Syntax
Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia p–ISSN: 2541-0849 e-ISSN: 2548-1398
Vol. 9, No.
8, Agustus
2024
Lany Stevina1*, Conny Riana Tjampakasari2,
Rafika Indah Paramita3
Universitas
Indonesia, Jakarta, Indonesia1,2,3
Email:
[email protected]*
Abstrak
Penelitian
ini bertujuan untuk menganalisa profil
fenotipik dan genotipik pola kepekaan antibiotik pada Escherichia coli (E.coli) penyebab Bloodstream infection (BSI).
Metode penelitian yang digunakan adalah literature review. Pencarian
literatur menggunakan data dari publikasi ilmiah mulai dari tahun 2020 hingga
tahun 2024 dengan menggunakan beberapa pencarian database seperti ScienceDirect
(https://www.sciencedirect.com); PubMed
(https://pubmed.ncbi.nml.nih.gov); dan Google Scholar (https://www.
scholar.google.com). Berdasarkkan kata kunci dan kriteria inklusi yang
digunakan, total ditemukan 236 artikel.
Setelah dilakukan penyaringan didapatkan empat artikel yang ditinjau dan ditelaah lebih lanjut
berdasarkan kecocokan judul dan abstrak. Berdasarkan hasil review jurnal, penelitian menyimpulkan bahwa
karakterisasi secara fenotipik dan genotipik tidak
hanya akan meningkatkan ketepatan diagnostik bakteri penyebab BSI tetapi juga
dapat memberikan pemahaman mendalam mengenai sifat biologis dan epidemiologi
penyakit. Sehingga, tidak hanya mendukung pengambilan
keputusan klinis yang lebih akurat melainkan juga memungkinkan upaya pencegahan
serta pengendalian infeksi.
Kata Kunci: Fenotipik, Genotipik, Escherichia
coli, Bloodstream
infection.
Abstract
This research aims to analyze the
phenotypic and genotypic profiles of antibiotic susceptibility patterns in
Escherichia coli (E.coli) causing Bloodstream Infection (BSI). The research
method utilized for this study is a literature review. Literature search was
conducted using data from
scientific publications spanning from 2020 to 2024, employing several databases
including ScienceDirect (https://www.sciencedirect.com), PubMed (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov), and Google Scholar (https://www.scholar.google.com). Based on the predefined
keywords and inclusion criteria, a total of 236 articles were identified, and
four articles were subsequently selected for further
review and analysis based on the alignment of their titles and abstracts with
the research objectives. According to the findings derived from the journal
review, the research concludes that both phenotypic and genotypic
characterizations not only enhance the accuracy of diagnosing bacteria causing
BSI but also provide a comprehensive understanding of the biological nature and
epidemiology of the disease. Consequently, this not only supports more precise
clinical decision-making but also facilitates efforts in infection prevention
and control.
Keywords: Phenotypic,
Genotypic, Escherichia coli, Bloodstream Infection.
Penanganan
infeksi pada Bloodstream Infection (BSI) merupakan tantangan utama dalam
bidang perawatan kesehatan, terutama karena tingkat resistensi bakteri terhadap
antibiotik semakin meningkat. Peningkatan resistensi bakteri terhadap
antibiotik mengakibatkan beberapa jenis antibiotik menjadi kurang efektif dalam
mengobati infeksi yang disebabkan oleh bakteri tersebut. Hal ini menyebabkan
kesulitan dalam penanganan infeksi, khususnya pada kasus Bloodstream
Infection (BSI) sehingga dapat memperpanjang durasi penyakit, meningkatkan
risiko komplikasi, dan bahkan mengancam nyawa pasien
Salah satu
langkah penting dalam penanganan AMR adalah pengujian kerentanan antimikroba (Antibiotic
Susceptibility Testing / AST). AST merupakan metode pengujian laboratorium
yang digunakan untuk menentukan kepekaan suatu mikroorganisme terhadap
