Terungkap! Rahasia Produksi Gas Metana Maksimal dari Kotoran Ternak: Peran Mikroba, Suhu, dan Faktor Lingkungan yang Jarang Diketahui.

RINGKASAN

Tulisan ini merangkum faktor biologis dan operasional utama yang terlibat dalam metanogenesis. Model kinetik yang menggambarkan proses fermentasi disajikan dan diterapkan sebagai titik awal dalam memahami dan mengoptimalkan proses fermentasi. Biodegradabilitas substrat, suhu fermentasi, dan konsentrasi substrat influen terbukti memiliki pengaruh yang signifikan terhadap laju produksi CH4. Tingkat produksi CH4 dari sistem fermentasi percontohan dan skala penuh yang ada diperkirakan dalam 15% menggunakan model kinetik ini.

1. INTRODUKSI

Metana (CH4) diproduksi di alam melalui dekomposisi anaerobik bahan organik. Karena bakteri adalah spesies dominan yang terlibat dalam metanogenesis, diskusi tentang prinsip-prinsip produksi CH4 ini membahas bakteri yang terlibat dalam metanogenesis dan faktor-faktor yang mempengaruhi laju produksi CH4 dan jumlah bahan organik yang dapat diubah menjadi CH4'.

 

2 MIKROBIOLOGI

Metanogenesis secara tradisional dipandang sebagai proses dua tahap - tahap pembentukan asam dan pembentukan CH4 (Kirsch dan Sykes, 1971; Torien dan Hattingh, 1969). Pada tahap pertama, bakteri pembentuk asam diduga memfermentasi bahan organik, seperti karbohidrat, lipid, dan protein menjadi format, asetat, propionat, butirat, etanol, hidrogen (H2) dan karbon dioksida (C02). Bryant (1976, 1979) dan t•1cI nerny dan Bryant (1978) mengusulkan skema tiga tahap yang mencoba untuk mensintesis lebih banyak informasi terkini tentang metanogenesis dari bahan organik. Secara umum, tahap pertama melibatkan spesies bakteri fermentatif yang, sebagai kelompok metabolisme, menghidrolisis karbohidrat kompleks, protein, dan lipid dan memfermentasi produk-produk ini menjadi asam lemak, H2, dan C02. Kelompok metabolisme kedua, yang disebut "penghasil H2". bakteri acetogenic a II menghasilkan asetat, C02 dan H2 dari asam lemak yang dihasilkan pada tahap pertama.Tahap ketiga melibatkan bakteri metanogenik yang memanfaatkan produk dari dua tahap pertama - terutama asetat, C02, dan H2 untuk menghasilkan CH4 dan C02' Baru-baru ini, tahap tambahan ditambahkan ke skema ini, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1. Kelompok metabolisme ini disebut bakteri homoacetogenic yang dilaporkan mensintesis asetat menggunakan H2, C02, dan format (Zeikus, 1979; Wolfe, 1979). dalam saluran pencernaan hewan hanya melibatkan kelompok metabolisme pertama dan pemanfaatan H2 oleh metanogen (Hungate, 1966).Bakteri asetogenik tidak terlibat secara signifikan karena waktu retensi yang singkat di ekosistem ini.Aceta te dan asam volatil lainnya terakumulasi dalam fermentasi rumen, tinja, dan usus besar dan digunakan sebagai sumber energi utama oleh hewan herbivora.

 

Sebagian besar informasi mengenai intermediet ekstraseluler penting dalam metanogenesis berasal dari studi rumen dan fermentasi lumpur limbah (Hobson et al., 1974; Hungate, 1966, Torien dan Hattingh, 1969; Wolin, 1974). Asetat merupakan prekursor penting di alam karena sekitar 70% CH4 yang dihasilkan dalam lumpur diproduksi melalui gugus metil asetat (Kugelman dan McCarty, 1965; Smith dan Mah, 1966). Mountfort dan Asher (1978) menemukan bahwa selama beberapa jam pertama setelah fermentor kotoran sapi diberi makan, hingga 90% dari CH4 yang dihasilkan berasal dari asetat. Reduksi C02 oleh H2, dan sampai batas tertentu oleh donor elektron perantara lainnya, menyumbang sisa produksi CH4. Winfrey dkk. (1977) menunjukkan bahwa H2 merupakan perantara penting dan faktor pembatas laju dalam metanogenesis sedimen danau. Format dengan cepat diubah menjadi H2 dan C02 oleh nonmetanogen atau langsung dimanfaatkan oleh metanogen (Hungate, 1966).

 

Gambar 2.1. Empat kelompok bakteri yang terlibat dalam degradasi anaerobik lengkap bahan organik.

 

Suksinat adalah zat antara ekstraseluler utama dalam rumen, yang dengan cepat didekarboksil menjadi propionat (Hungate, 1966; Scheifi nger et al., 1973). Selain asetat dan H2, propionat mungkin merupakan zat antara yang paling penting dalam metanogen pada tahun 1964c; Smith dan Mah, 1966). Kaspar dan Wuhrman (1978) menghitung bahwa 15% dari total produksi CH4 kondisi tunak berasal dari propionat. Studi kinetik definitif, seperti yang dilakukan Smith dan Mah (1966) pada asetat, belum pernah dilaporkan pada butirat atau asam rantai karbon yang lebih panjang.

 

Etanol dan laktat mungkin bukan zat antara yang penting. Organisme menghasilkan produk ini untuk membuang elektron yang dihasilkan dalam glikolisis, tetapi mereka juga menghasilkan H2' Dalam sistem alami, bakteri metanogenik yang menggunakan H2 dengan cepat menggunakan H2' yang memungkinkan bakteri fermentatif menghasilkan lebih banyak H2 dan asetat dan lebih sedikit laktat dan etanol. Jadi, dalam rumen, etanol tidak diproduksi atau digunakan, meskipun banyak spesies bakteri menghasilkan etanol dalam kultur murni (Hungate, 1966). Hanya di bawah tekanan makan tingkat substrat yang tinggi, laktat menjadi perantara penting dalam rumen. Wolin (1974, 1976) dan Bryant (1976, 1979) membahas secara rinci penelitian yang berhubungan dengan perubahan aliran elektron dalam arah produksi H2 yang disebabkan oleh interaksi metabolik metanogen dan nonmetanogen.

 

3 PERTIMBANGAN LINGKUNGAN

Faktor lingkungan mempengaruhi laju dan jumlah CH4 yang dihasilkan selama metanogenesis. Beberapa faktor lingkungan utama adalah pH, ​​alkalinitas, asam volatil, suhu, nutrisi, dan bahan beracun. Beberapa penulis telah meninjau pengaruh faktor-faktor ini pada metanogenesis (Mah et al., 1977; Wolfe, 1971; Zeikus, 1977; Hobson et al., 1974; Torien dan Hattingh, 1969; Speece dan McCarty, 1964; Kirsch dan Sykes, 1971).

 

3.1 pH

Bakteri metanogenik dan asetogenik tampaknya sensitif terhadap pH. PH, pada gilirannya, adalah fungsi dari alkalinitas bikarbonat, tekanan parsial CO2, dan konsentrasi vol ati 1 e asam. (1964a). melaporkan bahwa produksi CH4 berlangsung cukup baik selama pH dipertahankan antara 6,6 dan 7,6, dengan kisaran optimum antara 7,0 dan 7,2. Pada nilai pH di bawah 6,2, toksisitas bersifat akut. Alkali harus ditambahkan untuk menjaga pH di atas 6,6. PH yang tinggi dapat menjadi masalah dengan produksi CH4 dari kotoran hewan karena tingginya tingkat amonia yang dihasilkan pada tingkat pemuatan organik yang tinggi (Jewell et al., 1976).

 

3.2 ALKALINITAS

Alkalinitas adalah ukuran kapasitas buffer isi fermentor dan terdiri dari komponen bikarbonat, karbonat, amonia, dan hidroksida. Asam organik dan garam asam juga dapat berkontribusi pada kapasitas penyangga (Am. Public Health Assoc., 1975). (1964a) menunjukkan bahwa alkalinitas bikarbonat dalam kisaran 2,5 hingga 5,0 g CaC03/L memberikan kapasitas penyangga yang aman untuk pengolahan limbah secara anaerobik. Sievers dan Brune (1978) dan Kroeker et al. (1979) melaporkan pentingnya amonia dalam buffering fermentasi kotoran hewan. Rasio karbon: nitrogen yang relatif rendah dari kotoran hewan dilaporkan sebagai faktor utama dalam stabilitas fermentasi kotoran hewan. Amonia dilaporkan berkontribusi pada stabilitas proses dengan meningkatkan kapasitas buffer bikarbonat dan meningkatkan pH.

 

3.3 ASAM VOLATIL

McCarty dan (1961) menemukan bahwa kadar asam volatil harus tetap di bawah 2,0 g asetatelL untuk fermentasi yang efisien. Di atas tingkat ini, asam bersifat racun. Hal ini tampaknya berlaku untuk suhu termofilik juga, seperti Varel et al. (1977) melaporkan produksi CH4 yang kurang efisien dari kotoran ternak ketika tingkat asam organik naik di atas 2,0 giL. Kroeker dkk. (1979) menunjukkan toksisitas metanogenik akut pada konsentrasi asam volatil terionisasi antara 30 sampai 60 mglL sebagai asam asetat. Ini sesuai dengan konsentrasi asam volatil total antara 1,65 hingga 2,6 gil sebagai asam asetat.

 

3.4 SUHU

Suhu merupakan parameter lingkungan yang penting dalam proses fermentasi anaerobik. Laju fermentasi yang lebih cepat, pemisahan padat-cair yang lebih cepat dan minimalisasi bakteri dan virus patogen adalah beberapa manfaat yang dikaitkan dengan fermentasi termofilik (Pfeffer, 1974; Cooney dan Wise, 1975). Pfeffer (1974) menggunakan parutan sampah kota untuk menentukan suhu optimum. Optimal dalam kisaran mesofilik dan termofilik adalah 42 dan 60 ° C, masing-masing. Dia juga menyimpulkan bahwa memproduksi CH4 lebih murah pada suhu yang lebih tinggi. Sebuah periode aklimatisasi yang pasti diperlukan untuk memulai fermentasi termofilik. Buhr dan Andrews (1977) menyatakan bahwa meskipun literatur bertentangan, fluktuasi kecil pada suhu dapat menyebabkan masalah bagi fermentor termofilik. Golueke (1958) menemukan bahwa total asam volatil meningkat dengan meningkatnya suhu antara 35 dan 65 °C.

 

Meskipun laju reaksi dalam kisaran termofilik jauh lebih cepat daripada di kisaran mesofilik, sebagian besar sistem fermentasi lumpur limbah telah beroperasi di bawah kondisi mesofilik (McCarty, 1964a). Di masa lalu, kebutuhan energi untuk mempertahankan suhu termofilik dianggap berlebihan karena kandungan air yang tinggi dari lumpur limbah. Studi tentang sampah perkotaan menunjukkan bahwa suhu termofilik lebih ekonomis dan efisien untuk produksi CH4 (Pfeffer dan Liebman, 1976; Pfeffer, 1974). Hasil yang dipublikasikan dalam laporan ini menunjukkan bahwa fermentasi termofilik kotoran sapi potong lebih ekonomis daripada fermentasi mesofilik.

 

3.5 NUTRISI

Kondisi lingkungan penting lainnya adalah adanya nutrisi, seperti nitrogen, fosfor, belerang, dan nutrisi yang dibutuhkan oleh bakteri (Bryant, 1974; Bryant et al., 1971; 1964a). Kotoran hewan dan lumpur limbah kota biasanya mengandung semua nutrisi yang dibutuhkan dalam jumlah yang cukup, tetapi substrat lain mungkin tidak. Pfeffer dan Liebman (1976) menemukan bahwa sampah kota kekurangan nitrogen dan fosfor. McCarty (1964b) melaporkan bahwa unsur-unsur lain yang memiliki efek stimulasi pada konsentrasi rendah termasuk natrium, kalium, kalsium, magnesium, dan besi. Semua elemen ini dapat menunjukkan efek penghambatan pada konsentrasi yang lebih tinggi. Secara umum, bakteri yang terlibat dalam metanogenesis memiliki kebutuhan nutrisi yang sederhana dan, meskipun berbagai spesies individu mungkin memerlukan faktor pertumbuhan (misalnya, vitamin B, asam lemak, asam amino), ini dipasok oleh spesies bakteri lain (Bryant, 1974; Bryant et al., 1971).

 

Proporsi relatif nutrisi juga penting dalam metanogenesis. Hills (1979) melaporkan peningkatan 60-70% dalam hasil CH4 ketika rasio karbon:nitrogen ditingkatkan dari 8 menjadi 25 dengan menambahkan glukosa atau selulosa. Karena sebagian besar kotoran hewan memiliki rasio karbon:nitrogen antara 6 hingga 10, potensi untuk meningkatkan hasil CH4 dengan menambahkan karbon bahan aceous untuk pupuk kandang terlihat jelas. Keterbatasan praktis dari konsep ini, bagaimanapun, adalah bahwa sebagian besar sisa tanaman bahkan kurang biodegradable daripada kotoran hewan. Dengan demikian, pretreatment residu tanaman diperlukan untuk meningkatkan biodegradabilitasnya.

 

3.6 BAHAN BERACUN

Faktor lingkungan lainnya melibatkan toksisitas yang dihasilkan dari zat organik atau anorganik dalam jumlah berlebihan. Ambang batas kadar racun zat anorganik bervariasi tergantung pada apakah substrat bekerja secara tunggal atau dalam kombinasi. Kombinasi tertentu memiliki efek sinergis, sedangkan yang lain menampilkan efek antagonis 1946b; Kugelman dan 1965). Beberapa peneliti telah mengimplikasikan konsentrasi sulfat yang tinggi dalam memperlambat produksi CH4. Namun baru-baru ini, Bryant dkk. (1977) dan Winfrey dan Zeikus (1977) secara independen mengusulkan bahwa kompetisi untuk H2 yang tersedia adalah mekanisme yang menghambat sulfat dalam ekosistem alami. Bakteri pereduksi sulfat tampaknya mengais H2 yang tersedia lebih cepat daripada metanogen.

 

Penghambatan oleh amonia merupakan masalah yang signifikan dengan beberapa proses fermentasi tingkat tinggi, terutama ketika pupuk kandang yang kaya amonia dari babi dan unggas difermentasi, dan periode aklimatisasi yang tepat tidak diizinkan (Lapp et al., 1975; Stevens dan Schulte, 1979; Sievers). dan Brune, 1978; Kroeker et al., 1979; Converse et al., 1977a). fvlcCarty (1964b) melaporkan bahwa pada konsentrasi antara 1,5 dan 3,0 giL nitrogen amonia total dan pada pH lebih besar dari 7,4, amonia yang tidak terionisasi dapat menghambat metanogenesis. Pada konsentrasi di atas 3,0 giL, amonia menjadi racun terlepas dari pH. Namun, Lapp et al. (1975), Converse dkk. (1977a) dan Fischer dkk. (1979) telah melaporkan produksi CH4 stabil dengan konsentrasi amonia lebih dari 3,0 giL (2,2-8,0 giL). Kroeker dkk. (1979) menggunakan urea dan substrat asam asetat untuk menyelidiki pengaruh penghambatan amonia pada produksi CH4. Mereka menyimpulkan bahwa CH4 dihambat secara progresif karena konsentrasi nitrogen amonia meningkat di atas 2 gil; namun, toksisitas (yaitu, penghentian total produksi CH4) tidak terjadi bahkan pada konsentrasi nitrogen amonia 7,0 giL.

 

Antibiotik dan promotor pertumbuhan yang digunakan dalam ransum ternak dapat menghambat atau bahkan menghentikan metanogenesis. Turnocliff dan Custer (1978) melaporkan bahwa mengoperasikan sistem fermentasi anaerobik di mana antibiotik linkomisin digunakan mungkin sia-sia. Fischer dkk. (1978) juga melaporkan ketidakstabilan fermentor yang parah. Linkomisin digunakan dalam ransum babi untuk mengendalikan disentri. Hashimoto dkk. (1979) melaporkan bahwa chlortetracycline tidak memiliki efek merugikan pada metanogenesis, tetapi monensin hampir menggandakan waktu (dari 20 menjadi 40 hari) untuk memulai produksi CH4 dalam fermentasi batch. Namun, setelah bakteri beradaptasi dengan monensin, fermentasi berlangsung dengan kecepatan yang sebanding dengan fermentasi batch tanpa monensin.

 

Tiga mekanisme yang mungkin dapat menjelaskan adaptasi bakteri terhadap monensin atau antibiotik lainnya: a) strain bakteri mutan mengembangkan resistensi terhadap antibiotik; b) pergeseran populasi mikroba sebagai akibat dari penghambatan beberapa bakteri dan peningkatan yang lain; dan/atau c) antibiotik dinonaktifkan selama periode jeda. Chen dan Wolin (1979) memiliki bukti yang menunjukkan bahwa dua mekanisme pertama yang tercantum di atas menjelaskan peran monensin dalam rumen. Manual Teknis Rumensin (Eli Lilly Co., 1975) menunjukkan bahwa satu bagian per juta monensin dalam sampel tanah dinonaktifkan dalam 14 hari ketika diinkubasi dengan kotoran hewan, dan dalam 25 hari ketika diinkubasi tanpa kotoran. Eksperimen pemberian pupuk kandang yang mengandung monensin ke fermentor setiap hari menunjukkan fermentasi yang tidak stabil kecuali pada waktu retensi hidrolik yang sangat lama (30 sampai 40 hari) (Yarel dan Hashimoto, 1981). Penelitian lebih lanjut tentang efek antibiotik pada metanogenesis diperlukan karena antibiotik banyak digunakan dalam produksi ternak.

 

4 KINETIKA FERMENTASI

 

4.1 MODEL KINETIK

Penting untuk memahami kinetika fermentasi CH4 untuk merancang dan mengoperasikan sistem yang optimal. Beberapa model kinetik telah digunakan untuk menggambarkan proses fermentasi anaerobik. Model kinetika Monod (1950) telah diadaptasi untuk menggambarkan kinetika pencernaan anaerobik dari lumpur limbah (OIRourke, 1968; Lawrence dan McCarty, 1969; Andrews dan Pearson, 1965) dan kotoran hewan (Morris, 1976; Hill dan Barth, 1977). Keuntungan dari model tipe Monod adalah bahwa parameter kinetik (laju pertumbuhan spesifik maksimum mikroorganisme dan konstanta setengah kecepatan) memiliki konotasi deterministik yang menggambarkan proses mikroba, dan model dapat memprediksi kondisi ketika aktivitas biologis maksimum terjadi. dan ketika aktivitas berhenti (yaitu, wash-out). Kekurangan dari model Monod adalah bahwa satu set parameter kinetik tidak dapat menggambarkan proses biologis pada waktu retensi pendek dan panjang (Garrett dan Sawyer, 1952; Chiu et al., 1972a,b), dan parameter kinetik tidak dapat diperoleh untuk substrat kompleks tertentu (Pfeffer, 1974).

