Bakteri Bacillus Anthracis - Klasifikasi, Morfologi dan Karakteristik

Bakteri Bacillus Anthracis :

Definisi Bacillus anthracis

Bacillus anthracis adalah satu-satunya spesies Bacillus patogen obligat dan agen penyebab antraks, yang merupakan penyakit umum pada ternak dan kadang-kadang terjadi pada manusia.

Sumber Gambar: CDC / Dr. James Feeley dan CDC / Todd Parker .

• Antraks disebut penyakit zoonosis karena penyakit ini dapat menular antara hewan dan manusia melalui berbagai cara.
• Bacillus anthracis  adalah bakteri pembentuk spora Gram-positif yang biasa ditemukan di tanah, tetapi tidak seperti spesies Bacillus lainnya , dapat menyebabkan berbagai bentuk infeksi jika mencapai daerah pernapasan, gastrointestinal, atau kulit pada manusia.
• Cara penularan B. anthracis yang paling penting adalah melalui spora. Spora ini berkecambah menjadi sel vegetatif setelah berada di dalam tubuh inang dan menyebabkan infeksi.
• Spora sangat tahan terhadap kondisi lingkungan yang merugikan, tetapi sel vegetatif B. anthracis bertahan dengan buruk di lingkungan sederhana seperti air dan tanah curah .
• B. anthracis termasuk dalam kelompok B. cereus dari spesies Bacillus , terdiri dari patogen oportunistik lain seperti B. cereus dan B. thuringiensis .
•  Potensi B. anthracis sebagai bioweapon atau agen bioterorisme telah lama dibicarakan dan ditakuti setelah penggunaan bakteri ini terhadap ternak selama Perang Dunia I.
• Namun, telah ditemukan bahwa manusia lebih resisten terhadap B. anthracis daripada herbivora, dan dosis infeksi bakteri pada manusia juga sangat tinggi.
• Namun demikian, kasus antraks manusia telah diamati pada populasi manusia melalui pekerjaan yang dekat dengan ternak yang tertular dengan menangani hewan peliharaan yang tertular.
• B. anthracis pertama kali diisolasi dari hewan peliharaan yang terinfeksi oleh Cohn pada tahun 1872.
• Nama spesies ' anthracis' berasal dari nama penyakitnya, antraks, yang pada gilirannya berasal dari kata Yunani untuk batu bara, anthrakis karena pembentukan eskar kulit hitam seperti batu bara.
• B. anthracis telah dipelajari secara ekstensif karena patogenisitas spesies dan potensinya sebagai agen bioterorisme.

Klasifikasi Bacillus anthracis

• Genus Bacillus termasuk dalam famili Bacillaceae yang mengandung beberapa genera lain yang diklasifikasikan berdasarkan ciri fenotipik dan molekulernya.
• Ada lebih dari 142 spesies berbeda yang termasuk dalam genus Bacillus yang selanjutnya diklasifikasikan ke dalam kelompok yang dapat diatur berdasarkan urutan 16S rRNA mereka.
• B. anthracis termasuk dalam kelompok B. cereus dari spesies Bacillus bersama dengan patogen lain atau patogen oportunistik seperti B. cereus dan B. thuringiensis.
• Genom dari kelompok ini sangat kekal dengan ukuran 5,2-5,5 Mb dan juga memiliki urutan gen 16S rRNA yang sangat mirip.
• Klasifikasi dan perbedaan B. anthracis dari anggota lain dalam kelompok dapat dibuat dengan analisis polimorfisme panjang fragmen yang diperkuat karena mereka memiliki urutan gen 16S rRNA yang serupa.
• Ada 89 strain B. anthracis yang telah diisolasi dari berbagai daerah di seluruh dunia dan digunakan untuk tujuan yang berbeda.
• B. anthracis bersifat monomorfik dan memiliki keragaman genetik yang rendah bersama dengan tidak adanya transfer DNA lateral yang dapat diukur.
• Strain dari spesies ini secara keseluruhan heterogen secara genetik dan fenotip, tetapi beberapa strain lebih dekat hubungannya daripada yang lain karena beberapa secara filogenetik bercampur pada tingkat kromosom.
• Beberapa perbedaan, bagaimanapun, dapat diamati karena siklus hidup bakteri berkisar antara inang hewan dan lingkungan.

Berikut klasifikasi taksonomi B. anthracis :

Domain	Bakteri
Divisi	Firmicutes
Kelas	Bacilli
Memesan	Bacillales
Keluarga	Bacillaceae
Marga	Basil
Jenis	B. anthracis

Habitat Bacillus anthracis

bakteri Gram-positif, berbentuk batang, Bacillus anthracis . Sumber Gambar: CDC / Dr. James Feeley .

