Bahaya Kontaminasi Mikroorganisme pada Pangan Asal Hewan

Foodborne disease merupakan Penyakit infeksi yang ditimbulkan akibat mengonsumsi makanan atau minuman yang terkontaminasi mikroorganisme. Pengan asal hewan merupakan slah satu pengan yang paling sering membawa mikroorganisme yang dapat menyebabkan penyakit jika tidak dioleh dengan baik. Berbagai macam jenis mikroorganisme yang dapat menyebabkan infeksi pada manusia salah satunya ialah Clostridium perfringens

Clostridium perfringens termasuk dalam bakteri gram positif yang dapat membentuk spora dan menghasilkan toxin. Infeksi Clostridium perfringens pada manusia dapat menyebabkan kondisi demam, nyeri perut, diare yang tidak berdarah, dan muntah. Pada beberapa kasus dapat terjadi hipotensi, takikardia, dan gangguan homeostasis termal. Walaupun demikian gejala kasus ini sangat beragam dan sangat tergantung pada kondisi individu. Toxin yang merupakan faktor virulensi bakteri clostridium perfrigens terdiri dari beberapa kelompok salah satunya ialah enterotoksin atau yang biasa disebut Clostridium perfringens Enterotoksin (CPE) (Gohari et al., 2021).

Pemahaman terkait dengan faktor virulensi bakteri clostridium perfrigens ini sangat diperlukan, mengingat bahwa laporan-laporan kasus ini terus terjadi. Dengan memahami dan mengetahuo faktor virulensi ini maka pemahaman terkait bakteri ini menjadi lebih mendalam, sehingga

 

Faktor Virulensi

Bakteri clostridium perfrigens merupakan bakteri anaerob yang memiliki waktu pembelahan sel yang sangat cepat (<10 menit). Hal ini menyebabkan bakteri ini mencapai beban patogenik yang tinggi dengan cepat dalam makanan, luka, atau usus. Bakteri clostridium perfrigens tidak memiliki flagela tetapi memiliki kemampuan gerak meluncur yang dimediasi oleh fili tipe IV, yang juga berkontribusi pada fungsi lain yang berpotensi terkait virulensi seperti pembentukan biofilm dan adherensi. Faktor virulensi utama dari bakteri ini ialah toksin yang sangat kuat. Toksin yang dihasilkan oleh clostridium perfrigens sangat bervariasi, hal ini bisa dipengaruhi oleh jenis strain yang berbeda akan menghasilkan toksin yang berbeda. Salah satu jenis toksin yang merupakan faktor virulensi utama dari clostridium perfrigens ialah enterotoksin atau yang biasa disebut CPE (clostridium perfrigens enterotoxin) (Gohari et al., 2021).

CPE adalah sebuah polipeptida tunggal dengan berat molekul 35 kDa yang diproduksi oleh semua strain tipe F dan beberapa strain tipe C, D, dan E. Toksin ini tidak memiliki homologi urutan asam amino utama dengan toksin lain tetapi secara struktural termasuk dalam keluarga β-PFT (aerolysin). Protein CPE terdiri dari domain pengikat reseptor pada ujung C-terminal dan domain sitotoksik pada ujung N-terminal yang memediasi oligomerisasi dan penanaman membran saat pembentukan pori. Enterotoxin dari clostridium perfrigens (CPE) dapat menyebabkan penyakit saluran pencernaan yang sangat umum pada manusia dan hewan mamalia. CPE merupakan foodborne disease yang memiliki kemampuan untuk merusak penghalang saluran pencernaan dan menimbulkan sitotoksisitas (Vecchio et al., 2021).

