PENGARUH DEFENSIN TERHADAP KARIES

Disusun oleh :

Dewi Kurniasih (04121004040)

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN DOKTER GIGI

FAKULTAS KEDOKTERAN

UNIVERSITAS SRIWIJAYA

TA 2013/2014

Abstrak

Antimicrobial peptides (AMPs) are among the repertoire of host innate ammune defense. In the oral cavity, several AMPs are present in saliva and have antimicrobial activities against oral bacteria, including Streptococcuc mutans, a primary etiologic agent of dental caries. In human the two main antimicrobial peptide families are defensins and cathelicidins. Defensins are small anti-microbial peptides produced by epithelial cells. These peptides have a broad range of actions against microorganisms, including Gram-positive and Gram-negative bacteria. Defensins are found in saliva and others compartments of the body. Human defensins in saliva may contributes to vulnerability or resistance to caries.

Keyword : Saliva, Antimicrobial Peptides, Defensins, Caries

Pendahuluan

Saliva memegang peranan penting dalam kesehatan mulut. Saliva

diproduksi dan disekresi dari kelenjar saliva. Unit sekret utama dari kelenjar

saliva adalah kumpulan dari sel-sel yang disebut acini. Sel-sel ini mengeluarkan

cairan yang mengandung air, elektrolit, mukus, enzim dan antimikrobal peptida.

Antimikrobial peptida adalah bagian penting dari sistem pertahanan host yang

memiliki kemampuan untuk membunuh mikroba.

Pada manusia ada dua antimikrobial peptida utama, yaitu defensin dan

cathelicidins. Defensin adalah antimikrobial peptida kecil yang mengganggu

struktur atau fungsi dari membran sel mikrobial, dan ditemukan dalam saliva dan

bagian lain dari tubuh. Bukti yang dikumpulkan bahwa defensin berperan penting

dalam pertahanan melawan patogen dan dipertimbangkan sebagai bagian dari

respon imun. Defensin secara umum berperan dalam kesehatan mukosa,

memungkinkan bahwa peptida ini dapat dipertimbangkan sebagai faktor biologi

yang berpengaruh pada kemunculan karies.1

Defensin kaya sistein peptida kationik. Ini ditandai oleh enam sistein residu dan

obligasi disulfida, kemudian dibagi lagi menjadi (α, β, dan θ) berdasarkan

orientasi sistein dan konektivitas obligasi disulfida. Pada manusia, α-defensin

menunjukkan granula neutrofil lebih tinggi, dan β-defensin (hBD) adalah sekresi

glandula dari mukosa epitel. Keduanya dapat ditemukan dalam saliva dan cairan

celah gingiva dan berperan dalam kolonisasi awal oleh patogen.2

Defensin mempunyai aktivitas melawan berbagai macam bakteri, jamur dan virus.

Mekanisme utama aktivitas antimikrobial dari semua defensin dapat melalui

interaksi dengan membran dari invasi mikroba yang melepas kandungan sel.

Kemunculan defensin dalam saliva menunjukkan peranan potensial dalam

melindungi struktur gigi dari bakteri yang menginduksi terjadinya karies. Oleh

karena itu, akan dibahas lebih lanjut mengenai pengaruh defensin yang

terkandung dalam saliva terhadap terjadinya karies.

Antimicrobial Peptides (AMPs)

AMPs menjadi garis pertahanan pertama dalam patogenesis di rongga

mulut. AMP digambarkan berdasarkan karakteristik struktur dan kimia : peptida

tanpa cystein (cathelicidin, LL37), peptida dengan tiga ikatan disulfida (α dan β-

defensins), peptida dengan proporsi asam amino yang tidak biasanya (histatin).

Berdasarkan penelitian didapat bahwa defensin dan cathelicidin LL37

berperan sebagai agen antibakterial dalam rongga mulut, ketika histatin sebagai

agen antifungal utama.