• Bacillus anthracis adalah bakteri pembentuk endospora aerobik yang ada di berbagai lingkungan atau ekosistem alami.
• Ini adalah satu-satunya patogen obligat hewan, termasuk manusia, mamalia, dan serangga. Habitat utama, bagaimanapun, tetap tanah dan mungkin ditularkan ke ekosistem lain dalam bentuk spora.
• Meskipun bakteri telah diisolasi dari lingkungan yang berbeda, semua lingkungan tersebut tidak dianggap sebagai habitatnya.
• B. anthracis , seperti spesies Bacillus lainnya , tumbuh subur di tanah baik dalam kondisi asam maupun basa dalam kisaran suhu yang luas.
• B. anthracis, di lingkungan alami, di luar tubuh inang, ada dalam bentuk spora karena kondisi lingkungan semakin sulit.
• Habitat dan siklus hidup B. anthracis dijelaskan oleh siklus mikro bakteri di tanah dengan fase multiplikasi yang jarang terjadi pada hewan.
• Meskipun tidak banyak bukti tentang perbanyakan B. anthracis di tanah, spora B. anthracis diyakini dapat berkecambah ke dalam sel vegetatif dan berkembang biak jika kondisi lingkungan mendukung.
• Kemampuan B. anthracis untuk hidup di lingkungan yang beragam adalah hasil dari endospora yang sangat resisten. Endospora ini lebih tahan terhadap kondisi buruk, beberapa bahan kimia, dan bahkan agen antimikroba daripada sel vegetatif.
• Spora umumnya ringan dan dapat dengan mudah didistribusikan melalui debu atau pembentukan aerosol.
• Spora kemudian, masuk ke tubuh inang (kebanyakan herbivora) di mana mereka berkecambah untuk membentuk sel vegetatif. Sel-sel vegetatif kemudian dapat memasuki relung baru seperti tubuh manusia dari hewan.
• Selain itu, ada mekanisme lain seperti produksi toksin, yang memungkinkan bakteri bersaing dengan bakteri lain dan menempati relung atau ekologi baru.
• Terjadinya B. anthracis lebih sering terjadi di iklim yang lebih hangat, yang diasumsikan karena hubungan antara suhu dan aktivitas air, dan laju sporulasi bakteri yang dilepaskan dari tubuh hewan yang terinfeksi.
• Demikian pula, suhu dan aktivitas air juga mempengaruhi perkecambahan spora, meskipun pada tingkat yang lebih rendah.
• Salah satu ciri penting untuk terjadinya B. anthracis di lingkungan yang beragam adalah kemampuan spora untuk bertahan hidup selama bertahun-tahun, bahkan tanpa adanya reservoir hewan.

Morfologi Bacillus anthracis

• Sel-sel B. anthracis adalah batang Gram positif yang bersifat aerobik, anaerob fakultatif yang berkapsul dan dapat membentuk spora.
• Sel-sel dengan ukuran mulai dari 1.0-1.2 µm dengan lebar dan 3.0-5.0 µm muncul baik sendiri-sendiri atau berpasangan. Namun, dalam sampel klinis, sel mungkin muncul dalam rantai pendek.
• Semua sel B. anthracis mengandung spora ellipsoidal atau silindris yang terdapat baik secara subterminial atau paracentrally dalam sel vegetatif.
• Spora tidak menyebabkan pembengkakan pada sporangia karena biasanya terletak miring di dalamnya.
• Secara fenotip, B. anthracis sangat mirip dengan spesies Bacillus lain seperti B. cereus dan B. thuringiensis tetapi, tidak seperti mereka, B. anthracis tidak memiliki flagela sehingga tidak motil.
• Selubung luar B. anthracis ditentukan oleh kapsul, lapisan peptidoglikan yang luas, asam lipoteikoat, dan protein permukaan sel kristal (lapisan S).
• Kapsul dalam B. anthracis terdiri dari asam poli-γ-D-glutamat yang dikodekan oleh tiga gen plasmid yang berbeda. 
• Kapsul B. anthracis merupakan salah satu faktor virulensi karena strain yang tidak memiliki kapsul bersifat avirulen.
• Kapsul itu sendiri tidak beracun dan non-imunogenik karena tidak merangsang sistem kekebalan tubuh.
• Di bawah kapsul adalah lapisan permukaan atau lapisan S yang terdiri dari protein, dan ini tidak terglikosilasi.
• Polisakarida dinding sel yang ada pada dinding sel berfungsi sebagai penahan lapisan permukaan ke dinding sel. Dinding sel terdiri dari polisakarida seperti galaktosa, N-asetilglukosamin, dan asam N-asetilmuramat.
• Keterkaitan yang ada di dinding sel adalah asam meso-diaminopimelic yang menghubungkan asam diamino dari satu subunit ke kelompok D-alanine dari subunit lain.
• Genom B. anthracis adalah tripartit dengan satu kromosom melingkar dan dua plasmid virulen melingkar di dalam sitoplasma. Genom ini memiliki panjang 5227293 bp dengan 5508 urutan pengkodean protein.
• Nukleotida genom terdiri dari sekitar 60% unit adenin dan timin dan hanya 40% guanin dan sitosin.
• Komposisi kromosom ini menghasilkan kepadatan apung yang lebih tinggi dan titik leleh unit DNA yang lebih rendah.
• Plasmid adalah pXO1 dan pXO2 yang mengkode banyak gen berbeda bersama dengan gen produksi racun dan kapsul.

