Bacillus cereus
Pengantar
Bacillus berarti batang kecil, sedangkan kata cereus berasal dari bahasa Latin yang artinya seperti lilin. Bacillus cereus merupakan bakteri gram positif fakultatif anaerobik penghasil racun. B. cereus menghasilkan sejumlah besar protein yang secara konvensional dianggap sebagai faktor virulensi spesies yang sama atau beragam. Pertama, pengelompokan formal dari beberapa parameter terukur yang ditentukan untuk strain yang diinginkan. Parameter tersebut dapat memiliki dasar biologis, seperti urutan nukleotida gen atau seluruh genom atau set sifat biokimia. Parameter ini dapat juga mewakili kumpulan data formal tanpa signifikansi biologis, seperti spek tra produk fluoresen yang diperkuat oleh PCR atau profil pencernaan enzim restriksi. Tergantung pada protokol eksperimental dan metode pengelompokan yang digunakan, pendekatan statistik menggambarkan untuk empat atau lebih kelompok B. Cereus dalam regangan kuat, bukan tujuh spesies yang valid.
Kriteria lain yang memungkinkan untuk klasifikasi bakteri dalam spesies yang berbeda adalah karakterisasi fenotipe yang khas dan stabil secara filogenetik, kadang-kadang sangat penting secara praktis. Secara historis untuk kelompok B. cereus fenotipe tersebut memberikan kemampuan untuk menyebabkan antraks pada hewan (B. anthracis), virulensi terhadap serangga (B. thuringiensis), pertumbuhan miselium (B. mycoides), kemampuan tumbuh pada suhu rendah (B. weihenstephanensis) atau pada suhu tinggi (B. cytotoxicus). Tidak adanya korelasi yang kuat antara klasifikasi berdasarkan mal clustering dan karakteristik fenotipe menyebabkan ambiguitas dalam taksonomi kelompok B. cereus yang belum sepenuhnya terselesaikan.
B. cereus menjadi faktor penyebab pada sindrom gastrointestinal (GI) yaitu penyakit diare tanpa gejala usus bagian atas yang signifikan dan sindrom GI bagian atas yang dominan dengan mual dan muntah tanpa diare. B. cereus juga terlibat dalam infeksi mata, saluran pernapasan serta luka. Patogenisitas B. cereus, baik usus atau nonintestinal, terkait erat dengan produksi eksoenzim yang merusak jaringan. Toksin yang disekresikan diantaranya ialah hemolisin, fosfolipase, dan protease.
Ekologi
B. cereus dapat ditemukan di berbagai jenis tanah, sedimen, debu dan tanaman. Reservoir alami B. cereus di lingkungan terdiri dari bahan organik yang membusuk, bersama dengan air tawar, sungai, laut, fomit, sayuran dan usus invertebrata. Bakteri ini banyak ditemukan di lingkungan dan dapat mencemari makanan. Bakteri ini cepat berkembang biak pada suhu kamar dengan toksin yang sudah terbentuk sebelumnya. Ketika tertelan, racunnya dapat menyebabkan penyakit gastrointestinal, yang merupakan manifestasi umum dari penyakit ini.
Distribusi B. cereus yang hampir terdapat dimanapun dalam produk makanan (seperti susu, nasi dan pasta), jika bakteri tersebut tertelan dalam jumlah kecil sel maka akan menjadi organisme sementara dari mikrobiota usus manusia. Meskipun hal tersebut tidak diketahui apakah isolasi B. cereus dari tinja berhubungan dengan perkecambahan spora atau pertumbuhan sel vegetatif.
Kontaminasi air dapat menjadi sarana perkembangbiakan B. cereus pada pemrosesan rantai makanan. Tetapi, spora menyebar secara pasif, oleh karena itu ditemukan bahkan di luar habitat alami yang disebutkan di atas. Perkecambahan spora sebenarnya terjadi ketika spora tersebut bersentuhan dengan bahan organik atau diambil oleh serangga atau hewan. Oleh karena itu, B. cereus menunjukkan siklus hidup saprofit, yatu spora berkecambah di tanah dengan produksi basil vegetatif, kemudian bersporulasi, sehingga melanjutkan siklus hidup itu sendiri.
Taksonomi
Genus Bacillus terdiri dari sejumlah besar feno yang khas dan spesies yang beragam secara genetik. Semua spesies Bacillus berbentuk batang dan menghasilkan endospora yang sangat resisten (tahan). Bakteri ini berkisar dari anaerobik fakultatif hingga aerobik ketat. Spesies dalam rentang genus dalam kandungan G + C dari 35% untuk B. cereus hingga lebih dari 60% untuk beberapa isolat termofilik.
