Antibiotik - Definisi, Sejarah Penemuan dan Klasifikasi

Antibiotik adalah zat kimia yang dihasilkan oleh suatu mikroorgaisme dan memiliki kemampuan untuk menghambat pertumbuhan atau mematikan mikroorganisme lain. Antibiotik pertama kali diperkenalkan oleh seorang ilmuan asal Inggris bernama Alexander Fleming dalam penemuannya yang secara tidak sengaja saat mengamati pertumbuhan bakteri Staphylococcus aureus. Penemuan yang dijuluki sebagai 'Obat Ajaib' ini menjadi harapan besar dunia selama dan paska Perang Dunia II (1914-1918), karena telah menyelamatkan banyak nyawa akibat wabah infeksi bakteri yang menyerang para tentara dan warga saat itu.

{tocify} $title={Daftar isi}

A. Definisi dan Kegunaan Antibiotik

Antibiotik atau antibiotic berasal dari kata anti yang artinya lawan dan biotic yang artinya makhluk, sehingga dapat dikatakan antibiotik adalah zat yang dapat melawan makhluk hidup lainnya. 

Secara definisi antibiotik adalah suatu senyawa kimia yang secara alami dihasilkan oleh suatu jenis mikroorganisme dan dalam konsentrasi rendah mampu bekerja menghambat pertumbuhan atau membunuh mikroorganisme lainnya.

Kegunaan antibiotik adalah sebagai obat terapi untuk melawan infeksi patogen yang masuk ke dalam tubuh, sehingga menyebabkan infeksi semakin parah bahkan hingga menyebabkan kematian.

B. Sejarah Penemuan Antibiotik

Antibiotik pertama kali ditemukan dan diperkenalkan oleh seorang ilmuan ahli fisika sekaligus ahli bakteri asal Inggris bernama Alexander Fleming. Penemuan ini dilatarbelakangi oleh kasus infeksi bakteri Staphylococcus aureus yang banyak menewaskan prajurit selama terjadinya perang dunia II (1914-1918).

Pada tahun 1928 di dalam suatu laboratorium riset, Alexander Fleming secara tidak sengaja menemukan di dalam cawan petri yang sebelumnya telah ditanam bakteri Staphylococcus aureus ditumbuhi oleh semacam fungi (jamur). Namun anehnya, pertumbuhan koloni bakteri Staphylococcus aureus seolah-oleh terhambat oleh kehadiran koloni fungi disebelahnya.

Setelah fungi diisolasi dan diteli lebih jauh, fungi tersebut ternyata menghasilkan senyawa antibiotik. Kemudian spesies fungi tersebut diberi nama Penicillium notatum dan senyawa antibiotik yang dihasilkannya  diberi nama Penicillin.

Penicillin temuan Alexander Fleming merupakan antibiotik pertama yang pada waktu itu disebut sebagai 'Obat Ajaib' karena dapat mememcahkan masalah infeksi yang disebabkan oleh bakteri. Banyak tentara dan warga yang berhasil diselamatkan nyawanya setelah diinjeksikan beberapa dosis antibiotik temuannya.

Seiring berjalannya waktu, Penicillin diproduksi secara sitetis dan telah ditemukan berbagai senyawa turunannya. Nama Penicillium notatum juga telah berubah nama menjadi Penicillium chrysogenum karena telah mengalami mutasi.

Berkat Alexander Fleming beberapa tahun berikutnya banyak bermunculan penemuan-penemuan antibiotik baru dari mikroorganisme lain, contohnya dari jenis bakteri Streptomyces yang mampu menhasilkan Streptomisin.

C. Klasifikasi Antibiotik

Antibiotik yang saat ini beredar luas dipasaran diproduksi oleh perusahaan farmasi diseluruh dunia dengan berbagai merek. Bahkan dalam 1 tahun, perusahaahn farmasi diseluruh dunia mampu memproduksi lebih dari 10.000 metrik ton antibiotik dengan berbagai jenis dan berbagai khasiat. Namun pada dasarnya antibiotik yang sangat beragam itu diklasifikasikan menjadi 3 kelompok utama yang didasarkan pada spektrum kerja, struktur molekul kimia dan mekanisme kerjanya.

1. Antibiotik Berdasarkan Spektrum Kerja

Berdasarkan spektrum kerjanya antibiotik dibagi menjadi 2 yaitu Mikrobisidal (bakterisidal) dan Mikrobiostatik (mikrobiostatik). Mikrobisidal (bakterisidal) adalah jenis antibiotik yang bekerja dengan cara membunuh mikroorganisme secara langsung, sedangkan Mikrobiostatik (mikrobiostatik) bekerja hanya dengan menghambat pertumbuhan mikroorganisme.

Antibiotik yang bekerja dengan membunuh banyak spesies bakteri termasuk antibiotik dengan spektrum luas atau antibiotik broad spectrum, sedangkan antibiotik yang membunuh hanya beberapa spesies bakteri disebut antibiotik spektrum sempit atau antibiotik narrow spectrum.