Karakteristik Bacillus anthracis

• Pertumbuhan dan kultur artifisial B. anthracis sering dilakukan dengan cara mengisolasi kuman dari bangkai tua, produk hewani, atau contoh lingkungan seperti tanah yang terdapat dalam bentuk spora.
• Isolasi B. anthracis dapat dilakukan pada darah, nutrien, atau agars selektif, tergantung pada sumber sampel.
• Tidak ada metode pengayaan yang efisien untuk isolasi B. anthracis , tetapi isolasi selektif yang cukup dapat dilakukan dengan agar polymyxin-lysozyme EDTA-thallous acetate (PLET).
• Seperti kebanyakan spesies Bacillus , kebutuhan nutrisi B. anthracis juga sederhana, sehingga pertumbuhan dapat dicapai dalam media sederhana dengan glukosa sebagai sumber karbon dan garam amonium sebagai sumber nitrogen.
• Medium kasein terhidrolisis dengan glukosa, tiamin, triptofan, dan berbagai garam biasanya digunakan untuk analisis fisiologi B. anthracis dan ekspresi gen.
• Morfologi koloni serta pertumbuhannya dipengaruhi oleh berbagai faktor seperti perkecambahan spora, komposisi media, dan kondisi inkubasi.
• Perlakuan panas spora sebelum pertumbuhan merangsang perkecambahan spora dan pembentukan sel vegetatif.
• B. anthracis adalah anaerob fakultatif; dengan demikian, pertumbuhan terbaik diamati ketika diinkubasi semalaman di bawah 5-7% CO 2 .
• Morfologi koloni dan permukaan koloni juga bergantung pada ada tidaknya kapsul karena koloni berkapsul membentuk koloni mukoid.
• Pertumbuhan B. anthracis dapat terjadi antara 5 ° C sampai 45 ° C dengan pertumbuhan optimum pada suhu 37 ° C, tergantung dari sumber bakterinya.
• Koloni B. anthracis mirip dengan spesies Bacillus lainnya dan dapat dibedakan berdasarkan spiking atau tailing di sepanjang garis coretan inokulasi dan sangat ulet.
• Pertumbuhan B. anthracis mungkin terjadi secara berkerumun di seluruh media, bukan di koloni individu. Hal ini dapat dihindari dengan meningkatkan kandungan agar pada medium.
• Dalam kasus media cair, B. anthracis umumnya tumbuh sebagai sel planktonik, tetapi pelikel dapat terbentuk selama inkubasi statis, dan kepatuhan pada permukaan padat juga dapat diamati.
• Pertumbuhan B. anthracis pada media buatan terjadi dalam dua fase yang dimulai dengan pertumbuhan vegetatif yang mengarah ke pembentukan spora seiring dengan bertambahnya usia kultur.

Berikut adalah beberapa ciri budaya B. anthracis pada berbagai media budaya:

1. Bacillus anthracis pada Nutrient Agar (NA)

• Bergantung pada sampelnya, B. anthracis dapat ditanam pada berbagai jenis media pertumbuhan dari media sederhana seperti Nutrient agar hingga media yang lebih kompleks dan selektif seperti agar PLET.
• Koloni B. anthracis mirip dengan anggota lain dari kelompok B. cereus dan mungkin memerlukan teknik tambahan untuk identifikasi tingkat spesies.
• Pada NA, koloni B. anthracis tampak melingkar tidak beraturan dengan seluruh tepi bergelombang dan tepi crenate atau fimbriate.
• Ketika kondisi pertumbuhan tidak kondusif untuk pembentukan kapsul, koloni memiliki tepi yang tidak teratur dan tampilan 'ground-glass' yang bulat.
• Koloni berwarna putih sampai krem ​​dengan ukuran besar (diameter 2-7 mm), tetapi ukuran koloni muda bisa lebih kecil.
• Koloni B. anthracis berbeda dengan spesies Bacillus lainnya dalam bentuk spiking atau tailing di sepanjang garis inokulasi. Beberapa koloni bahkan mungkin membentuk puncak berdiri saat ditarik dengan sebuah lingkaran.
• Permukaan koloni cenderung memiliki tekstur matt atau butiran, tetapi koloni yang halus dan lembab juga dapat terjadi. 
• Koloni pada media padat mendukung sintesis kapsul yang menghasilkan koloni mukoid dengan kapsul besar, menghasilkan koloni yang tebal (ketebalan hingga 3µm).