antibiotik tertentu. Namun, pengujian kerentanan antimikroba secara tradisional
memerlukan tenaga yang terlatih, biaya yang tinggi, dan waktu yang cukup lama
Whole Genome
Sequencing (WGS) adalah teknologi mutakhir dalam bidang mikrobiologi yang
memungkinkan untuk memetakan dan menganalisis keseluruhan genom mikroorganisme
secara rinci. WGS dapat mengidentifikasi spesies mikroba dengan tingkat resolusi
tertinggi karena menganalisis seluruh genom organisme tersebut. Selain itu, WGS
juga memberikan wawasan mendalam tentang kemungkinan resistensi antimikroba dan
potensi virulensi dari suatu isolat mikrobiologis selama proses diagnostik. Ini
sangat berguna dalam memahami karakteristik genetik yang mendasari sifat
patogenik mikroba tertentu serta membantu dalam pengembangan strategi diagnosis
dan pengobatan yang lebih tepat
Penerapan
WGS pada dasarnya akan memungkinkan deteksi semua gen yang terlibat dalam AMR
yang akan membantu pembuatan basis data komprehensif dari semua faktor
resistensi spesies tertentu dan membuat
deteksi AMR in silico menjadi mungkin. Studi terbaru menunjukkan tingkat
kesesuaian tinggi antara profil resistensi yang diperoleh menggunakan WGS dan
yang diperoleh menggunakan pengujian kerentanan fenotipik menunjukkan bahwa
data yang diperoleh dari urutan genom dapat berkorelasi baik dengan resistensi
fenotipik dalam beberapa kasus
Metode Penelitian
Rancangan penelitian ini menggunakan metode literature review. Studi
ini mencakup literatur dari publikasi ilmiah mulai dari tahun 2020 hingga tahun
2024 dengan menggunakan beberapa
pencarian database seperti ScienceDirect (https://www.sciencedirect.com);
PubMed (https://pubmed.ncbi.nml.nih.gov); dan Google Scholar
(https://scholar.google.com). Penelusuran referensi untuk artikel ini dilakukan
secara sistematis dengan menggunakan kata kunci "bloodstream
infection" DAN "Escherichia coli" DAN
"resistensi antibiotik ATAU resistensi antimikroba ATAU kerentanan
antibiotik" DAN "Fenotipik” DAN ”Genotipik". Berdasarkan kata
kunci yang digunakan ditemukan total 239 artikel yang dinilai berdasarkkan
kecocokan judul dan abstrak.
Gambar 1. Flowchart
Literature Review
Artikel-artikel tersebut kemudian disaring menggunakan alat pencari basis
data (database screener) berdasarkan jurnal yang terindeks dan
diterbitkan antara tahun 2020-2024, duplikasi, relevansi judul laporan,
abstrak, dan teks lengkap artikel. Dalam proses penyaringan artikel, kami
memastikan bahwa artikel-artikel yang dipilih harus menyebutkan kata kunci Escherichia
coli dan bloodstream infection dalam judulnya. Selain itu, abstrak
dan seluruh artikel yang dipilih harus membahas karakterisasi fenotipik
dan/atau genotipik resistensi E.coli terhadap antimikroba. Populasi
sasaran yang diminati dalam artikel-artikel yang ditinjau termasuk pasien
dengan bloodstream infection yang disebabkan oleh E.coli. Tidak
ada batasan pada negara mana yang melakukan penelitian. Sebagai hasilnya, empat
artikel digunakan dalam artikel ini. Selain itu, terdapat beberapa hasil berupa
buku dan artikel terkait untuk melengkapi deskripsi yang relevan sesuai dengan
kriteria inklusif dan sesuai dengan tujuan penulisan.
Hasil dan Pembahasan
Artikel ini
menyajikan hasil studi berupa analisis profil E.coli penyebab bloodstream
infection menggunakan WGS berdasarkan beberapa literatur yang dipilih
secara sistematis dari penelitian yang dilakukan di Asia, Eropa, dan Afrika,
yang seluruhnya menggunakan desain studi in vitro. Dua studi menggunakan sampel
klinis manusia dari Perancis dan Swedia sebagai representasi dari penelitian di
Eropa. Di sisi lain, studi yang melibatkan sampel klinis manusia dari Afrika
dilakukan di Maroko. Sementara itu, untuk populasi Asia, penelitian dilakukan
di Indonesia.