Keberadaan AMPs dalam saliva dan rongga mulut diperkirakan karena

mereka mungkin mempunyai peran dalam melindungi struktur gigi sebaik

proteksi pada mukosa. Beberapa alasan untuk dugaan ini, karena AMPs

mempunyai aktivitas antimikroba, aksinya sinergis dengan antimikrobial lainnya,

menstimulasi sistem imun dan fungsi memproduksi IgA sebaik dalam produksi

IgG, AMPs ini mungkin berfungsi untuk mencegah formasi biofilm.3

Berdasarkan data hasil penelitian, diperoleh bahwa S.mutans lebih resisten

terhadap host AMPs dalam plak. AMPs saliva mungkin berperan dalam

mempertahankan kesehatan mulut dengan membatasi pertumbuhan organisme

patogenik seperti S.mutans. S.mutans dari individual dengan karies menunjukkan

resistensi tinggi terhadap AMPs saliva, dibandingkan dengan individu bebas

karies. Perbedaan signifikan terdapat pada HNP-1-2, HBD-2-3 dan LL-37 dengan

variasi konsentrasi.4

Tabel 1 : Antimikrobial peptida dalam saliva

Defensin

Defensin adalah antimikroba peptida kationik kecil. Beberapa defensin,

terutama pada manusia adalah β-defensin-2 (HBD-2) dan β-defensin-3 (HBD-3),

mengandung domain α-heliks pada N-terminus. Defensin terdiri dari beberapa

asam amino bermuatan positif yang menguntungkan, berinteraksi dengan

membran mikroba bermuatan negatif, membentuk struktur yang kompleks, seperti

structure dimerix. Selain itu, defensin peptida mengandung hidrofobik dan

hidrofilik domain dalam molekul mereka, yang disebut amphipathic struktur.

Semua sifat ini, membuat defensin cocok untuk integrasi membran yang akhirnya

mengarah pada pembentukan pori dalam membran.

Mekanisme dari pembentukan pori defensin kemudian diyakini menjadi

proses penting dalam fungsi antimikroba mereka. Oleh karena itu, telah

ditunjukkan oleh sejumlah penelitian bahwa defensin mengerahkan spektrum

yang luas untuk kegiatan antimikroba terhadap bakteri gram-negatif dan gram-

positive, jamur, dan beberapa virus yang menyelimuti.5

Gambar : A) HBD-1, B) HBD-2, C) HBD-3

Defensin pada manusia dibagi menjadi dua subfamili, yaitu α-defensins

dalam neutrofil dan β-defensins dalam epitel, histatin pada saliva.

α-defensins

Dalam subfamili α-defensin , empat dari enam α-defensin , neutrofil

peptida -1, -2, -3, dan -4 (HNP -1, -2, -3, dan -4), disintesis dan disimpan dalam

butiran neutrofil, sementara dua lainnya α-defensin , defensin-5 dan -6 (HD -5 dan

-6), disintesis dan disimpan dalam butiran sel Paneth , sel epitel khusus terletak di

kriptus dari Lieberkuhn dari intestine. Dikodekan oleh gen yang sama, pro-

peptida HNP - 1 , -2 , dan -3 terdiri dari 94 asam amino, menghasilkan ukuran

yang berbeda dari peptida yang disimpan dalam granules azurophilic. Jumlah

asam amino dalam peptida HNP-1 , HNP-2 , dan HNP-3 bervariasi. Di sisi lain,

HD-5 dan HD-6 disimpan dalam butiran sel Paneth dan kemudian diaktifkan oleh

tripsin ke lumen usus. HNP-4 dikodekan oleh gen lain, dan memiliki urutan asam

amino yang benar-benar berbeda dari HNP-1, HNP-2, dan HNP-3, hanya

meninggalkan karakteristik sistein identik dan beberapa arginines.5

HNP1-3 dalam saliva dapat berkontribusi untuk resistensi terhadap karies

dengan bahan antimikrobial langsung (sendiri atau dengan kombinasi komponen

saliva lain) atau dengan pencegahan pembentukan biofilm pada permukaan

gigiyang mungkin untuk mengikat bakteri luar pada membran. Kekuatan ion yang

lemah dalam saliva, kondusif untuk aktivitas antimikrobial dan mungkin berakibat

pada flora dalam mulut dan efek positif pada kesehatan gigi. Jumlah yang rendah

dari HNP1-3 mungkin menghasilkan peningkatan terhadap kerentanan karies.

