Protein -A: Peranannya dalam Mekanisme Infeksi

(PROTEIN-A: IT’S ROLE IN THE MECANISM OF INFECTION)

I NYOMAN SUARSANA
Laboratorium Biokimia Fakultas Kedokteran Hewan
Universitas Udayana Denpasar 80232

ABSTRAK
Patogenitas bakteri Staphylococcus sp. sangat tergantung pada produk intraseluler (cell-associated) dan protein ektraseluler. Salah satunya adalah protein permukaan yaitu protein-A. Protein-A adalah protein permukaan yang berikatan secara kovalen dengan struktur peptidoglikan yang terdapat pada dinding sel sejumlah strain Staphylococcus koagulase positif.
Protein-A sebagai protein permukaan secara khusus bersifat patogenik pada bakteri Staphylococcus. Protein ini mempunyai peranan penting dalam mekanisme bakteri penginfeksi tubuh inang, diantaranya berperan dalam pelekat (adhesi), kolonisasi, dan perusakan sel pada pelbagai jaringan tubuh. Selain itu efek biologis yang ditimbulkan diantaranya reaksi hipersensitivitas diperlambat, menghambat opsonisasi dan antifagositosis. Selanjutnya, protein-A mempunyai kemampuan untuk berikatan secara nonimun dengan reseptor bagian Fc dari immunoglobulin (Ig) pada kebanyakan spesies mamalia kecuali Ig pada unggas.
Kata Kunci : protein-A, adesi, Kolonisasi, antifagositosis, Staphyolococcus sp.

ABSTRACT
The pathogenecity of Staphylococcus sp. is highly dependent upon cell-associated and extraceluler protein products of the bacteria. One of the products that plays such a role is a protein so-called protein-A. Protein-A is a surface protein linked covalently to the peptidoglycan structure of the cell wal of many strains of coagulase positif Staphylococci.
A spesific patogenicity of Staphylococcus is closelly associated with the presence of protein-A antigen on the surface of cell wall. It plays an important role in the mecanism of infection such adhesion, colonization, and distruction of tissues in parts of body. Whereas, biological effect attributed to protein-A include delayed hypersensitivity reaction, inhibition of opsonization and antiphagocytosis. Subsequently, protein-A was shown capable of nonimmune binding to the Fc receptor of most classes of immunoglobulin (Ig) molekul from most mammalian spesies expect poultry of Ig.
Key words : protein-A, adhesion, colonization, antiphagocytosis, Staphyolococcus sp.

PENDAHULUAN
Peranan antigen protein dan komponen protein permukaan lainnya dalam mekanisme infeksi belum banyak terungkap. Penelitian pendahuluan menunjukkan protein permukaan bertanggung jawab atas sifat adhesif bakteri Staphylococcus (Wibawan et al., 1993).
Antigen permukaan pada Staphylococcus aureus seperti polisakarida, dinding sel, produk seluler dan protein permukaan (Carlton dan Charles, 1993; Thakker, et al., 1998), merupakan faktor virulensi yang beperan dalam patogenesis infeksi kuman pada inang.
Salah satu protein permukaan yang dimiliki oleh bakteri S. aureus adalah protein-A. Protein ini merupakan faktor virulensi dan mempunyai peran biologis dalam mekanisme patogenesis bakteri ini untuk menginfeksi inang (Carlton dan Charles, 1993).
Staphylococci berasosiasi dengan penyakit sejak ditemukannya organisme ini mengeinfeksi jaringan oleh Alexender Ogston seorang ahli bedah asal Skotlandia tahun 1880 dan kemudian dikenal dengan nama Staphylococcus sp. Bakteri ini merupakan patogen utama baik pada hewan maupun pada manusia (Cifrian et al., 1996; Mohamed et al., 1999).
Tulisan ini bertujuan untuk menguraikan secara singkat peran antigen permukaan protein-A yang dimiliki oleh S. aueus sebagai faktor virulensi. Begitupula perannya dalam mekanisme infeksi tubuh inang.