2. Bacillus anthracis pada Agar Darah

Bacillus anthracis , yang dikultur pada medium blood agar domba (SBA), selama periode waktu 24 jam, pada suhu 37 ° C. Kredit Gambar: Todd Parker

• Agar darah yang digunakan untuk isolasi B. anthracis dibuat dengan menambahkan 5% darah domba ke nutrient agar.
• Koloni B. anthracis adalah non-hemolitik atau γ-hemolitik, yang membantu dalam diferensiasi B. anthracis dari spesies Bacillus lain seperti B. cereus dan B. thuringiensis .
• Teramati koloni datar atau agak cembung dengan tepi tidak beraturan dan tampilan kaca tanah. Koloni sering memiliki proyeksi berbentuk koma dari tepi koloni, menghasilkan koloni medusa-head.
• Ukuran koloni relatif lebih kecil dibandingkan pada Nutrient agar. Ukurannya berkisar antara 2-4 mm, tetapi ukurannya bisa bertambah pada hari kedua pertumbuhan.

3. Bacillus anthracis pada Agar PLET

Bacillus anthracis dibudidayakan pada media manitol, kuning telur, polymyxin agar (MEP), untuk jangka waktu 24 jam, pada suhu 37 ° C. Kredit Gambar: Todd Parker

• Agar PLET adalah agar selektif terbaik untuk isolasi B. anthracis dari spesimen lingkungan, produk hewani, serta spesimen klinis.
• Peningkatan konsentrasi EDTA pada media ini menghambat pertumbuhan Staphylococcus aureus dan B. cereus .
• Koloni B. anthracis berbentuk lingkaran kasar, berwarna putih krem ​​dengan tekstur kaca. Jika terlihat koloni B. cereus , mereka cenderung lebih kecil dari pada B. anthracis . 
• Kapsul mungkin terlihat di permukaan setelah sekitar 48 jam inkubasi.

Karakteristik Biokimia Bacillus anthracis

No	Karakteristik Biokimia	B. anthracis
1.	Kapsul	Kapsul dengan kapsul asam poli-γ-glutamat.
2.	Bentuk	tongkat
3.	Pewarnaan Gram	Gram-Positif
4.	Katalase	Positif (+)
5.	Oksidase	Negatif (-)
6.	Garam sitrat	Positif (+)
7.	Metil Merah (MR)	Negatif (-)
8.	Voges Proskauer (VR)	Positif (+)
9.	OF (Oksidatif-Fermentatif)	Heterofermentatif fakultatif
10.	Koagulase	Positif (+)
11.	DNase	Negatif (-)
12.	Urease	Negatif (-)
13.	Gas	Negatif (-)
14.	H 2 S	Negatif (-)
15.	Hemolisis	Non-hemolitik
16.	Motilitas	Tidak motil karena tidak memiliki flagela.
17.	Reduksi Nitrat	Positif (+)
18.	Hidrolisis Gelatin	Positif (+)
19.	Produksi Pigmen	Negatif (-)
20.	Indole	Positif (+)
21.	TSIA (Triple Sugar Iron Agar)	Alkali / Alkali (Merah / Merah)
22.	Spora	Pembentukan endospora
23.	Kerentanan Penisilin	Rentan

Fermentasi B. anthracis

No	Substrat	B. anthracis
1.	Adonitol	Negatif (-)
2.	Arabinose	Negatif (-)
3.	Selobiosa	Negatif (-)
4.	Dulcitol	Negatif (-)
5.	Fruktosa	Positif (+)
6.	Galaktosa	Negatif (-)
7.	Glukosa	Positif (+) Heterofermentatif fakultatif
8.	Gliserin	Negatif (-)
9.	Glikogen	Positif (+)
10.	Hippurate	Negatif (-)
11.	Inulin	Negatif (-)
12.	Inositol	Negatif (-)
13.	Laktosa	Negatif (-)
14.	Malonate	Positif (+)
15.	Maltosa	Positif (+)
16.	Mannitol	Negatif (-)
17.	Mannose	Positif (+)
18.	Melibiose	Negatif (-)
19.	Piruvat	Negatif (-)
20.	Raffinose	Negatif (-)
21.	Rhamnose	Negatif (-)
22.	Ribose	Positif (+)
23.	Salicin	Negatif (-)
24.	Sorbitol	Negatif (-)
25.	Pati	Positif (+)
26.	Sukrosa	Positif (+)
27.	Trehalose	Positif (+)
28	Xilosa	Negatif (-)

