## Extended Spectrum Beta-Lactamase (ESBL)
Verna Biutifasari 1)
1) Lecturer of Department of Clinical Pathology, Faculty of Medicine,
Hang Tuah University, Surabaya, East Java, Indonesia
Email address: vernaisjwara@gmail.com

## Abstract
Antibiotics have been widely used today. Use of antibiotics is also often used in mass and  not  in  accordance  with  the  indication,  among  others,  in  a  particular  case  of  fish poisoning  on  the  beach,  often  the  treatment  is  given  antibiotics  without  clearly indication. Use of antibiotics are excessive and not in accordance with the clinical, can cause resistance to these antibiotics
One of the antibiotics used is a beta-lactam antibiotic, that works inhibits cell walls. The  inappropriate  use  of  beta-lactam  antibiotics  can  lead  to  resistance  to  these antibiotics. Resistance to beta-lactam can occur at various levels. One of the resistances can occur is resistance to Extended Spectrum Broad Lactamase (ESBL) Extended  spectrum  beta-lactamase  is  an  enzyme  that  has  the  ability  to  hydrolyze penicillin-type  antibiotics,  first-generation  cephalosporins,  two,  and  three  as  well  as monobactam groups and cause resistance throughout the antibiotic.
ESBL  is  produced  by  many  Enterobactericeae  (especially  Escherichia  coli)  and Klebsiella pneumoniae. Enterobacteriaceae has 3 resistance patterns caused by broad- spectrum  beta-lactamase,  beta-lactamase-resistant  inhibitors  (TEM  derivatives), excessive  cephalosporinase.  ESBL  can  be  difficult  to  detect  because  ESBL  has differentiatedactivity to various cephalosporins ESBL can be detected in clinical microbiology (phenotypic) and molecular detection (genotypic).
Keywords: antibiotic(s), resistance, ESBL

## Abstrak
Antibiotika telah banyak digunakan sekarang ini. Pemakaian antibiotika ini juga sering digunakan secara  masal  dan tidak sesuai  dengan indikasinya, antara lain pada suatu kasus sengatan ikan beracun tertentu di pantai, seringkali penanganan diberikan antibiotika tanpa indikasi yang jelas. Pemakaian antibiotika yang berlebihan dan tidak sesuai  dengan  klinis  dapat  menyebabkan  terjadinya  resistensi  terhadap  antibiotika tersebut
Salah  satu  antibiotika  yang  dipakai  adalah  antibiotika  golongan beta-lactam yang bekerja menghambat dinding sel. Pemakaian antibiotika beta-lactam yang tidak sesuai  dapat  menyebabkan  terjadi  resistensi  terhadap  antibiotika  tersebut.  Resistensi terhadap beta-lactam dapar  terjadi  di  berbagai  tingkatan.  Salah  satu  resistensi  dapat terjadi adalah  resistensi terhadap extendedspectrum broad lactamase (ESBL)
Extended spectrum beta-lactamase adalah enzim yang mempunyai kemampuan dalam menghidrolisis antibiotika golongan penicillin, cephalosporin generasi satu, dua, dan tiga serta golongan monobactam dan menyebabkan resistensi ke seluruh antibiotika tersebut.
ESBL  banyak  dihasilkan  oleh Enterobactericeae (terutama Escherichia  coli ) dan Klebsiella  pneumoniae.  Enterobacteriaceae mempunyai  3  pola  resistensi  yang disebabkan b road spectrum beta-lactamase,inhibitor resistant beta-lactamase (derivat TEM)  , Cephalosporinase yang  berlebihan.  ESBL  dapatsulitterdeteksikarena  ESBL mempunyaiperbedaantingkatanaktifitasterhadapbermacam-macam cephalosporin ESBL dapat  dideteksi  secara clinical microbiology (phenotypic) dan molecular detection (genotypic).
Kata kunci: antiobiotika, resistensi, ESBL

## Pendahuluan
Antibiotika telah banyak digunakan sekarang ini. Pemakaian antibiotika yang berlebihan  dan  tidak  sesuai  dengan  klinis  dapat  menyebabkan  terjadinya  resistensi terhadap  antibiotika  tersebut.Resistensi  terhadap  antibiotika  dapat  menyebabkan peningkatan  morbiditas  dan  mortalitas  yang  disebabkan  dari  kegagalan  terapi    dan meningkatkan biaya kesehatan (Bradforf, 2001; Isenberg, 1998)
Salah  satu  antibiotika  yang  dipakai  adalah  antibiotika  golongan beta-lactam yang bekerja menghambat dinding sel. Pemakaian antibiotika beta-lactam yang tidak sesuai  dapat  menyebabkan  terjadi  resistensi  terhadap  antibiotika  tersebut.  Resistensi terhadap beta-lactam dapar  terjadi  di  berbagai  tingkatan.  Salah  satu  resistensi  dapat
terjadi adalah resistensi terhadap extendedspectrum broad lactamase (ESBL). (Bradford, 2001).