INFEKSI S. AUREUS PADA HEWAN DAN MANUSIA
Pentingnya bakteri ini sebgai patogen pada hewan telah dikenal lebih dari 100 tahun silam, yaitu ketika pada tahun 1887, Nocard mengisolasi Staphylococci dari kasus mastitis pada domba. Bakteri ini menginfeksi hewan maupun manusia dan merupakan patogen utama yang menyebabkan mastitis pada sapi, domba, dan kambing sehingga mengakibatkan kerugian ekonomi pada industri susu (Cifrian et al., 1996; Monleon et al., 1997).
Penyakit lain yang disebabkan oleh S. aureus adalah lesi supuratif pada kambing; mastitis, arthritis dan botriomikosis. Pada kuda; pyoderma, infeksi pada traktus urinaria, dan diskospondilitis. Pada anjing; bumblefoot, lesi kulit dan arthritis, pada ayam (Carlton dan Charles, 1993). Menzies dan Kourteva (1998) menyatakan bakteri ini juga menyebabkan endokarditis akut yang ada hubungannya dengan dperusakan valvular fulminant dan infeksi metastasis.
Pada manusia sehat bakteri ini secara normal terdapat dalam hidung dan kulit dengan proporsi yang berbeda. Merupakan bakteri oportunistik patogen yang dapat menginfeksi jaringan bila terjadi kerusakan kulit atau membran mukosa dan penurunan daya tahan tubuh (Cruickshank et al., 1973). Selain itu juga dapat menyebabkan berbagai infeksi diantaranya endocarditis, osteomyelitis, wound sepsis, abses kulit, septikemia dan arthritis (Patel et al., 1987; Mohamed et al., 1999; Nilson et al., 1999).

DETERMINAN VIRULENSISI S. AUREUS
Bakteri S. aureus memiliki sejumlah determinan virulensisi seperti dinding sel, kapsul polisakarida, protein permukaan, sejumlah enzim ekstraseluler, dan eksotoksin seperti toksin α, β, δ, dan γ, leukosidin, enterotoksin serta enzim ekstraseluler seperti koagulase dan protease (Patel et al., 1987; Cifrian et al., 1996 ; Nilsson et al., 1999).
Antigen permukaan pada bakteri ini menurut Thakker et al.,(1998) merupakan faktor virulensisi yang berperan dalam patogenesis infeksi kuman pada inang. Seperti misalnya enzim protease, lipase, hyaluronidase dan toksin sitolitik (hemolisin) bekerja bersama-sama untuk merusak jaringan dan menyediakan nutrien yang dapat berasimilasi dengan mikroba dan digunakan untuk percepatan tumbuhnya bakteri. Beberapa determinan virulensi yang dimiliki oleh S. aureus disajikan dalam Tabel 1 di bawah ini.

ANTIGEN PROTEIN-A
Kelompok protein permukaan dari bakteri Staphylococcus yang populer adalah protein-A yang dihasilkan oleh S. aureus galur asal manusia atau Cowan I (Takeuchi et al., 1995). Selain itu, mayoritas S. aureus koagulase positif (98%) juga menghasilkan senyawa ini (Harlow dan Lane, 1988; Charlton dan Charles, 1993 ).
Selain pada S. aureus galur Cowan I (asal manusia), telah pula diisolasi protein-A dari Staphylococus sp. asal hewan diantaranya protein-A dari S. aureus pada babi, sapi (Takeuchi et al., 1995), dari S. hyicus subsp. hyicus pada babi, sapi, ayam (Takeuchi et al., 1988) dan pada kambing (Teranishi et al., 1988) serta dari S. intermedius pada anjing dan kucing (Cox et al., 1986).
Protein-A adalah suatu protein permukaan bakteri S. aureus . Merupakan rantai tunggal polipeptida dengan berat molekul 56 kDa sedangkan berat molekul protein-A yang berasal dari selain strain cowan I berkisar antara 40 - 57 kDa) (Cheung et al., 1987; Takeuchi et al., 1995).
Menurut Uhlen et al. (1987), hasil analisis asam amino protein-A memperlihatkan dua fungsi yang berbeda pada bagian molekulnya. Bagian amino-terminal mengandung empat sampai lima unit homolog dengan rantai berat (H chain ) pada bagian fraksi C (Fc) dari imunoglobulin (Ig), yang masing-masing terdiri dari kurang lebih 58 asam amino, sedangkan bagian karboksil-terminal yang berikatan secara kovalen dengan struktur peptidoglikan dinding sel bakteri S. aureus terdiri dari beberapa ulangan oktapeptida atau delapan asam amino (Glu-Asp-Gly-Asn-Lys-Pro-Gly-Lys).