 

Untuk mengatasi kelemahan model Monad, berbagai bentuk model kinetik orde pertama telah digunakan (McKinney, 1962; Eckenfelder, 1963; Grau et al., 1975; Grady .et al., 1972; Pfeffer, 1974; Morris, 1976; ). Keuntungan dari model orde pertama adalah mudah digunakan dan memberikan data eksperimen yang sesuai. Kekurangannya adalah mereka tidak memprediksi kondisi untuk aktivitas biologis maksimum dan kegagalan sistem.

 

Model kinetik Contois (1959) memiliki kelebihan dan umumnya menghindari kekurangan yang melekat pada model Monod. Model Contoi diadaptasi untuk menggambarkan kinetika fermentasi CH4 sebagai berikut (Chen dan Hashimoto, 1978):

Persamaan 2.1 menyatakan bahwa untuk laju pembebanan tertentu (So/e), volume harian CH4 per volume fermentor bergantung pada biodegradabilitas bahan (Bo) dan parameter kinetik dan K.

 

4.2 HASIL METANA ULTIMATE (BO)

 

Persamaan 2.1 menunjukkan bahwa jumlah CH4 yang dihasilkan berbanding lurus dengan hasil akhir CH4 (B o)' Bo dapat ditentukan dengan dua metode: 1) memplot hasil CH4 kondisi tunak (L CH4/9 VS diumpankan) versus kebalikan dari waktu retensi dan mengekstrapolasi ke waktu retensi hidrolik tak terbatas (yaitu, l/e = 0); atau 2) menginkubasi sejumlah substrat yang diketahui sampai jumlah CH4 yang dihasilkan dapat diabaikan (fermentasi batch jangka panjang). Kedua metode ini memberikan perkiraan Bo yang serupa untuk kotoran sapi potong yang difermentasi pada suhu berkisar antara 30 hingga 65 °C pada interval 5 °C (Hashimoto et al., 1979). Tidak ada pengaruh suhu pada Bo' dan 80 rata-rata 0,32 ± 0,01 L CH4/9 VS diumpankan untuk metode kondisi tunak dan 0,328 ± 0,022 L CH4/9 VS diumpankan untuk metode batch. Untuk kotoran ternak, Bo tergantung pada spesies, ransum, umur kotoran, metode pengumpulan dan penyimpanan, dan jumlah bahan asing (seperti kotoran dan alas) yang dimasukkan ke dalam kotoran. Tabel 2.1 menunjukkan beberapa nilai Bo yang ditentukan untuk kotoran sapi potong (Hashimoto et al., 1979) .. Tabel 2.1 menunjukkan bahwa kotoran sapi yang diberi ransum biji-bijian lebih tinggi memiliki nilai Bo yang lebih besar daripada kotoran hewan yang diberi pakan serat tinggi. rasio. Ini adalah hasil yang diharapkan karena ransum yang mengandung kadar serat yang lebih tinggi akan mengandung jumlah lignin yang lebih banyak yang dikomplekskan dengan selulosa. Tabel 2.1 juga menunjukkan bahwa chlortetracycline dan monensin tidak mempengaruhi Bo' tetapi 6 sampai 8 minggu 01 d manU.re dari feedlot kotoran memiliki 80 lebih rendah dari kotoran segar. Berdasarkan tren yang disebutkan di atas, kami telah memperkirakan Bo (L CH4/9 VS makan) untuk daging sapi yang dikurung menjadi 0,35 ± 0,05, kotoran sapi dari lot kotoran menjadi 0,25 ± 0,05; kotoran sapi perah menjadi 0,20 ± 0,05; dan kotoran babi menjadi 0,50 ± 0,05. Studi lebih lanjut diperlukan untuk menyempurnakan perkiraan ini dan untuk menentukan faktor lain yang mempengaruhi hasil metana.

 

4.3 LAJU PERTUMBUHAN SPESIFIK MAKSIMUM

Gambar 2.2 menunjukkan hubungan antara suhu dan llm' Nilai yang ditunjukkan pada Gambar 2.2 diperkirakan oleh Chen dan Hashimoto (1978) dari data fermentasi anaerobik dari lumpur limbah (O'Rourke, 1968), kota sampah (Pfeffer, 1974), kotoran sapi perah (Morris, 1976; Bryant et al., 1976) dan kotoran sapi potong (Varel et al., 1977). Gambar 2.2 menunjukkan bahwa garis lurus dapat ditarik antara sebagian besar data antara 20 dan 60°C. Hubungan ini dijelaskan oleh persamaan berikut:

 

di mana T adalah suhu antara 20 dan 60°C. Suhu di atas 60°C menurun tajam Data yang tidak sesuai dengan Persamaan 2.2 adalah data Pfeffer pada suhu 40 dan 45°C dan data Bryant et al. dan Varel dkk. pada 60 °C. Analisis data Pfeffer menunjukkan variasi yang besar dalam Bo dan K dengan suhu, menunjukkan variasi komposisi sampah yang diumpankan ke berbagai fermentor. Tingginya nilai untuk data Bryant et al. dan Varel dkk. mungkin dihasilkan dari jumlah data yang terbatas (tiga waktu retensi hidrolik yang relatif singkat: 3, 6 dan 9 hari) yang tersedia untuk memperkirakan Bo' dan K. Masalah yang dialami dalam memperkirakan parameter ini dibahas di tempat lain (Chen dan Hashimoto, 1978).

 

4.4 PARAMETER KINETIKA (K)

Persamaan 2.1 menunjukkan bahwa ketika Bo' So' e, dan konstan dan K meningkat, laju produksi CH4 (ry) menurun. Dengan demikian, peningkatan K menunjukkan, beberapa jenis penghambatan telah terjadi. Penghambatan ini mungkin disebabkan oleh satu atau lebih hal berikut: kelebihan beban (yaitu, lebih banyak substrat ditambahkan ke sistem daripada yang dapat digunakan bakteri secara efektif); zat penghambat (misalnya, asam volatil, amonia, logam berat, dan garam) melebihi tingkat ambang batas; atau pengurangan perpindahan massa substrat, produk, atau keduanya, karena konsentrasi padatan yang lebih tinggi.

 

Gambar 2.3 menunjukkan pengaruh konsentrasi padatan volatil (YS) influen pada K untuk kotoran babi pada 35°C, dan kotoran sapi pada 32,5 dan 60°C. Nilai K untuk kotoran babi dihitung dari data Summers dan Bousfield (1980). Kami memperkirakan Bo untuk kotoran mereka menjadi 0,36 L CH4/9 YS yang diberi makan dengan memplot hasil CH4 (diberi makan L CH4/9 YS) versus kebohongan dan mengekstrapolasi ke e tak terbatas. Bo ini lebih rendah dari yang kami sarankan untuk kotoran babi AS (0,50 L CH4/9 YS makan), yang mungkin disebabkan oleh makanan (barley daripada jagung) dan penggunaan alas (serbuk gergaji) untuk kandang babi. Juga, kandungan YS yang lebih rendah (70% daripada 80 hingga 85% untuk kotoran babi segar di AS) dari kotoran mereka menunjukkan bahwa beberapa YS dihancurkan sebelum fermentasi atau bahwa sebagian besar VS dalam ransum digunakan oleh babi. Kedua faktor ini akan menurunkan Bo'.

 

Nilai Bo"'Jere 0.245 L CH4/9 VS untuk pakan kotoran sapi perah pada suhu 32,5C (data Morrois, 1976), 0,169 L CH4/9 VS untuk pakan kotoran sapi perah pada suhu 60°C (data Bryant et al., 1976), dan 0,280 L CH4/9 VS untuk pakan ternak sapi potong pada suhu 60°C (data Chen dan Hashimoto, 1978).  Kami memperkirakan nilai untuk menggunakan Persamaan 2.2; kami menghitung K dengan mengganti nilai Bo' So dan e yang dikutip untuk setiap kumpulan data ke dalam Persamaan 2.1 dan menyelesaikan K.

 

Gambar 2.3 menunjukkan bahwa K relatif konstan (sekitar 0,6) pada So' rendah tetapi meningkat pada So yang berbeda tergantung pada suhu fermentasi dan jenis pupuk kandang. Nilai K mulai meningkat pada 35 g VS/L untuk kotoran babi pada 35°C, 409 VS/L untuk kotoran sapi pada 32,5C dan 60 g VS/L untuk kotoran sapi pada 60°C. Perilaku K ini tampaknya logis, karena kelebihan beban fermentor menghambat pembentukan CH4, dan fermentor termofilik dapat mempertahankan tingkat pemuatan yang lebih tinggi daripada fermentor mesofilik sebelum timbulnya penghambatan (Varel et al., 1980). Pengaruh jenis pupuk kandang terhadap K dapat disebabkan oleh perbedaan energi cerna ransum, perbedaan pencernaan (rumen versus monogastrik) dan/atau adanya zat penghambat dalam ransum babi (misalnya ransum babi mengandung 200 ppm tembaga).

 

Gambar 2.3 harus digunakan dengan hati-hati karena beberapa sumber data telah digunakan dan eksperimen ini tidak direncanakan untuk mengevaluasi parameter kinetik. Sebuah studi sistematis menggunakan peralatan dan prosedur yang identik diperlukan untuk memverifikasi hasil awal yang ditunjukkan pada Gambar 2.3. Juga, adanya zat penghambat dalam pupuk kandang akan menyebabkan K meningkat pada So yang lebih rendah dari yang ditunjukkan pada Gambar 2.3.

4.5 APLIKASI KINETIKA

Model Persamaan 2.1 digunakan untuk memprediksi Yy dari berbagai sistem percontohan dan skala penuh yang memfermentasi kotoran ternak pada suhu 35, 55 dan 60°C (Tabel 2.2). Gambar 2.2 digunakan untuk memperkirakan pada setiap suhu dan Gambar 2.3 digunakan untuk memperkirakan K pada masing-masing So' 'Nilai untuk Bo diasumsikan 0,20 L CH4/9 VS untuk pakan sapi perah dan 0,50 L CH4/9 VS untuk babi pupuk kandang kecuali bila Bo dapat dihitung (data Summers dan Bousfield, 1980). Tabel 2.2 menunjukkan Yy eksperimental dan diprediksi bersama dengan parameter operasional dan kinetik yang digunakan untuk memperkirakan Yv. Ini juga menunjukkan rasio dari Yv yang diprediksi ke eksperimental. Sebagian besar nilai prediksi berada dalam 15% dari nilai eksperimental Yy kecuali untuk kotoran sapi perah yang difermentasi pada 60°C. Kapasitas prediksi ini cukup baik, mengingat bahwa dan K, dan Bo dalam banyak hal, ditentukan secara independen dan belum disesuaikan agar sesuai dengan data eksperimen.

DAFTAR PUSTAKA

1. American Public Health Association. 1975. Standard Methods for the Examination of and Wastewater, 14th ed., Amer. Pub. Health Assoc., Inc., New York.

2. Andrews, J. F. and E. A. Pearson. 1965. Kinetics and characteristics of volatile acid production in anaerobic fermentation processes. International Journal Air Water Pollution 9:439.

 3. Ashare, E., D. L. Wise, and R. L. Wentworth. 1977. Fuel gas production from animal residue. Engineering Report, Dynatech RID Company. Dynatech Report No. 1551. Cambri dge,

4. Ashare, E., D. C. Augenstein, D. C. Young, R. J. Hassan, and G. L. Duret. 1978. Evaluation of systems for purification of fuel gas from anaerobic di gesti on. Eng; neeri ng Report, Dyna tech RID Company. Dynatech Report No. 1628. Cambri dge,

5. Augenstein, D. C., D. L. Wise, and C. L. Cooney. 1976. Biomethanation: Anaerobic fermentation of C02/H2 and CO to methane. Presented at the 69th Annual Meeting of the AICHE, November 28 to December 2, 1976w Chicago, IL.

6. Bates, R. L., P. L. Fondy, and J. G. Fenic. 1966. Impeller characteristics and power, in Mixing (I), V. W. Uhl and J. B. Gray, Eds., - Academic Press, NY.

7. Bryant, M. P. 1974. Nutritional features and ecology of predominant anaerobic bacteria of the intestinal tract. Amer. J. Clin. Nutr. 27:1313. 8. Bryant, M. P. 1976. The microbiology of anaerobic degradation and methanogenesis with special reference to sewage. p. 107. In: H. G. Schlegel (ed.). Symposium on Energy Conversion. E. Goltze KG, Gottingen, Germany.

9. Bryant, M. P. 1979. Microbial methane production-theoretical aspects. J. Anim. Sci. 48:193.

10. Bryant, P., S. F. Tzeng, 1. M. Robinson and A. E. Joyner Jr. 1971. Nutrient requirements of methanogenic bacteria. p. 23. In: R. F. Gould (ed.). Anaerobic Biological Treatment Processes, Advances in Chemistry, Series 105. Amer. Chern. Soc., Washington, D.C.

11. Bryant, M. P., V. H. Yarel, R. A. Frobish and H. R. Isaacson. 1976. Biological potential of thermophilic methanogenesis from cattle wastes. In: H. G. Schlegel (ed.). Seminar on Energy Conversion. E. Goltze KG, Gottingen, Germany.

12. Bryant, P., L. L. Campbell, C. A. Reddy and ri. R. Crabill. 1977. Growth of desulfovibrio in lactate or ethanol media low in sulfate in association with H2-utilizing methangenic bacteria. Appl. Environ. r1icrobiol. 33:1162.

13. Buhr, H. O. and J. F. Andrews. 1977. The thermophilic anaerobic digestion process. Water Res. 11:129.

14. Burford, J. L., F. T. Varani, S. Schellenbach, W. F. Shelley and B. Pace. 1977. Energy potential through bio-conversion of agricultural wastes: Phase II. Final Report to Four Corners Regional Commission, Grant No. 672-366-002. Bio-Gas of Colorado, Inc., Arvada, CO.

15. Chen, M. and M. J. Wolin. 1979. Effect of monensin and lasalocid-sodium on the growth of methanogenic and rumen saccharolytic bacteria. Applied and Environmental 38:72-77.

16. Chen, Y. R., and A. G. Hashimoto. 1976. Pipeline transport of livestock waste slurries. The TRANSACTIONS of the ASAE. 19:(5):898-902,906.

17. Chen, Y. R. and A. G. Hashimoto. 1978. Kinetics of methane fermentation. p. 269. In: C. D. Scott (ed.). Proc Symp. on Biotechnology in Energy Production and Conservation. John Wiley, New York.

18. Chen, Y. R., and A. G. Hashimoto. 1979. Impeller mixing power requirement. Presented at the 1979 Winter meeting of the ASAE. New Orleans, LA. ASAE Paper No. 79-4583, St. Joseph, MI.

19. Chiu, S. Y., L. T. Fan, I. C. Kao and L. E. Erickson. 1972a. Kinetic behavior of mixed populations of activated sludge. Biotechnol. and 8ioeng. 14:179.

20. Chiu, S. Y., L. E. Erickson, L. T. Fan and I. C. Kao. 1972b. Kinetic model identification in mixed populations using continuous culture data. Biotechnol. and Bioeng. 14:207.

21. Contois, D. E. 1959. Kinetics of bacterial grov/th: relationship between population density and specific growth rate of continuous cultures. J. Gen. 21:40.

22. Converse, J. C., G. W. Evans, C. R. Verhoven, W. and M. Gibbon. 1977a. -Performance of a large size anaerobic digester for poultry manure. Paper No. 77-0451, ASAE, St. Joseph, Michigan.

23. Converse, J. C., J. G. Zeikus, R. E. Graves and G. W. Evans. 1977b.

24. Anaerobic degradation of dairy manure under mesophilic and thermophilic temperatures. TRANSACTIONS of the ASAE 20:336. Cooney, C. L. D. L. Wise. 1975. solid waste for fuel gas production. Thermophilic anaerobic digestion of Biotechnol. Bioeng. 17: 1119.

25. Coppinger, E., J. Brautigam, J. Lenart and D. Baylon. 1979. Report on the design and operation of a full-scale anaerobic dairy manure digester. Final Report to the U.S. Department of Energy, EG-77-C-06-1016. Solar Energy Research Institute, Golden, CO. 84 p.

26. Eckenfelder, W. W., Jr. 1963. Mathematical formulation of the biological oxidation process. p.277. In: W. Yl. Eckenfelder and J. t-1cCabe(eds.). Advances in Biological Waste Treatment. Permagon Press, New York. 62

27. Eli Lilly. 1975. Rumensin Technical Manual. Indianapolis, Indiana.

28. Evans, Jr., F. L., C. R. Olson, H. Steen-Johnson, V. H. Abadie Jenett. 1973. Process machinery drives. p. 24.1-24.50. In: Perry and C. H. Chilton (Eds.). Chemical Engineers Handbook. McGraw-Hill Book Co., New York. and E. R. H.

29. Fischer, J. R., D. M. Sievers and C. D. Fulhage. 1975. Anaerobic digestion in swine wastes. p.307. In: J. Jewell (ed.). Energy, Agriculture and Ann Arbor Science, Ann Arbor.

30. Fischer, J. R., D. Sievers and E. L. Iannotti. 1978a. Biological and chemical fluctuations during anaerobic digestion of swine manure. ASAE Paper 78-4011, ASAE, St. Joseph, Michigan.

31. Fischer, J. R., E. L. Iannotti, D. M. Sievers, C. D. Fu1hage and N. F. Meador. 1978b. production systems for swine manure. p. 45-76. In: J. M. Sweeten (Ed.). Proc. Great Plains Sem. on Methane Production from Livestock Manure. College Station, TX.

32. Fi scher, J. R., E. L. Iannotti, J. H. Porter and A. Garci a. 1979. Producing methane gas from swine manure in a pilot-size digester. Trans. Am. Soc. Agr. Engr. 22:370.

33. Garrett, T., Jr. and C. N. Sawyer. 1952. Kinetics of removal of soluble BOD by activated sludge. p. 51. In: Proceedings, 7th Industrial Waste Conference,Purdue University, Lafayette, Indiana.

34. Go1ueke, C. G. sewage sludge. 1958. Temperature effects on anaerobic digestion of raw Sewage and Industrial Wastes 30:1225.

35. Grady, C. P. L., Jr., L. F. Harlow and R. R. Riesing. 1972. Effects of growth rate and influent substrate concentration on effluent quality from chemostats containing bacteria in pure and mixed culture. Biotech. and Bioeng. 14:391.

36. Grau, P., M. Dohanyos andfJ. Chudoba. 1975. Kinetics of multicomponent substrate concentrate removal by acti vated sl udge. Hater Research 9: 637.

