Dushoff 2003). Kecepatan substitusi nonsinonim gen sub unit
HA1 virus AI subtipe H3 sebesar 5.7 x 10-3 per posisi pertahun. Hal ini
P
P
disebabkan karena pada HA1 terdapat daerah antigenik, kantong pengikat reseptor
dan posisi glikosilasi (Bush et al. 1999).
Hanyutan Antigenik
Adaptasi terhadap tekanan imun hospes dilakukan oleh virus AI untuk
menghindar dari pengenalan dan netralisasi antibodi dan sel T sititoksik. Antibodi
netralisasi terhadap protein HA bersifat protektif melawan infeksi, sehingga
protein ini paling tinggi mengalami tekanan imun dibandingkan protein internal
(Berkhoff et al. 2005). Mekanisme virus AI untuk menghindar dari sistem imun
hospes merupakan tekanan untuk mutasi secara gradual sehingga muncul strainstrain virus baru yang secara imunologik berbeda (hanyutan antigenik) (Horimoto
& Kawaoka 2001; Munch et al. 2001; Smith et al. 2004).
Hanyutan antigenik adalah perubahan secara periodik akibat mutasi genetik
sturktur glikoprotein permukaan virus AI sehingga antibodi yang telah terbentuk
oleh tubuh akibat infeksi atau vaksinasi sebelumnya tidak dapat mengenali
keberadaan virus tersebut (Munch et al. 2001). Hanyutan antigenik berjalan
lambat namun progresif dan cenderung menimbulkan penyakit yang terbatas pada
kawasan tertentu (Tumpey et al. 2002; Swayne & Suarez 2003). Hanyutan
antigenik menuntut pembuatan vaksin selalu diperbarui mengikuti munculnya
strain baru (Plotkin et al. 2002; Smith et al 2004).
Cara Penularan
Virus dapat ditularkan antara lain melalui unggas yang tertular, unggas
carrier, peralatan kandang termasuk sepatu pekerja, alat angkut, rak telur (egg
trays), kontak dengan fomites, feces atau leleran yang mengandung virus, karkas
unggas yang mati akibat virus ini, air yang tercemar, rodensia atau hewan liar
lainnya, dan makanan yang tercemar, serta telur yang tercemar (Jeffrey 1997).
Menurut Harder et al. (2006), siklus infeksi antar unggas terjadi melalui rantai
oral-fecal, selain melalui kontak langsung dari unggas terinfeksi, air dan benda
lain yang tercemar.
Gambar 1.
Bagan patogenesis dan epidemiologi influenza unggas (Harder et al.
2006).
Menurut Newman et al. (2006), virus AI dapat ditemukan dalam air liur,
leleran hidung dan feces, unggas lain dapat tertular jika kontak dengan bahanbahan tersebut. Karakteristik virus AI antara lain : 1) Virus ini dapat bertahan
hidup dalam waktu yang lama di lingkungan dengan temperatur yang cocok; 2).
Virus dapat bertahan hidup untuk waktu yang tidak terbatas pada material yang
dibekukan; 3). Virus dapat menyebabkan infeksi melalui aerosol yang berada di
udara, yang menempel pada mulut, hidung, wajah, atau terhisap masuk ke paruparu; 4). Satu gram bahan kontaminan yang mengandung virus cukup untuk
menginfeksi satu juta unggas.
Gejala Klinis dan Lesi
Gejala klinis yang paling sering terlihat adalah gangguan pernafasan, namun
gejala lain sangat bervariasi mulai dari tidak terlihat hingga penurunan produksi
telur atau fertilitas hingga gejala syaraf. Gejala klinis unggas yang terinfeksi
bentuk HPAI adalah diare berwarna hijau, sianosis dan edema pada kepala, pial
dan jengger, lakrimasi berlebihan, sinusitis, perdarahan jaringan subkutan yang
diikuti sianosis pada kulit terutama kaki. Sinusitis tidak biasa ditemukan pada
bebek, puyuh dan kalkun. Lokasi dan tingkat keparahan pada pemeriksaan
makroskopik sangat bervariasi dan dapat ditemukan hemoragi, transudasi, dan
nekrosis pada saluran respiratorium, gastrointestinal, integumentum dan
urogenital (Fraser et al. 1991; Tabbu 2001; Darminto 2006).