 

Patogenesis

Patogenitas dari toksin CPE dimulai dengan adanya ikatannya pada reseptor, yang mencakup beberapa jenis claudins. Claudins merupakan bagian dari protein membran plasma yang berperan menjaga struktur dan fungsi sambungan yang dibentuk oleh sel-sel epitel dan endotel. Pada kasus infeksi CPE, claudins berperan sebagai reseptor yang berikatan dengan CpE di permukaan sel. Enterotoksin CpE mengenali dan berikatan dengan claudin melalui domain C-terminalnya (cCpE), yang memicu kerusakan sambungan rapat, breakdown dari penghalang saluran pencernaan, dan terjadinya sitotoksisitas. Kemampuan CPE dalam mengikat claudins bervariasi. Misalnya, CPE mengikat claudins-3 dan -4 dengan afinitas tinggi, claudins-8 dan -14 dengan afinitas sedang, dan claudins-1 dan -2 dengan buruk atau tidak sama sekali. Namun, ECL1 umumnya konservatif di antara semua claudins, sehingga kemampuan sebuah claudins untuk berfungsi sebagai reseptor CPE sebagian besar bergantung pada ECL2 yang lebih bervariasi. Keberadaan residu Asp dalam ECL2 penting bagi claudins untuk mengikat CPE dengan afinitas sedang hingga tinggi (Gohari et al., 2021).

Claudins manusia memiliki berbagai ukuran dan diklasifikasikan berdasarkan motif konservatif WGLWCC. Claudins memiliki topologi struktural yang terdiri dari empat segmen transmembran alfa (TM) dan dua segmen ekstraseluler (ECS) yang membentuk lembaran β-paralel yang terdiri dari lima helai (β-sheet). Claudins berinteraksi lateral dalam sambungan rapat dan secara tegak lurus dalam interaksi trans, membentuk hambatan permselektif terhadap ion sambil melekatkan sel-sel yang berdekatan. CPE dapat mengganggu integritas saluran pencernaan dengan cara melalui disosiasi interaksi cis dan trans claudins yang disebabkan oleh toksin, yang mengakibatkan kerusakan fungsi penghalang sambungan rapat serta membunuh sel epitel melalui pori ion yang berikatan dengan claudins. Walaupun ekspresi claudins di saluran pencernaan  Spesifik untuk manusia tidak diperlukan ikan CPE, variasi dalam sekuensi dan struktur claudins menyebabkan hanya beberapa subtype yang memeiliki kemampuan berikatan dengan CPE (Vecchio et al., 2021)

Setelah terikat pada reseptor claudins, CPE terlokalisasi dalam kompleks kecil sekitar 90 kDa yang juga mengandung claudins reseptor dan claudins-1 non-reseptor. Sekitar enam kompleks kecil mengoligomerisasi membentuk pra-pori sekitar 450 kDa di permukaan membran plasma. Setiap CPE dalam pra-pori kemudian memperpanjang loop β-helai yang membentuk barel β yang menanamkan dirinya ke dalam membran untuk membentuk pori sepanjang 1,4 nm. Asosiasi claudins-1 dengan pori CPE berkontribusi pada stabilitas kompleks dan resistensi terhadap tripsin. Pori CPE dapat dilewati oleh molekul-molekul kecil, terutama kation. Perlakuan dengan dosis rendah CPE menyebabkan aliran kalsium terbatas yang menginduksi aktivasi kalpain yang ringan untuk memicu apoptosis yang dimediasi kaspase 3, sedangkan dosis CPE yang lebih tinggi menyebabkan aliran kalsium yang besar yang menginduksi aktivasi kalpain yang kuat dan mengarah pada nekroptosis yang bergantung pada MLKL. RIP1 dan RIP3 juga terlibat dalam apoptosis dan nekroptosis yang diinduksi oleh CPE. Sel-sel Caco-2 yang terpapar CPE dan mengalami kematian juga mengalami kerusakan morfologis, yang mengungkapkan permukaan sel bagian basolateral dan memfasilitasi pembentukan kompleks CPE sekitar 600 kDa yang mengandung protein sambungan rapat occludin, bersama dengan claudins reseptor dan claudins-1. Pembentukan kompleks sekitar 600 kDa ini dapat berkontribusi pada gangguan sambungan rapat, memicu internalisasi occludin dan claudins, dan/atau meningkatkan perubahan permeabilitas paraselular. Penting dicatat bahwa kompleks CPE sekitar 450 kDa terbentuk baik dalam kultur sel Caco-2 maupun dalam usus, tetapi kompleks CPE sekitar 600 kDa hanya terdeteksi pada sel Caco-2 (Gohari et al., 2021).