37. Hashimoto, A. G. and Y. R. Chen. 1979. Anaerobic fermentation of beef cattle and crop residues. Proceedings, Third Annual Fuels from Biomass Symposium, June 4-6, Golden, CO, 491.

38. Hashimoto, A. G., V. H. Vare1 and Y. R. Chen. 1979b. Factors affecting methane yield and production rate. ASAE Paper No. 79-4583. ASAE, St. Joseph, Michigan.

39. Hashimoto, A. G., Y. R. Chen, and V. H. Varel. 1980. Theoretical aspects of methane production: State-of-the-Art. Presented at the Fourth International Symposium on Livestock Amarillo, TX, April 15-17, 1980.

40. Hayes, T. D., W. J. and D. F. Sherman. First International Cardiff, Wales. Jewell, A. Dell'Orto, K. J. Fanfoni, A. P. Leuschner 1979. Anaerobic digestion of cattle manure. Handout, Symposium on Anaerobic Digestion. University College, 63

41. Hill, D. T. and C. L. Barth. 1977. A dynamic model for simulation of animal waste digestion. J. Wat. Pol. Cont. Fed. 49:2129.

42. Hills, D. J. 1979. Effects of carbon:nitrogen ratio on anaerobic digestion of dairy manure. Agricultural ItJastes 1:(4):267-278.

43. Hobson, P. N., S. Bousfield and R. Summers. 1974. Anaerobic digestion of organic matter. p. 131. In: Critical Reviews in Environmental Control, Chemical Rubber Co., Cleveland.

44. Hungate, R. E. 1966. In: The Rumen and Its Microbes, Academic Press, New York.

45. Jewell, ltJ. J., H. R. Davis, H. H. Gunkel, D. J. Lathwell, J. H. Martin, Jr., T. R. G. R. Morris, D. R. Price and D. Hilliams. 1976. Bioconversion of agricultural wastes for pollution control and energy conservation. Final Report, ERDA-NSF-741222A01. Cornell University, Ithaca, New York.

46. Johnstone, R. E., and M. W. Thring. 1957. scale-up methods in chemical engineering. Pilot plants, models, and McGraw-Hill Book Co., NY.

47. Kaspar, H. F. and K. Wuhrman. 1978. Kinetic parameters and relative turnovers of some important catabolic reactions in digesting sludge. Appl. Environ. 36:1.

48. Kirsch, E. J. and R. Sykes. 1971. Anaerobic digestion in biological waste treatment. p.155. In: D. J. D. Hockenhull and J. and A. Churchill (eds.). Progress in Industrial Microbiology. London.

49. Kroeker, E. J., H. M. Lapp, D. D. Shculte and A. 8. Sparling. 1975. Cold weather energy recovery from anaerobic digestion of swine manure. p. 337- 352. In: oj. J. Jewell (ed.). Energy, Agriculture and t1anagement. Ann Arbor Science, Ann Arbor, MI.

50. Kroeker, E. J., D. D. Schulte, A. B. Sparling and H. M. Lapp. 1979. Anaerobic treatment process stability. J. Itlater Poll. Control Fed. 51:718.

51. Kugelman, I. J. and P. L. t/1cCarty. 1965. Cation toxicity and stimulation in anaerobic waste treatment. J. Water Pollut. Control Fed. 37:97.

52. Lapp, H. D. D. Schulte, E. J. Kroeker, A. B. Sparling and B. H. Topnik. 1975. Start-up of pilot scale swine manure digesters for methane production. p. 234. In: Proc. 3rd Int. Symp. Livestock Wastes. Amer. Soc. Agr. Eng., St. Joseph, Michigan.

53. Lawrence, A. W. and P. L. McCarty. 1969. Kinetics of methane fermentation in anaerobic treatment. Journal Hater Pollution Control Federation 41:Rl.

54. Lipper, R. 1., J. A. Anschutz and J. C. Walker. 1976. Energy requirements for commercial beef feedlots in Kansas. Summary Report to the Kansas State Department of Health, Division of Environment Health Services, Kansas State University, KS. 64

55. R. A., D. M. Ward, L. Bareski and T. L. Glass. 1977. Biogenesis of methane. Ann. Rev. Microbial. 31:309.

56. McCarty, P. L. 1964a. Anaerobic waste treatment fundamentals, II. Environmental requirements and control. Public Works 95:123.

 57. McCarty, P. L. 1964b. Anaerobic waste treatment fundamentals, III. Toxic materials and their control. Public Works 95:91.

58. P. L. 1964c. The methane fermentation. p. 314. In: H. Henkelekian and N. C. Dondero (eds.). Principles and Applications in Aquatic Microbiology. John Wiley and Sons, Inc., New York.

59. McCarty, P. L. and R. E. 1961. Volatile acid toxicity in anaerobic digestion. J. Water Pollut. Control Fed. 33:223.

60. M. J. and M. P. Bryant. 1978. Syntrophic association of H2- utilizing methanogenic bacteria and H2-producing alcohol and fatty aciddegrading bacteria in anaerobic degradation of organic matter. In: Proceedings of the Symposia, Anaerobiosis and Anaerobic Infection. Gustav-Fischer, Verlag Stuttgart, Germany.

61. McKinney, R. E. 1962. Mathematics of complete mixing activated sludge. Journal Sanitary Engineering Division, Am. Soc. of Civil Eng. 88:87.

 62. fvlonod, J. 1950. The techni que of conti nuous culture theory and app 1 i cations. Annales de l'Institut Pasteur 79:390.

63. Morris, G. R. 1976. Anaerobic fermentation of animal wastes: a kinetic and empirical design evaluation. M.S. Thesis, Cornell University, Ithaca, New York.

64. Mountfort, D. O. and R. A. Asher. 1978. Changes in proportions of acetate and carbon dioxide used as methane precursors during the anaerobic digestion of bovine waste. Appl. Environ. Microbiol. 36:648.

65. Neyeloff, S. and W. W. Gunkel. 1975. Methane-carbon dioxide mixtures in an internal combustion engine. p. 397-408. In: H. J. Jewell (Ed.). Energy, Agriculture and Haste Management. Ann Arbor Science, Ann Arbor, MI.

66. O'Rourke, J. R. 1968. Kinetics of anaerobic treatment at reduced temperatures. Ph.D. Thesis, Stanford University, California.

67. Perry, R. H. and C. H. Chilton. 1973. Chemical Engineers ' Handbook.

68. Fifth Edition. McGraw-Hill Book Co., New York. Pfeffer, J. T. 1974. Temperature effects on anaerobic fermentation of domestic refuse. Biotechnol. Bioeng. 16:771-787.

69. Pfeffer, J. T. and J. C. Liebman. 1976. Energy from refuse by bioconversion, fermentation and residue disposal process. Resource Recov. Conserv. 1: 3. 70. Pi rt, S. J. reclamation. 1978. Aerobic and anaerobic microbial digestion in waste J. Applied Chemical Biotechnology, 28, 232. 65

71. Scheifinger, C. C. and M. J. Wolin. 1973. Propionate formation from cellulose and soluble sugars by combined cultures of Bacteroides succinogenes and Selenomonas ruminantium. Appl. Microbiol. 26:789.

72. Sievers, D. and D. E. Brune. 1978. Carbon/nitrogen ratio an9 anaerobic digestion of swine waste. Trans. Am. Soc. Agr. Engr. 21:537.

73. Smith, P. H. and R. A. Mah. 1966. Kinetics of acetate metabolism during sludge digestion. Appl. Microbiol. 14:368.

74. Speece, R. E. and P. L. McCarty. biological solids accumulation in International Conference on Water New York. 1964. Nutrient requirements and anaerobic digestion. p. 305. In: Pollution Research. Permagon Press,

75. Stevens, M. A. and O. O. Schulte. 1979. Low temperature anaerobic digestion of swine manure. J. Env. Engr. Div., ASCE 105:33.

76. Summers, R. and S. Bousfield. 1980. A detailed study of piggery-waste anaerobic digestion. Agricultural Wastes 2:61-78.

77. Torien, D. F. and W. H. J. Hattingh. 1969. Anaerobic digestion, 1. The microbiology of anaerobic digestion. Water Res. 3:385.

78. Turnocliff, W. and M. Custer. design for a hog farm. Final Energy Conservation, Contract Colorado. 1978. Evaluation of methane gas system and report to the state of Colorado, Office of No. OEC-00003. Bio-Gas of Colorado, Arvada,

79. Varel, V. H., H. R. Isaacson and P. Bryant. 1977. Thermophilic methane production from cattle waste. Appl. Environ. Microbiol. 33:298.

80. Varel, V. H., A. G. Hashimoto and Y. R. Chen. 1980. Effect of temperature and retention time on methane production from beef cattle manure. Appl. Environ. Microbiol. 40:(2):217.

81. Varel, V. H. and A. G. Hashimoto. 1981. Effect of monensin and chlortetracycline on methane production from beef cattle wastes. Appl. Environ. 41: (1) :xxx- (accepted).

82. Wael, L. L., Sr., and C. W. Gehrke. 1975. An automated total protein nitrogen method. Journal of the AOAC. 48: (6):1221.

83. Winfrey, M. R. and J. G. Zeikus. 1977. Effect of sulfate on carbon and electron flow during microbial methanogenesis in freshwater sediments. Appl. Environ. Microbiol. 33:275.

84. R., D. R. Nelson, S. C. Klevickis and J. G. Zeikus. 1977. Association of hydrogen metabolism vlith methanogenesis in lake Mendota sediments. Appl. Environ. Microbiol. 33:312.

85. R. S. 1971. Microbial formation of methane. p. 107. In: A. W. Rose and A. Hilkinson (eds.). Advances in Physiology. Academic Press, New York.

86. 66 Wolfe, R. S. 1979. biochemistry of methane - a study in contrasts. p.293. In: J. R. Quayle (ed.). Microbial Biochemistry. Volume 21. University Park Press, Baltimore.

87. Wolin, M. J. 1974. Metabolic interactions among intestinal microorganisms. Amer. J. Clin. Nutr. 27:1320.

88. Wolin, M. J. 1976. Interaction producing and methaneproducing species. p. 141. In: H. G. Schlegel, G. Gottschalk and N. Pfenning (eds.). Microbial Formation and Utilization of Gases (H2' CH4, C02)' Goltze KG, Gottingen, Germany.

89. Zeikus, J. G. 1977. Biology of methanogenic bacteria. Bacteriol. Rev. 41:514.

90. Zeikus, J. G. 1979. Microbial populations in anaerobic digesters. First International 'Symposium on Anaerobic Digestion, University Industry Center, University College, September 17-21, Cardiff, Wales.

 

SUMBER

A. G. Hashimoto, Y. R. Chen, and V. H. Varel. 1981. Principles of Methane Production.  In: Anaerobic Fermentation of Beef Cattle Manure.  -A. G. Hashimoto Y. R. Chen - v. h. varel  Roman l. hruska U.S. Mean Animal Research Center U.S. Department of Agriculture Clay Center, Nebraska.  https://www.nrel.gov/docs/legosti/old/98372-1.pdf.

 

#Metanogenesis 

#BiogasTernak 

#ProduksiMetana 

#EnergiTerbarukan 

#FermentasiAnaerobik

Evolusi Resistensi Antibiotik: Ancaman Superbug yang Bisa Mengembalikan Dunia ke Era Pra-Antibiotik!

PENGANTAR

Keberhasilan penggunaan setiap agen terapeutik dikompromikan oleh potensi pengembangan toleransi atau resistensi terhadap senyawa itu sejak pertama kali digunakan. Hal ini berlaku untuk agen yang digunakan dalam pengobatan infeksi bakteri, jamur, parasit, dan virus dan untuk pengobatan penyakit kronis seperti kanker dan diabetes; itu berlaku untuk penyakit yang disebabkan atau diderita oleh organisme hidup, termasuk manusia, hewan, ikan, tumbuhan, serangga, dll. Berbagai mekanisme biokimia dan fisiologis mungkin bertanggung jawab untuk resistensi. Dalam kasus spesifik agen antimikroba, kompleksitas proses yang berkontribusi terhadap munculnya dan penyebaran resistensi tidak dapat terlalu ditekankan, dan kurangnya pengetahuan dasar tentang topik ini adalah salah satu alasan utama bahwa hanya ada sedikit pencapaian yang signifikan dalam penelitian pencegahan dan pengendalian perkembangan resistensi yang efektif. Sebagian besar lembaga internasional, nasional, dan lokal mengakui masalah serius ini. Banyak resolusi dan rekomendasi telah dikemukakan, dan banyak laporan telah ditulis, tetapi tidak berhasil: perkembangan resistensi antibiotik tidak henti-hentinya.

 

Contoh yang paling mencolok, dan mungkin yang paling mahal dalam hal morbiditas dan mortalitas, menyangkut bakteri. Penemuan agen infeksi ini pada akhir abad ke-19 mendorong pencarian rejimen pencegahan dan terapi yang tepat; namun, pengobatan yang berhasil datang hanya dengan penemuan dan pengenalan antibiotik setengah abad kemudian. Antibiotik telah merevolusi pengobatan dalam banyak hal, dan banyak nyawa telah diselamatkan; penemuan mereka adalah titik balik dalam sejarah manusia. Sayangnya, penggunaan obat ajaib ini disertai dengan munculnya galur yang resisten dengan cepat. Pakar medis sekarang memperingatkan kembalinya era preantibiotik; database baru-baru ini mencantumkan keberadaan lebih dari 20.000 gen resistensi potensial (gen r) dari hampir 400 jenis berbeda, yang diprediksi terutama dari sekuens genom bakteri yang tersedia (85). Untungnya, jumlah yang ada sebagai penentu resistensi fungsional pada patogen jauh lebih kecil.

 

Banyak ulasan bagus yang menjelaskan genetika dan biokimia tentang asal-usul, evolusi, dan mekanisme resistensi antibiotik telah muncul selama 60 tahun terakhir. Dua catatan akhir-akhir ini adalah Levy dan Marshall (82) dan White et al. (149). Tujuan dari artikel singkat ini bukan untuk meringkas begitu banyak informasi tetapi untuk meninjau situasi seperti yang kita lihat sekarang (terutama yang berkaitan dengan asal-usul dan evolusi gen resistensi) dan untuk memberikan beberapa pandangan pribadi tentang masa depan antibiotik. terapi penyakit menular.

 

Penemuan antibiotik, cara kerja, dan mekanisme resistensi telah menjadi topik penelitian yang produktif di dunia akademis (27) dan, hingga saat ini, di industri farmasi. Sebagai produk alami, mereka memberikan latihan intelektual yang menantang dan kejutan sehubungan dengan sifat kimianya, jalur biosintetik, evolusi, dan mode aksi biokimia (26, 134). Sintesis total produk alami seperti itu di laboratorium sulit, karena molekul kecil ini seringkali sangat kompleks dalam fungsi dan kiralitas (98). Antibiotik penisilin ditemukan pada tahun 1928, tetapi struktur lengkap dari molekul yang relatif sederhana ini tidak terungkap sampai tahun 1949, oleh studi kristalografi sinar-X dari Dorothy Crowfoot Hodgkin (73), dan dikonfirmasi oleh sintesis total pada tahun 1959 (125).

 Tabel 1 .  Cara kerja dan mekanisme resistensi antibiotik yang umum digunakan

Studi mode tindakan telah memberikan informasi biokimia pada ligan dan target sepanjang sejarah antibiotik (59, 147), dan penggunaan antibiotik sebagai "mutan fenotipik" telah menjadi pendekatan yang berharga dalam studi fisiologi sel (142). Bidang biologi kimia/genetika tumbuh dari studi interaksi tersebut. Kami memiliki sedikit pemahaman tentang bagaimana antibiotik bekerja, dan hanya dalam beberapa kasus interaksi intim molekul kecil dan reseptor makromolekulnya dapat ditafsirkan dalam fenotipe yang ditentukan. Lebih mengejutkan, ada kekurangan pengetahuan tentang fungsi biologis alami antibiotik, dan aspek evolusioner dan ekologi dari reaksi kimia dan biologisnya tetap menjadi topik yang menarik dan bernilai (3, 8).

 

Untuk memulai, definisi "antibiotik", seperti yang pertama kali diusulkan oleh Selman Waksman, penemu streptomisin dan pelopor dalam penyaringan tanah untuk keberadaan biologis, telah diinterpretasikan secara berlebihan; itu hanyalah deskripsi penggunaan, efek laboratorium, atau aktivitas senyawa kimia (146). Itu tidak mendefinisikan kelas senyawa atau fungsi alaminya, hanya aplikasinya. Pada risiko serangan dari rekan-rekan murni, istilah generik "antibiotik" digunakan di sini untuk menunjukkan kelas molekul organik apa pun yang menghambat atau membunuh mikroba melalui interaksi spesifik dengan target bakteri, tanpa mempertimbangkan sumber senyawa atau kelas tertentu. Jadi, terapi sintetik murni dianggap antibiotik; lagi pula, mereka berinteraksi dengan reseptor dan memprovokasi respons sel spesifik dan mekanisme biokimia resistensi silang pada patogen. Fluoroquinolones (FQs), sulfonamida, dan trimetoprim adalah contoh yang baik.

 

Seperti dalam bidang studi biologi lainnya, sejarah antibiotik penuh dengan kesalahpahaman, salah tafsir, prediksi yang salah, dan kesalahan lain yang terkadang mengarah pada kebenaran. Akun ini ditujukan untuk fokus pada kebenaran. Penemuan antibiotik dianggap sebagai salah satu peristiwa yang berhubungan dengan kesehatan paling signifikan di zaman modern, dan tidak hanya karena dampaknya terhadap pengobatan penyakit menular. Studi dengan senyawa ini sering menunjukkan efek nonantibiotik tak terduga yang menunjukkan berbagai aktivitas biologis lainnya; hasilnya adalah sejumlah besar aplikasi terapi tambahan "antibiotik" sebagai agen antivirus, antitumor, atau antikanker. Dalam beberapa kasus, aplikasi alternatif telah melampaui aktivitas antibiotik yang penting, seperti dalam pengobatan penyakit kardiovaskular atau digunakan sebagai agen imunosupresif (45).