## Antibiotika beta-lactam
Antibiotika beta-lactam mempunyai komponen cincin beta-lactam . Antibiotika golongan beta-lactam terdiri dari 4 jenis yaitu: penisilin, cephalosporin, monobactam, carbapenem. Komponen  cincin beta-lactam bekerja  dengan  menghambat  sintesis dinding sel bakteri dengan cara mengikat enzim beta-lactamase . (Forbes et al, 2007)
Beta-laktamase adalah  suatu  enzim  yang  diproduksi  oleh  beberapa  bakteri dimana menghasilkan resistansi terhadap antibiotika beta-lactam . Cincin beta-lactam pada antibiotika mempunyai peranan penting dalam menghambat sintesis dinding sel.
Cincin beta-lactam yang  terikat  pada penisilin  binding  protein  (  PBPs) akan menghentikan proses sintesis dinding sel. Proses sintesis dinding sel yang terhenti akan menyebabkan kematian  sel.  Hal  ini terjadi  karena ketidak seimbangan osmotik  yang disebabkan dari kegagalan sintesis.(Forbes et al, 2007).
Gambar  1  Mekanisme beta-lactamase memecah  cincin beta lactam . (www.wiley.com)
Semua bakteri mempunyai dinding sel. Beta-lactam digunakan untuk melawan bakteri  gram  positif  dan  gram  negatif.  Karena  perbedaan  struktur  dinding  sel  antara gram  positif  dan  negarif  akan  berbeda  pula  pola  resistensinya.  Resistensi  bakteri terhadap beta-laktam terdapat 3 jalur yaitu : penghancuran enzim beta-lactamase pada antibiotika,  perubahan  target  pada  antibiotika,  penurunan  uptake  intraseluler antibiotika. Semua jalur ini mempunyai peranan penting terhadap resistensi antibiotika.
Akan  tetapi,  bakteri  yang  memproduksi beta-lactamase dan  menghancurkan beta- lactam merupakan penyebab utama terjadinya resistensi.  (Forbes et al, 2007)
Gambar 2 Mekanisme resistensi bakteri terhadap beta-laktam (http://www.rsc.org)
Beta-lactamase menghasilkan  resistensi  antibiotika  dengan  cara  memecah struktur  antibiotika. Beta-lactamase akan  membuka  cincin beta-lactam dan  merubah struktur dari obat dan menghalangi ikatan penisilin binding protein  PBPs) . Proses ini akan  menyebabkan  sintesis  dinding  sel  terus  berlanjut.  Perubahan  dari  struktur  obat akan menyebabkan inaktifasi dari obat tersebut. (Forbes et al, 2007)
Beta-lactamase yang pertama kali ditemukan adalah penisilinase . Penisilinase
mempunyai  kekhususan  terhadap  penisilin  dengan  cara  menghambat  hidrolisis  dari cincin beta-lactam . Penisilinase diidentifikasi pertama kali oleh Abraham and Chain di tahun 1940 (Bradford, 2001; Drieue et al 2008; Lalitha, 2017).
Beta-lactamase dikelompokkan  menjadi  2  yaitu:  klasifikasi  berdasarkan fungsinya ( Bush-Jacoby-Medieros functional classification ) dan klasifikasi molekular ( Ambler  molecular ). Beta-lactamase secara  fungsional  ( Bush-Jacoby-Medieros
functional) dibagi  berdasarkan  kesamaan  fungsi  substrat  dan  profil  inhibitor.
Klasifikasi  ini  lebih  relevan  karena  berdasarkan beta-lactamase  inhibitor dan beta- lactamase  substrate .  Klasifikasi  ini  membagi beta-lactamase menjadi  4  group  dan beberapa  subgroup. Beta-lactamase secara  molekular  berdasarkan  pada  urutan  asam amino dan nukleotidanya. Klasifikasi ini dibagi menjadi A, B, C dan D. Kelas A, C, dan  D  merupakan serine-based  mechanism sedangkan  kelas  B  atau metallo  beta- lactamase membutuhkan ion zinc. (Bradford, 2001; Drieue et al 2008; Lalitha, 2017)
Tabel 1   Klasifikasi Bush-Jacoby-Medieros functional dan Ambler molecular beta lactamase. Tabel berwarna ungu menunjukkan ESBL.