Virus avian influenza (AI) subtype H5N1, highly pathogenic pada ayam,
puyuh dan kalkun serta menyebabkan mortalitas 75-100 % dalam waktu 10 hari
setelah infeksi (Perkins & Swayne 2001). Pada sebuah peternakan ayam petelur
dengan populasi 34.640 ekor, AI dapat mengakibatkan kematian sebesar 43.3 %
(Nakatani et al. 2005). Sebuah peternakan itik lokal komersial di Korea Selatan
telah mengalami kematian sampai dengan 12 % akibat infeksi virus AI. Pengujian
pada mencit yang diinokulasi dengan menggunakan isolat virus AI H5 telah
menyebabkan kematian sebesar 75-100 % pada hari ke 6-8 setelah infeksi
(Dybing et al. 2000).
Highly Pathogenic Avian Influenza adalah penyakit infeksi yang sangat luar
biasa, penyakit yang disebabkan oleh virus dan bersifat sistemik pada burung
yang menyebabkan tingginya angka kematian dan kesakitan. Perubahan pada saat
nekropsi ditemukan perubahan yang utama berupa multifokal nekrosis pada
pankreas serta pembesaran hati dan limpa (Kwon et al. 2005).
Gejala klinis yang timbul dari penyakit ini sangat bervariasi, tergantung
pada umur, jenis unggas dan faktor lingkungan. Gejala ini antara lain, mati
mendadak dengan atau sedikit gejala klinis, karakteristik infeksi saluran nafas,
lakrimasi yang berlebihan, sinusitis, odema pada kepala, kulit pada bagian yang
tidak berbulu menjadi kebiru-biruan, dan diare. Diagnosis penyakit ini tergantung
hasil isolasi virus dan uji sifat virulensi pada hospes. Diagnosis untuk tujuan
pengendalian penyakit berdasarkan sifat patogenitas secara in-vivo atau
determinasi molekulernya, adanya asam amino dasar pada lokasi cleavage site
dari hemaglutinin.
Patogenesis Virus Avian Influenza
Virus avian influenza sebagai patogen intraseluler memiliki mekanisme
untuk menghindari respon imun hospes sehingga virus dapat bertahan hidup dan
bereplikasi dalam tubuh hospes. Peningkatan kemampuan virus untuk
menghindari sistem imun hospes secara langsung berkorelasi dengan peningkatan
patogenisitas virus. Virus AI ini mempunyai berbagai mekanisme untuk
menghindar dari sistem imun bawaan dan respon imun perolehan hospes
(Coleman 2007).
Penanggulangan AI
Penyebaran virus AI secara global disebabkan oleh perdagangan unggas
dan/atau produk unggas serta pergerakan migratori unggas (Capua & Maragon
2006; Chen et al. 2006). Analisis penyebaran global virus AI di Asia
menunjukkan 9 dari 21 introduksi virus ke negara-negara Asia melalui
perdagangan unggas dan produk unggas. Burung migratori juga berperan pada
penyebaran dan introduksi virus AI subtipe H5N1 ke 3 dari 21 negara-negara di
Asia. Sementara introduksi virus AI subtipe H5N1 pada 20 dari 23 negara di
Eropa terjadi melalui migratori unggas. Di Afrika, 2 dari 8 negara mengalami
introduksi virus AI subtipe H5N1 melalui pedagangan unggas dan 3 dari 8 negara
melalui migratori unggas (Kilpatrick et al. 2006).
Tindakan penanggulangan penyakit AI dilakukan sesuai dengan status
penyakit AI yang terdapat di suatu daerah tertentu, teknologi yang diperlukan
untuk penanggulangan disesuaikan dengan tingkat penyakitnya. Jika penyakit AI
belum masuk ke dalam daerah tertentu, tindakan yang dilakukan adalah
pencegahan dan penolakan, namun jika sudah masuk dan mewabah status
penyakit dinyatakan sebagai epidemik maka tindakan penanggulangan dilakukan
adalah pengendalian wabah untuk menghentikan bertambahnya kasus AI dan
mencegah perluasan penyakit (Darminto 2006).