Claudins-3 dan -4 telah diidentifikasi sebagai reseptor CPE pada manusia dan mencit. Namun, pola ekspresi dan tingkat claudins-3 dan -4 bervariasi di saluran pencernaan mamalia ini. Penggunaan struktur kompleks antara claudins-4 manusia (hCLDN-4) dengan cCPE memungkinkan identifikasi fitur-fitur yang digunakan CPE untuk menargetkan claudins secara spesifik pada subtipus tertentu dan pengaruhnya terhadap sitotoksisitas. Temuan ini membantu dalam kategorisasi reseptor dan nonreseptor claudins untuk CPE dalam saluran pencernaan mamalia dan menjelaskan mekanisme molekuler CPE dalam merusak claudins dan mengganggu fungsi penghalang sambungan rapat (Vecchio et al., 2021).

Toxin clostridium perfrigens menyebabkan kerusakan pada sel-sel epitel usus, gangguan pencernaan, dan diare. Selain efek toksiknya, CPE juga memiliki kemampuan untuk mempengaruhi sistem kekebalan tubuh. CPE dapat merangsang produksi dan pelepasan sitokin pro-inflamasi seperti interleukin-8 (IL-8), yang dapat meningkatkan peradangan lokal dan menarik lebih banyak sel imun ke area yang terinfeksi. Enterotoxin clostridium perfringens cukup stabil dalam lingkungan asam lambung dan tahan terhadap pencernaan enzimatik di saluran pencernaan. Ini memungkinkan CPE untuk tetap aktif dan berfungsi dalam mencapai dan merusak sel-sel usus target.

 

Laporan kasus Oubreak CPE (Clostridium perfrigens Enterotoxin)

Terdapat beberapa laporan kasus outbreak yang disebabkan oleh enterotoxin pada bakteri clostridium perfrigens, salah satunya dilaporkan oleh Newell et al., (2023), yang menyelidiki terkait kasus penyakit gastrointestinal akut pada karyawan rumah sakit. Pada kasus tersebut, dilaporkan terjadinya wabah gastrointestinal yang melibatkan staf rumah sakit di Homer, Alaska. Penyebab wabah tersebut diidentifikasi sebagai clostridium perfringens dan Bacillus cereus, yang merupakan penyebab umum penyakit yang ditularkan melalui makanan. Metode yang digunakan adalah studi kohort retrospektif terhadap staf rumah sakit yang mengikuti acara makan siang pada tanggal 5-7 Agustus 2021. Survei online digunakan untuk mengidentifikasi staf rumah sakit yang mengalami gangguan pencernaan. Pasien kasus didefinisikan sebagai orang yang melaporkan adanya gangguan pencernaan baru (diare atau kram perut) setelah mengonsumsi makanan selama acara makan siang. Diagnosa kasus didasarkan pada riwayat gejala dan pengambilan sampel feses.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa dari 202 responden survei, 66 orang (32,7%) melaporkan mengalami gangguan pencernaan akut. Dari 79 orang yang mengonsumsi sandwich ham dan pulled pork, 64 orang (81,0%) memenuhi definisi kasus dan makanan tersebut secara signifikan terkait dengan peningkatan kemungkinan terjadinya gangguan pencernaan. C perfringens dan B cereus berhasil diisolasi dari sampel sandwich dengan tingkat konfirmasi yang sesuai. Enterotoksin C perfringens juga terdeteksi dalam semua 5 sampel feses pasien kasus. Investigator lingkungan juga melihat adanya makanan lain pada penjual sandwich yang disimpan di luar rentang suhu yang diperlukan (>41 °F), meskipun tidak ditemukan kekurangan penanganan yang jelas untuk makanan yang diduga menjadi sumber wabah.