Klasifikasi Bush- Jacoby (2009 ) Klasifikasi molecular Substrat Karakteristik 1 C Cephalosporins Menghidrolisis lebih besar cephalosporin s dibanding benzylpenicillin, menghidrolisis cephamycin 1e C Cephalosporins Meningkatkan  hidrolisis ceftazidime  d an sering pada R[\PLQR -lactams yang lain 2a A Penicillins Menghidrolisis lebih besar benzylpenicillin dibanding cephalosporins 2b A Penicillin, cephalosporin generasi awal Menghidrolisis benzylpenicillin dan cephalosporins seimbang 2be A Extended-spectrum cephalosporins, monobactam Meningkatkan  hidrolisis R[\PLQR - lactam( cefotaxime,ceftazidime,ceftriaxone,cefepi me,aztreonam) 2br A Penicillins Resisten terhadap clavulanic acid, sulbactam, dan tazobactam 2ber A Extended-spectrum cephalosporins, monobactam Meningkatkan  hidrolisis R[\PLQR - lactam dikombinasi dengan resisten clavulanic acid, sulbactam, tazobactam. 2c A Carbenicillin Meningkatkan hidrolisis carbenicilin 2ce A Carbenicillin, cefepime Meningkatkan  hidrolisis carbenicilin, cefepime, dan cefpirome. Klasifikasi Bush- Jacoby (2009 ) Klasifikasi molecular Substrat Karakteristik 2d D Cloxacillin Meningkatkan  hidrolisis cloxacillin atau oxacillin 2de D Extended-spectrum cephalosporins, monobactam Menghidrolisis cloxacillin atau oxacillin dan R[\PLQR -lactams 2df D Carbapenems Menghidrolisis cloxacillin atau oxacillin dan carbapenem. 2e A Extended-spectrum cephalosporins, monobactam Menghidrolisis cephalosporin , menginhibisi clavulanic acid, tetapi tidak aztreonam 2f A Carbapenems Meningkatkan hidrolisis carbapenem, oxymino  -lactams, cephamycins 3a B (B1), B (B3) Carbapenems Menghidrolisis spectrum luas carbapenem tetapi tidak monobactam 3b B (B2) Carbapenems Lebih menghidrolisis carbapenems Tidak termasuk unknown - -
Extended spectrum beta-lactamase adalah enzim yang mempunyai kemampuan dalam menghidrolisis antibiotika golongan penicillin, cephalosporin generasi satu, dua,
dan tiga serta golongan monobactam dan menyebabkan resistensi ke seluruh antibiotika tersebut.  ESBL  tidak  menghidrolisis cephamycin, dimana  mempunyai  famili  yang dekat  dengan cephalosporin. ESBL  diinhibisi  oleh beta-lactamase  inhibitor seperti
clavulanate,  sulbactam dan tazobactam .  ESBL  pada  umumnya  tidak  aktif  terhadap
carbapenem (imipenem, meropenem, ertapenem) (Lalitha, 2017; Isenberg, 1998; Rupp
et al , 2003).
Mayoritas  ESBL  mengandung  serin  di  bagian  aktifnya  sehingga  berdasarkan molecular  class diklasifikasikan  ke molecular  class A.  Enzim  molecular  class  A  ini mempunyai  serin  di  bagian  aktifnya  dan  menghidrolisis penicillins. +XUXI ³ H´ GDUL
klasifikasi  secara  fungsional  menunjukan  bahwa beta-lactamase memiliki  spektrum yang luas ( extended ).  ESBL berasal dari gen TEM-1, TEM-2, SHV-1 , CTX-M dari kelas A,  OXA dari kelad D, PER dan ESBL jenis lainnya. Gen pengkode ESBL banyak berada di plasmid atau kromosom.  Gen-gen tersebut  mengalami  mutasi  dan berubah konfigurasi  asam  aminonya  di  bagian  aktif  dari  beta-lactamase.  Keberadaan  gen pengkode di plasmid menyebabkan gen ESBL mudah berpindah dari organisme satu ke yang lain. Perpindahan ini menyebabkan pernyebaran resistensi antar strain dan spesies.