2. Antibiotik Berdasarkan Struktur Molekul Kimia

Antibiotik berdasarkan struktur molekul kimia dibagi menjadi beberapa golongan/kelompok, diantaranya adalah kelompok β-lactam, Makrolida, Kloramfenikol, Oxazolidinones, Tetrasiklin, Aminoglikosida, Quinolon, dan Sulfonamid. 

a. Antibiotik Golongan β-laktam (Beta Laktam)

Antibiotik pada golongan ini memiliki struktur molekul kimia berupa struktur cincin berkarbon 3 dan bernitrogen 1, atau disebut dengan struktur β-Lactam. 

Antibiotik golongan β-Lactam bekerja dengan cara mengambat sintesis dinding sel dengan mengikat PBP (Penicillin-binding Protein) pada bakteri dan mengganggu ikatan silang (cross-linking) struktur peptidoglikan yang mencegah transpeptidasi terminal di dinding sel bakteri. Dengan demikian, dinding sel bakteri menjadi lemah dan terjadi sitolisis atau kematian karena tekanan osmotik. Contoh antibiotik yang termasuk golongan β-lactam adalah Penisilin, Sefalosporin, Monobactam, dan Carbapenem.

Struktur Kimia β-Laktam dari Antibiotik Penisilin (1) dan Sefalosporin (2)

b. Antibiotik Golongan Makrolida

Antibiotik golongan makrolida memiliki struktur utama berupa cincin laktosa yang terdiri atas ikatan glikosidik antara asam amino dan gula netral. Golongan makrolida juga dikarakterisasi sebagai anggota ke-14, 15 atau 16 dari cincin laktosa makrosiklik dengan penempelan tidak biasa dari gula L-kladidosa dan D-desosamin.

Mekanisme kerja antibiotik Makrolida yaitu penghambatan pertumbuhan bakteri (bacteriostatic), tetapi dalam konsentrasi yang tinggi dapat mematikan bakteri (bacterisidal). Contoh antibiotik yang termasuk golongan Makrolida adalah Erythromycin, Clarithromycin dan Azithromycin.

Struktur Kimia Makrolida

c. Antibiotik Golongan Glikopeptida

Antibiotik golongan glikopeptida secara alami disusun oleh molekul peptida siklik yaitu berupa 7 buah asam amino yang berikatan dengan 2 gugus gula, sehingga disebut glikopeptida.

Antibiotik golongan glikopeptida bekerja dengan menghambat sintesis peptidoglikan pada dinding sel bakteri. Contoh antibiotik dari golongan glikopeptida adalah vancomicin dan bacitracin.

d. Antibiotik Golongan Oxazolidinone

Oxazolidinone adalah golongan antibiotik yang mekanisme kerjanya menghambat sintesis protein dengan mencegah pembentukan kompleks ribosom yang menginisiasi sintesis protein. 

Situs pengikatan antibiotik golongan Oxazolidinone cukup unik yaitu terletak pada RNA ribosom 23S yang merupakan bagian dari subunit 50S. Ikatan tersebut akan menghambat sintesis protein pada taraf dini sekali.

Oxazolidinone aktif terhadap bakteri gram positif termasuk staphulococci, streptococci, enterococci dan Mycobacterium tuberculosis.

e. Antibiotik Golongan Tetrasiklin

Antibiotik golongan tetrasiklin memiliki struktur molekul yang tersusun atas 4 cincin hidrokarbon, sehingga dikenal dengan sebutan akhir (suffik) 'Siklin' (lingkaran).

Antibiotik golongan Tetrasiklin bekerja dengan cara menembus dinding sel bakteri melalui difusi pasif dan proses transport aktif. Setelah memasuki sel target, tetrasiklin mengikat subunit 30S ribosom bakteri secara reversible. Ikatan ini menyebabkan terganggunya proses sintesis protein, yaitu dengan mengganggu proses translasi saat penambahan gugus peptida pada rantai polipeptida untuk pembentukan organel-organel sel. 

Antibiotik  yang termasuk golongan tetrasiklin adalah Tetracycline itu sendiri, Chlortetecycline, Oxytetracycline dan Demeclocycline. Namun saat ini ada antibiotik golongan tetrasiklin generasi ke-2 yang sifatnya semi-sintetis diantaranya adalah Doxycycline, Lymecycline, Meclocycline, Methacycline, Minocycline, dan Rolitetracycline.

Struktur Kimia Tetrasikiklin

f. Antibiotik Golongan Aminoglikosida

Antibiotik golongan aminoglikosida mempunyai struktur kimia berupa gugus 3-amino-gula yang saling dihubungkan dengan ikatan glikosidik, sehingga disebut dengan aminoglikosida.

Antibiotik pertama yang ditemukan berasal dari golongan aminoglikosida adalah Streptomisin yang dihasilkan oleh spesies bakteri Streptomyces. Antibiotik Streptomisin diketahui berhasil menyembuhkan seseorang yang penyakit paru-paru yang disebabkan oleh infeksi bakteri Mycobacterium tuberculosis (TBC).