Kelompok taksonomi B. cereus terdiri dari tujuh spesies yang terkenal dan memiliki kerabat dekat dengan organisme paling umum dan melimpah di lingkungan. Secara klasik, kelompok tersebut mencakup B. cereus, B. thuringiensis, B. mycoides dan B. anthracis. Tiga spesies tambahan telah divalidasi ialah psychrotrophic B. weihenstephanensis, semut thermotolerant B. cytotoxicus dan B. pseudomycoides. Upaya intensif untuk meningkatkan klasifikasi filogenetik kelompok B. cereus telah dilakukan selama 15 tahun terakhir. Pencapaian penting ialah penetapan yang jelas dari pengelompokan taksonomi dari strain psychrotrophic dan thermotoleran. Hasil yang mengejutkan adalah bahwa galur yang membentuk koloni rizoid tidak dapat dibedakan dengan jelas dari galur dalam kluster psikrotrofik berdasarkan data sekuensing DNA.
Gambar 1. Distribusi urutan genom yang tersedia untuk umum untuk genus Bacillus. Batang coklat dan biru menunjukkan jumlah urutan akhir dan draft, masing-masing, tersedia pada awal 2012 untuk kelompok atau spesies bakteri yang ditunjukkan. Sumber informasi: Database Genom Mikroba Terpadu dari DOE Joint Genome Institute
Bacillus cereus Di Lingkungan Dan Dalam Makanan
B. cereus penghuni rizosfer yang merupakan bakteri tanah yang paling sering diisolasi. Hal tersebut karena kelimpahan dan ketahanan sporanya dalam kondisi buruk. Bakteri ini mencemari hampir semua produk pertanian dan menjadi peran utama dalam kontaminasi dan pembusukan produk makanan. Selain ketahanan panas spora B. cereus, sebagian besar galur yang diisolasi dari tanah tumbuh pada atau sedikit di atas suhu es dan akhirnya menghasilkan racun. Strain psikotrofik dapat secara genetik dibedakan dari mesofilik atau strain termofilik sedang dan mewakili spesies terpisah yang ditunjuk B. weihenstephanen-sis. Selain itu, spesies B. mycoides dan B. pseudomycoides memiliki morfologis yang berbeda dari kelompok genetik dan yang sama dan mampu tumbuh pada suhu dingin. Suhu aktivasi panas optimal untuk perkecambahan spora ialah 65-750C. Kombinasi ketahanan panas dari spora dan karakteristik psychrotrophic menyajikan masalah dalam pengendalian organisme ini.
B. cereus memiliki kemampuan untuk membentuk exosporium (Gbr. 2). Exosporium mengandung protein, lipid dan karbohidrat. Saat B. cereus membentuk itu, akan sangat hidrofobik. Zat tersebut meningkatkan kemampuan spora menempel pada permukaan lembap sehingga memperumit pembersihan pada peralatan industri dan yang lainnya.
Gambar 2. Gambar mikroskop elektron sel bersporulasi B. cytotoxicus NVH391-98. Oval hitam mewakili spora yang diselimuti oleh eksosporium abu-abu gelap yang mengelilingi. Bilah skala adalah 1 m. Foto adalah milik S. Auger dan C. Longin (INRA).
Proporsi wabah keracunan makanan bakteri terkait B. cereus sangat bervariasi dari satu negara ke negara lain. Bakteri ini menempati posisi keenam terbanyak penyebab umum keracunan makanan di Amerika Serikat yang dilaporkan ke Pusat Pengendalian Penyakit (CDC) dari tahun 1973 hingga 1987. Peringkat kedua belas dari tahun 1996 hingga 1997 yang menyebabkan sekitar 27.360 kasus dan ketujuh dari tahun 1998 hingga 2002 yang menyebabkan 37 wabah (0,6% dari total, termasuk non bakteri) dan 571 kasus (0,4%).
Bakteri ini menjadi penyebab keracunan makanan yang paling sering diidentifikasi di Belanda pada 1991-1994, terhitung 22% dari wabah penyebab yang diketahui. Pada 1986-1995 di Taiwan menduduki peringkat ketiga setelah Vibrio parahaemolyticus dan Staphylococcus aureus. Sebuah studi sistematis spesimen tinja dari 1536 pasien diare di Kolkata (India) mengidentifikasi 54 (3,5%) kasus yang berhubungan dengan B. cereus. Perlu dicatat bahwa B. cereus adalah satu-satunya patogen pada 78% kasus. Dalam 22% kasus, etiologinya adalah polimikroba. Frekuensi 3,5% ini mungkin mencerminkan kandungan B. cereus di antara patogen terkait makanan lainnya karena studi independen mengidentifikasi B. cereus sebagai patogen paling umum yang ditemukan pada 3% makanan panas yang disajikan di pesawat pada tahun 1991-1994.
Patogenesis
Keracunan Makanan Diare
Epidemiologi
Penyakit diare yang disebabkan oleh B. cereus memiliki masa inkubasi sekitar 4-16 jam yang biasanya didahului oleh nyeri perut. Diare mereda biasanya dalam waktu 12-24 jam. Faktor mual kadang-kadang muncul, tetapi muntah jarang terjadi. Sebagian besar kasus, penyakit ini tidak memerlukan pengobatan. Tetapi pada kasus yang parah, terapi penggantian cairan dapat diindikasikan.