Escherichia coli
(E. coli)
merupakan salah satu bakteri yang paling banyak diteliti dalam sistem
pencernaan manusia. Meskipun beberapa strain bersifat komensal dalam mikrobiota
usus namun E. coli memiliki potensi untuk menyebabkan berbagai jenis
infeksi yang tidak hanya pada sistem pencernaan saja tetapi juga pada aliran
darah. E. coli yang mampu menyebabkan infeksi di luar sistem pencernaan
dikenal sebagai Escherichia coli patogen ekstra intestinal (ExPEC). ExPEC memiliki kemampuan
untuk memulai infeksi sistemik dengan cara menyebabkan sepsis atau bakteremia dan berpotensi
mengancam jiwa jika tidak diobati dengan cepat dan tepat. Salah satu tantangan besar dalam pengobatan infeksi E. coli adalah
peningkatan tingkat resistensi antimikroba (AMR). Resistensi antimikroba
membuat pengobatan menjadi lebih sulit. Kondisi ini menciptakan risiko tinggi
bagi pasien karena infeksi yang menjadi sulit diobati dapat meningkatkan risiko
komplikasi dan kematian. Oleh karena itu, Pemahaman yang
mendalam tentang prevalensi antimicrobial resistance (AMR) dan tren
patogen penyebab Bloodstream Infections (BSI), seperti Escherichia
coli, sangat penting karena dapat membantu dalam pengembangan strategi
pengobatan yang efektif dan pencegahan penyebaran infeksi yang lebih baik.
Sumber
: Data olahan
Tabel 1. Pola resistensi antibiotik Escherichia coli dari isolat klinis di
beberapa negara
Negara
|
Indonesia |
Prancis |
Swedia |
Maroco |
Penulis
dan tahun publikasi |
|
|
|
|
Jenis
Spesimen |
Isolat
klinis manusia |
Isolat
klinis manusia |
Isolat
klinis manusia |
Isolat
klinis manusia |
Jumlah
subjek |
22
isolat |
545
isolat |
3.786
isolat |
1.632 isolat |
Metode fenotipik untuk Mendeteksi E.coli |
NA |
MALDI-TOF |
Disc
Diffusion |
Disc
Diffusion |
Metode genotipik untuk Mendeteksi E.coli |
Sequencing dilakukan dengan menggunakan platform
Illumina MiSeq |
Sequencing
dilakukan dengan menggunakan Illumina NextSeq |
Sequencing dilakukan dengan menggunakan platform
Illumina MiSeq |
Metode
sequencing Sanger dan
disequencing pada sequencer
Illumina-MiSeq |
Hasil |
Gen
ESBL terdapat pada 17 isolat E. coli. Gen AMR lainnya juga mengkodekan
resistensi terhadap aminoglikosida, kuinolon, kloramfenikol, makrolida, dan
trimetoprim. |
Sebanyak
98 isolat dari total 545 isolat yang diteliti (18%) resisten terhadap
sefalosporin generasi ketiga (3GC-R), termasuk 86 diantaranya penghasil
ESBL.Meskipun prevalensi produsen ESBL tinggi, resistensi antibiotik tidak
berdampak pada kematian pasien. |
Gen tipe ST dan Gen ESBL
yang paling umum adalah ST131 (55%), dan blaCTX-M-15 (47%) |
Isolat-isolat
pada penelitian ini resisten terhadap sefotaksim (91%) dan/atau ceftazidim
(28%). Tidak
ada resistensi terhadap karbapenem yang terdeteksi. |
Gen
resistensi antimikroba |
blaCTX-M,blaSHV,
blaDHA-1,blaCMY, blaTEM,blaOXA mdf(A),
mph(A), ere(B), erm(B), Inu(F), dfrA, catB3, catA aadA,
aph(6)-Id, aac(3)-Iid, aac(6')-Ib-cr, aadA, aph(3”)-Ib, aph(6)-Id,
Aac(6”)-Iai, aac(3)-Iia,aadA2 |
NA |
blaCTX-M blaSHV blaDHA-1
blaCMY |
blaCTX-M blaCMY |
Berdasarkan
beberapa penelitian tersebut, diketahui
bahwa pendekatan yang dapat digunakan
untuk menentukan mekanisme resistensi antimikroba (AMR) melibatkan penggunaan
dua metode utama yaitu metode fenotipik dan metode genotipik. Metode fenotipik
merupakan metode yang berfokus pada karakteristik atau fenotipe bakteri yang
dapat diamati atau diuji di laboratorium
Sebagai metode
alternatif, sekuensing genom lengkap (Whole genome sequencing/ WGS)