Reaksi Enzimatis B. anthracis

No	Enzim	B. anthracis
1.	Acetoin	Positif (+)
2.	Pemanfaatan Asetat	Positif (+)
3.	Hidrolisis Tirosin	Negatif (-)
4.	Lesitinase	Negatif (-)
5.	Hidrolisis Kasein	Positif (+)
6.	Hidrolisis Esculin	Positif (+)
7.	Lisin dekarboksilase	Positif (+)
8.	Dekarboksilase ornithine	Negatif (-)
9.	Fenilalanin Deaminase	Negatif (-)

Faktor Virulensi Bacillus anthracis

    Bacillus anthracis adalah bakteri patogen obligat yang merupakan agen penyebab penyakit, antraks, sering terjadi pada herbivora dan lebih jarang pada manusia. Namun, hewan seperti babi, anjing, kucing, tikus, dan ayam resisten terhadap antraks, tetapi bakteri tersebut dapat berpindah ke burung setelah burung pemakan bangkai seperti burung pemakan bangkai memakan hewan mati yang terinfeksi.

    Faktor terpenting yang memungkinkan bakteri bertahan dan menyebabkan infeksi adalah kemampuan bakteri membentuk spora. Spora tahan terhadap berbagai kondisi lingkungan yang merugikan. Selain tiga faktor virulensi terpenting B. anthracis,ada faktor lain yang disekresikan dan tidak disekresikan yang mempengaruhi interaksi patogen inang. Ada protease tertentu yang mengganggu tanggapan kekebalan dengan membelah peptida antimikroba. Protease lain seperti InhA1 dapat merusak jaringan inang, menghasilkan peningkatan permeabilitas penghalang. B. anthracis memiliki virulensi yang luar biasa berupa tiga faktor virulensi primer;

1. Kapsul

• B. anthracis menghasilkan kapsul poly-γ-glutamic acid (PGA) yang memberikan perlindungan bakteri dari fagositosis seperti pada banyak bakteri patogen lainnya.
• Adanya muatan negatif pada membran menghambat pertahanan inang dengan cara menghambat fagositosis sel vegetatif oleh makrofag dan sel imun lainnya.
• Kapsul diproduksi oleh spora yang berkecambah di hadapan serum dan peningkatan CO 2 melalui bukaan pada permukaan spora dalam bentuk pori yang dapat menyatu sebelum eksosporium terkelupas dan pertumbuhan sel vegetatif yang dienkapsulasi.
• Karena kapsul berada di luar lapisan S, kapsul tidak memerlukan lapisan S untuk melekat pada permukaan sel.
• Sintesis kapsul difasilitasi oleh tiga enzim terkait membran yang dikodekan oleh plasmid 60-MDa pXO2.
• Gen yang terlibat dalam sintesis enzim adalah capB, capC, dan capA yang masing-masing menyandikan 44, 16, dan 46kDa protein.
• Kapsul B. anthracis bersifat imunogenik lemah dan antiphagocytic yang menyamarkan basil dari pengawasan imun.
• Kapsul juga mengaktifkan caspase-1 dan menginduksi pelepasan interleukin-1β dari sel T yang terdiferensiasi dan sel dendritik yang diturunkan dari monosit manusia.
• Aktivitas protein kapsul ditingkatkan oleh antigen, protein, dan toksin berkode plasmid lainnya.

2. Endotoksin 

• Bacillus anthracis menghasilkan dua endotoksin berbeda yang dilepaskan dalam bentuk tiga komponen; antigen pelindung (PA), faktor edema (EF), dan faktor mematikan (LF).
• Ketiga protein tersebut dikodekan oleh virulensi plasmid pXO1 yang menyebabkan perdarahan, edema, dan nekrosis.
• Antigen pelindung adalah bagian pengikat seluler dari racun sedangkan faktor mematikan dan faktor edema adalah bagian katalitik. 
• Faktor edema adalah protein matang dengan 767 residu dengan massa molekul 89 kDa yang merupakan siklase adenilat tergantung kalmodulin yang mengubah ATP intraseluler menjadi cAMP.
• Bagian terminal amino dari faktor tersebut dinyatakan sebagai polipeptida stabil yang memiliki kapasitas untuk bersaing dengan LF untuk mengikat antigen pelindung.
• Faktor mematikan juga merupakan protein matang dengan 776 berada dan massa molekul 85kDa, yang merupakan metaloprotease seng yang membelah dan menonaktifkan protein kinase yang diaktivasi oleh nitrogen.
• Seperti pada faktor edema, faktor yang mematikan juga memiliki bagian aminoterminal yang memungkinkan pengikatan molekul ke PA.
• PA setelah pelepasannya secara proteolitik dibelah oleh furin atau protease mirip furin menjadi dua fragmen; PA 63 dan PA 20 . Penghapusan PA 20 menghilangkan halangan sterik dan memungkinkan PA 63 untuk membentuk komponen pengikat LF / EF.
• Hasil pemecahan dalam residu pada PA 63, yang dapat mengikat 3 atau 4 molekul EF dan LF sambil mempertahankan interferensi halangan sterik antara molekul toksin. Pengikatan akhirnya mengarah pada pembentukan toksin mematikan (LT) dan toksin edema (ET).
• Racun memainkan peran penting dalam respons terhadap beragam rangsangan seperti mitogen, sitokin proinflamasi, dan sengatan panas.