(Lalitha, 2017; Isenberg, 1998; Rupp et al , 2003).
ESBL  banyak  dihasilkan  oleh Enterobactericeae (terutama Escherichia  coli )
dan Klebsiella  pneumoniae.  Enterobacteriaceae mempunyai  3  pola  resistensi  yang disebabkan :
- Broad spectrum beta-lactamase
Broad spectrum beta-lactamase menyebabkan resistensi tinggi terhadap amino
dan carboxy-penicillin dan  ditandai  dengan  sinergi  pada  antibiotik  inhibitor
beta-lactamase seperti clavulanat acid atau sulbactam .
- Inhibitor resistant beta-lactamase ( derivat TEM )
Inhibitor  resistant beta-lactamase  menyebabkan  resistensi  di  amino  dan carboxy penicillin dan tidak mempunyai sinergi dengan antibiotika . Inhibitor resistant  beta-lactamase menghasilkan  resistensi  terhadap  kombinasi
amoxycillin-clavulanate, ampicillin-sulbactam, ticarcillin-clavulanate .
- Cephalosporinase yang berlebihan
Cephalosporinase menyebabkan resitensi pada amino dan carboxy-penicillin
di cephalosporin generasi kedua dan ketiga dan aztreonam. Hal ini ditunjukkan dengan berkurangnya sinergi antara antibiotik dan inhibitornya.
ESBL  dapat  sulit  terdeteksi  karena  ESBL  mempunyai  perbedaan  tingkatan aktifitas  terhadap  bermacam-macam cephalosporin. Oleh  karena  itu,  pemilihan antibiotika  untuk  mendeteksi  ESBL  sangatpenting.  (Lalitha,  2017;  Isenberg,  1998;
Rupp et al , 2003).
ESBL dapat dideteksi secara clinical microbiology (phenotypic) dan molecular detection  (genotypic). ESBL  secara phenotypic dideteksidengancara Standard  NCLLS interpretive criteria, NCLLS ESBL confirmatory test, Double-disk approximation test ,
E-test ESBL strips, Vitek ESBL tests, Phoenix ESBL test. ESBL
secara genotypic dideteksidengancara DNA  probes,  PCR,  Oligotyphing,  PCR-RFLP,
PCR-SCCP, LCR, Nucleotide sequencing . (Carol et al , 2006; Forbes et al, 2007; Jean
B Patel et al , 2017).
Beberapa  organisme  dengan  ESBL  dapat  mengandung beta-lactamase yang lain sehingga menutupi  produksi  ESBL pada phenotypic test sehingga hasil tes akan
false negative .  (Drieue et al , 2008).
Kelompok beta-lactamase ini  adalah  AmpCs  dan inhibitor  resistant  TEMs
(IRTs).  Produksi  yang  berlebihan  pada  TEM  dan  atau  SHV beta  lactamase di organisme dengan ESBL dapat juga menyebakan tes konfirmasi menjadi false negative .
Deteksi  organisme  dengan  multiple beta-lactamase sekarang  ini  dapat  dilakukan dengan cara isoelectric focusing dan DNA sequencing . Akan tetapi metode ini tidak dipergunakan untuk keperluan klinis.  (Drieue et al , 2008).
National Committee for Laboratory Standards (NCLLS) yang sekarang berganti nama dengan Clinical and Laboratory Standards Institute (CLSI) membagi tes ESBL menjadi 2 tahap yaitu : initial screen test (tesskrining) dan phenotypic confirmatory test
(tes konfirmasi). (Jean B Patel et al , 2017).
Tes skrining adalah tes penyaring untuk mengurangi kerentanan untuk lebih dari satu  indikator cephalosporin  (cefotaxime,  ceftriaxone,  ceftazidime,  cefpodoxime dan aztreonam). Pengurangan  kerentanan  dari  cephalosporin  menunjukkan  hasil  yang positif. Hasil  yang positif dari tes skrining dilanjutkan dengan tes konfirmasi ESBL.
Tes konfirmasi ESBL memberikan gambaran sinergi antara ceftazidime atau cefotaxime dan clavulanate . Jean B Patel et al , 2017).
Gambar 3 Disk diffusion curiga adanya ESBL. (semiloka
Mikrobiologi  Patologi  Klinik  RSUD  Dr.  Soetomo  -FK UNAIR 2010).