telah menjadi metode yang diakui optimal untuk menyediakan informasi genetik
lengkap tentang genom bakteri seperti Escherichia
coli, termasuk gen-gen yang terlibat dalam resistensi antibiotik. Dengan
menggunakan WGS, kita dapat mengidentifikasi secara langsung mutasi atau gen
spesifik yang menyebabkan resistensi antibiotik pada bakteri. Metode ini dapat memberikan pemahaman yang lebih mendalam tentang mekanisme
resistensi dan memungkinkan untuk memantau perkembangan resistensi dari waktu
ke waktu. Meskipun begitu, metode ini juga memiliki kelemahan yaitu metode WGS
ini memerlukan peralatan dan sumber daya yang canggih serta tenaga ahli yang
terlatih dalam analisis genom. Kombinasi metode fenotipik dan genotipik
dalam penilaian mekanisme resistensi antimikroba pada bakteri memungkinkan
pendekatan yang komprehensif dan memberikan manfaat yang maksimal dalam
manajemen infeksi
Pada penelitian yang dilakukan oleh Lastours de V,
et.al. (2020) menyebutkan bahwa Escerichia coli merupakan salah satu
penyebab utama tingginya tingkat kematian akibat Bloodstream Infection
(BSI) yaitu sekitar 5% hingga 30%. Penelitian ini
melibatkan total 545 pasien dengan rata-rata usia 68,5±16,5 tahun dan sekitar
52,5% nya merupakan laki-laki. Dari 545 isolat yang diuji, sebanyak 98 isolat
(18%) menunjukkan resistensi terhadap antibiotik sefalosporin generasi ketiga
(3GC-R) dan terdapat 86 dari isolat tersebut merupakan produsen ESBL.Dari 545
pasien terdapat 52 pasien (9,5%)
mengalami kematian di rumah sakit atau pada Hari ke-28 setelah diagnosis.
Faktor-faktor yang secara independen terkait dengan kematian termasuk
keberadaan gen virulensi iha_17 (adjusted OR 4,41) dan tipe STc88 (adjusted OR
3,62). Namun, keberadaan ESBL/3GC-R tidak secara signifikan terkait dengan
risiko kematian
Penelitian
lain yang dilakukan oleh Nelwan E, dkk (2020) menyatakan bahwa pada 22 isolat Escherichia
coli yang dianalisis, seluruhnya menunjukkan adanya gen resistensi terhadap
makrolida, terutama gen mdf(A) yang bertanggung jawab atas pembentukan protein membran
potensial. Sementara itu, sekitar 40,9% dari isolat tersebut menunjukkan adanya
gen mph(A), yang berperan dalam resistensi terhadap makrolida seperti
azitromisin dan eritromisin. Penelitian ini juga menyoroti prevalensi gen
blaTEM-1B yang mengkodekan beta-laktamase, diikuti oleh blaCTX-M-15 dan
blaCTX-M-27. Escherichia coli jenis O25:H4-ST131 diidentifikasi sebagai
penyebab utama infeksi yang resisten terhadap beberapa jenis antibiotik.
Kehadiran gen aac(6')Ib-cr berkaitan dengan tingkat resistensi yang lebih
rendah terhadap ciprofloxacin
Penelitian yang dilakukan di Maroco oleh
Gramundi, et.al.(2022) selama rentang waktu dari Januari 2013 hingga Maret 2015
menyatakan bahwa terdapat sekitar 1,96% (32 dari 1632) isolat Escherichia
coli yang diambil dari Rumah Sakit Regional de Ushuaia di Provinsi Tierra
del Fuego menunjukkan ketahanan terhadap antibiotik sefalosporin generasi
ketiga (TGCs). Isolat-isolat ini menunjukkan resistensi terhadap sefotaksim
sebesar 91% dan/atau seftazidim sebesar 28%. Tidak ditemukan isolat yang
menunjukkan resistensi terhadap karbapenem. Dari isolat yang diteliti
menunjukkan bahwa terdapat 26 isolat mengandung gen blaCTX-M, 5 strain yang
resisten terhadap TGC positif mengandung gen blaCMY, dan 1 strain mengandung
gen TEM-19 ESBL. Selain itu, dari penelitian tersebut telah diidentifikasi
bahwa terdapat sebanyak 12 isolat dikategorikan sebagai klon hiperepidemik E.