Patogenesis Bacillus anthracis

       Siklus infeksi B. anthracis dimulai dengan menelan spora, yang pada hewan terjadi dari tanah sedangkan pada manusia, penularan dari hewan setelah sering terpapar. Virulensi bakteri yang luar biasa ini disebabkan oleh faktor virulensi yang memungkinkan kelangsungan hidup bakteri serta kemampuannya untuk menyebabkan kerusakan sel inang selama siklus hidup infeksi. Keseluruhan patogenesis B. anthracis dapat dijelaskan dalam langkah-langkah berikut;

1. Masuk 

• Bentuk infeksius utama B. anthracis adalah spora yang masuk ke tubuh inang dari lingkungan dengan cara yang berbeda.
• Spora tahan terhadap berbagai kondisi lingkungan dan dapat berkecambah menjadi bentuk vegetatif saat kondisi yang menguntungkan tersedia.
• Makrofag dengan cepat memfagositosis spora di dalam tubuh inang, dan beberapa spora mengalami lisis di makrofag.
• Spora lain, terutama yang masuk ke tubuh melalui penghirupan, bertahan hidup dari fagositosis dan dibawa ke kelenjar getah bening mediastinum oleh sistem limfatik.
• Spora berfagositosis membutuhkan beberapa hari inkubasi sebelum perkecambahan. Laten ini diamati dalam bentuk penyakit pernapasan dan bukan dalam bentuk kulit.
• Perkecambahan dipicu oleh peningkatan kadar CO 2 dan suhu tubuh inang. 

2. Invasi

• Perkecambahan spora menjadi sel vegetatif diikuti oleh aktivasi gen kapsul dan toksin yang ada di dalam plasmid organisme.
• Kapsul terlibat dalam resistensi terhadap fagositosis sebagai akibat dari muatan negatif yang ada padanya.
• Racun juga dilepaskan dalam bentuk tiga komponen protein berbeda yang pada akhirnya mengalami pembelahan dan pengikatan untuk membentuk toksin.
• Antigen pelindung (PA) mengikat molekul protein membran sel inang tertentu yang dalam hal ini adalah reseptor toksin antraks (ATR).
• PA kemudian dibelah oleh protease menjadi dua bagian, salah satunya berikatan dengan salah satu faktor toksin atau keduanya.
• Kompleks yang terbentuk lewat ke dalam sel oleh endositosis yang dimediasi reseptor dan menjadi endosom yang diasamkan setelah perubahan konformasi pada molekul toksin.
• Toksin edema berinteraksi dengan protein inang kalmodulin dan menjadi siklase adenil aktif. Enzim tersebut menyebabkan peningkatan kadar cAMP dan menyebabkan syok hipovolemik.
• Toksin edema juga memiliki kemampuan untuk meningkatkan kerentanan inang terhadap infeksi dengan menstimulasi kemotaksis pada neutrofil manusia.
• Toksin mematikan kemudian membelah anggota keluarga protein kinase yang diaktivasi mitogen yang mengganggu jalur pensinyalan tertentu dan meningkatkan tingkat sitokin pemicu goncangan seperti TNFα dan IL-1β.
• Selama tahap awal infeksi sebagai akibat dari efek sinergis dari kedua racun, terjadi penurunan pelepasan sitokin pro-inflamasi, yang secara signifikan memungkinkan perkembangbiakan bakteri di dalam tubuh.
• Racun letal dan edema bersama-sama juga dapat menyebabkan syok vaskular, tetapi sifat syok tersebut mungkin berbeda.
• Toksin mematikan menginduksi kolaps vaskuler non-hemoragik yang tidak bergantung pada sitokin dengan nekrosis hipoksia, sedangkan toksin edema menginduksi disfungsi vaskular cAMP umum.
• Meskipun target utama ET adalah hepatosit, sel epitel diserang selama bentuk penyakit kutaneus, menghasilkan karakteristik fenotipe lesi.
• Ketika infeksi berlanjut, bakteri masuk ke dalam darah dengan tingkat akhir bakteri mencapai, 10 7 sampai 10 9 sel / ml pada inang yang rentan.