Cara kerja antibiotik golongan Aminoglikosida adalah dengan dengan mengikat subunit Ribosom 30S secara irreversible sehingga menghambat sintesis protein. Ikatan Aminoglikosida dengan subunit Ribosom 30S akan mengganggu inisiasi kompleks dalam pembentukan peptida, sehingga akan menyebabkan kesalahan dalam translasi mRNA, serta akan memecah polisom menjadi monosom nonfungsional.

Contoh antibiotik yang termasuk golongan Aminoglikosida di antaranya adalah Streptomisin, Neomisin, Kanamisin, Amikasin dan Gentamisin.

Struktur Kimia Aminoglikosida

g. Antibiotik Golongan Quinolone

Antibiotik golongan Quinolone mempunyai struktur kimia berupa 2 cincin siklik (bisiklik).  

Quinolon bekerja secara langsung terhadap sintesis DNA bakteri, yaitu dengan cara menghambat topoisomerase II (DNA gyrase) untuk mencegah terjadinya transkripsi dan replikasi normal oleh DNA superkoil, dan menghambat topoisomerase IV untuk mengganggu pemisahan DNA kromosom yang direplikasi ke sel anak selama pembelahan sel. 

Antibiotik yang termasuk golongan Quinolon adalah Siprofloksasin, Levofloksasin, Lomefloksasin, Floksasin, dan Ofloksasin.

Struktur Kimia Quinolone: Ciprofloxacin (a) dan Moxifloxacin (b)

h. Antibiotik Golongan Sulfonamid

Antibiotik golongan sulfonamid memiliki struktur kimia yang mengandung gugus sulfonamid.

Mekanisme kerja Sulfonamid yaitu menghambat dihidropteroat sintase dan produksi folat yang dibutuhkan untuk pertumbuhan bakteri.

Sulfonamid mampu menghambat bakteri Gram positif, seperti Staphylococcus sp dan bakteri Gram negatif enteric seperti E. coli, Klebsiella pneumonia, Salmonella, Shigella, dan Enterobacter sp.

Contoh antibiotik yang termasuk golongan sulfonamid adalah Mafenide, Sulfacetamide, Sulfadiazine, Sulfadoxine, Sulfamethizole, Sulfamethoxazole (dikombinasikan dengan trimethoprim), Sulfanilamide dan Sulfasalazine.

Gugus Fungsi Sulfonamid

3. Antibiotik Berdasarkan Mekanisme Kerja

Antibiotik berdasarkan mekanisme kerjanya dibagi menjadi beberapa kelompok, diantaranya yaitu:

1. Antibiotik menghambat sintesis peptidoglikan pada dinding sel bakteri. Contohnya seperti golongan β-lactam (penisilin, sefalosporin, dan carbapenem) dan golongan glikopeptida (vancomicin, bacitracin).
2. Antibiotik yang mengacaukan sintesis molekul lipoprotein. Antibiotik jenis ini menghambat terbentuknya lipoprotein penyusun membran sel, sehingga akan meningkatkan permeabilitas membran sel dan zat-zat yang ada di dalam sel dapat merembes keluar (bocor). Contoh antibiotik jenis ini adalah polimiksin dan daptomycin.
3. Antibiotik yang menghambat sintesis protein. Antibiotik jenis ini bekerja dengan merusak fungsi subunit 50S ribosom, contohnya seperti golongan kloramfenikol, makrolida, klindamisin, linezolid dan streptogramin, dan ada juga antibiotik yang bekerja dengan berikatan pada subunit 30S ribosom seperti aminoglikosida dan tetrasiklin sehingga terjadi penghambatan pertumbuhan bakteri.
4. Antibiotik yang mempengaruhi metabolisme asam nukleat. Cara kerja antibiotik jenis ini adalah dengan menghambat polimerisasi RNA dan menghambat topoisomerase. Contoh antibiotiknya adalah Quinolon dan Rifampisin.
5. Antibiotik antimetabolik. Cara kerjanya adalah dengan memblokir kerja enzim dalam proses sulfonamid asam folat. Contoh antibiotik jenis ini adalah kombinasi sulfonamide dan trimethoprim.

 

D. Sumber & Referensi

• Brooks, G.F., Carroll, K.C., Butel, J.S., Morse, S.A., dan Mietzner, T.A. 2013. Jawetz, Melnick & Adelberg's Medical Microbiology. The McGraw-Hill Companies Inc, US.
• Etebu, E., dan Arikepkar, I. 2016. Antibiotics: Classification and mechanisms of action with emphasis on molecular perspectives. IJAMBR 4, pp. 90-101.
• Madigan, M.T., martinko, J.M., dan Brock, T.D. 2006. Brock Biology of Microorganism. Pearson Prentice Hall, New Jersey.
• Trivedi, P.C., Pandey, S., dan Bhadauria, S. 2010. Text Book of Microbiology. Aavishkar Publisher, Distributors, Jaipur India.  

Follow

MicrobeHolic Situs berbagi ilmu Biologi dan Mikrobiologi. Silahkan follow situs ini untuk mendapatkan update terbaru.

Share this post