Tabel 1. Determinan virulensi bakteri S. aureus.*)
Determinan Aktifitas pada jaringan inang
Kapsul polisakaridaKomponen dinding sel : Peptidoglikan Asam teikoatProtein Permukaan sel : Protein-A Fibrinogen-binding protein Fibronectin-binding protein Laminin-binding protein Collagen-binding protein Vitronectin-binding proteinToksin dan enzim ekstraseluler seperti : Toksin α, β, δ dan γ P-V leukosidin Toxic shock syndrome toxins Enterotoksin Koagulase Lipase Modifikasi enzim asam lemak Protease Phospolifase Staphylokinase Hyaluronidase Nuklease AntifagositikPiogenik dan ChemoattractantPelepasan as. teikoat mungkin melindungi terhadap complemenBerikatan dengan bagian Fc dari IgGMengikat fibrinogenMengikat fibronectinMengikat lamininMengikat collagenMengikat vitronectinSitotoksik pada sel jaringan dan leukositMerusak leukositUtamanya mengikat molekul komplek histokompatibility menyebabkan terben-tuknya sitokinin, menyebabkan melipat gandanya disfungsi organ.Emesis dan diaregenikMengkatalis perubahan fibrinogen menjadi fibrinMenghidrolisis lemak pada kulit dan pada tempat lainnya.Kontribusi dalam pembentukan abses.Hidrolisis protein termasuk yang terlibat dalam pertahanan tubuhHidrolisis fosfolipidMerubah plasminogen menjadi plasmin fibrinolitikHidrolisis asam hialuronatMemecah (hidrolisis) DNA dan RNA
*)Sumber: Charlton dan Charles, 1993.
Sedangkan menurut Harlow dan Lane (1988), protein-A adalah polipetida yang mempunyai berat molekul 42 kDa. Merupakan unsur normal pada dinding sel bakteri S. aureus dan kira-kira 98% isolat bakteri ini mengandung senyawa ini serta mempunyai kemampuan untuk berikatan dengan bagian Fc imunoglobulin berbagai spesies mamalia, kecuali dengan bagian Fc imunoglobulin ayam.

PERAN PROTEIN-A SEBAGAI FAKTOR VIRULENSI
1. Protein-A Sebagai Adhesi dan Kolonisasi
Perlekatan bakteri dan kolonisasi pada jaringan inang umumnya merupakan tahap awal proses patogenesis penyakit (Mohamed et al., 1999). Menurut Wibawan et al (1993), peran antigen protein-A dan komponen protein permukaan lainnya dalam mekanisme infeksi berefek langsung pada sifat adhesif bakteri ini.
Perlekatan bakteri pada permukaan sel epitel memegang peranan penting dalam kolonisasi dan patogenesis pada sejumlah bakteri. Menurut Umeda dan Amako (The 55th Annual Meeting of Japanase Society for Bacteriology, Tokyo, 1982) dalam Teranishi et al. (1988), penelitiannya pada S. aureus dan S. epidermidis secara invitro dalam sel biakan (sel CE, Hela dan WI-38) menunjukkan perlekatan sangat tinggi terjadi pada S. aureus cowan I yang memiliki sejumlah besar protein-A.
Peran protein-A di dalam perlekatan dengan sel inang telah pula dibuktikan oleh Teranishi et al. (1988) menggunakan sel vero. Dalam penelitiannya menggunakan S. hyicus subsp. hyicus yang positif mengandung protein-A, S. aureus cowan I dan S. hyicus subsp. hyicus yang tidak memiliki protein-A. Hasil penelitian menunjukkan Staphylococcus sp. yang positif protein-A lebih banyak melekat pada sel vero dibandingkan dengan Staphylococcus sp. yang tidak memiliki protein-A.
Sifat hidrofob pada sel bakteri juga memegang peranan dalam kemampuannya melekat pada sel inang. Sifat hidrofob sangat ditentukan oleh banyaknya protein permukaan, diantaranya protein-A pada S. aureus dan protein M pada Streptococcus pyogenes ( Miorner et al., 1982).

2. Perusakan sel inang.
Kemampuan Staphylococcus sp. melekat pada sel jaringan inang adalah faktor penting dalam virulensisinya. Beberapa peneliti menyebutkan perlekatan bakteri pada sel jaringan inang diawali dengan kejadian kolonisasi dan selanjutnya berkembang menjadi infeksi (Pascu et al., 1996).
Kerusakan sel inang oleh invasi bakteri berbeda derajatnya.Hal ini sangat tergantung pada produk ekstraseluler yang dihasilkan. Selain itu derajat kerusakan sangat tergantung pada jenis sel dan organ mana yang terinfeksi.
Protein-A dapat menyebabkan pelepasan histamin dari sel-sel polimorfonuklear seperti leukosit (Dosset et al., 1969) dan sel basofil (Patel et al., 1987), namun mekanisme keluarnya histamin belum jelas. Histamin adalah zat farmakologik aktif yang bersifat faktor vasoaktif, terdapat di dalam granula leukosit dan basofil. Faktor ini menyebabkan kerusakan lokal yang akut (peradangan lokal), kegatalan dan bertambahnya permeabilitas pembuluh darah (Tizard 1988).
Menurut Takeuchi et al., (1995), protein-A dapat menyebabkan terjadinya hipersensitivitas, sedangkan Kronvall et al., (1970), menyatakan protein ini menyebabkan reaksi anapilaktik dan immune complex disease.