coli ST131 dan 1 isolat dikategorikan sebagai ST69
Berdasarkan
Studi-studi tersebut dapat diketahui bahwa karakterisasi E.coli sebagai
patogen penyebab bloodstream infection menjadi sangat penting dilakukan, baik secara
fenotipik maupun genotipik, terutama dengan metode whole-genome sequencing
(WGS). Hasil riset menunjukkan bahwa penerapan rutin WGS pada patogen resisten
di laboratorium klinis bukan hanya memungkinkan untuk deteksi patogen lebih
cepat saja tetapi juga dapat mendukung upaya pencegahan dan pengendalian
infeksi yang lebih terfokus
Kesimpulan
Berdasarkan hasil
penelusuran literatur pada jurnal ilmiah dapat disimpulkan bahwa pengujian
fenotipik yang disertai dengan pengujian genotipik pada bakteri penyebab bloodstream
infection (BSI) memiliki peran yang sangat penting dalam mengidentifikasi
dengan cepat bakteri penyebab BSI, mendeteksi potensi resistensi terhadap
antibiotik, mengambil langkah-langkah pengendalian infeksi yang terarah, serta
secara keseluruhan dapat meningkatkan kualitas layanan kesehatan. Penerapan Whole
Genome Sequencing (WGS) pada Bloodstream Infections (BSI) bukan hanya
bertujuan untuk meningkatkan ketepatan diagnosa saja tetapi juga untuk lebih
mendalami pemahaman tentang sifat biologis dan epidemiologi penyakit tersebut
sehingga dapat membantu dalam membuat keputusan klinis yang lebih akurat dan
meningkatkan efektivitas pengelolaan kasus serta penerapan strategi pencegahan
dan pengendalian infeksi yang lebih efisien.
BIBLIOGRAFI
Alqasim,
A., Jaffal, A. A., Almutairi, N., Arshad, M., & Alyousef, A. A. (2020).
Isolation, phenotypic and genotypic characterization of Escherichia coli from
the bloodstream samples in Riyadh, Saudi Arabia. Journal of King Saud
University-Science, 32(2), 1464-1469.
Avershina,
E., Khezri, A., & Ahmad, R. (2023). Clinical Diagnostics of Bacterial
Infections and Their Resistance to Antibiotics—Current State and Whole Genome
Sequencing Implementation Perspectives. Antibiotics, 12(4),
781.
Collignon,
P., MacKinnon, M. C., McEwen, S. A., Pearl, D. L., Lyytikainen, O., Jacobsson,
G., ... & Laupland, K. B. (2021). Mortality in Escherichia coli
bloodstream infections: a multinational population-based cohort study.
EUCAST. (2022). Screening for ESBL and
Carbapenemases in E. Coli and K. Pneumoniae for Epidemiological Purposes as
Part of the RAST Procedure. EUCAST Guidelines for Detection of Resistance
Mechanisms and Specific Resistance of Clinical and/or Epidemiological
Importance Using EUCAST Rapid Antimicrobial Susceptibility Testing (RAST)
Directly from Positive Blood Culture Bottles. Changes from Previous Version
(v. 1.0).
Forde,
B. M., Bergh, H., Cuddihy, T., Hajkowicz, K., Hurst, T., Playford, E. G., ...
& Harris, P. N. (2023). Clinical implementation of routine whole-genome
sequencing for hospital infection control of multi-drug resistant
pathogens. Clinical Infectious Diseases, 76(3),
e1277-e1284.
Di
Franco, S., Alfieri, A., Pace, M. C., Sansone, P., Pota, V., Fittipaldi, C.,
... & Passavanti, M. B. (2021). Blood stream infections from MDR
bacteria. Life, 11(6), 575.
Gajic,
I., Kabic, J., Kekic, D., Jovicevic, M., Milenkovic, M., Mitic Culafic, D.,
... & Opavski, N. (2022). Antimicrobial susceptibility testing: a
comprehensive review of currently used methods. Antibiotics, 11(4),
427.