 

Sayangnya, kebutuhan besar akan obat-obatan yang berharga ini memiliki kerugian lingkungan yang signifikan. Dalam 60 tahun sejak diperkenalkan, jutaan metrik ton antibiotik telah diproduksi dan digunakan untuk berbagai tujuan. Perbaikan dalam produksi telah memberikan senyawa yang semakin murah yang mendorong penggunaan nonprescription dan off-label. Biaya antibiotik tertua dan paling sering digunakan (mungkin) terutama dalam kemasan. Planet ini jenuh dengan agen-agen beracun ini, yang tentu saja memberikan kontribusi yang signifikan terhadap pemilihan galur-galur yang resisten. Perkembangan generasi mikroba resisten antibiotik dan distribusinya dalam populasi mikroba di seluruh biosfer adalah hasil dari tekanan seleksi yang tak henti-hentinya selama bertahun-tahun dari aplikasi antibiotik pada manusia, melalui penggunaan yang kurang, penggunaan yang berlebihan, dan penyalahgunaan. Ini bukan proses alami, tetapi situasi buatan manusia yang ditumpangkan pada alam; mungkin tidak ada contoh yang lebih baik dari gagasan Darwin tentang seleksi dan kelangsungan hidup.

 

SEJARAH SEPINTAS ANTIBIOTIK

 

Sejak diperkenalkannya antimikroba pertama yang efektif pada tahun 1937, yaitu sulfonamida, perkembangan mekanisme resistensi spesifik telah mengganggu penggunaan terapeutik mereka. Resistensi sulfonamida awalnya dilaporkan pada akhir 1930-an, dan mekanisme yang sama beroperasi sekitar 70 tahun kemudian. Kompilasi antibiotik yang umum digunakan, cara kerjanya, dan mekanisme resistensi ditunjukkan pada Tabel 1.

Zaman kegelapan, era praantibiotik; primordial, munculnya kemoterapi, melalui sulfonamid; emas, tahun-tahun tenang ketika sebagian besar antibiotik yang digunakan saat ini ditemukan; tahun-tahun kurus, titik terendah penemuan dan pengembangan antibiotik baru; farmakologis, upaya dilakukan untuk memahami dan meningkatkan penggunaan antibiotik dengan dosis, pemberian, dll.; biokimia, pengetahuan tentang tindakan biokimia antibiotik dan mekanisme resistensi menyebabkan studi modifikasi kimia untuk menghindari resistensi; target, cara kerja dan studi genetik mengarah pada upaya untuk merancang senyawa baru; genomic/HTS, metodologi sekuensing genom digunakan untuk memprediksi target penting untuk dimasukkan ke dalam tes skrining throughput tinggi; kekecewaan, dengan kegagalan investasi besar dalam metode berbasis genom, banyak perusahaan menghentikan program penemuan mereka. Tonggak lain dalam sejarah ini termasuk pembentukan Kantor FDA Obat Baru setelah bencana thalidomide menyebabkan persyaratan yang lebih ketat untuk keamanan obat, termasuk penggunaan antibiotik. Ini memperlambat pendaftaran senyawa baru. Sebelum antibiotik ditemukan, Semmelweis menganjurkan cuci tangan sebagai cara untuk menghindari infeksi; praktek ini sekarang sangat dianjurkan sebagai metode untuk mencegah penularan.

 

Penisilin ditemukan oleh Alexander Fleming pada tahun 1928, dan pada tahun 1940, beberapa tahun sebelum pengenalan penisilin sebagai terapi, penisilinase bakteri diidentifikasi oleh dua anggota tim penemuan penisilin (1). Setelah antibiotik digunakan secara luas, strain resisten yang mampu menonaktifkan obat menjadi lazim, dan penelitian sintetik dilakukan untuk memodifikasi penisilin secara kimia untuk mencegah pembelahan oleh penisilinase (Beta-laktamase). Menariknya, identifikasi penisilinase bakteri sebelum penggunaan antibiotik sekarang dapat dihargai dengan penemuan terbaru bahwa sejumlah besar gen antibiotik r merupakan komponen populasi mikroba alami (43). Mana yang lebih dulu, antibiotik atau resistensi?  Dalam kasus streptomisin, diperkenalkan pada tahun 1944 untuk pengobatan berculosis (TB; "Wabah Putih Besar"), strain mutan Mycobacterium tuberculosis yang resisten terhadap konsentrasi terapeutik antibiotik ditemukan muncul selama perawatan pasien. Karena antibiotik lain telah ditemukan dan diperkenalkan ke dalam praktik klinis, rangkaian peristiwa serupa telah terjadi.

 

Gambar 1. Sejarah penemuan antibiotik dan perkembangan resistensi antibiotik.

Gambar 1 menunjukkan urutan penemuan dan perkembangan resistensi untuk kelas utama antibiotik. Identifikasi tak terduga dari resistensi antibiotik yang dapat ditransfer secara genetik di Jepang pada pertengahan 1950-an (awalnya disambut dengan skeptisisme di Barat) (39) mengubah keseluruhan gambaran dengan memperkenalkan konsep genetik sesat bahwa koleksi gen antibiotik r dapat disebarluaskan melalui konjugasi bakteri di seluruh seluruh populasi bakteri patogen (dengan beberapa pengecualian) (58,72). Hanya dalam beberapa tahun terakhir telah diakui bahwa pertukaran gen adalah sifat universal bakteri yang telah terjadi selama ribuan tahun evolusi mikroba. Penemuan keberadaan sekuens gen bakteri yang diduga dalam genom eukariotik telah meningkatkan kesadaran akan pentingnya transfer gen horizontal (HGT) dalam evolusi genom. Selanjutnya, aspek lain dari transfer gen telah terungkap oleh identifikasi dan distribusi pulau genom yang membawa gen patogenisitas (69) dan gugus gen fungsional lainnya dalam genera bakteri yang berbeda. Tidak mengherankan, transfer resistensi antibiotik yang dimediasi plasmid telah menjadi fokus utama penyelidikan karena signifikansi medis dan, baru-baru ini, praktis (100). 

SUPERBUGS DAN SUPERRESISTANCE 

 

Apa itu superbugs ? Superbugs adalah jenis bakteri yang kebal terhadap beberapa antibiotik.  Banyak bakteri patogen yang terkait dengan epidemi penyakit manusia telah berevolusi menjadi bentuk multidrug-resistant (MDR) setelah penggunaan antibiotik. Misalnya, MDR M. tuberculosis adalah patogen utama yang ditemukan di negara berkembang dan negara industri dan menjadi patogen lama versi abad ke-20. Infeksi serius lainnya termasuk infeksi nosokomial (terkait rumah sakit) dengan Acinetobacter baumannii, Burkholderia cepacia, Campylobacter jejuni, Citrobacter freundii, Clostridium difficile, Enterobacter spp., Enterococcus faecium, Enterococcus faecalis, Escherichia coli, Haemophilus pneumoniae, Protesiusellaudomoabilis, Pneumoniae, Klebtesius. aeruginosa, Salmonella spp., Serratia spp., Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Stenotrophomonas maltophilia, dan Streptococcus pneumoniae. Istilah "superbug" mengacu pada mikroba dengan peningkatan morbiditas dan mortalitas karena beberapa mutasi yang memberikan tingkat resistensi yang tinggi terhadap kelas antibiotik yang secara khusus direkomendasikan untuk pengobatan penyakit yang disebabkan oleh bakteri tersebut; pilihan terapi untuk mikroba ini berkurang, dan periode perawatan di rumah sakit diperpanjang dan lebih mahal. Dalam beberapa kasus, strain superresisten juga memperoleh peningkatan virulensi dan peningkatan transmisibilitas. Secara realistis, resistensi antibiotik dapat dianggap sebagai faktor virulensi.

 

Gambar 2. Jumlah enzim unik β-laktamase yang teridentifikasi sejak pengenalan antibiotik pertama β-laktam  (Angka terbaru menurut Karen Bush)

 

Tuberkulosis merupakan patogen manusia yang tipikal; kemudian berevolusi dengan ras manusia dan saat ini menginfeksi sebanyak sepertiga dari populasi dunia. Sementara penemuan terobosan streptomisin dan isoniazid memberikan perawatan penting, perkembangan resistensi berlangsung cepat. George Orwell, yang menderita TB saat menulis novel 1984, tampaknya terinfeksi oleh galur M. tuberculosis yang resistan terhadap antibiotik (122). Pengenalan koktail obat anti-TB telah menjadi rejimen pengobatan penting, dengan keberhasilan yang cukup besar; namun, karena berbagai alasan, sehingga resistensi multiobat mengganggu terapi TB di seluruh dunia. Strain M. tuberculosis yang resisten terhadap empat atau lebih pengobatan lini depan (yaitu, strain yang sangat resistan terhadap obat [XDR]) telah muncul dan menyebar dengan cepat dalam dekade terakhir ini (124, 130). Dan sekarang ada jenis TDR, yang benar-benar resisten terhadap obat (143). Belum ada laporan yang divalidasi tentang peran HGT dalam perkembangan resistensi pada M. tuberculosis. Resistensi antibiotik pada M. tuberculosis terjadi secara eksklusif oleh mutasi spontan.

 

Patogen Gram-negatif yang paling umum, seperti Escherichia coli, Salmonella enterica, dan Klebsiella pneumoniae, menyebabkan berbagai penyakit pada manusia dan hewan, dan korelasi yang kuat antara penggunaan antibiotik dalam pengobatan penyakit ini dan perkembangan resistensi antibiotik telah diamati. selama setengah abad terakhir. Hal ini terutama terlihat dengan antibiotik kelas b-laktam dan enzim-enzim inaktivasi terkaitnya, Beta-laktamase. Saat ini, beberapa kelompok dan kelas telah diidentifikasi, yang terdiri dari hingga 1.000 β-laktamase terkait resistensi (Gbr. 2). Ini termasuk kelas gen baru dan radiasi mutannya (28, 78, 86, 112, 116). HGT telah memainkan peran utama dalam evolusi dan transmisi resistensi terhadap antibiotik b-laktam di antara bakteri enterik pada infeksi di masyarakat dan rumah sakit.

 

Mengenai penyakit yang didapat di rumah sakit, Pseudomonas aeruginosa telah berkembang dari infeksi luka bakar menjadi ancaman nosokomial utama. Dalam kasus ini, sekali lagi, mekanisme resistensi antibiotik berevolusi secara kebetulan dengan pengenalan turunan antibiotik baru, mengorbankan pengobatan yang paling efektif (seperti Beta-laktam dan aminoglikosida). P. aeruginosa menjadi perhatian yang cukup besar untuk pasien dengan cystic fibrosis (76); patogen sangat persisten dan dapat menghindari pertahanan kekebalan manusia. Perkembangan resistensi dikaitkan dengan pengobatan antibiotik yang lama pada pasien cystic fibrosis.

 

Acinetobacter baumannii adalah patogen Gram-negatif yang lebih baru dan juga terutama nosokomial. Seperti halnya pseudomonad, ia dilengkapi dengan serangkaian gen r dan penentu patogenisitas yang menghasilkan peningkatan tingkat mortalitas dan morbiditas (107). Diperkirakan bahwa sifat menular dari organisme Acinetobacter berasal dari kemampuan bertahan hidup dan biodegradasi yang kuat di lingkungan; selain itu, banyak strain secara alami kompeten untuk pengambilan DNA dan memiliki tingkat transformasi alami yang tinggi. A. baumannii berkembang pesat; studi urutan genom baru-baru ini menunjukkan bahwa beberapa turunan memiliki setidaknya 28 pulau genom yang mengkode penentu resistensi antibiotik; lebih dari setengah sisipan ini juga mengkodekan fungsi virulensi dalam bentuk sistem sekresi tipe IV (14, 64).

 

Saat ini, superbug yang paling terkenal adalah organisme Gram-positif Staphylococcus aureus. Apakah itu superbug yang paling serius dapat diperdebatkan, karena orang bertanya-tanya sejauh mana reputasi buruknya karena liputan persnya yang gencar. S. aureus memiliki hubungan erat dengan manusia: ia dibawa sebagai komensal hidung pada 30% populasi, dan keberadaannya telah lama dikaitkan dengan infeksi kulit umum seperti bisul. Ini tidak memiliki reputasi sejarah M. tuberculosis, tetapi dalam beberapa tahun terakhir, patogen yang resistan terhadap banyak obat ini telah muncul sebagai infeksi nosokomial utama (50). Setelah penemuan penisilin, tampaknya infeksi S. aureus dapat dikendalikan; Namun, jeda dari perlawanan berumur pendek. Penemuan penting dan pengenalan methicillin (antibiotik antiresistensi perancang pertama) pada tahun 1959 dianggap sebagai pertahanan yang pasti terhadap penisilinase, tetapi munculnya S. aureus (MRSA) yang resisten methicillin hanya dalam waktu 3 tahun menyebabkan tak terelakkan untuk multiantibiotik lainnya, varian resisten, dan akronimnya sekarang menunjukkan S. aureus yang resistan terhadap banyak obat. Relatif baru-baru ini, MRSA telah pindah ke luar rumah sakit dan menjadi patogen yang didapat dari masyarakat (CA) utama, dengan karakteristik virulensi dan transmisi yang ditingkatkan. CA-MRSA memiliki sebagian besar sifat MRSA, meskipun dengan kelompok gen mec yang berbeda, dan telah memperoleh gen patogenisitas baru, seperti gen yang mengkode leukocidin Panton-Valentine sitotoksik (44). Ini diatur oleh sistem pensinyalan yang ditentukan (101).

 

Bakteri dari rumah sakit yang telah lama dikenal, Clostridium difficile anaerob penghasil racun, semakin banyak ditemukan sebagai penyebab infeksi usus yang parah; baru-baru ini, strain penghasil toksin hipervirulen telah diketahui (80, 145). Menjadi pembentuk spora Gram-positif ini merupakan organisme yang kuat dan mudah ditularkan kepada personel rumah sakit, pada peralatan, dan sebagai aerosol. Keunggulan antibiotik  dianggap sebagai hasil dari penggunaan antibiotik yang ekstensif di rumah sakit seperti sefalosporin spektrum luas, penisilin yang lebih baru, dan fluorokuinolon yang menyebabkan penurunan signifikan mikroflora usus Gram-negatif, sehingga meningkatkan kolonisasi C. difficile. Dengan kata lain, infeksi ini adalah akibat langsung dari penggunaan antibiotik.

 

Superbug ada di mana-mana dalam biosfer; dengan konsekuensi sangat diperparah oleh situasi yang mudah berubah seperti kerusuhan, kekerasan, kelaparan, dan bencana alam dan, tentu saja, oleh praktik rumah sakit yang buruk atau tidak ada sama sekali. Superbug bukan satu-satunya ancaman mikroba, tetapi mereka diakui sebagai yang paling mengancam sehubungan dengan morbiditas dan mortalitas populasi manusia di seluruh dunia. Dalam hal jumlah infeksi dan konsekuensinya, Vibrio cholerae harus menjadi yang teratas dalam daftar superbug (84). Meskipun untungnya tidak umum di negara-negara industri, V. cholerae endemik di Asia dan Amerika Selatan.

 

Sehubungan dengan pengendalian global penyakit menular endemik dan pandemi, masalah yang signifikan adalah ketersediaan sistem yang andal untuk melacak wabah infeksi serius. Terlepas dari upaya heroik Organisasi Kesehatan Dunia (WHO), pelaporan seperti itu tidak ada di banyak bagian dunia. Kurangnya informasi mengenai tahap awal infeksi bakteri epidemik telah menghambat tindakan perbaikan yang tepat dalam banyak kasus.

 

MEKANISME DAN ASAL ULANG RESISTENSI ANTIBIOTIK

 

Mekanisme molekuler resistensi antibiotik telah dipelajari secara ekstensif (Tabel 1) dan telah melibatkan penyelidikan genetika dan biokimia dari berbagai aspek fungsi sel bakteri (2, 59, 147).  Faktanya, studi tentang aksi dan resistensi antibiotik telah memberikan kontribusi signifikan terhadap pengetahuan kita tentang struktur dan fungsi sel. Proses resistensi tersebar luas di kerajaan mikroba dan telah dijelaskan dengan baik untuk berbagai komensal (89) dan patogen; sebagian besar dapat disebarluaskan oleh satu atau lebih mekanisme transfer gen yang berbeda. Beberapa jenis resistensi yang menggambarkan kesulitan dalam mempertahankan aktivitas antibiotik yang efektif dalam menghadapi fleksibilitas genetik dan biokimia bakteri patut disebutkan secara khusus.

 

MANIPULASI GENETIK

 

Gen untuk enzim β-laktamase mungkin yang terluas secara internasional dalam distribusi; mutasi acak dari gen yang mengkode enzim telah memunculkan katalis termodifikasi dengan spektrum resistensi yang semakin luas (63). Archetypical plasmid-encoded β-laktamase, TEM, telah melahirkan suku besar keluarga enzim terkait, memberikan banyak bukti kemampuan beradaptasi ini. Gen β-laktamase kuno (15) dan telah ditemukan di lingkungan terpencil (4), yang menyiratkan bahwa β-laktamase baru dengan rentang substrat yang berubah terjadi di lingkungan. Sebagai contoh lain, spektrum luas β-laktamase (CTX-M) baru diperoleh dari galur Kluyvera lingkungan dan muncul di klinik pada 1990-an; ini adalah enzim pertama yang ditemukan untuk menghidrolisis sefalosporin spektrum yang diperluas pada tingkat yang signifikan secara klinis (86). Gen CTX-M dan varian berikutnya (lebih dari 100 substitusi asam amino yang berbeda telah diidentifikasi sejauh ini) sangat sukses dalam transmisi dan merupakan fenomena dan ancaman global (Gbr. 3) (71). Epidemi gen r seperti ini dengan HGT yang efisien dan radiasi mutasi yang cepat hampir tidak mungkin dikendalikan.

 

Antibiotik makrolida, seperti eritromisin dan penggantinya, diperkenalkan untuk mengatasi masalah resistensi methicillin dan secara luas digunakan untuk pengobatan infeksi Grampositif. Tidak mengherankan, strain yang resisten karena sejumlah mekanisme yang berbeda sekarang tersebar luas (120). Makrolida dan antibiotik terkait bekerja dengan mengikat di tempat yang berbeda di peptide exit tunnel dari subunit ribosom 50S. Resistensi dapat terjadi dengan modifikasi RNA atau komponen protein tunnel. Modifikasi rRNA spesifik yang menimbulkan resistensi terhadap semua antibiotik yang bekerja di situs ini pada ribosom telah dijelaskan baru-baru ini (88), dan modifikasi ini menyebar.