β-defensins

β-defensin dianggap penghalang pertama terhadap infeksi bakteri karena

sel-sel epitel di kulit dan mukosa yang memproduksinya. Empat β-defensin

(hBD1-4) telah diidentifikasi dalam beberapa organs. hBD1 adalah konstitutif,

dan peptida lain menunjukkan induksi melalui kontak bakteri. hBD1 dan hBD2

efektif terutama pada bakteri Gram-negatif, sedangkan hBD3 efektif pada bakteri

Gram-positif dan negatif.6

Pada dasarnya β-defensin dihasilkan dalam sel epitel yang mencakup

beberapa jaringan dan organ, terutama kulit dan permukaan mukosa pencernaan,

pernafasan, dan saluran urogenital. Hanya hBD-1, -2, dan -3 yang dihasilkan pada

mulut. hBD-1 dan hBD-2 berlokasi di sel epitel yang berdiferensiasi pada lapisan

suprabasal dari epitel gingiva normal, hBD-3 dihasilkan pada sel epitel yang

tidak terdiferensiasi dalam lapisan basal, dikarenakan peran potensial untuk hBD-

3 sebagai penerus sinyal ke sel jaringan ikat.5

Berbagai tanda adanya dari beta defensin 1 (DEFB1) dalam mulut dapat

dilihat pada individu dengan resiko penyakit periodontal atau karies. Ada

beberapa tanda adanya peran DEFB1 dalam penyakit periodontal atau karies.

Tanda yang ditunjukkan DEFB1 pada rongga mulut ketika adanya

mikroorganisme. DEFB1 juga disekresi dalam cairan, seperti cairan sulkus

gingiva dan saliva, yang diduga bahwa kemunculan DEFB1 mungkin berperan

dalam menjaga gingival normal dan kesehatan rongga mulut. DEFB1 pada karies

berefek dengan kolonisasi mikrobial, S. Mutans, Lactobacillus, Actinomyces.7

Defensin dan karies

Berdasarkan penelitian, didapatkan hasil bahwa peptida hBD1 dan hBD2

memiliki efektifitas rendah dalam melawan bakteri gram-positif. Efek

antimikrobial dari hBD3 lebih kuat dibandingkan dengan hBD1 dan hBD2. hBD3

mempunyai aktivitas antibakterial terkuat, karena hBD3 merupakan peptida paling

dasar dan bermuatan positif diantara yang lain. Dibandingkan dengan bakteri

gram-negatif, bakteri mulur gram-positif menunjukkan kerentanan tinggi terhadap

peptida ini. Diantara streptococcus mulut, S.mutans mempunyai kerentanan paling

tinggi terhadap hBD3.

Oleh karena itu, antimikroba peptida dalam air liur dapat mempengaruhi

komposisi bakteri mulut. Sebaliknya, S. mutans dan / atau S. Sobrinus dalam plak

gigi hadir sebagai agregat bersama dengan spesies bakteri lainnya. Dengan

demikian, mereka melindungi diri dengan membentuk biofilm dan memproduksi

eksopolisakarida, yang mungkin mencegah paparan antimikroba peptida. Oleh

karena itu, antimikroba peptida bisa menjadi salah satu dari tekanan selektif

bahwa sel-sel bakteri perlu diatasi dalam rangka menjajah lokus tertentu di

lingkungan mulut, seperti plak gigi dan air liur.6

Dalam penelitian lain, ditemukan jumlah total protein saliva lebih tinggi

pada subyek dengan karies daripada subyek bebas karies. Karena konsentrasi

protein dalam saliva juga tergantung pada laju aliran saliva, mungkin bahwa

subyek dengan karies aktif ini memiliki laju aliran saliva lebih rendah dari subyek

bebas karies, yang menyebabkan protein lebih terkonsentrasi di saliva dan

peningkatan kerentanan terhadap karies gigi. Penjelasan lain adalah bahwa subyek

dengan karies aktif mungkin memiliki konsentrasi komponen protein yang lebih

tinggi dalam saliva yang berpotensi memfasilitasi pembentukan karies gigi.