## Kesimpulan
Indikasi antibiotika adalah untuk manajemen terapi farmakologi pada penyakit infeksi  yang  disebabkan  oleh  bakteri.  Antibiotika  juga  merupakan  indikasi farmakoterapi pada infeksi oleh parasit protozoa tertentu. Pemberian antibiotika secara oral maupun topikal bukan merupakan indikasi untuk penyakit yang disebabkan oleh jamur  atau  virus.  Tidak  menutup  kemungkinan  pemberian  antibiotika  pada  kasus infeksi jamur atau virus, dengan indikasi pencegahan atau terapi infeksi sekunder oleh bakteri,  pada  individu  yang immunocompromized .  Pada  kejadian  gigitan  arthropoda ataupun serangga beracun, termasuk sengatan ikan laut yang beracun, tidak ada indikasi pemberian antibiotika kecuali pada status immunocompromized .
Curiga
ESBL

## Referensi
Bradford,  P.,  2001.  Extended- VSHFWUXP
-lactamase  in  the  21st  century:
Characterization,  Epidemiology,  and  Detection  of  this  Important  Resistance Threat.. Clinical Microbiology, 30(4), pp. 933-951.
Caroll KC; Glanz BD; Borek AP; Bhally HS; Henciak S; Flayhart D, 2006. Evaluation of  The  BD  Phoenix  Automated  Microbiology  System  for  Identification  and Antimicrobial  Susceptibility  Testing. Journal  of  Microbiology, 44(10),  pp. 3506-3509.
Deschen CT; Shymassre D; Luna A; Ranabial Pal; Takhelimban SK, 2009. Extended VSHFWUXP -lactamase detection in gram negatif bactery of nosocomial origin. Journal Global Infection Disease, 1(2), pp. 87-92.
Drieue L; Brossier F; Sougakoff W; Jarlier V, 2008. Phenotypic detection of extended-
VSHFWUXP -lactamase  production  in  Enterobabteriaceae:  review  and  bench guide. Clinical Microbiology Infection Journal , 14(1), pp. 90-103. Forbes BA ;  Weissfeld  AS; Sahm  DF, 2007.  Laboratory Methods  and Strategies  for Antimicrobial  Susceptibility  Testing  .  In: Bailey  &  Scotts's  Diagnostic Microbiology . Philladelpia: Elsevier, pp. 187-213. http://www.rsc.org
www.wiley.com
Isenberg, H., 1998. Essential Prosedures for Clinical Microbiology. Washington: ASM Press.
Jean  B  Patel;  Melvin  P  Weinstein;  George  M  Polipous,  2017.  Screening  and Confirmatory  Test  for  ESBL.  In: M100-S22.  Performance  Standards  for Antimicrobial  Susceptibility  Testing. 27  ed.  Wayne:  Clinical  and  Laboratory Standard Institute.
Lalitha, M., 2017. Manual on Antimicrobial Susceptibility Testing. www.ijmm.org/document/antimicrobial.com.
[Online] [Accessed 1 Agustus 2017].
Patologi Klinik RSUD Dr Soetomo -FK UNAIR 2010. Semiloka Mikrobiologi.
5XSS 0( )H\ 3' ([WHQGHG 6SHFWUXP -lactamase  (ESBL)-  Producing
Enterobacteriaceae  Consideration  for  Diagnosis,  Prevention  and  Drug Treatmment. DIagnosis Microbiology Infection Diseases, 63(4), pp. 353-365. Thomson  KE;  Cornish  NE;  Hong,  Hemrick  Kim;  Herdt  C;  Mollan  ES.,  2007. Comparison of Phoenix and Vitek 2 Extended- VSHFWUXP -lactamase Detection Tests  for  analysis  of  Escherichia  coli  and  Klebsiella  Isolates  with  Well- &KDUDFWHUL]HG -lactamases, Orlando : ASM.
Thomson  KE;  Molland  ES.,  n.d.  Comparison  of  Phoenix  and  Vitek  2  ESBL Confirmatory  Tests  against  E.coli  and  Klebsiella  Isolates  with  well- FKDUDFWHUL]HG -lactamases. As presented at the 106 th General Meeting of the American Society for Microbiology (ASM) O.
Turng B; Votta M; Turner D, Pollit J; Callihan D; Wullf S; Wiles T , 2012. Detection of  Extended  Spectrum  Beta-lactamase  Among  Enterobacteriaceae  Using PhoenixTM  Automated  Microbiology  System  with  BDXpertTM  System, San Diego:  Interscience  Conference  on  Antimicrobial  Agents  and  Chemotherapy (ICAC).