 

Contoh lain dari rekayasa genetik bakteri berasal dari kemunculan mekanisme resistensi Fluoroquinolone (FQ) baru-baru ini. Ketika FQ yang sangat kuat diperkenalkan pada tahun 1987, beberapa ahli yang terlalu berani meramalkan bahwa resistensi terhadap kelas baru inhibitor girase ini tidak mungkin, karena setidaknya dua mutasi akan diperlukan untuk menghasilkan fenotipe resistensi yang signifikan. Juga disarankan bahwa resistensi FQ yang ditransmisikan secara horizontal tidak mungkin terjadi. Namun, mutan gen girase bakteri target dan penghabisan FQ dari sel semakin banyak ditemukan (110). Lebih tidak terduga, mekanisme penonaktifan FQ yang dapat ditularkan telah muncul. Mekanisme ini terjadi karena salah satu dari banyak aminoglikosida N-asetiltransferase memiliki kapasitas untuk memodifikasi amina sekunder pada FQ, yang mengarah pada penurunan aktivitas (46, 99). Yang terakhir ini tidak menghasilkan resistensi FQ tingkat tinggi tetapi dapat memberikan toleransi tingkat rendah yang mendukung pemilihan mutasi resistensi (121). Mekanisme resistensi FQ lain yang tidak terduga dikenal sebagai Qnr, keluarga luas protein pengikat DNA (105), dan bertanggung jawab atas tingkat resistensi kuinolon yang rendah (133). Kami belum mendengar akhir dari kisah resistensi kuinolon. Moral dari cerita orang tidak boleh mencoba menebak-nebak mikroba! Jika resistensi dimungkinkan secara biokimia, itu akan terjadi.

Gambar 3. Distribusi kelas CTX-M β-laktamase yang berbeda di seluruh dunia (pertama kali diidentifikasi pada tahun 1989). (Dicetak ulang dari referensi 71 dengan izin dari Oxford University Press.)

 

RESISTENSI INTRINSIK

 

Resistensi intrinsik mengacu pada keberadaan gen dalam genom bakteri yang dapat menghasilkan fenotipe resistensi, yaitu proto- atau quasi-resistance. Genera yang berbeda, spesies, strain, dll, menunjukkan rentang fenotipe respons antibiotik. Sejak awal milenium ini, ketersediaan teknik mutagenesis genomewide dan pengurutan genom bakteri yang cepat telah mengungkapkan banyak fungsi gen potensial/intrinsik pada bakteri yang dapat menyebabkan fenotipe resistensi dalam situasi klinis. Misalnya, rute genetik umum untuk meningkatkan resistensi antibiotik adalah amplifikasi gen, terutama untuk resistensi terhadap sulfonamid (79) dan trimetoprim (25). Studi-studi ini memberikan petunjuk yang baik tentang apa yang mungkin terjadi di masa depan.

 

Analisis fenotipik perpustakaan knockout gen parsial atau "lengkap" dengan mutagenesis saturasi genom bakteri memungkinkan identifikasi mutan spesifik yang memunculkan respons hipersensitivitas terhadap antibiotik.  Diasumsikan bahwa ekspresi berlebih dari gen tipe liar yang sesuai akan menghasilkan fenotipe resistensi. Studi prognostik semacam itu telah dilakukan dengan sejumlah organisme dan telah mengarah pada prediksi kelas resistensi baru. Jenis analisis ini pertama kali dilakukan dengan perpustakaan mutan parsial Acinetobacter baylyi (64). Sebuah survei yang lebih komprehensif dari perpustakaan gen mutan Keio E. coli mengidentifikasi total 140 isolat berbeda yang hipersensitif terhadap berbagai kelas antibiotik yang berbeda (137); studi terkait telah dilakukan dengan Pseudomonas aeruginosa (51). Banyak dari gen "kerentanan" diduga diidentifikasi, seperti gen yang secara genetik resesif, mungkin tidak mengarah ke fenotipe resistensi. Meskipun demikian, pendekatan tersebut mengidentifikasi gen r potensial dan memberikan informasi tentang sistem biologi resistensi. Analisis microarray RNA dari efek antibiotik telah memberikan informasi prediksi serupa (23). Sederhananya, peningkatan jumlah salinan gen target untuk antibiotik dapat menyebabkan penurunan konsentrasi intraseluler inhibitor sebagai akibat dari titrasi.

 

Yassin dan Mankin menggunakan pendekatan mutan untuk mengidentifikasi situs target diduga untuk inhibitor fungsi ribosom (151). Studi dengan rRNA mengkarakterisasi sejumlah segmen RNA yang mungkin menjadi target baru untuk penghambat terjemahan molekul kecil. Analisis inovatif semacam itu menunjukkan bahwa meskipun ada saran sebaliknya, banyak target obat potensial yang masih harus dieksploitasi dalam penemuan antimikroba. Memprediksi resistensi secara andal—dan bertindak dengan tepat—akan menjadi pendekatan yang berharga untuk memperpanjang masa pakai antibiotik (91).

 

RESISTOME

 

Telah diketahui selama beberapa waktu bahwa strain bakteri yang resisten terhadap antibiotik dapat diisolasi dengan melapisi bakteri lingkungan pada media yang mengandung antibiotik di laboratorium. Hal ini tidak mengejutkan untuk actinomycetes penghasil antibiotik, karena sebagian besar memiliki gen yang mengkode resistensi terhadap senyawa yang mereka hasilkan. Dalam beberapa kasus, mekanisme resistensi telah diidentifikasi dan terbukti sebagai modifikasi enzimatik spesifik dari antibiotik. Streptomycetes telah lama diketahui menghasilkan berbagai -laktamase yang mungkin menjadi sumber dari beberapa bentuk klinis resistensi -laktam (57, 102). Seperti disebutkan sebelumnya, spesies lingkungan Kluyvera telah ditemukan sebagai asal mula gen CTX-M. Dalam kasus lain, resistensi organisme penghasil produk mereka telah diidentifikasi sebagai akibat sistem penghabisan (68, 111). Berbagai mekanisme resistensi, seperti yang ditemukan pada Streptomyces rimosus (109) penghasil tetrasiklin, sering terjadi dalam memproduksi bakteri. Berdasarkan kesamaan biokimia dan genetik, mekanisme resistensi tersebut telah meramalkan yang ditemukan kemudian pada patogen resisten antibiotik (18).

 

Dalam pendekatan all-inclusive baru-baru ini untuk mengukur kepadatan gen / fenotipe r di lingkungan, Wright dan rekan menyaring koleksi actinomycetes pembentuk spora yang berbeda secara morfologis (termasuk banyak strain penghasil antibiotik yang diketahui) untuk resistensi terhadap 21 antibiotik yang berbeda (43 ). Sejumlah besar strain resisten terhadap rata-rata 7 atau 8 antibiotik; mereka secara alami resisten terhadap banyak obat. Populasi gen r di alam disebut sebagai resistensi antibiotik lingkungan (17, 150). Jelas, lingkungan yang berbeda akan diharapkan bervariasi dalam jumlah dan jenis resistensi. Mekanisme resistensi baru, serta banyak mekanisme yang terkait dengan yang ditemukan pada patogen, diidentifikasi dalam koleksi. Ini adalah bukti terbaik yang tersedia untuk keberadaan kumpulan gen lingkungan yang luas dengan potensi untuk ditangkap dan diekspresikan sebagai penentu resistensi untuk inhibitor yang digunakan secara berlebihan. Namun, penelitian lebih lanjut diperlukan untuk membangun hubungan klinis lingkungan yang kuat (30).

 

Survei serupa terhadap bakteri penghasil antibiotik lainnya, seperti Bacillaceae, pseudomonads, cyanobacteria, dan famili luas dari Actinobacteria (144), kelompok filogenetik yang diketahui menghasilkan banyak molekul dengan berat molekul rendah, akan bermanfaat dalam memperluas pemahaman kita tentang sifat gen r yang ada di alam liar.

 

SUBSISTOME

 

Dantas dan rekan kerjanya telah mengambil pendekatan pelengkap dengan pendekatan D'Costa et al. dengan menyaring bakteri tanah untuk proses biokimia yang mendegradasi atau menonaktifkan antibiotik (36). Ratusan galur diisolasi secara acak dari 11 tanah perkotaan dan pedesaan yang beragam dan diuji kemampuannya untuk hidup atau tumbuh pada satu atau lebih dari 18 antibiotik berbeda sebagai satu-satunya sumber karbon dan nitrogen. Mungkin mengejutkan, banyak strain diisolasi yang tumbuh secara efisien pada antimikroba umum, termasuk aminoglikosida, fluoroquinolones, dan kelas lainnya. Sebagian besar galur yang diidentifikasi dalam penelitian ini adalah proteobakteri, dan lebih dari 40% adalah Burkholderia spp.; pseudomonad juga terwakili dengan baik.  Jelas, jalur katabolik yang bertanggung jawab untuk pencernaan antibiotik di alam menyediakan sumber yang kaya dari determinan resistensi potensial; studi tambahan telah mengungkapkan mekanisme baru resistensi terhadap sebagian besar kelas antibiotik. Pekerjaan pada bakteri katabolisme antibiotik dilaporkan pada tahun 1970-an (53), tetapi penelitian Dantas dkk telah mengekspos sepenuhnya dan distribusi gen degradasi/r di lingkungan dan selanjutnya memverifikasi peran yang dimainkan oleh reservoir bakteri tanah sebagai asal. dari gen r antibiotik.

 

ANALISIS METAGENOMI SAMPEL LINGKUNGAN

 

Kloning, PCR, dan teknik ekspresi gen telah diterapkan untuk mendeteksi gen r alami dalam klon rekombinan acak yang berasal dari perpustakaan DNA bakteri dari tanah dan sedimen (3, 119). Masalah potensial adalah bahwa identifikasi resistensi fungsional memerlukan ekspresi gen (transkripsi dan translasi) dari gen kloning dalam host heterolog; sampai saat ini, hanya E. coli yang telah digunakan. Beberapa gen r telah diidentifikasi, tetapi orang bertanya-tanya berapa banyak yang akan ditemukan menggunakan jangkauan yang lebih luas dari sistem ekspresi dan inang; pendekatan sekuensing global berikutnya oleh D'Costa et al. (43) dan Dantas dkk. (36) menunjukkan bahwa jumlahnya akan besar. Secara keseluruhan, studi-studi ini mengkonfirmasi keberadaan banyak gen dan mekanisme antibiotik r potensial di alam.

 

Banyak pertanyaan yang tersisa. Peran reservoir lingkungan ini dalam pengembangan resistensi klinis masih bersifat hipotetis, dan fungsi metabolisme utama gen proto-/quasi-r dalam populasi mikroba masih belum diketahui. Kami memiliki sedikit atau tidak ada bukti bahwa salah satu gen r diduga diidentifikasi dalam studi lingkungan ini telah dimobilisasi menjadi bakteri patogen dan dinyatakan sebagai fenotipe resistensi. Jika konsentrasi senyawa antibiotik pada dasarnya tidak terdeteksi di lingkungan alami, berapakah tekanan selektif untuk berbagai gen r?

 

RESISTENSI AKIBAT AKTIVITAS ANTROPOGENIK

 

Peran utama aktivitas manusia dalam pembentukan reservoir resistensi antibiotik di lingkungan tidak dapat disangkal. Sejak tahun 1940-an, jumlah antibiotik yang ditujukan untuk aplikasi manusia yang terus meningkat telah diproduksi, digunakan secara klinis, dilepaskan ke lingkungan, dan disebarluaskan secara luas, sehingga memberikan tekanan seleksi dan pemeliharaan yang konstan untuk populasi strain yang resisten di semua lingkungan. Mendapatkan angka akurat tentang jumlah antimikroba yang diproduksi oleh industri farmasi sulit (bukan kepentingan terbaik perusahaan farmasi untuk memberikan informasi ini), tetapi dapat diperkirakan bahwa jutaan metrik ton senyawa antibiotik telah dilepaskan ke biosfer selama setengah abad terakhir. Karena satu-satunya bukti yang tersedia menunjukkan bahwa sedikit antibiotik disumbangkan oleh strain penghasil antibiotik alami di lingkungan asli mereka (65), kita harus berasumsi bahwa produksi komersial menyediakan sebagian besar antibiotik yang ditemukan di biosfer.

 

Beberapa alternatif penggunaan agen antimikroba adalah sebagai berikut: (i) promosi pertumbuhan/penggunaan profilaksis pada hewan; (ii) penggunaan terapeutik/profilaksis pada manusia; (iii) penggunaan terapeutik/profilaksis dalam akuakultur; (iv) penggunaan terapeutik/profilaksis pada hewan peliharaan rumah tangga; (v) pengendalian hama/kloning untuk tanaman dan pertanian; (vi) digunakan sebagai biosida dalam perlengkapan mandi dan dalam produk perawatan tangan dan pembersih rumah tangga; dan (vii) sterilitas kultur, kloning, dan seleksi dalam penelitian dan industri. Perlu dicatat bahwa penggunaan terapeutik pada manusia menyumbang kurang dari setengah dari semua aplikasi antibiotik yang diproduksi secara komersial.

 

Mempertimbangkan pembuangan skala besar limbah beracun, logam, desinfektan, biosida, dan residu dari proses manufaktur, jumlah xenobiotik berbahaya yang dilepaskan ke biosfer tidak dapat diperkirakan. Fakta bahwa banyak bahan kimia yang dibuang bersifat bandel terhadap biodegradasi hanya menambah masalah. Pembuangan ciprofloxacin ke sungai pada tingkat lebih dari 50 kg sehari oleh produsen farmasi di Hyderabad, di India tengah (54), mungkin merupakan cerita horor paling ekstrem mengenai pembuangan yang tidak bertanggung jawab; namun, tingkat polusi yang sama mungkin terjadi (tidak dilaporkan) di tempat lain di dunia. Selain menyediakan seleksi yang kuat untuk pembentukan strain resisten di semua genera bakteri (informasi ini belum dipublikasikan), kerusakan fisiologis populasi penduduk lokal serangga, burung, hewan, dan manusia tidak dapat ditaksir terlalu tinggi (31).

 

Gambar  4. Diseminasi antibiotik dan resistensi antibiotik di lingkungan pertanian, masyarakat, rumah sakit, pengolahan air limbah, dan lingkungan terkait. (Diadaptasi dari referensi 49 dan referensi 83a dengan izin dari penerbit.)

 

Berbagai jenis aktivitas antropogenik, termasuk penggunaan antibiotik dalam pertanian dan akuakultur, aplikasi antibiotik non-manusia lainnya, dan pembuangan limbah, menciptakan cadangan resistensi lingkungan utama (Gbr. 4) (49) dan, sangat mungkin, gen virulensi dan organisme yang menampung mereka (95). Sebagai contoh lain, studi genetik dan genomik dari instalasi pengolahan air limbah telah menunjukkan bahwa mereka kaya akan gen r dan organisme resisten (123, 136); gen sering dibawa sebagai pulau genom pada plasmid yang dapat ditularkan dan menyediakan sumber penentu resistensi yang siap pakai. Apakah populasi ini memiliki hubungan dengan resistensi di rumah sakit? Pabrik pengolahan seperti itu, didirikan untuk kebaikan bersama, telah menjadi keburukan bersama (13, 34). Langkah-langkah untuk memastikan kontrol yang lebih baik dari pelepasan antibiotik dan pembuangan lingkungan dari semua pengguna harus segera dan wajib.

 

Teka-teki menarik telah ditemukan dalam penyelidikan hubungan antara penggunaan antibiotik dan perkembangan resistensi antibiotik. Studi terbaru telah mengungkap keberadaan gen antibiotik r dan bahkan integron pengkode resistensi dalam flora usus orang-orang yang tinggal di daerah terpencil yang tampaknya tidak tersentuh oleh peradaban modern dan tidak terpapar terapi antibiotik (16, 103, 104). Dari mana gen r berasal?

 

GENETIKA RESISTENSI

 

Munculnya dan penyebaran patogen resisten antibiotik telah merangsang penelitian yang tak terhitung jumlahnya tentang aspek genetik dari fenomena berbeda yang terkait dengan perkembangan resistensi, seperti pengambilan gen, ekspresi heterolog, HGT, dan mutasi (29, 58, 149). Genetika plasmid tidak dibahas secara rinci di sini, juga interaksi antara plasmid-encoded dan resistensi kromosom, kecuali untuk mengatakan bahwa prasangka awal tentang stabilitas, di mana-mana, dan rentang inang gen r dan vektornya sebagian besar telah menjadi fiksi. Misalnya, perolehan resistensi telah lama diasumsikan menimbulkan biaya energi yang serius untuk mikroorganisme, dan memang, banyak mutan resisten mungkin pertumbuhan terbatas dalam kondisi laboratorium. Akibatnya, strain yang resisten terhadap banyak obat dianggap tidak stabil dan berumur pendek tanpa adanya seleksi (10). Namun, seperti yang sering ditunjukkan, kondisi laboratorium (terutama media kultur) tidak menduplikasi keadaan kehidupan nyata; bukti yang tersedia menunjukkan bahwa patogen dengan banyak mutasi dan kombinasi gen r berevolusi dan berhasil bertahan hidup secara in vivo. Dua penelitian terbaru tentang perkembangan multimutan, multidrug-resistant S. aureus dan M. tuberculosis memberikan contoh yang menjungkirbalikkan kepercayaan sebelumnya. Dalam studi pertama, isolat dari pasien rawat inap yang diobati dengan vankomisin diambil sampelnya secara berkala setelah masuk rumah sakit dan dianalisis dengan pengurutan genom. Dalam langkah-langkah pengembangan isolat akhir (fana), 35 mutasi dapat diidentifikasi selama 3 bulan (96). Demikian pula, telah dilaporkan bahwa sekuensing genom galur M. tuberculosis yang resistan terhadap antibiotik mengungkapkan 29 mutasi independen pada galur MDR dan 35 mutasi pada galur XDR. Fungsi dari mutasi ini tidak dipahami; bakteri tersebut juga bisa mengalami perubahan kompensasi. Studi semacam itu menekankan perlunya analisis biologi sistem terperinci dari perkembangan resistensi in situ.

 

TRANSMISI GEN RESISTENSI

 

Pada dasarnya setiap elemen genetik aksesori yang ditemukan pada bakteri mampu memperoleh gen r dan meningkatkan transmisinya; jenis elemen yang terlibat bervariasi dengan genus patogen. Ada persamaan tetapi juga perbedaan yang jelas antara bakteri Gram-positif dan Gram-negatif; meskipun demikian, transmisi yang diperantarai plasmid adalah mekanisme yang paling umum dari Transfer gen horizontal atau HGT (horizontal gene transfer) dalam bakteri (100). Anehnya, bakteriofag yang membawa gen antibiotik r jarang diidentifikasi di lingkungan atau di rumah sakit yang diisolasi dari bakteri resisten; namun, tidak ada pertanyaan tentang hubungan fag dengan mekanisme penyisipan yang diperlukan untuk pembentukan elemen resistensi seluler dan dengan fungsi gen r yang terkait secara kromosom. Mereka sering dilihat sebagai gen yang mengapit “sidik jari” fag yang mengkode resistensi atau virulensi pada vektor yang berbeda. Tampaknya kejadian seperti itu cukup umum di S. aureus(127).