Faktor virulensi sindrom diare yaitu kompleks dari tiga racun. Pertama ialah enterotoksin hemolitik yang disebut hemolisin BL (HBL). Hasil positif telah didapatkan pada uji ligated kelinci ileal-loop test (LRIL) dan vaskular permeabilitas reaksi (VPR) bahwa HBL terdiri dari tiga protein yang disebut B, L1, dan L2. Kedua, enterotoksin non-hemolitik (NHE), terdiri dari tiga komponen protein yang berbeda dari subunit HBL. Sekuensing dan uji ekspresi gen menunjukkan bahwa HBL dan NHE ditranskripsi dari satu operon, dengan aktivitas enterotoksin maksimum yang dihasilkan selama fase pertumbuhan akhir eksponensial atau stasioner awal. Ketiga, protein sitotoksik (CytK) yang terlibat dalam enteritis nekrotik telah diisolasi dari B. cereus strain yang terlibat dalam wabah parah penyakit diare B. cereus. Protein tersebut sangat mirip dengan toksin pembentuk saluran barrel yang ditemukan pada S. aureus dan C. perfringens.
Sindrom diare oleh B. cereus telahlama dianggap sebagai keracunan toksin. Tetapi, telah dipostulasikan bahwa penyakit ini lebih disebabkan oleh sel B. cereus yang tertelan dan berkembang biak dan menghasilkan enterotoksin di dalam saluran usus pasien. Hal tersebut merupakan infeksi toksiko. Dugaan ini berdasarkan pada tingkat kontaminasi makanan pada titik konsumsi yang kurang dari konsentrasi sel yang umumnya diperlukan untuk produksi enterotoksin di banyak wabah.Makanan yang terlibat dalam wabah sering ditemukan terkontaminasi pada 103 -104 sel/ml atau g, sedangkan sebagian besar galur menghasilkan enterotoksin dalam jumlah yang signifikan hanya setelah mencapai konsentrasi sel 107 sel/ml atau g. Selain itu, aktivitas enterotoksin dipengaruhi secara signifikan atau sepenuhnya dihambat dalam lingkungan pH rendah. Setelah terpapar tripsin dan kimotripsin, menunjukkan bahwa toksin yang terbentuk sebelumnya dalam makanan harus dinonaktifkan selama transit melalui lambung dan duodenum.
Namun, penelitian di atas dilakukan dengan menggunakan enterotoksin yang diproduksi dalam cairan infus jantung otak. Perlu diketahui bahwa enterotoksin yang diproduksi dan dicerna dalam matriks makanan dapat dilindungi dari kerusakan oleh pH dan enzim yang rendah. Kemungkinan, kedua cara patogenesis (intoksikasi dan infeksi toksiko), terutama dengan beberapa enterotoksin bersifat diaregenik.
Keracunan Makanan Emetik
Epidemiologi
Sindrom emetik B. cereus pertama kali diidentifikasi pada awal 1970-an setelah beberapa wabah di Inggris. Penyebab seringnya terjadi ialah keberadaan spora B. cereus pada praktik penyimpanan beras yang tidak tepat. Penyakit emetik memiliki waktu inkubasi 1-5 jam dan dimanifestasikan oleh mual dan muntah yang berlangsung selama 6-24 jam. Diare diamati hanya sesekali. Gejalanya biasanya sembuh sendiri, dan pengobatan jarang diperlukan, tetapi dalam beberapa kasus yang parah dapat menyebabkan kematian. Penularan jenis keracunan makanan B. cereus ini, makanan yang terlibat biasanya mengandung 105 –108 sel/g.
Gejala utamanya yaitu mual, muntah dan malaise. Diare juga ada terjadi pada sekitar 30% kasus beberapa jam setelah muntah dimulai, kemungkinan menunjukkan adanya racun muntah dan diare. Berbagai makanan telah terlibat dalam keracunan makanan B. cereus emetik, termasuk daging sapi, unggas, krim pasteurisasi, puding susu, irisan vanili, pasta dan susu formula. Sebagian besar kasus mencapai 95% terkait dengan hidangan nasi yang dimasak, terutama di restoran Cina. Menariknya, keracunan makanan B. cereus di Norwegia hampir secara eksklusif dari jenis diare, kemungkinan karena beras yang dikonsumsi relatif sedikit. Faktor yang paling umum ialah suhu penyimpanan yang tidak tepat dari makanan yang dimasak pada sindrom keracunan makanan emetik. Spora B. cereus yang bertahan saat dimasak dapat dengan cepat berkecambah dan berkembang biak ke tingkat yang berbahaya tanpa tanda-tanda kontaminasi atau pembusukan yang nyata. Daging sapi, ayam atau telur sering ditambahkan ke nasi matang yang disimpan, yang meningkatkan pertumbuhan. Karena toksin emetik tahan panas, sehingga keracunan dapat terjadi tanpa adanya bakteri yang hidup. Dilaporkan juga bahwa sebagian besar racun tersebut diproduksi oleh sel bakteri pada suhu rendah.
