5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Virus Avian Influenza Avian influenza (AI) merupakan virus yang termasuk ke dalam famili Orthomyxoviridae, memiliki amplop (envelope), bersegmen dan memilki negative single strange RNA. Avian influenza dibedakan ke dalam 3 tipe, yaitu tipe A, B, C. Tipe A merupakan tipe AI yang sangat penting, karena virus ini tersebar luas dimana-mana dan menginfeksi multi spesies seperti unggas dan manusia. Sedangkan virus AI tipe B dan C merupakan virus yang patogen pada manusia dan jarang sekali menginfeksi spesies lain.
Gambar 1. Struktur H5N1 (http://id.wikipedia.org/wiki/Flu_burung)
Virus ini mempunyai bentuk yang pleomorfik, dari bentuk bulat dengan garis tengah rata-rata 120 nm sampai berbentuk filament, juga memiliki tonjolan pada selubung viral berupa Hemaglutinin (H) dan Neruroamidase (N) (Gambar 1). Diperkirakan ada 9 varian H dan 14 varian N. Hemaglutinin berfungsi dalam perlekatan virus pada sel-sel inang, sedangkan neuroamidase berfungsi dalam menghancurkan asam neuroaminic yang berperan dalam releasing cell, pada saat sel inang akan lisis (CFS & PHISU 2005). Virus H5N1 memiliki waktu inkubasi berkisar antara 3-5 hari. Penularan virus biasanya melalui unggas dan dimungkinkan pula menjangkiti beberapa jenis
6
mamalia. Penularan Flu burung pada unggas terjadi secara cepat dengan resiko kematian yang cukup tinggi yakni sekitar 80% (KOMNAS FBPI 2010).
Patogenitas Virus Avian Influenza Infeksi virus Avian Influenza (AI) dimulai ketika virus memasuki sel inang setelah terjadi penempelan spike virion dengan reseptor spesifik pada permukaan sel inang. Virion akan menyusup ke sitoplasma sel inang dan akan mengintergrasikan materi genetiknya di dalam inti sel inang. Virus menggunakan sistem genetik pada DNA (Deoxyribbon Nucleac Acid) sel inang untuk bereplikasi membentuk virion-virion baru dan menginfeksi sel iang disekitarnya. H5N1 dapat bereplikasi di dalam sel nasofaring (Peiris et al. 2004), di dalam saluran pencernaan (De jong 2005), serta dapat dideteksi dalam darah, cairan cerebrospinal, dan tinja pada manusia yang terinfeksi (WHO 2005). Gejala klinis yang sering ditemukan pada ayam/unggas yang terinfeksi flu burung, antara lain jenggel dan pial membengkak dengan warna kebiruan, pendarahan merata pada kaki yang berupa bintik-bintik merah, adanya cairan pada mata dan hitung, keluar cairan eksudat jernih hingga kental dari rongga mulut, diare, haus berlebihan, kerabang telur lembek (DEPTAN 2005). Gejala klinis pada manusia penderita AI antara lain demam, sakit tenggorokan, batuk, keluar ingus, infeksi mata, nyeri otot, sakit kepala, lemas dan dalam waktu singkat dapat menjadi lebih berat dengan terjadinya peradangan paru-paru (pneumonia) dan kematian (Rahayu 2010).
Sistem Kekebalan Sistem kekebalan dibagi menjadi dua, yaitu Humoral Mediated Immunity (HMI)/sistem kekebalan humoral dan Cellular Mediated Immunity (CMI)/sistem kekebalan seluler. Sistem kekebalan humoral melibatkan peran sel B dan imunoglobulin yang terdapat dalam serum, sedangkan sistem kekebalan seluler melibatkan peran sel T (Mayer 2009). Vaksinasi adalah pemberian vaksin ke dalam tubuh individu untuk memberikan kekebalan terhadap suatu penyakit (Kreier dan Mortensen 1990). Pemberian vaksin pada prinsipnya dapat mencegah terjadinya infeksi. Pencegahan dengan vaksinasi akan memberikan dampak yang
7
lebih baik karena tidak menimbulkan resistensi dan tidak meninggalkan residu pada ternak (Soeripto 2001). Tizard (1988) menyatakan bahwa ada dua cara imunisasi untuk membuat hewan kebal terhadap penyakit menular. Cara pertama, disebut imunisasi pasif, menghasilkan kekebalan sementara dengan cara memindahkan antibodi dari hewan resisten pada hewan rentan. Antibodi yang dipindahkan secara pasif ini memberi perlindungan secara cepat, namun demikian cepat dikatabolisasi oleh tubuh, sehingga perlindungan makin berkurang dan akhirnya hewan yang diimunisasi menjadi rentan lagi terhadap infeksi ulang. Antibodi pada imunisasi pasif dihasilkan dari hewan donor melalui imunisasi aktif. Antibodi yang diperoleh dimurnikan, kemudian diberikan kepada hewan yang masih rentan agar terbentuk tanggap kebal. Kedua, imunisasi aktif, yaitu teknik imunisasi dengan pemberian antigen kepada hewan, sehingga terjadi peningkatan tanggap kebal berperantara antibody oleh hewan itu sendiri. Dibandingkan dengan imunisasi pasif, imunisasi aktif memiliki perlindungan tubuh yang berlangsung lebih lama.