 

Transmisi gen melalui konjugasi telah dipelajari secara ekstensif di laboratorium dan dalam mikrokosmos yang mendekati kondisi lingkungan, dan frekuensi peristiwa transfer sering sangat bervariasi. Eksperimen menunjukkan bahwa frekuensi transmisi konjugatif di alam mungkin beberapa kali lipat lebih tinggi daripada di bawah kondisi laboratorium (129). Telah terbukti bahwa transfer dalam saluran usus hewan dan manusia terjadi ad libitum (126). Studi terbaru telah menunjukkan beragam gen antibiotik r dalam mikrobioma usus manusia (128).

 

Pada streptokokus, meningokokus, dan genera terkait, pertukaran gen virulensi dan patogenisitas sangat tidak menentu; mekanisme utama untuk lalu lintas DNA tampaknya adalah transformasi (52, 70, 131). Akhirnya, sehubungan dengan akuisisi DNA langsung di lingkungan, Acinetobacter spp. secara alami kompeten, dan HGT sering terjadi (14); strain patogen biasanya membawa pulau genom besar (83, 108). Mungkinkah Acinetobacter dan genera lingkungan terkait berperan dalam penangkapan dan perpindahan gen r dari lingkungan ke klinik? Proses tersebut pasti melibatkan beberapa langkah dan strain bakteri perantara, tetapi telah disarankan bahwa pertukaran gen heterogen terjadi dengan mudah dalam jaringan interaksi multihost (48).

 

Transfer gen horizontal telah terjadi sepanjang sejarah evolusi, dan seseorang dapat mempertimbangkan dua rangkaian peristiwa independen, yang sebagian besar dibedakan oleh rentang waktu dan kekuatan tekanan seleksi. Apa yang terjadi selama evolusi bakteri dan mikroba serta organisme lain selama beberapa miliar tahun tidak dapat dibandingkan dengan fenomena perkembangan dan transfer resistensi antibiotik selama satu abad terakhir. Tekanan seleksi kontemporer penggunaan dan pembuangan antibiotik jauh lebih intens; seleksi sebagian besar untuk bertahan hidup di lingkungan yang tidak bersahabat daripada untuk sifat yang memberikan kebugaran dalam populasi yang berkembang perlahan.

 

Konsisten dengan konsep evolusi terbaru dari plasmid resistensi antibiotik dan strain multiresisten, studi dengan koleksi bakteri patogen yang diisolasi sebelum "era antibiotik" menunjukkan bahwa plasmid umum tetapi gen r jarang (38). Analisis urutan genom mikroba lingkungan mengungkapkan bahwa mereka penuh dengan plasmid—kebanyakan besar dan sering membawa jalur multigen yang bertanggung jawab atas biodegradasi molekul xenobiotik, seperti senyawa fenolik poliklorinasi yang telah digunakan dan didistribusikan secara luas sejak zaman revolusi industri. Ringkasnya, apa yang terjadi dalam hidup kita adalah proses evolusi yang diintensifkan oleh pengaruh antropogenik daripada proses evolusi alam yang lebih lambat dan acak. Proses akuisisi, transfer, modifikasi, dan ekspresi gen yang ada saat ini berkembang dan dipercepat di biosfer modern.

 

Studi laboratorium telah mengkarakterisasi banyak mekanisme genetik yang terlibat dalam evolusi populasi resisten antibiotik; peran plasmid, fag, dan transformasi sudah mapan, tetapi proses lain mungkin ada. Misalnya, fusi sel-sel bakteri mungkin disukai dalam komunitas mikroba campuran yang kompleks, seperti yang ditemukan dalam biofilm (61). Efisiensi proses tidak kritis; seleksi dan efisiensi ekspresi gen heterolog kemungkinan merupakan kendala yang paling penting. Namun, ekspresi tingkat rendah dari gen r potensial dalam inang baru dapat memberikan perlindungan parsial dari antagonis (5); penjahitan gen berikutnya dengan mutasi dengan seleksi akan mengarah pada peningkatan ekspresi. Fungsi promotor dalam kondisi lingkungan tidak dipahami dengan baik (32); tampaknya promotor yang berasal dari Gram-positif dapat berfungsi dengan baik pada bakteri Gram-negatif, tetapi sering kali kebalikannya. Apakah ini menyiratkan arah yang disukai untuk transfer gen bakteri, seperti Brisson-Noe¨l et al. telah menyarankan (24)? Selama penggunaan terapeutik, paparan bakteri patogen terhadap antibiotik konsentrasi tinggi untuk waktu yang lama menciptakan tekanan seleksi yang parah dan menyebabkan tingkat resistensi yang lebih tinggi. Jalur dari gen lingkungan ke gen r klinis tidak diketahui, tetapi jelas terjadi dengan beberapa fasilitas. Pengetahuan tentang langkah-langkah perantara dalam proses penting ini akan mengungkapkan—berapa banyak langkah yang ada dari sumber ke klinik?

 

Di laboratorium, HGT terjadi dalam berbagai kondisi dan dapat ditingkatkan dengan cara fisik yang memfasilitasi pertukaran DNA, misalnya, kedekatan fisik dengan imobilisasi pada permukaan filter atau agar, dan kemungkinan ada banyak faktor lingkungan lain yang mendorong pengambilan gen. Perlu dicatat bahwa antibiotik, terutama pada konsentrasi subinhibitor, dapat memfasilitasi proses pengembangan resistensi antibiotik (41). Misalnya, mereka telah terbukti meningkatkan transfer gen dan rekombinasi (35), sebagian melalui pengaktifan sistem SOS (66, 67); selain itu, antimikroba telah terbukti menginduksi produksi fag dari lisogen. Faktor-faktor tersebut mungkin memainkan peran penting dalam meningkatkan frekuensi pertukaran gen di lingkungan seperti peternakan, rumah sakit, dan sistem pembuangan limbah, yang menyediakan kondisi inkubasi yang ideal untuk akuisisi gen r.

 

Gambar 5. Struktur integral dan mekanisme penangkapan gen. Angka ini menunjukkan elemen dasar integron, seperti yang ditemukan dalam genom bakteri. Strukturnya terdiri dari integrase (Int) dengan promotor Pint dan PC di ujung ke-3 gen, dengan tempat perlekatan kaset atau situs penyisipan (attI) yang terkait. Integrase mengkatalisis rekombinasi sekuensial dari kaset gen yang disirkulasikan ke situs perlekatan distal untuk membuat susunan seperti operon (ant1r, ant2r, dan seterusnya) dari gen r yang ditranskripsi dari promotor PC kuat (132). Tiga kelas integron telah diidentifikasi yang berbeda dalam gen integrase mereka.

 

Sisi positifnya, perlu dicatat bahwa studi tentang mekanisme resistensi antibiotik dan mekanisme transfer gen yang terkait pada patogen telah memainkan peran penting dalam pengembangan metode DNA rekombinan, memberikan landasan eksperimental untuk industri bioteknologi modern (72). Penggunaan enzim restriksi dan teknik kloning plasmid benar-benar mengubah biologi.

 

Perpanjangan selanjutnya dari metode DNA rekombinan bakteri ke manipulasi genetik tanaman, hewan, dan manusia hanya membutuhkan modifikasi teknis kecil, seperti konstruksi antibiotik bifungsional yang sesuai dan gen serumpun pada pro dan eukariota. Aplikasinya benar-benar universal, dengan manfaat yang semakin nyata untuk semua aspek biologi murni dan terapan.

 

INTEGRON

 

Integron adalah elemen akuisisi gen yang tidak biasa yang pertama kali diidentifikasi dan dicirikan oleh Stokes dan Hall pada tahun 1987 (132); analisis retrospektif telah menunjukkan bahwa mereka terkait dengan gen r yang ada dalam isolat Shigella yang mencirikan gelombang pertama resistensi yang dimediasi plasmid yang dapat ditransfer di Jepang pada 1950-an (83). Plasmid "Jepang" dipelajari selama sekitar 30 tahun sebelum struktur integron diidentifikasi, meskipun komponen penentu resistensi diidentifikasi lebih awal sebagai elemen komposit plasmid. Gambar 5 menunjukkan struktur integron, fungsi esensialnya, dan determinan resistensinya. Integron sendiri bukan merupakan elemen genetik yang bergerak, tetapi dapat menjadi begitu terkait dengan berbagai fungsi transfer dan penyisipan (74). Mereka adalah perantara kritis dalam pengambilan dan ekspresi gen r (promotor hulu sangat efisien) dan merupakan sumber dari mayoritas gen r antibiotik yang dapat ditransfer yang ditemukan di gammaproteobacteria (60). Baru-baru ini, ditunjukkan bahwa proses penangkapan dan ekspresi gen integron diaktifkan oleh sistem SOS (37, 66, 67).  Dalam pandangan yang lebih luas, semakin banyak bukti menunjukkan bahwa komponen seperti integron dan kaset gen mereka memainkan peran penting dalam evolusi genom dan fluiditas dalam kerajaan bakteri (21, 93).

 

Ada banyak ulasan bagus tentang topik integron. Struktur tiga dimensi lengkap dari integrase telah ditentukan, dan mekanisme akuisisi kaset gen r sekarang dipahami dengan baik (22). Lebih dari 100 kaset telah diidentifikasi, mencakup semua kelas utama antibiotik (118). Ada bukti fungsional dan genomik bahwa unsur-unsur ini, yang telah lama dianggap eksklusif untuk bakteri Gram-negatif, juga ada pada bakteri Gram-positif (97); Namun, peran umum integron dalam pengembangan resistensi antibiotik pada bakteri Gram-positif masih harus ditetapkan. Yang paling mencolok adalah penemuan sejumlah besar kaset integron di lingkungan alami yang tidak mengkode karakter resistensi (yang diketahui). Temuan ini berasal dari sekuensing throughput tinggi DNA metagenomik tanah dan dari analisis PCR sampel DNA yang diisolasi dari beragam tanah, sedimen, dan lingkungan alami lainnya dengan menggunakan primer spesifik integron-integrase (62). Analisis metagenomik populasi bakteri dari rumah sakit, lokasi pertanian, pabrik pengolahan air limbah, dan sumber lingkungan serupa telah mengungkapkan banyak integron lengkap dengan kaset gen r, menggarisbawahi pentingnya universal pengambilan gen yang dimediasi integron dalam evolusi resistensi. Asal usul integron tidak diketahui, meskipun kesamaan urutan antara integrase dan rekombinase bakteriofag menunjukkan hubungan evolusioner.

 

Akhirnya, perlu dicatat bahwa evolusi berbagai jenis elemen resistensi antibiotik di lingkungan klinis dan alami yang berbeda mungkin melibatkan berbagai proses genetik terintegrasi. Mekanisme akuisisi dan transfer lainnya telah diidentifikasi, dan sifat kombinatorial dari proses perkembangan resistensi tidak boleh diremehkan (46, 139, 148).

 

PERAN EKOLOGIS ANTIBIOTIK DAN RESISTENSI ANTIBIOTIK

 

Gen r antibiotik diduga ada di mana-mana di lingkungan alami. Ini menimbulkan pertanyaan tentang fungsi alami mereka, topik yang telah menjadi subyek dari beberapa ulasan yang menggugah pikiran (3, 9, 90). Apakah mereka menentukan fenotipe resistensi antibiotik di alam? Apakah gen-gen ini dipertahankan untuk ketahanan atau untuk kebutuhan genetik atau biokimia yang tidak terkait? Bisakah kita berasumsi bahwa bakteri terus-menerus terpapar berbagai macam racun atau molekul penghambat di lingkungan? Apa peran ekologis produk alami berbobot molekul rendah yang diidentifikasi memiliki aktivitas antibiotik di laboratorium? Mereka memiliki banyak sumber, seperti produk degradasi polimer alami dalam konversi nutrisi, produk tanaman, senyawa antibiotik dari serangga dan jamur, dan pembusukan organik umum. Tumbuhan menghasilkan banyak senyawa yang menghambat pertumbuhan bakteri di rizosfer.

 

Selain itu, lingkungan mengandung banyak produk yang dibuat oleh manusia dan/atau dipicu oleh kontaminasi manusia, misalnya, bahan kimia minyak bumi, pelarut, produk dan limbah proses industri, sampah, dll. Sejak awal revolusi industri, umat manusia telah membuang racun organik dan anorganik dalam jumlah yang terus meningkat ke sungai, sungai, laut, samudra, tanah, dan udara. Logam berat sering terdapat di dalam tanah. Arsenik, merkuri, dan yodium digunakan secara industri dan, sebelum ditemukannya antibiotik, sebagai obat; dalam beberapa keadaan, mereka masih dipekerjakan seperti itu. Solusi bakteri utama untuk tantangan toksik mengambil bentuk sistem pemompaan multivalen yang mencegah akumulasi intraseluler dari zat bakterisida dan bakteriostatik yang beragam secara struktural (111, 113). Actinomycetes dan mikroba lain yang memproduksi antibiotik dan molekul kecil bioaktif selalu memiliki beberapa sistem penghabisan (94), seperti yang ditunjukkan untuk organisme penghasil tetrasiklin Streptomyces rimosus (109). Koeksistensi fungsi produksi dan resistensi telah dikonfirmasi secara ekstensif dalam studi terbaru dari cluster gen biosintetik antibiotik dan pemeriksaan urutan genom dari memproduksi strain (33, 42).

 

Dengan pengecualian sistem penghabisan nonspesifik, penentu resistensi antibiotik potensial yang ditemukan pada strain penghasil antibiotik umumnya terkait dengan tipe struktural atau cara kerja. Telah disarankan bahwa mekanisme resistensi ini adalah untuk "perlindungan diri" dari inang, dengan asumsi bahwa produsen akan merusak diri sendiri jika mulai membuat produk antibiotiknya (75). Namun, anggapan ini belum terbukti. Produksi antibiotik di laboratorium secara rutin diuji dengan aktivitas penghambatan terhadap strain bakteri asal laboratorium atau klinis. Karena uji penghambatan tradisional menunjukkan bahwa mereka diproduksi di akhir fase pertumbuhan mikroba, antibiotik telah disebut "metabolit sekunder"; mereka tampaknya tidak memainkan peran dalam pertumbuhan normal dari inang. Selain itu, apa yang disebut senyawa sekunder tampaknya diproduksi pada konsentrasi yang tidak terdeteksi pada fase awal pertumbuhan eksponensial.  Selain itu, apa yang disebut senyawa sekunder tampaknya diproduksi pada konsentrasi yang tidak terdeteksi pada fase awal pertumbuhan eksponensial. Studi laboratorium menunjukkan bahwa streptomycetes yang menghasilkan molekul kecil melewati fase transisi selama pertumbuhan dalam kultur labu yang dikaitkan dengan timbulnya perubahan perkembangan yang signifikan, termasuk sporulasi dan produksi antibiotik. Interpretasi seperti itu tentang hubungan proses terkait pertumbuhan dengan produksi molekul kecil hanya dapat diterapkan di bawah kondisi laboratorium dan industri.

 

Gen kuasi-r yang terkait dengan kluster biosintetik molekul kecil dapat memiliki proses metabolisme dan pengaturan lainnya. Resistensi antibiotik bersifat sangat pleiotropik. Mungkinkah tekanan selektif lainnya—ekspresi sistem penghabisan atau aliran masuk, misalnya—dapat menyebabkan galur yang resisten terhadap antibiotik? Interaksi pleiotropik juga dapat berasal dari perubahan jalur metabolisme terdistribusi yang berjejaring dalam sel; perubahan konsentrasi satu enzim atau protein dapat menyebabkan penyesuaian dalam proses yang berkaitan dengan jaringan komunitas mikroba (141).

 

Mutasi pada gen protein ribosom yang menyebabkan resistensi antibiotik memiliki sejumlah efek ekstraribosomal (kesalahan penerjemahan, sensitivitas suhu, perbanyakan fag, dll.) yang mempengaruhi fungsi sel. Tekanan selektif yang berbeda dapat menyebabkan mutasi yang secara kebetulan memberikan tingkat resistensi antibiotik. Fenotipe resistensi antibiotik tidak selalu terjadi semata-mata sebagai respons terhadap pemilihan antibiotik.

 

Apakah produk mikroba yang diidentifikasi memiliki aktivitas antibiotik berfungsi sebagai antibiotik di lingkungan alami masih menjadi pertanyaan diperdebatkan. Seperti disebutkan sebelumnya, kata "antibiotik" diciptakan oleh ahli mikrobiologi tanah Selman Waksman, penemu streptomisin pemenang Hadiah Nobel. Dia dan tim penelitinya yang terkemuka (termasuk Mary dan Hubert Lechevalier dan Boyd Woodruff) mengisolasi ratusan actinomycetes dari tanah yang berbeda dan kemudian mengidentifikasi senyawa dengan aktivitas antibiotik di laboratorium (streptothricin, neomycin, actinomycin D, dll.). Penemuan-penemuan ini merupakan cikal bakal industri antibiotik. Waksman menggambarkan antibiotik sebagai "senyawa yang diproduksi oleh mikroba yang membunuh atau menghambat pertumbuhan mikroba lain." Selanjutnya, dia pasti menyadari bahwa ini adalah sudut pandang antroposentris, karena dia menyatakan bahwa "seseorang terpaksa menyimpulkan bahwa antibiotik tidak berperan dalam memodifikasi atau mempengaruhi proses kehidupan yang ada di alam" (146). Sayangnya, kata "antibiotik" telah menjadi tetap, mendefinisikan baik senyawa dan aktivitas. Semua penghambat berat molekul rendah dari alam disebut antibiotik.

 

Selama abad terakhir, studi tentang fungsi produk alami mikroba telah didasarkan pada aplikasi klinis atau kimia yang "berguna". Target seluler (reseptor) telah diidentifikasi dan studi rinci biokimia tindakan penghambatan dilakukan (59). Namun, pertimbangan biologis dan ekologis dari peran senyawa ini jarang terjadi. Dalam kasus senyawa dengan aktivitas antibiotik, kepentingan utamanya adalah MIC, sebuah konsep antroposentris jika memang ada. Beberapa upaya dilakukan untuk mendeteksi aktivitas antibiotik di lingkungan tanah (65); namun, fakta bahwa hasilnya negatif mungkin mengecewakan tetapi tidak menjadi perhatian.