Infeksi Bakteri Bacillus anthracis

    Infeksi yang disebabkan oleh B. anthracis disebut antraks yang keluar dalam tiga bentuk berbeda tergantung dari jalur masuknya bakteri. Bentuk paling umum dari infeksi antraks adalah antraks kulit yang terjadi pada lebih dari 90% kasus manusia. Dua bentuk antraks lainnya adalah antraks gastrointestinal dan antraks paru atau antraks inhalasi. B. anthrax juga berhubungan dengan meningitis.

1. Antraks Kulit

• Masa inkubasi pada antraks kulit sekitar 2-3 hari yang pada beberapa kasus dapat meningkat hingga 2 minggu.
• Sebagian besar paparan antraks kulit terjadi karena pekerjaan atau penanganan hewan yang terinfeksi atau bahan laboratorium.
• Spora memasuki tubuh melalui kerusakan pada kulit, dan dalam 2-5 hari, kulit mengalami lesi primer.
• Lesi primer ditandai dengan lesi tanpa nyeri dengan papula pruritus, yang berubah menjadi ulkus dalam 24-36 jam dengan vesikula yang menyertainya.
• Ulserasi diikuti oleh pengeringan untuk membentuk eschar hitam klasik dengan pembesaran akhirnya untuk menutupi vesikel yang mengering.
• Beberapa lesi mungkin berisi nanah pada kasus infeksi sekunder dengan bakteri piogenik seperti Staphylococcus aureus .
• Sel B. anthracis tetap terlokalisasi pada lesi pada kasus antraks tanpa komplikasi, tetapi adenitis di sekitar kelenjar getah bening juga dapat terjadi.
• Eschar perlahan mulai sembuh setelah sekitar dua hingga enam minggu sejak munculnya lesi asli, apa pun pengobatannya.
• Dalam kasus antraks yang tidak diobati, 20% atau kurang dari pasien mungkin mengalami septikemia dan meninggal. Namun, dengan penggunaan antibiotik yang tepat, angka kematian kurang dari 1%.

2. Antraks Gastrointestinal

• Anthrax gastrointestinal terjadi akibat masuknya spora bakteri melalui konsumsi daging yang kurang matang dari hewan yang terinfeksi B. anthracis .
• Masa inkubasi mirip dengan infeksi kulit, dan eschar karakteristik serupa terbentuk di dinding ileum terminal atau sekum.
• Anthrax gastrointestinal dapat menyebabkan dua bentuk klinis; antraks perut dan oro-esofagus.
• Dalam kasus antraks perut, gejala umum seperti mual, muntah, anoreksia, dan demam diamati. Seiring perkembangan penyakit, nyeri perut yang parah dengan hematemesis, diare berdarah yang menyebabkan septikemia dan kematian.
• Dalam kasus antraks oro-esofagus, gejalanya meliputi sakit tenggorokan, disfagia, demam, dan edema.
• Pasien mungkin menumpuk asites masif dalam 2-4 hari setelah timbulnya nyeri perut.

3. Antraks Paru

• Anthrax paru menyumbang sekitar 2-5% dari semua kasus anthrax. Hasil antraks paru dari menghirup spora aerosol.
• Infeksi dimulai dengan gejala seperti flu berupa demam ringan, kelelahan, dan rasa tidak enak badan yang berlanjut selama 2-3 hari setelah paparan awal.
• Fase prodromal awal berlangsung selama 48 jam pertama dan diakhiri dengan perkembangan infeksi akut dengan demam dan sianosis.
• Sistem paru dianggap sebagai cara masuk daripada situs patologi primer; dengan demikian, itu diambil oleh makrofag alveolar dan diangkut ke kelenjar getah bening mediastinal daripada menyebabkan pneumonia.
• Setelah 1-3 hari onset awal, penyakit berkembang menjadi penyebaran sistemik dengan diaphoresis, demam, menggigil, dan syok.

4. Meningitis

• Meningitis pada antraks terjadi pada tahap akhir dari bentuk antraks lainnya. Gejala muncul dengan cepat dengan ketidaksadaran, tetapi perkembangannya cukup lambat.
• Gejala klinis termasuk munculnya darah dalam cairan serebrospinal dengan hilangnya syok atau kematian.

Diagnosis Bakteri Bacillus anthracis

    Diagnosis klinis infeksi B. anthracis dikonfirmasi dengan visualisasi dan kultur B. anthracis dari sampel klinis. Diagnosis antraks dapat dilakukan baik melalui metode konvensional maupun metode molekuler. Sampel yang digunakan untuk identifikasi B. anthracis meliputi swab untuk pengambilan cairan vesikuler pada kasus antraks kulit.