Kolostrum Pengenalan Kolostrum Kolostrum mengandung substansi yang berbentuk seperti susu yang diproduksi menjelang dan segera setelah proses kelahiran. Kolostrum memililki konsistensi agak kental dan berwarna kekuningan, kaya akan kandungan protein. Kolostrum juga merupakan salah satu sumber gizi yang mengandung banyak lemak, protein, karbohidrat dan beberapa mikronutrient seperti vitamin dan mineral. Mengandung pula IgA yang berfungsi memberi perlindungan pada traktus gastrointestinal dari berbagai infeksi pada anak yang baru lahir (Thapa 2005).
Komposisi Kolostrum Menurut Thapa (2005), ada beberapa komponen yang terkandung dalam kolostrum. Komponen utama terdiri dari unsur kekebalan dan unsur pertumbuhan.
8
1. Unsur kekebalan. Unsur ini terdiri dari beberapa komponen yakni: a. Antibodi spesifik, merupakan unsur kekebalan yang didapat dari maternal antibodi yang telah terpapar antigen, b. Imunoglobulin, merupakan sumber pertahanan utama, baik dalam pencegahan maupun penanggulangan pada paparan antigen. Ada 5 tipe imunoglobulin yaitu IgA, IgD, IgE, IgG dan IgM, c. Prolin Rich Polypeptida (PRP), berfungsi menstimulasi thymus untuk meregulasi sistem kekebalan dalam tubuh, d. Lactoferrin, merupakan protein yang terikat pada unsur besi, berfungsi dalam melawan sel kanker, e. Cytokine dan Lympokine.
2. Unsur pertumbuhan Memiliki fungsi dalam membantu pertumbuhan, regenerasi dan mempercepat perbaikan pada jaringan dan organ yang mengalami gangguan. Unsur ini terdiri dari beberapa komponen yakni: a. EGF (Epithelial Growth Factor), berfungsi melindungi bagian permukaan kulit, juga dalam pengaturan pertumbuhan dan regenerasi sel-sel atau jaringan yang rusak, b. Transforming Growth Factors A dan B (TGF A dan B), menstimulasi proliferasi sel pada jaringan ikat dan membantu dalam proses pembentukan sumsum tulang dan kartilago, c. Platelet Derived Growth Factor (PDGF), membantu proses pembelahan sel pada jaringan ikat, otot-otot halus, dan fibroblas. Juga membantu dalam regenerasi sel neuron, d. Vitamin dan mineral, merupakan salah satu komponen penting dalam proses metabolisme, pertumbuhan dan perkembangan tubuh, e. Asam amino, merupakan building block (dasar penyusun) protein, yang dibutuhkan dalam proses pertumbuhan.