 

Baru-baru ini, penelitian tentang mikroba di lingkungan alami telah memberikan konsep yang berubah secara drastis tentang gaya hidup alami dan fungsi bakteri (misalnya, mereka tidak tumbuh sebagai koloni tunggal yang terisolasi di alam liar), dan pertanyaan telah diajukan tentang kemungkinan peran tersebut. banyaknya senyawa mikroba bioaktif yang dihasilkan. Meskipun kemampuan untuk mengisolasi koloni bakteri tunggal pada agar-agar sangat penting untuk identifikasi bakteri dan studi patogenisitas, praktik ini sebenarnya telah menunda perkembangan ekologi mikroba. Saat ini, penekanan sedang ditempatkan pada penyelidikan interaksi dalam komunitas bakteri kompleks (mikrobioma) di lingkungan yang berbeda, karena banyak penyakit terjadi sebagai akibat dari infeksi polimikroba. Mengingat kembali keberadaan gen kuasi-r yang ditemukan di alam, jika antibiosis bukanlah fungsi yang umum, apa peran gen-gen ini? Telah diketahui dengan baik bahwa aktivitas antibiotik hanyalah salah satu sifat biologis molekul kecil bioaktif. Mereka menunjukkan pleiotropi / multifungsi yang luas dan kemungkinan besar terlibat dalam pensinyalan sel-sel di dalam dan di antara bakteri dan organisme lain di lingkungan (jamur, tumbuhan, serangga, dan bahkan inang manusia dan hewan). Apakah mekanisme kuasi-resistensi menyediakan sarana untuk melemahkan interaksi sel-sel, jalur degradasi alami, atau fungsi lainnya (41)? Penisilinase telah terlibat dalam pergantian dinding sel (77, 140).  Penisilinase telah terlibat dalam pergantian dinding sel (77, 140). Pompa penghabisan tidak bebas, dan berbagai senyawa dengan berat molekul rendah dengan kesamaan struktural yang terbatas dapat menjadi substrat untuk pompa yang sama (113).

 

PARVOME (DUNIA MOLEKUL KECIL)

 

Kesimpulan utama yang diperoleh dari diskusi sebelumnya adalah bahwa ada ketidaktahuan yang menyedihkan tentang peran jutaan senyawa organik berbobot molekul rendah yang dihasilkan oleh bakteri, mikroba lain, dan tanaman. Produksinya membutuhkan jalur biokimia yang terdefinisi dengan baik dan melibatkan kluster gen biosintetik yang seringkali lebih besar dari 100 kb. Studi tentang berbagai aspek biologi molekul kecil patut mendapat perhatian. Sebagai kata benda kolektif untuk dunia tak terbatas dari molekul kecil bioaktif (biasanya kurang dari 3.000 Da) yang diproduksi oleh organisme hidup, kami telah menciptakan kata "parvome," kombinasi dari parv- (awalan Yunani: kecil) dan -ome (akhiran Latin: kelompok).

 

Untuk memulai, jawaban diperlukan untuk pertanyaan kunci ekologis. Apa asal usul molekul organik bioaktif kecil seperti antibiotik? Apa peran alami dari senyawa ini? Pertanyaan yang lebih menarik lagi menyangkut evolusi jalur biosintetik kompleks dari semua senyawa bioaktif yang diproduksi di alam. Komponen struktural antibiotik tampaknya telah ada di biosfer selama miliaran tahun, sebagaimana dibuktikan oleh jumlah turunan asam amino primordial (banyak di antaranya komponen peptida nonribosom) yang ditemukan di meteorit dan produk sampingan dari kondisi reaksi "prebiotik" (40). Baltz telah menghitung bahwa jalur biosintetik untuk molekul poliketida seperti eritromisin mungkin telah berevolusi sebanyak 800 juta tahun yang lalu (12), dan jalur biosintetik streptomisin setidaknya berusia 600 juta tahun.

 

BAGAIMANA MENGENDALIKAN ATAU MENGURANGI PERKEMBANGAN RESISTENSI ANTIBIOTIK

 

Dengan pertimbangan apapun, konsekuensi paling serius dari penggunaan antibiotik adalah berkembangnya strain resisten secara bersamaan; ini telah mendorong upaya terus menerus untuk melakukan kontrol atas penggunaan antibiotik. Eritromisin adalah contoh awal; diperkenalkan sebagai alternatif penisilin untuk pengobatan S. aureus di Rumah Sakit Kota Boston pada awal 1950-an, obat ini benar-benar ditarik setelah kurang dari satu tahun karena 70% dari semua isolat S. aureus ditemukan telah menjadi resisten terhadap eritromisin. Hal yang sama diamati dengan chlortetracycline dan chloramphenicol dan, selanjutnya, dengan antibiotik lain (55).

 

Jelas bahwa resistensi antibiotik tampaknya tak terelakkan. Langkah-langkah apa yang dapat diambil untuk mencegah atau setidaknya menunda proses ini? Selama bertahun-tahun, banyak solusi berbeda telah diusulkan oleh para ahli yang berpengetahuan luas dan semua kelompok kesehatan internasional utama (misalnya, WHO dan CDC). Di antara usulan tindakan tersebut adalah kontrol ketat terhadap penggunaan antibiotik oleh manusia, membutuhkan resep yang akurat (tidak menggunakan antibiotik untuk mengobati pilek dan infeksi virus lainnya), tidak ada pemberian antibiotik tanpa resep dokter (mengurangi penggunaan antibiotik yang tidak perlu), dan terapi terkontrol. digunakan dalam peternakan dan pertanian. Menariknya, rekomendasi Swann tahun 1969 (135) adalah yang pertama menyerukan larangan penggunaan nonterapeutik pada hewan dan pertanian, saran yang masuk akal tetapi sangat kontroversial yang tidak mungkin diterapkan di banyak negara hingga hari ini. Penipuan telah memainkan peran dalam kegagalan ini; banyak antimikroba yang disetujui untuk pengobatan manusia diberikan kepada hewan dengan nama yang berbeda untuk kegunaan yang berbeda, seperti yang dijelaskan dalam Laporan Komite Penasihat Pengumpulan Data Penggunaan Antimikroba Hewan di Amerika Serikat dari Alliance for the Prudent Use of Antibiotik (47). Meskipun Belanda dan Skandinavia telah berhasil mengurangi tingkat resistensi, jelas bahwa pembatasan penggunaan antibiotik sulit diterapkan dalam skala global. Kepatuhan universal terhadap aturan yang disarankan untuk menahan diri dapat memiliki efek positif, tetapi apakah penolakan akan dihilangkan? Hampir pasti tidak. Lihat laporan terbaru (dari banyak), Resistensi Antibiotik: Perspektif Ekologis tentang Masalah Lama (6). Namun, jika pembatasan dan aturan penggunaan yang dipertimbangkan dengan baik didukung oleh pipa antibiotik dan semisintetik baru secara struktural yang dirancang untuk tahan terhadap mekanisme resistensi, orang dapat mengharapkan beberapa perbaikan yang signifikan dan bertahan lama dalam pengobatan penyakit menular.

 

Sejarah masa lalu memberikan peringatan berulang. Setelah diperkenalkan di Amerika Serikat pada 1950-an, penisilin tersedia tanpa resep selama hampir 10 tahun sebelum resep diperlukan. Dengan demikian, kita dapat mengasumsikan bahwa populasi "inti" dari strain resisten antibiotik didirikan pada awal 1960-an di sebagian besar negara industri. Transmisi mekanisme resistensi yang dikodekan plasmid yang berkembang selama periode itu berkontribusi pada distribusi internasional.

 

Situasi saat ini jelas lebih kompleks. Di banyak negara berkembang, penggunaan antibiotik relatif tidak terkontrol. Antimikroba yang umum digunakan relatif murah di negara-negara ini (seringkali harganya 10 hingga 30 kali lipat lebih murah daripada obat yang sama di negara-negara industri, meskipun kemurnian atau keasliannya belum tentu sama). Selain itu, sudah menjadi kebiasaan bagi perusahaan farmasi barat untuk mendistribusikan antibiotik yang tidak lagi efektif atau tidak disetujui di Eropa atau Amerika Utara ke negara berkembang.

 

Di sisi keberhasilan, modifikasi kimia yang dipandu mode aksi dari senyawa seperti aminoglikosida, Beta-laktam, makrolida, dan kelas antibiotik lainnya telah menghasilkan turunan aktif yang tahan terhadap satu atau lebih mekanisme resistensi yang diketahui. Namun, target fungsi resistensi tidak dapat diubah atau dihilangkan sepenuhnya tanpa mempengaruhi aktivitas antibiotik. Senyawa semisintetik baru yang dihasilkan oleh modifikasi kimia seperti struktur inti antibiotik telah memperpanjang masa manfaat beberapa kelas, seperti methicillin (oxacillin), azitromisin makrolida, dan aminoglikosida amikasin yang dimodifikasi, antara lain. Tetapi pendekatan ini tidak lebih dari mengulur waktu. Gen r berevolusi sebagai respons terhadap tekanan seleksi baru, dan karena berbagai mekanisme resistensi ada untuk setiap kelas antibiotik, penghindaran setiap modifikasi tidak mungkin dilakukan. Selain itu, dalam beberapa kasus, modifikasi kimia antimikroba telah menyebabkan peningkatan toksisitas.

 

Seperti disebutkan sebelumnya, kemampuan untuk memompa antibiotik keluar dari sel adalah fitur umum dari sebagian besar mikroba lingkungan dan kerabat patogennya dan merupakan bentuk resistensi yang paling luas terhadap sebagian besar kelas antibiotik. Merancang senyawa yang mengganggu penghabisan inhibitor aktif dari sel adalah strategi yang menarik untuk desain terapi modifikasi atau kombinasi (87, 111). Sayangnya, terlepas dari upaya yang cukup besar, sangat sedikit senyawa efektif yang telah diperoleh, dan hanya satu atau dua yang mendekati pasar. Pendekatan ini jelas layak, tetapi untuk saat ini, itu tetap tidak lebih dari mimpi pipa.

 

Selama bertahun-tahun, ada banyak diskusi tentang antibiotik "bersepeda" untuk mencoba mengurangi tekanan seleksi untuk resistensi dan dengan demikian memperpanjang masa manfaat senyawa; ini melibatkan penggantian antibiotik lini depan secara berkala dengan kelas struktural alternatif di rumah sakit (19, 92). Bersepeda tidak memberikan solusi jangka panjang, karena strain resisten tidak pernah hilang dari populasi penduduk; ketika antibiotik terkait diperkenalkan kembali, galur masalah (atau gen r) dengan cepat dipilih kembali. Di kompleks rumah sakit yang besar, mungkin sulit untuk mendekontaminasi pusat perawatan intensif yang "terinfeksi" dengan tepat saat bersepeda di antara antibiotik yang berbeda. Apakah pendekatan ini telah diuji secara adil? Apa yang mungkin menjadi pengalaman dalam situasi yang lebih mudah dikendalikan?

 

Taktik terkait melibatkan pengobatan dengan kombinasi senyawa penghambat yang memiliki cara kerja yang berbeda. Pendekatan kombinasi ini (fluoroquinolone ditambah makrolida atau Beta-laktam ditambah aminoglikosida atau tetrasiklin) telah digunakan di masa lalu untuk mengatasi resistensi dan juga telah diterapkan dengan sukses dalam pengobatan penyakit seperti kanker dan infeksi HIV. Namun, informasi farmakodinamik yang terperinci sangat penting, dan masalah regulasi perlu diselesaikan sebelum kombinasi antibiotik standar dapat digunakan dalam praktik rutin. Misalnya, bagaimana seseorang menjamin bahwa dalam campuran dua atau lebih senyawa aktif, semuanya tiba di tempat infeksi pada kisaran konsentrasi yang telah ditentukan untuk sinergi maksimum (dan bukan hanya efek aditif)? Meskipun demikian, dengan infeksi serius yang mengancam jiwa di rumah sakit, tindakan drastis harus diambil, dan berbagai kombinasi antibiotik sering digunakan. Mungkinkah antibiotik yang lebih tua dan/atau tidak digunakan (atau bahkan dibuang) dapat direhabilitasi untuk penggunaan "pilihan terakhir" dalam kombinasi rasional untuk mengatasi infeksi bakteri yang resistan terhadap banyak obat, seperti yang disarankan oleh beberapa penelitian (152)?

 

Banyak strategi untuk menghindari, menghambat, atau melewati mekanisme resistensi pada patogen telah dicoba. Keberhasilan yang paling menonjol dalam upaya tersebut telah dengan antibiotik Beta-laktam. Asam klavulanat dan senyawa terkait adalah penghambat kuat enzim Beta-laktamase dan sering digunakan dalam kombinasi dengan antibiotik -laktam. Kombinasi ini sangat efektif (117), tetapi bakteri telah menemukan cara untuk mengakali kita: sejumlah -laktamase yang tahan terhadap penghambatan oleh klavulanat telah muncul (138). Sampai saat ini, penelitian untuk memperluas pendekatan ini ke kelas antibiotik lain belum berhasil. Ini menimbulkan pertanyaan ekologis lain yang menarik—mengingat bahwa Beta-laktamase umum di alam, apa peran dari penghambat Beta-laktamase alami, seperti asam klavulanat?

Juga telah diusulkan bahwa penghambat virulensi bakteri dapat digunakan untuk menghentikan proses penyakit dan dengan demikian menghilangkan kebutuhan akan antibiotik. Solusi elegan ini tampaknya memiliki keunggulan dibandingkan antibiosis dalam seleksi resistensi (kelangsungan hidup pada inang) mungkin tidak terjadi karena pertumbuhan organisme yang menginfeksi tidak akan terganggu. Beberapa keberhasilan telah diperoleh pada model hewan kecil, tetapi studi yang lebih ekstensif sangat penting jika terapi ini ingin divalidasi (11). Pendekatan nonantibiotik lainnya untuk pengobatan penyakit bakteri melibatkan stimulasi atau perekrutan sistem kekebalan bawaan dari tuan rumah (56). Kemajuan terbaru dalam pemahaman kita tentang peran mikrobioma usus manusia dalam kekebalan bawaan dapat menyebabkan pilihan terapi lainnya (115).

 

Tinjauan ini telah mengabaikan (antara lain) salah satu aspek utama dari pengendalian penyakit bakteri, yaitu pencegahan. Di dunia yang ideal dengan vaksin yang efektif melawan semua penyakit menular, penggunaan antibiotik akan dikurangi secara drastis dan diharapkan terbatas pada prosedur pembedahan di rumah sakit di bawah kendali yang ketat. Namun, terlepas dari upaya bertahun-tahun, hanya sedikit vaksin antibakteri yang digunakan secara luas (7). Keberhasilan vaksin pneumokokus adalah model dari apa yang dapat dicapai. Dapatkah seseorang berharap bahwa upaya yang lebih ekstensif dan terfokus akan memungkinkan pembuatan vaksin yang andal dan efektif melawan E. coli, V. cholerae, S. aureus, Acinetobacter, dan lainnya?

 

KESIMPULAN

 

Pentingnya dan nilai antibiotik tidak dapat ditaksir terlalu tinggi; kita sepenuhnya bergantung pada mereka untuk pengobatan penyakit menular, dan mereka tidak boleh dianggap sebagai komoditas belaka. Selain penggunaannya dalam pengobatan penyakit menular, antibiotik sangat penting untuk keberhasilan prosedur bedah lanjutan, termasuk transplantasi organ dan prostetik.

 

Terlepas dari semua niat baik untuk mengontrol penggunaan antibiotik (tetapi tindakan terbatas), ada sedikit keraguan bahwa situasi sehubungan dengan resistensi antibiotik suram. Mekanisme resistensi adalah pandemi dan menciptakan beban klinis dan keuangan yang sangat besar pada sistem perawatan kesehatan di seluruh dunia. Tidak ada solusi sederhana untuk masalah tersebut. Tindakan tegas yang membutuhkan komitmen dan penegakan yang signifikan tidak pernah populer, bahkan jika nyawa dapat diselamatkan. Untungnya, tidak semua bakteri patogen resisten sepanjang waktu, dan banyak yang merespon pengobatan empiris dengan agen antimikroba yang diberikan di masyarakat. Sukses mungkin karena keberuntungan daripada penilaian yang baik.

 

Mengingat banyaknya hal yang tidak dapat dipikirkan, hal terbaik yang dapat diharapkan adalah bahwa semua dokter dan pusat perawatan kesehatan menyediakan pasien mereka dengan lingkungan yang bebas resistensi dengan mengambil tindakan yang lebih ketat dalam pengendalian infeksi dan penggunaan antibiotik. Hal ini harus didukung dengan upaya pencegahan pembuangan antibiotik ke lingkungan melalui sistem saluran pembuangan; penghancuran total antibiotik sebelum dibuang harus menjadi praktik umum.

 

Sangat penting bahwa tidak boleh ada penghentian sama sekali dalam pencarian agen antimikroba baru (20). Terlepas dari sikap negatif dari farmasi besar, parvome mikroba sama sekali tidak habis dalam mencari antimikroba baru. Demikian juga, banyak target obat yang belum diselidiki ada pada bakteri patogen. Pengetahuan terkini tentang interaksi inhibitor-target dan inhibitor-resistance tidak pada titik di mana senyawa baru yang efektif dapat dirancang atau disaring dengan percaya diri; studi lebih lanjut dari proses ini di tingkat struktural pasti akan memberikan petunjuk baru. Pendekatan biologi sistem mengungkap jenis baru interaksi metabolik dan memberikan penjelasan nonreduksionis untuk banyak aspek cara kerja dan resistensi antibiotik (81, 152). Dengan meningkatnya penerapan studi terkait genom interaktif tersebut, dapat diantisipasi bahwa target baru dan valid akan diidentifikasi dan diuji untuk respons inhibitor dengan pertimbangan yang tepat dari fungsi gen langsung dan tidak langsung. Tragedinya adalah kebanyakan perusahaan farmasi sekarang melalaikan tanggung jawab misi bisnis mereka sendiri. Tanggung jawab ada pada akademisi untuk memberikan informasi tentang aspek multifungsi dari interaksi jaringan mikroba yang akan menyediakan alat penemuan masa depan.

 

Tidak ada antibiotik yang sempurna, dan setelah penggunaan yang paling tepat dari senyawa baru diidentifikasi, adalah penting bahwa resep antibiotik dibatasi untuk penggunaan tersebut. Ini berarti bahwa antibiotik "ceruk" yang ditentukan harus dikembangkan sebagai kelas yang terpisah dari agen spektrum luas. Mengingat meningkatnya pengetahuan tentang reservoir resistensi lingkungan, sekarang mungkin untuk memiliki peringatan dini tentang mekanisme resistensi potensial terhadap antibiotik baru atau lama dan dengan demikian mempersiapkan masalah di klinik secara proaktif. Adalah kewajiban kita untuk memperbarui serangan bersama yang memanfaatkan sepenuhnya pemahaman dan teknologi baru (12, 106, 114). Jika tidak, era preantibiotik menunggu keturunan kita.

 

DAFTAR PUSTAKA

 

1. Abraham, E. P., and E. Chain. 1940. An enzyme from bacteria able to destroy penicillin. Rev. Infect. Dis. 10:677–678.

2. Alekshun, M. N., and S. B. Levy. 2007. Molecular mechanisms of antibacterial multidrug resistance. Cell 128:1037–1050.

3. Allen, H. K., J. Donato, H. H. Wang, K. A. Cloud-Hansen, J. E. Davies, and J. Handelsman. 2010. Call of the wild: antibiotic resistance genes in natural environments. Nat. Rev. Microbiol. 8:251–259.