3. Protein-A Sebagai antifagosit dan menurunkan respon imun.
Secara biologis protein-A berperan sebagai faktor virulensi bakteri Staphylococcus yaitu dengan mengikat bagian Fc molekul imunoglobulin (Ig ). Ikatan Fc-Ig dengan protein ini dapat mengakibatkan: tidak terjadinya opsonisasi dan proses fagositosis dihambat atau antifagosit, sehingga terhambatnya proses fagositosis memberi kesempatan pada bakteri untuk berbiak dan menginfeksi inang (Dossett et al., 1969; Carlton dan Charles, 1983; Takeuchi et al., 1995). Selain itu juga menyebabkan reaksi hipersensitivitas diperlambat (delayed hipersensitivity), menekan pengeluaran komplemen dan makrofag serta penurunan respon secara umum (Cox, et al., 1986 )
Protein-A yang terdapat pada permukaan bakteri mampu mengikat lebih dari satu imunoglogulin dan berakibat menurunnya respon imun humoral (Harlow dan Lane, 1988). Menurut Mims (1982) dan Cheung et al. (1987), molekul protein-A dari S. aureus (Cowan I) dapat mengikat dengan kuat IgG melalui bagian Fc dan ada sekitar 80.000 tempat mengikat imunoglogulin untuk setiap bakteri. Sifat protein ini juga mampu berikatan dengan bagian Fc dari imunoglogulin pada berbagai spesies mamalia (Takeuchi et al., 1987; Yamada et al., 1996), kecuali pada imunoglogulin ayam (Harlow dan Lanes, 1988). Kemampuan pengikatan protein-A terhadap molekul imunoglogulin pada berbagai spesies tertera pada Tabel 2.

KESIMPULAN
Dari uraian diatas, protein-A mempunyai peranan penting sebagai faktor virulensi dalam proses patogenesis infeksi bakteri S. aureus pada tubuh inang. Peranan tersebut diantaranya dalam proses perlekatan, kolonisasi, dan perusakan sel inang. Selain itu efek biologis yang ditimbulkan adalah reaksi hipersensitivitas diperlambat, menghambat opsonisasi, dan antifagositosis. Protein-A juga dapat menyebabkan penurunan respon imun dengan mengikat secara nonimune bagian Fc dari immunoglobulin (Ig) pada semua spesies mamalia kecuali immunoglobulin unggas.

Tabel 2. Kemampuan pengikatan Ig dari beberapa spesies dengan protein-A. *)
Immunoglobulin (Jenis dan asal spesies) Protein-A asal S. aureus
ManusiaMencitTikusKelinciSapiDombaKambingKuda IgG1IgG2IgG3IgG4IgG1IgG2aIgG2bIg3IgG1IgG2aIgG2bIgG2cIgGIgG1IgG2IgG1IgG2IgG1IgG2IgG(ab)IgG(c)IgG(T) ++++-++++++++++–++++-++-+++++++-
Sumber: *)Bjorck dan Kronvall (1984). Hal 969.

DAFTAR PUSTAKA
Bjorck, L and G. Kronvall. 1994. Purification and Some Properties of Streptococcal Protein G, A novel IgG-binding Reagent. J. of Immun. 133 (2):969-974.
Carlton, L.G. and O.T. Charles. 1993. Pathogenesis of Bacterial Infections in Animals. 2ed. Iowa State University Press. Pp.21-28.
Cheung, A.L., A.S. Bayer, J. Peters and J.I. Ward. 1987. Analysis by Gel Electrophoresis, Western Bloot and Peptide Mapping of Protein-A a Heterogeneity in Staphylococcus aureus strains. Infect. and Immun. 55(4):843-847.
Cifrian, E., A.J. Guidary, A.J. Bramley, N.L. Norcross, F.D.B. Corcuera and W.W. Marqurdt. 1996. Effect of Staphylococcal β-toxin on the Cytotoxicity, Proliperation and Adherence of Staphylococcus aureus to Bovine Mammary Epithelial Cells. Vet. Microbiol. 48:187-198.
Cox, H.U., N. Schemer and S.S. Newman. 1986. Protein-A in Staphylococcus intermedius isolates fror Dogs and cats. J. Vet. Res. 47(9):1881-1884.