9
Proses Pembentukan Kolostrum (Kolostrogenesis) Kolostrogenesis merupakan bagian dari laktogenesis atau pembentukan susu. Laktogenesis terdiri dari dua tahap yaitu laktogenesis tahap I dan laktogenesis tahap II. Laktogenesis tahap I ditandai dengan produksi suatu cairan yang disebut pre-kolostrum. Laktogenesis tahap II dimulai segera sebelum induk melahirkan, ketika kelenjar ambing pertama kali melepaskan kolostrum sampai kelenjar ambing menghasilkan susu non-kolostrum. Kolostrogenesis diatur oleh hormon laktogenik diantaranya adalah estrogen, progesteron, dan prolaktin. Transfer imunoglobulin dari sirkulasi darah ke kelenjar ambing atau kolostrum terjadi sebelum, sewaktu dan segera sesudah induk melahirkan (Toelihere 1981). Selama masa kebuntingan terjadi, proliferasi seluler saluran ambing dan alveoli berada di bawah pengaruh hormon progesteron dan estrogen yang berasal dari ovarium dan plasenta (Hidayat et al. 2009). Kolostrogenesis terjadi bersamaan dengan penurunan kadar progesteron dan estrogen di dalam darah dan peningkatan kadar prolaktin atau hormon laktogenik dari kelenjar hipofisa. Prolaktin dibutuhkan untuk memulai sekresi susu dan mempertahankan laktasi. Peningkatan prolaktin didukung oleh stimulasi kelenjar ambing melalui penghisapan dan pengeluaran kolostrum atau air susu dari alveoli kelenjar ambing (Hidayat et al. 2009).
Imunoglobulin Menurut Simorangkir (1995), imunoglobulin (Ig) merupakan suatu fraksi globulin serum yang berhubungan dengan aktivitas pertahanan tubuh. Imunoglobulin berperan utama dalam mekanisme kekebalan yang diperantai oleh antibodi. Mayer (2009) menyatakan bahwa imunoglobulin merupakan molekul glikoprotein yang diproduksi oleh plasma sel melalui respon immunogen yang memilki fungsi sebagai antibodi.
Struktur Imunoglobulin Struktur imunoglobulin tersusun atas rantai berat/panjang (heavy chains) dan rantai ringan/pendek (light chains). Semua rantai disatukan oleh ikatan disulfida. Setiap imunoglobulin mengandung oligosakarida (karbohidrat), yang
10
berfungsi sebagai sumber energi. Terdiri dari dua regio, yaitu regio variabel/konstan sebagai tempat ikatan dengan antigen dan regio engsel (hinge
region), mempunyai sifat fleksibel dan juga merupakan terbentuknya bentuk Y pada molekul antibodi (Gambar 2) (Mayer 2009).
Regio Variabel/konstan
Gambar 2. Struktur Dasar Imunoglobulin (http://pathmicro.med.sc.edu/mayer/IgStruct2000.htm)
Imunoglobulin Sapi Klasifikasi imunoglobulin dibagi berdasarkan fungsi dan susunan rantai
panjang/heavy chains yang terbentuk pada regio variabel/konstan. Imunoglobulin pada sapi terdiri dari :
1. Imunoglobulin G atau Gamma (γ), merupakan Ig dengan jumlah terbesar dalam tubuh yang berfungsi dalam menstimulasi fagositosis (Decker 2000). Selain itu jjuga uga sebagai komponen utama dalam kolostrum sapi yaitu sekitar 85-90%. Immunoglobulin ini terdiri dari 2 rantai berat H dan 2 rantai ringan L. IgG pada sapi terdiri dari 2 macam sub-kelas yaitu IgG1 dan IgG2 dengan berat molekul masing-masing sebesar 150 kDa (Roitt et
al. 1998). 2. Imunoglobulin M atau Mu (µ), dihasilkan pada kekebalan primer (Tizzard 1988). Kandungan dalam kolostrum sekitar 7%. Terdiri atas lima monomer (pentamer) dengan berat molekul sebesar 900 kDa. Molekul monomer dihubungkan satu sama lain dengan ikatan disulfida pada
11
domain CH4 menyerupai gelang. Tiap monomer dihubungkan satu dengan lainnya pada ujung permulaan dan akhirnya oleh protein J yang berfungsi sebagai kunci (Roitt et al. 1998). 3. Imunoglobulin A atau Alpha (α), berfungsi dalam mencegah perlekatan mikroba pada sel-sel epitel. Terdiri dari 2 jenis yaitu IgA dalam serum dan IgA dalam mukosa. IgA berbentuk dimer yang terdiri dari 2 molekul monomer, dan sebuah komponen sekretori serta sebuah rantai J dengan berat molekul sekitar 385 kDa (Roitt et al. 1998). 4. Imunoglobulin D atau Delta (δ), sebagai reseptor antigen (Tizzard 1988). Rantai δ mempunyai berat molekul 60.000-70.000 dan l2% terdiri dari karbohidrat. Fungsi utama IgD belum diketahui tetapi merupakan imunoglobulin permukaan sel limfosit B bersama IgM dan diduga berperan dalam diferensiasi sel (Roitt et al. 1998). 5. Imunoglobulin E atau epsilon (€), bereaksi pada hipersensitifitas, membantu eosinofil menghancurkan parasit (Decker 2000).