1. Identifikasi Budaya dan Biokimia

• Metode ini merupakan metode konvensional untuk identifikasi B. anthracis melalui pertumbuhan pada media selektif, uji hemolisis, pewarnaan kapsul, uji motilitas, dan kerentanan terhadap penisilin.
• Untuk isolasi B. anthracis secara selektif , PLET agar digunakan, yang membantu dalam identifikasi B. anthrax melalui karakteristik budaya.
•  Keberadaan sel berkapsul juga dapat digunakan sebagai metode identifikasi B. anthracis dengan pewarnaan M'Fadyean dengan polikrom metilen biru.
• Metode konvensional dalam mendiagnosis antraks memiliki beberapa tantangan karena kemiripan fenotipik dan genetiknya dengan spesies Bacillus lainnya .
• Tes hemolisis dapat dilakukan untuk membedakan B. anthracis dari B. cereus yang β-hemolitik.

2. Metode Berbasis Antigen

• Deteksi antigen dengan immunoassay adalah pendekatan alternatif untuk diagnosis B. anthracis .
• Antigen umum yang digunakan untuk metode ini adalah glikoprotein BclA dari eksosporium, antigen ekstraseluler EA1 dari lapisan S, antigen pelindung toksin antraks, dan kapsul poli-D-glutamin.
• Pemilihan antigen target bergantung pada jenis sampel yang diuji karena antigen yang berbeda diekspresikan dalam sel vegetatif dan spora.
• Immunoassay yang umum digunakan untuk identifikasi B. anthracis adalah pengujian aliran cytometry dan pengujian luminescent adenylate cyclase.

3. Metode molekuler

• Metode molekuler seperti PCR yang melibatkan metode amplifikasi DNA memfasilitasi deteksi B. anthracis tanpa kultur bakteri, yang membuatnya lebih aman daripada metode konvensional.
• Penanda genetik yang umum digunakan untuk identifikasi B. anthracis terdapat pada plasmid virulensi, pXO1 dan pXO2.
• Gen yang digunakan mengandung komponen pengkode toksin antraks dan kapsul. Deteksi gen ini juga memberikan informasi tentang virulensi bakteri.
• Namun, ada beberapa tantangan dalam menggunakan gen ini karena plasmid dapat hilang atau dipindahkan ke spesies Bacillus lainnya.

Pengobatan infeksi Bacillus anthracis

• Pengobatan antraks tidak terlalu rumit karena bakterinya sensitif terhadap banyak antibiotik seperti ciprofloxacin, eritromisin, penisilin, dan vankomisin. Itu resisten terhadap sefalosporin, sulfonamida, dan trimetoprim.
• Penisilin adalah obat pilihan karena resistensi terhadap penisilin belum ditemukan pada jenis yang muncul secara alami.
• Namun, perjalanan penyakit yang cepat bahkan dengan terapi antibiotik telah menghasilkan angka kematian yang tinggi untuk antraks paru.
• Oleh karena itu, terapi antitoksin telah dipelajari dan digunakan untuk menghindari perkembangan penyakit yang cepat dan pembuangan racun.
• Saat ini, pengobatan dengan ciprofloxacin, amoxicillin, dan doksisiklin direkomendasikan pada kasus antraks kulit yang ringan.

Pencegahan  infeksi Bacillus anthracis

• Kasus penularan dari manusia ke manusia belum pernah dilaporkan pada kasus antraks yang menunjukkan bahwa bentuk utama infeksi adalah spora.
• Dengan demikian, penyakit dapat dihindari dengan menjaga kebersihan dan perlindungan yang baik selama penanganan hewan yang tertular.
• Selain itu, imunisasi aktif sangat penting dalam pencegahan sebelum pajanan antraks. Satu-satunya vaksin berbasis toksin untuk B. anthrax yang disetujui oleh FDA adalah BioThrax.
• Meskipun seharusnya digunakan sebelum pajanan, ini juga berguna untuk profilaksis pasca pajanan.
• Instrumen dan bahan yang terkontaminasi yang digunakan pada pasien dengan antraks harus diautoklaf atau dibakar seperti praktik biasa.

B. anthracis sebagai agen bioterorisme

• Spora B. anthracis yang kebal dengan kemungkinan menimbulkan aerosol berpotensi untuk digunakan sebagai senjata bio-teror selama perang.
• Menghirup spora berbahaya karena gejala awal penyakit mirip dengan flu, membuat diagnosis dini sulit.
• Ketakutan terhadap B. anthracis sebagai senjata biologis telah meningkat karena seharusnya dikembangkan untuk digunakan dalam perang Dunia I dan II. Pada tahun 2001, amplop B. anthracis dikirim melalui pos ke berbagai pejabat di Amerika Serikat yang juga dianggap sebagai tindakan bioterorisme.