 

Pencegahan dan Pengendalian CPE (Clostridium perfrigens Enterotoxin)

Dalam pencegahan dan pengendalian penyakit yang termasuk dalam foodborne disease banyak terkait dengan lima elemen penting antara lain hukum dan peraturan pangan, manajemen kontrol makanan, layanan inspeksi, layanan laboratorium, pemantauan makanan, dan penguatan terhadap data epidemiologi, informasi, edukasi, komunikasi. Selain itu terkait dengan kasus enterotoksin yang disebabkan oleh clostridium perfrigens dapat dicegah dengan vaksinasi. Saat ini terdapat pengembangan vaksin berbasis C-CPE untuk melawan toxin yang dihasilkan clostridium perfrigens (Lan et al., 2019).

Clostridium perfringens adalah penyebab utama keracunan makanan di seluruh dunia, dengan enterotoksinnya (CPE) menjadi faktor virulensi utama. Bagian ujung C dari CPE (C-CPE) bertindak sebagai toksin yang berikatan dengan sel epitel melalui claudins di persimpangan yang rapat (tight junctions). Namun, C-CPE memiliki antigenisitas yang rendah, sehingga diperlukan teknologi rekayasa protein untuk meningkatkan antigenisitasnya. Para peneliti telah mengembangkan vaksin berbasis C-CPE untuk melawan keracunan makanan yang disebabkan oleh clostridium perfringens. Vaksin ini dirancang untuk meningkatkan respons imun terhadap CPE. Selain itu, sifat C-CPE yang mampu berikatan dengan claudin dapat dimanfaatkan untuk mengirimkan antigen vaksin langsung ke jaringan limfoid terkait mukosa. Dengan menggunakan sistem pengiriman vaksin berbasis C-CPE yang diberikan melalui hidung, respons imun mukosa dan sistemik yang spesifik antigen dapat diinduksi (Lan et al., 2019).

 

KESIMPULAN

Pangan asal hewan memiliki risiko tinggi terkontaminasi mikroorganisme patogen yang dapat menyebabkan foodborne disease jika tidak ditangani dan diolah dengan baik. Kontaminasi ini dapat menimbulkan gangguan kesehatan mulai dari gejala ringan hingga berat. Oleh karena itu, penerapan higiene, sanitasi, serta pengawasan keamanan pangan menjadi kunci utama dalam mencegah dampak negatif terhadap kesehatan manusia.

DAFTAR PUSTAKA

1. Gohari, I.M., Navarro, M.A., Li, J., Shrestha, A., Uzal, F., McClane, B.A., 2021, “Pathogenicity and virulence of Clostridium perfringens”, Virulence. 12(1):723-753. doi: 10.1080/21505594.2021.1886777. PMID: 33843463; PMCID: PMC8043184.
2. Lan, H., Hosomi, K., Kunisawa, J., 2019, “Clostridium perfringens enterotoxin-based protein engineering for the vaccine design and delivery system”, Vaccine. 37(42):6232-6239. doi: 10.1016/j.vaccine.2019.08.032. Epub 2019 Aug 26. PMID: 31466706.
3. Mellou, K., Kyritsi, M., Chrysostomou, A., Sideroglou, T., Georgakopoulou, T., Hadjichristodoulou, C., 2019, “Clostridium perfringens Foodborne Outbreak during an Athletic Event in Northern Greece”, Int J Environ Res Public Health. 16(20):3967. doi: 10.3390/ijerph16203967. PMID: 31627449; PMCID: PMC6843328.
4. Newell, K., Helfrich, K., Isernhagen, H., Jones, M., Stickel, G., McKeel, H., Castrodale, L., dan McLaughlin, J., “Multipathogen Outbreak of Bacillus cereus and Clostridium perfringens Among Hospital Workers in Alaska”, Public Health Reports. 0(0), hal. 1-6, DOI: 10.1177/00333549231170220
5. Vecchio, A. J., Rathnayake, S. S., Stroud, R. M., 2021, “Structural Basis For clostridium Perfringens Enterotoxin Targeting Of Claudins At Tight Junctions In Mammalian Gu”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 15(118). Doi: https://doi.org/10.1073/pnas.2024651118