Gambar 3. Klasifikasi Imunoglobulin (Santoso 2010)
SDS-PAGE (Sodium Dodecyl Sulfate Polyacrylamide Gel Electrophoresis) Elektroforesis merupakan teknik pemisahan fraksi-fraksi zat berdasarkan migrasi partikel bermuatan listrik di bawah pengaruh medan listrik karena adanya
12
perbedaan ukuran, bentuk, muatan, atau sifat kimia molekul (Handayani 2006). SDS-PAGE merupakan salah satu teknik elektroforesis yang banyak digunakan pada bidang biokimia, forensik, genetik dan biologi molekuler untuk memisahkan protein sesuai dengan kemampuan mobilitas elektroforesis protein tersebut (Anonim 2010). Sodium Dodecyl Sulfate (SDS), merupakan sebuah deterjen bermuatan negatif, berfungsi untuk mengikat daerah hidrofobik dari molekul protein, sehingga menyebabkan molekul protein tersebut membentang dari rantai globular menjadi rantai polipeptida linier. Cara kerja SDS, yaitu melepaskan masingmasing molekul protein dari asosiasinya dengan protein lain atau molekul lipid. Teknik elektroforesis menggunakan bahan SDS (Sodium Dodecyl Sulfate) banyak digunakan pada proses pemisahan protein dan asam nukleat. Menurut Rantam (2003), SDS akan mengikat residu hidrofobik dari bagian belakang peptida secara komplit,
dengan
demikian
protein
SDS-komplek
bermigrasi
melalui
poliakrilamid, tergantung pada berat molekul. Selama elektroforesis terjadi di dalam agar, protein dipengaruhi oleh dua gaya yaitu gaya elektroforetik dan gaya elektroendosmotik. Gaya elektroforetik disebabkan oleh perbedaan potensial, menyebabkan protein berpindah ke anoda, sedangkan gaya elektroendosmotik menyebabkan perpindahan protein ke katoda (Handayani 2006). Polyacrylamide gel, memiliki konsistensi seperti gel (jelly). Dibentuk melalui polimerisasi dari acrylamide dan bisacrylamide. Polyacrilamide gel ini berfungsi untuk menahan protein-protein yang memilki molekul besar, sehingga migrasi dari protein ini akan lambat dan tertahan di daerah atas dari sumur-sumur elektroforesis. Sedangkan protein bermolekul kecil akan tersaring ke bawah. Dalam pembentukan polyacrylamide gel diperlukan TEMED (Tetraetilendiamin) sebagai inisiasi terjadinya polimerisasi antara acrylamide dan bisacrylamide (Anonim 2010). SDS-PAGE banyak digunakan untuk mengetahui tingkat kemurnian suatu protein, penentuan berat molekul, untuk mengetahui komposisi subunit dari protein, juga kadang dapat digunakan untuk menyusun kembali suatu protein, dan
13
dapat digunakan untuk pembelajaran pada bidang spektrometri dan proteomic (Anonim 2010). Terdapat dua wilayah pada gel SDS-PAGE, bagian wilayah atas adalah stacking gel (gel pengumpul) dimana protein akan ditekan ke bawah menuju lapisan tipis melalui arah migrasi katoda ke anoda. Hal ini terjadi karena stacking gel mengandung ion Cl- (klorin) yang memiliki kecepatan migrasi lebih cepat dibandingkan migrasi protein sampel, juga adanya ion glycine dari larutan buffer yang memilki kecepatan lebih lambat, sehingga molekul protein akan terperangkap diantara dua ion tersebut. Selanjutnya molekul protein masuk ke wilayah bawah atau resolving gel, dimana gel ini memiliki pori-pori yang lebih kecil dibandingkan stacking gel dikarenakan memilki pH yang lebih tinggi dan konsentrasi garam yang tinggi. Pada wilayah ini, ion glicyne akan diionisasi oleh gradient voltase yang dialiri ke dalam gel, sehingga menyebabkan molekulmolekul protein terpisah tergantung pada ukuran dan berat molekul (Promega Corp 2011). Mekanisme sederhana dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Mekanisme sederhana SDS-PAGE (Laemmli 1970)