Cruikshank, R., J.D. Duguid, B.D. Marmion and R.H.A. Swain. 1973. Microbiologi: The Practice of Medical Microbiologi. 12th Ed. Churchill Livingstone. Edinberg.
Dossett, J.H., G. Kronvall, R.C. Williams and P.G. Quie. 1969. Antiphagocytic Effect of Staphylococcal Protein-A. J. Immun. 103(6):1405-1410.
Harlow, E and D. lane. 1988, Antibodies: A Laboratory Manual. Cold Spring Harbor Laboratory, New York.
Kronvall, G., H.M. Grey and R. Williams. 1970. Protein-A Reactivity with Mouse immunoglobulines. J. of Immun. 105(5):1116-1123.
Menzies, B.E and J. Kourteva. 1998. Internalization of Staphylococcus aureus by Endothelial Cells Induces Apoptosis. Infect. and Immun. 60(12):5994-5998.
Mims, C.A 1988. The Pathogenesis of Infections Disease. 3th Ed. Academic Press. Publisher, London, New York, Sydney, Tokyo, Toronto.
Miorner, H., P.A. Albertson and G. Kronvall. 1982. Isoelectric points and surface hydrophobicity of Gram Positive Cocci as Determined by Cross partion and Hydrophobic Affinity Partion in Aqueous Two-Phase Systems. Infect. and Immun. 36(1):227-234.
Mohamed, N., M.A. Teeters, J.M. Patti, M. Hook and J.M. Ross. 1999. Inhibition of Staphylococcus aureus Adherence to Collagen Under Dynamic Conditions. Infect. And Immun. 67(2):589-594.
Monleon, E., M.C. Pacheco, L. Lujan, R. Bolea, D.F. Luco, M.A. Vargas, J.L. Alabart, J.J. Badiola and B. Amorena. 1997. Effect of in Vitro Maedi-Visna Virus Infection on Adherence and Phagocytosis of Staphylococcal by Ovine Cells. Vet Microbiol 57:13-28.
Nilsson, A.H., O. Hartford, T. Foster and A. Tarkawski. 1999. Alpha toxin and Gamma toxin Jointly Promote Staphylococcus aureus Virulensice in Murine Septic Arthritis. Infect. and Immun 67(3):1045-1049.
Pascu, C., S. Hirmo, A. Ljungh and T. Wadstrom. 1996. A Particle Agglutination Assay for rapid Identification of Heparin Binding to Coagulase-negative Staphylococci. J. Med. Microbio. 45:263-269.
Patel, A.H., P. Nowlan, E.D. Weavers and T. Foster. 1987. Virulensice of Protein-A-Deficient and Alpha-Toxin Deficient Mutans of Staphylococcus aureus isolated by Allele Replacement. Infect. and Immun 55(12):3103-3110.
Takeuchi, S., Y. Kobayashi, T. Morizumi and Y. Mori. 1988. Protein-A in Staphylcoccus hyicus subsp. hyicus by ELISA and Immunoelectron Microscopy. Vet. Microbiol. 25:297-302.
Takeuchi, S., K. Matuda and K. Sasano. 1995. Protein-A in Staphylococcus aureus Isolates from Pigs. J. Vet, Med. Sci. 57(3):581-582.

Teranishi, S., A. Shimizu, J. Kawano and S. Kimura. 1988. Comparative Adhesin of Protein-A-positive and Protein-A-negative Strans of Forcine Staphylcoccus hyicus subsp. hyicus to Vero Cells. Jpn. J. Vet. Sci. 50(3):825-827.
Thakker, M., J.S. Park, V. Carey and J.C. Lee. 1998. Staphylococcus aureus Seroytpe 5 Capsular Polyscaride is Antiphagocytic and Enhances Bacterial Virulensice in a Murine Bacteriemia Model. Infect. and Immun. 66(11):5183-5189.
Tizard. 1988. Pengantar Imunologi Veteriner (terjemahan). Airlangga University Press.
Uhlen, M., B. Guss, B. Nilsson, S. Gatenbeck, L. Philipson and M. Lindberg. 1984. Complete Sequence of the Staphylococcal Gene Encoding Protein-A. J. Biol. Chem,. 259(3):1695-1702.
Wibawan, I.W.T. dan F.H. Pasaribu. 1993. Peluang Pengembangan Tes Koagulasi untuk Deteksi Serotipe Streptococcus agalactiae. Agrotek. 1(2):43-47.
Yamada, S., J. Yamagishi and A. Matsumoto. 1996. Detection of Fc Receptor Genes from Staphylococcus aureus and Streptococci by Polymerase Chain Reaction. J. Med. Microbiol. 45:507-511.