Beberapa studi telah menyarankan peran protein saliva spesifik dalam adhesi

bakteri ke permukaan mulut dengan membentuk biofilm, atau pellicles. Sebuah

studi baru-baru ini juga melaporkan korelasi positif antara jumlah protein dan

glikoprotein saliva-dihasilkan adhesi hidroksiapatit S. Mutans. Jumlah komponen

saliva, ketika teradsorpsi pada permukaan oral, digambarkan untuk mediasi

interaksi molekul dengan bakteri mulut, termasuk mucins, α-amilase, fibronectin

dan PRPs. Oleh karena itu, pelikel ini dimediasi adhesi bakteri yang bisa

memberikan dasar kuat bagi pembentukan plak gigi diisi dengan proporsi yang

cukup cariogens meningkatkan risiko gigi karies. Selain itu, peran protein saliva

sebagai sumber nutrisi untuk bakteri oral juga telah disarankan. Selama

pembentukan plak gigi, bakteri mungkin membutuhkan protein saliva spesifik

yang dapat memberikan nutrisi untuk metabolisme, diikuti pertumbuhan lebih

lanjut, penggandaan dan agregasi terjadi.4

HNP1 - 3 dalam saliva dapat juga memberikan kontribusi untuk resistensi

terhadap karies oleh sifat antimikroba langsung (baik sendiri atau dalam

kombinasi dengan komponen saliva lain) atau dengan mencegah pembentukan

biofilm pada permukaan gigi melalui kemampuannya untuk mengikat membran

luar bakteri . Tingkat AMP yang ditemukan dalam saliva pada penelitian ini

adalah di kisaran antimikroba yang efektif untuk fungsi β-defensin vs S. mutans

meskipun efektivitas HNPs terhadap S. mutans belum dilaporkan . Kekuatan ion

rendah dalam saliva, kondusif untuk aktivitas antimikroba dan dengan demikian

dapat mempengaruhi flora rongga mulut dan memberikan suatu efek

menguntungkan pada kesehatan gigi. Selain itu, α- dan β-defensin juga memiliki

imunomodulator lain dan efek chemoattractant, dan individu dengan resiko tinggi

mungkin memperoleh manfaat dari efek ini. Kebalikan korelasi HNP1-3 dengan

karies menunjukkan kemungkinan efek pelindung. Sebaliknya, rendahnya tingkat

HNP1-3 mungkin mengakibatkan peningkatan kerentanan terhadap karies.3

Defensin dalam saliva potensial sebagai faktor biologi yang

mempengaruhi respon karies. Adanya defensin yang lebih tinggi dalam saliva

menunjukkan bahwa mereka mungkin memiliki peran sentral dalam melindungi

struktur gigi dari karies gigi serta melindungi mukosa mulut. Tingkat saliva yang

tinggi dan keberadaan beta defensin mungkin merupakan respon biologi jaringan

mulut terhadap karies.

Daftar pustaka

1. Barrera, Girolamo Jose. Tortolero, Gabriela Sanchez. Rivas, Adriana.

Flores, Carmen. Gonzales, Jose Emanuele. Increased expression and levels

of human β defensins (hBD2 and hBD4) in adults with dental caries. Vol

3(2) : 88-97. 2013

2. Peppemey, Adam. Chikindas, Michael L. Antibacterial peptides:

opportunities for the prevention and treatment of dental caries. Vol 3 : 68-

96. 2011

3. Dale, Beverly A. Tao, Renchuan. Kimball, Janet R. Jurevic, Richard J.

Oral antimicrobial peptides and biological control of caries. Vol 6 : S13.

2006

4. Phattarataratip, Ekarat. Olson, Bonny. Broffitt, Barbara.et all.

Streptococcus mutans strains recovered from caries-active or caries-free

individuals differ in sensitivity to host anti-microbial peptides. Vol 26 (3) :

187-199. 2011

5. Krisanaprakornkit, Suttichai. Khongkhunthian, Sakornrat. The Role of

Antimicrobial Peptides in Periodontal Disease (Part I): an Overview of

Human Defensins and Cathelicidin. Vol 1 : 33-44. 2010

6. Ouhara, Kazuhisa. Komatsuzawa, Hitoshi, Yamada, Sakuo.et all.

Susceptibilities of periodontopathogenic and cariogenic bacteria to

antibacterial peptides, β-defensins and LL37, produced by human

epithelial cells. Vol 55 : 888-896. 2005

7. Ozturk, A. Famili, P. Vieira,A.R. The antimicrobial peptide DEFB1 is

associated with caries. 2010