Gramundi,
I., Albornoz, E., Boutureira, M., Rapoport, M., Gomez, S., Corso, A., ...
& Faccone, D. (2023). Caracterización de aislamientos clínicos de
Escherichia coli resistente a cefalosporinas de tercera generación de Ushuaia,
Argentina. Revista argentina de microbiología, 55(1),
101-110.
Holmbom,
M., Möller, V., Kristinsdottir, L., Nilsson, M., Rashid, M. U., Fredrikson,
M., ... & Östholm Balkhed, Å. (2022). Risk factors and outcome due to
extended-spectrum β-lactamase-producing uropathogenic Escherichia coli in
community-onset bloodstream infections: A ten-year cohort study in
Sweden. PLoS One, 17(11), e0277054.
de
Lastours, V., Laouénan, C., Royer, G., Carbonnelle, E., Lepeule, R.,
Esposito-Farèse, M., ... & Lefort, A. (2020). Mortality in Escherichia
coli bloodstream infections: antibiotic resistance still does not make
it. Journal of Antimicrobial Chemotherapy, 75(8),
2334-2343.
Li,
D., Zhang, X., Wang, Y., Xue, J., Ji, X., Shao, X., & Li, Y. (2021).
Epidemiology and Drug Resistance of Pathogens Isolated from Cerebrospinal
Fluids at a Children’s Medical Center in Eastern China During 2006–2020. Infection and Drug
Resistance, 5417-5428.
Neidhöfer,
C., Neuenhoff, M., Jozič, R., Atangcho, B., Unsleber, S., Neder, U., ... &
Parčina, M. (2023). Exploring clonality and virulence gene associations in
bloodstream infections using whole-genome sequencing and clinical data. Frontiers in Cellular
and Infection Microbiology, 13,
1274573.
Nelwan,
E. J., Puspandari, N., Paramita, R. I., Erlina, L., Renesteen, E., &
Fadilah, F. (2020). Whole genome sequencing data of Escherichia coli isolated
from bloodstream infection patients in Cipto Mangunkusumo National Hospital,
Jakarta, Indonesia. Data in Brief, 30,
105631.
Patil,
S., Chen, H., Chen, Y., Dong, S., Mai, H., Lopes, B. S., ... & Wen, F.
(2023). Trends in antibiotic resistance patterns and burden of Escherichia
coli infections in young children: a retrospective cross-sectional study in
Shenzhen, China from 2014–2018. Infection and Drug Resistance,
5501-5510.
Purushothaman,
S., Meola, M., & Egli, A. (2022). Combination of whole genome sequencing
and metagenomics for microbiological diagnostics. International journal
of molecular sciences, 23(17),
9834.
Ren,
Y., Chakraborty, T., Doijad, S., Falgenhauer, L., Falgenhauer, J., Goesmann,
A., ... & Heider, D. (2022). Prediction of antimicrobial resistance based
on whole-genome sequencing and machine learning. Bioinformatics, 38(2),
325-334.
Shahbazi,
R., Salmanzadeh-Ahrabi, S., Aslani, M. M., Alebouyeh, M., Falahi, J., &
Nikbin, V. S. (2023). The genotypic and phenotypic characteristics
contributing to high virulence and antibiotics resistance in Escherichia coli
O25-B2-ST131 in comparison to non-O25-B2-ST131. BMC pediatrics, 23(1),
59.
Tabah,
A., Lipman, J., Barbier, F., Buetti, N., Timsit, J. F., & ESCMID Study
Group for Infections in Critically Ill Patients—ESGCIP. (2022). Use of
antimicrobials for bloodstream infections in the intensive care unit, a
clinically oriented review. Antibiotics, 11(3),
362.
Vanstokstraeten,
R., Piérard, D., Crombé, F., De Geyter, D., Wybo, I., Muyldermans, A., ...
& Demuyser, T. (2023). Genotypic resistance determined by whole genome
sequencing versus phenotypic resistance in 234 Escherichia coli
isolates. Scientific Reports, 13(1),
449.
Copyright holder: Lany Stevina, Conny Riana Tjampakasari,
Rafika Indah Paramita (2024) |
First
publication right: Syntax Literate: Jurnal
Ilmiah Indonesia |
This article is
licensed under: |