4. Allen, H. K., L. A. Moe, J. Rodbumrer, A. Gaarder, and J. Handelsman. 2009. Functional metagenomics reveals diverse beta-lactamases in a remote Alaskan soil. ISME J. 3:243–251.

5. Allou, N., E. Cambau, L. Massias, F. Chau, and B. Fantin. 2009. Impact of low-level resistance to fluoroquinolones due to qnrA1 and qnrS1 genes or a gyrA mutation on ciprofloxacin bactericidal activity in a murine model of Escherichia coli urinary tract infection. Antimicrob. Agents Chemother. 53:4292–4297.

6. American Academy of Microbiology. 2009. Antibiotic resistance: an ecological perspective on an old problem. Based on a colloquium held in the Fondation Me´rieux Conference Center in Annecy, France, 12 to 14 October 2008. ASM Press, Washington, DC.

7. American Academy of Microbiology. 2005. Vaccine development: current status and future needs. Based on a colloquium held in Washington, DC, 4 to 6 March 2005. ASM Press, Washington, DC.

8. Aminov, R. I. 2009. The role of antibiotics and antibiotic resistance in nature. Environ. Microbiol. 11:2970–2988.

9. Aminov, R. I., and R. I. Mackie. 2007. Evolution and ecology of antibiotic resistance genes. FEMS Microbiol. Lett. 271:147–161.

10. Andersson, D. I. 2006. The biological cost of mutational antibiotic resistance: any practical conclusions? Curr. Opin. Microbiol. 9:461–465.

11. Balaban, N., T. Goldkorn, R. T. Nhan, L. B. Dang, S. Scott, R. M. Ridgley, A. Rasooly, S. C. Wright, J. W. Larrick, R. Rasooly, and J. R. Carlson. 1998. Autoinducer of virulence as a target for vaccine and therapy against Staphylococcus aureus. Science 280:438.

12. Baltz, R. H. 2006. Marcel Faber Roundtable: is our antibiotic pipeline unproductive because of starvation, constipation or lack of inspiration? J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 33:507–513.

13. Baquero, F., J. L. Martinez, and R. Canton. 2008. Antibiotics and antibiotic resistance in water environments. Curr. Opin. Biotechnol. 19:260–265.

14. Barbe, V., D. Vallenet, N. Fonknechten, A. Kreimeyer, S. Oztas, L. Labarre, S. Cruveiller, C. Robert, S. Duprat, P. Wincker, L. N. Ornston, J. Weissenbach, P. Marlie`re, G. N. Cohen, and C. Me´digue. 2004. Unique features revealed by the genome sequence of Acinetobacter sp. ADP1, a versatile and naturally transformation competent bacterium. Nucleic Acids Res. 32:5766–5779.

15. Barlow, M., and B. G. Hall. 2002. Phylogenetic analysis shows that the OXA beta-lactamase genes have been on plasmids for millions of years. J. Mol. Evol. 55:314–321.

16. Bartoloni, A., L. Pallecchi, H. Rodriguez, C. Fernandez, A. Mantella, F. Bartalesi, M. Strohmeyer, C. Kristiansson, E. Gotuzzo, F. Paradisi, and G. M. Rossolini. 2009. Antibiotic resistance in a very remote Amazonas community. Int. J. Antimicrob. Agents 33:125–129.

17. Baysarowich, J., K. Koteva, D. W. Hughes, L. Ejim, E. Griffiths, K. Zhang, M. Junop, and G. D. Wright. 2008. Rifamycin antibiotic resistance by ADP-ribosylation: structure and diversity of Arr. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 105:4886–4891.

18. Benveniste, R., and J. Davies. 1973. Aminoglycoside antibiotic-inactivating enzymes in actinomycetes similar to those present in clinical isolates of antibiotic-resistant bacteria. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 70:2276–2280.

19. Bergstrom, C. T., M. Lo, and M. Lipsitch. 2004. Ecological theory suggests that antimicrobial cycling will not reduce antimicrobial resistance in hospitals. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 101:13285–13290.

20. Boucher, H. W., G. H. Talbot, J. S. Bradley, J. E. Edwards, D. Gilbert, L. B. Rice, M. Scheld, B. Spellberg, and J. Bartlett. 2009. Bad bugs, no drugs: no ESKAPE! An update from the Infectious Diseases Society of America. Clin. Infect. Dis. 48:1–12.

21. Boucher, Y., M. Labbate, J. E. Koenig, and H. W. Stokes. 2007. Integrons: mobilizable platforms that promote genetic diversity in bacteria. Trends Microbiol. 15:301–309.

22. Bouvier, M., M. Ducos-Galand, C. Loot, D. Bikard, and D. Mazel. 2009. Structural features of single-stranded integron cassette attC sites and their role in strand selection. PLoS Genet. 5:e1000632.

23. Brazas, M. D., and R. E. Hancock. 2005. Using microarray gene signatures to elucidate mechanisms of antibiotic action and resistance. Drug Discov. Today 10:1245–1252.

24. Brisson-Noe¨l, A., M. Arthur, and P. Courvalin. 1988. Evidence for natural gene transfer from gram-positive cocci to Escherichia coli. J. Bacteriol. 170:1739–1745.

25. Brochet, M., E. Couve´, M. Zouine, C. Poyart, and P. Glaser. 2008. A naturally occurring gene amplification leading to sulfonamide and trimethoprim resistance in Streptococcus agalactiae. J. Bacteriol. 190:672–680.

26. Bro¨tze-Oesterhelt, H., and N. A. Brunner. 2008. How many modes of action should an antibiotic have? Curr. Opin. Pharmacol. 8:564–573.

27. Bryskier, A. (ed.). 2005. Antimicrobial agents: antibacterials and antifungals. ASM Press, Washington, DC.

28. Bush, K., and G. A. Jacoby. 2010. Updated functional classification of -lactamases. Antimicrob. Agents Chemother. 54:969–976.

29. Bushman, F. 2002. Lateral DNA transfer. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY.

30. Canton, R. 2009. Antibiotic resistance genes from the environment: a perspective through newly identified antibiotic resistance mechanisms in the clinical setting. Clin. Microbiol. Infect. 15(Suppl. 1):20–25.

31. Carlsson, G., S. Orn, and D. G. J. Larsson. 2009. Effluent from bulk drug production is toxic to aquatic vertebrates. Environ. Toxicol. Chem. 28: 2656–2662.

32. Cases, I., and V. de Lorenzo. 2005. Promoters in the environment: transcriptional regulation in its natural context. Nat. Rev. Microbiol. 3:105–118.

33. Chater, K. F., and C. Bruton. 1985. Resistance, regulatory and production genes for the antibiotic methylenomycin are clustered. EMBO J. 4:229–241.

34. Chee-Sanford, J. C., R. I. Mackie, S. Koike, I. G. Krapac, Y.-F. Lin, A. C. Yannarell, S. Maxwell, and R. I. Aminov. 2009. Fate and transport of antibiotic residues and antibiotic resistance genes following land application of manure waste. J. Environ. Qual. 38:1086–1106.

35. Couce, A., and J. Blazquez. 2009. Side effects of antibiotics on genetic variability. FEMS Microbiol. Rev. 33:531–538.

36. Dantas, G., M. O. A. Sommer, R. D. Oluwasegun, and G. M. Church. 2008. Bacteria subsisting on antibiotics. Science 320:100–103.

37. Da Re, S., F. Garnier, E. Guerin, S. Campoy, F. Denis, and M. C. Ploy. 2009. The SOS response promotes qnrB quinolone-resistance determinant expression. EMBO Rep. 10:929–933.

38. Datta, N., and V. M. Hughes. 1983. Plasmids of the same Inc groups in enterobacteria before and after the medical use of antibiotics. Nature 306:616–617.

39. Davies, J. 1995. Vicious circles: looking back on resistance plasmids. Genetics 139:1465–1468.

40. Davies, J. 1990. What are antibiotics? Archaic functions for modern activities. Mol. Microbiol. 4:1227–1232.

41. Davies, J., G. B. Spiegelman, and G. Yim. 2006. The world of subinhibitory antibiotic concentrations. Curr. Opin. Microbiol. 9:1–9.

42. D’Costa, V. M., E. Griffiths, and G. D. Wright. 2007. Expanding the soil antibiotic resistome: exploring environmental diversity. Curr. Opin. Microbiol. 10:481–489.

43. D’Costa, V. M., K. M. McGrann, D. W. Hughes, and G. D. Wright. 2006. Sampling the antibiotic resistome. Science 311:374–377.

44. DeLeo, F. R., and H. F. Chambers. 2009. Reemergence of antibiotic-resistant Staphylococcus aureus in the genomics era. J. Clin. Invest. 119:2464– 2474.

45. Demain, A. L., and S. Sanchez. 2009. Microbial drug discovery: 80 years of progress. J. Antibiot. (Tokyo) 62:5–16.

46. Depardieu, F., I. Podglajen, R. Leclercq, E. Collatz, and P. Courvalin. 2007. Modes and modulations of antibiotic resistance gene expression. Clin. Microbiol. Rev. 20:79–114.

47. DeVincent, S. J., and C. Viola. 2006. Deliberations of an advisory committee regarding priorities, sources, and methods for collecting animal antimicrobial use data in the United States. Prev. Vet. Med. 73:133–151.

48. Dionisio, F., I. Matic, M. Radman, O. R. Rodrigues, and F. Taddei. 2002. Plasmids spread very fast in heterogeneous bacterial communities. Genetics 162:1525.

49. Doyle, M. P. 2006. Antimicrobial resistance: implications for the food system. Compr. Rev. Food Sci. Food Saf. 5:71–137.

50. Enright, M. C., D. A. Robinson, G. Randle, E. J. Feil, H. Grundmann, and B. G. Spratt. 2002. The evolutionary history of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 99:7687–7692.

51. Fajardo, A., N. Martinez-Martin, M. Mercadillo, J. C. Galan, B. Ghysels, S. Matthijs, P. Cornelis, L. Wiehlmann, B. Tummler, F. Baquero, and J. L. Martinez. 2008. The neglected intrinsic resistome of bacterial pathogens. PloS One 3:e1619.

52. Feil, E. J., M. C. Maiden, M. Achtman, and B. G. Spratt. 1999. The relative contributions of recombination and mutation to the divergence of clones of Neisseria meningitidis. Mol. Biol. Evol. 16:1496–1502.

53. Fenton, J. J., H. H. Harsch, and D. Klein. 1973. Production of volatile nitrogenous compounds from the degradation of streptomycin by Pseudomonas maltophilia. J. Bacteriol. 116:1267–1272. 54. Fick, J., H. Soderstrom, R. H. Lindberg, C. Phan, M. Tysklind, and D. G. J. Larsson. 2009. Contamination of surface, ground, and drinking water from pharmaceutical production. Environ. Toxicol. Chem. 28:2522–2527.

55. Finland, M. 1979. Emergence of antibiotic resistance in hospitals, 1935– 1975. Rev. Infect. Dis. 1:4–22.

56. Finlay, B. B., and R. E. Hancock. 2004. Can innate immunity be enhanced to treat microbial infections? Nat. Rev. Microbiol. 2:497–504.

57. Forsman, M., B. Ha¨ggstro¨m, L. Lindgren, and B. Jaurin. 1990. Molecular analysis of -lactamases from four species of Streptomyces: comparison of amino acid sequences with those of other -lactamases. Microbiology 136: 589–598.

58. Funnell, B. E., and G. J. Phillips (ed.). 2004. Plasmid biology. ASM Press, Washington, DC.

59. Gale, E. F., E. Cundliffe, P. E. Reynolds, M. H. Richmond, and M. J. Waring (ed.). 1981. The molecular basis of antibiotic action, 2nd ed. John Wiley, Chichester, United Kingdom.

60. Gillings, M., Y. Boucher, M. Labbate, A. Holmes, S. S. Krishnan, M. Holley, and H. W. Stokes. 2008. The evolution of class 1 integrons and the rise of antibiotic resistance. J. Bacteriol. 190:5095–5100.

61. Gillings, M. R., M. P. Holley, and H. W. Stokes. 2009. Evidence for dynamic exchange of qac gene cassettes between class 1 integrons and other integrons in freshwater biofilms. FEMS Microbiol. Lett. 296:282–288.

62. Gillings, M. R., S. Krishnan, P. J. Worden, and S. A. Hardwick. 2008. Recovery of diverse genes for class 1 integron-integrases from environmental DNA samples. FEMS Microbiol. Lett. 287:56–62.

63. Gniadkowski, M. 2008. Evolution of extended-spectrum beta-lactamases by mutation. Clin. Microbiol. Infect. 14(Suppl. 1):11–32.

64. Gomez, M. J., and A. A. Neyfakh. 2006. Genes involved in intrinsic antibiotic resistance of Acinetobacter baylyi. Antimicrob. Agents Chemother. 50: 3562–3567.

65. Gottlieb, D. 1976. The production and role of antibiotics in soil. J. Antibiot. (Tokyo) 29:987–1000.

66. Guerin, E., G. Cambray, S. Da Re, D. Mazel, and M. C. Ploy. 2010. The SOS response controls antibiotic resistance by regulating the integrase of integrons. Med. Sci. (Paris) 1:28–30.

67. Guerin, E., G. Cambray, N. Sanchez-Alberola, S. Campoy, I. Erill, S. Da Re, B. Gonzalez-Zorn, J. Barbe´, M. C. Ploy, and D. Mazel. 2009. The SOS response controls integron recombination. Science 324:1034.

68. Guilfoile, P. G., and C. R. Hutchinson. 1991. A bacterial analog of the mdr gene of mammalian tumor cells is present in Streptomyces peucetius, the producer of daunorubicin and doxorubicin. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 88:8553–8557.

69. Hacker, J., and J. B. Kaper. 2000. Pathogenicity islands and the evolution of microbes. Annu. Rev. Microbiol. 54:641–679.

70. Hakenbeck, R. 1998. Mosaic genes and their role in penicillin-resistant Streptococcus pneumoniae. Electrophoresis 19:597–601.

71. Hawkey, P. M., and A. M. Jones. 2009. The changing epidemiology of resistance. J. Antimicrob. Chemother. 64(Suppl. 1):i3–i10.

72. Helinski, D. R. 2004. Introduction to plasmids: a selective view of their history, p. 1–21. In B. E. Funnell and G. J. Phillips (ed.), Plasmid biology. ASM Press, Washington, DC.

73. Hodgkin, D. C. 1949. The X-ray analysis of the structure of penicillin. Adv. Sci. 6:85–89.

74. Holmes, A. J., M. R. Gillings, B. S. Nield, B. C. Mabbutt, K. M. Nevalainen, and H. W. Stokes. 2003. The gene cassette metagenome is a basic resource for bacterial genome evolution. Environ. Microbiol. 5:383–394.

75. Hopwood, D. A. 2007. How do antibiotic-producing bacteria ensure their self-resistance before antibiotic biosynthesis incapacitates them? Mol. Microbiol. 63:937–940.

76. Horrevorts, A. M., J. Borst, R. J. T. Puyk, R. D. Ridder, G. DzoljicDanilovic, J. E. Degener, K. F. Kerrebijn, and M. F. Michel. 1990. Ecology of Pseudomonas aeruginosa in patients with cystic fibrosis. J. Med. Microbiol. 31:119–124.

77. Jacobs, C., L.-J. Huang, E. Bartowsky, S. Normark, and J. T. Park. 1994. Bacterial cell wall recycling provides cytosolic muropeptides as effectors for -lactamase induction. EMBO J. 13:4684–4694.

78. Jacoby, G. A. 2009. AmpC -lactamases. Clin. Microbiol. Rev. 22:161–182.

79. Kashmiri, S. V. S., and R. D. Hotchkiss. 1975. Evidence of tandem duplication of genes in a merodiploid region of pneumococcal mutants resistant to sulfonamide. Genetics 81:21.

80. Kelly, C. P., and J. T. LaMont. 2008. Clostridium difficile-–more difficult than ever. N. Engl. J. Med. 359:1932–1940.

81. Kohanski, M. A., D. J. Dwyer, B. Hayete, C. A. Lawrence, and J. J. Collins. 2007. A common mechanism of cellular death induced by bactericidal antibiotics. Cell 130:797–810.

82. Levy, S. B., and B. Marshall. 2004. Antibacterial resistance worldwide: causes, challenges and responses. Nat. Med. 10(Suppl.):S122–S129.

83. Liebert, C. A., R. M. Hall, and A. O. Summers. 1999. Transposon Tn21, flagship of the floating genome. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 63:507–522. 83a.Linton, A. H. 1977. Antibiotic resistance: the present situation reviewed. Vet. Rec. 100:354–360.

84. Lipp, E. K., A. Huq, and R. R. Colwell. 2002. Effects of global climate on infectious disease: the cholera model. Clin. Microbiol. Rev. 15:757–770.

85. Liu, B., and M. Pop. 2009. ARDB—Antibiotic Resistance Genes Database. Nucleic Acids Res. 37:D443–D447.

86. Livermore, D. M., R. Canton, M. Gniadkowski, P. Nordmann, G. M. Rossolini, G. Arlet, J. Ayala, T. M. Coque, I. Kern-Zdanowicz, F. Luzzaro, L. Poirel, and N. Woodford. 2007. CTX-M: changing the face of ESBLs in Europe. J. Antimicrob. Chemother. 59:165–174.

87. Lomovskaya, O., H. I. Zgurskaya, M. Totrov, and W. J. Watkins. 2007. Waltzing transporters and ‘the dance macabre’ between humans and bacteria. Nat. Rev. Drug Discov. 6:56–65.

88. Long, K. S., J. Poehlsgaard, C. Kehrenberg, S. Schwartz, and B. Vester. 2006. The Cfr rRNA methyltransferase confers resistance to phenicols, lincosamides, oxazolidinones, pleuromutilins, and streptogramin A antibiotics. Antimicrob. Agents Chemother. 50:2500–2505.

89. Marshall, B. M., D. J. Ochieng, and S. B. Levy. 2009. Commensals: unappreciated reservoir of antibiotic resistance. Microbe 4:231–238.

90. Martinez, J. L. 2009. The role of natural environments in the evolution of resistance traits in pathogenic bacteria. Proc. Biol. Sci. 276:2521–2530.

 

SUMBER:

Julian Davies and Dorothy Davies. 2010. Origins and Evolution of Antibiotic Resistance. MICROBIOLOGY AND MOLECULAR BIOLOGY REVIEWS, Sept. 2010, p. 417–433 Vol. 74, No. 3 1092-2172/10/$12.00 doi:10.1128/MMBR.00016-10.

 

#ResistensiAntibiotik 

#Superbug 

#AntimicrobialResistance 

#KesehatanGlobal 

#Antibiotik