Penelitian untuk meningkatkan dan memperkuat fungsi kemampuan anti-mikroba dari kitosan telah banyak dilakukan melalui pengembangan nanokitosan hingga cross-linking polimer pada kitosan (komposit nanokitosan). Penggunaan polimer dalam aplikasi anti-bakteri memiliki keunggulan karena sifat non-volatil dan kestabilannya dalam meningkatkan efisiensi beberapa agen antibakteri yang ada. Salah satu polimer yang dapat dicangkokkan pada kitosan adalah Polypyrrole yang tterbukti dapat meningkatkan aktifitas anti-mikroba pada berbagai bakteri.
Kitosan, bahan bioaktif yang berasal dari limbah Crustaceae, memiliki aktivitas yang dapat diaplikasikan dalam berbagai bidang termasuk pangan, farmasi, pertanian, lingkungan hingga pengolahan air limbah [1]. Dalam bidang pengawetan makanan, kitosan telah terbukti efektif menghambat pertumbuhan berbagai macam bakteri yang dapat menyebabkan pembusukan serta memperlama daya simpan bakso dan mie.
Penelitian untuk meningkatkan dan memperkuat fungsi kemampuan anti-mikroba dari kitosan telah banyak dilakukan melalui modifikasi kitosan, di antaranya adalah pengembangan nanokitosan hingga cross-linking polimer pada kitosan (komposit nanokitosan). Penggunaan polimer dalam aplikasi anti-bakteri memiliki keunggulan karena sifat non-volatil dan kestabilannya dalam meningkatkan efisiensi beberapa agen antibakteri yang ada [3-6]. Salah satu polimer yang dapat dicangkokkan pada kitosan adalah Polypyrrole. Penggunaan polimer Polypyrrole terbukti dapat meningkatkan aktifitas anti-mikroba pada berbagai bakteri uji seperti Streptococcus pneumonia, Enterococcus faecali, Listeria monocytogenes, Klebsiella pneumoniae dan Staphylococcus aureus [7-11]. Pencangkokan Polypyrrole ke dalam kitosan telah banyak dilakukan dengan berbagai metode. Aktivitas penghambatan yang sangat baik juga telah teruji pada berbagai bakteri yaitu Escherichia coli, Enterobacter agglomerans, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, dan Staphylococcus epidermidi [2,12,13,14].
Mekanisme aktivitas dari polikationik nanokitosan termodifikasi polypyrrole (PPy-CTN) melibatkan interaksi destruktif ion amina (-NH3) pada kitosan dengan muatan karboksilat (-COO-) pada dinding sel dan/atau membran sitoplasma [15-16]. Aktifitas antibakteri PPy-CTN nanokomposit juga disebabkan karena “efek fosfolipid”. Gerakan penghambatan bakteri dipicu oleh interaksi antara fosfolipid bermuatan negatif dalam membran sel bakteri terhadap permukaan bermuatan positif dari nanokomposit PPy-CTN. Mekanisme aksi antibakteri PPy- CTN nanokomposit digambarkan pada Gambar 1. Pada tahap pertama, PPy-CTN mengikat dinding sel melalui kontak listrik. Kemudian pada tahap kedua, PPy-CTN masuk dalam jaringan membran dinding sel. Masuknya PPy-CTN dalam sel tersebut mengakibatkan kerusakan dan kematian sel [2] Berdasarkan pengamatan Mikroskop Elektron Transmisi (TEM) menunjukkan bahwa membran sel bakteri mengalami kerusakan pada saat diperkakukan dengan kitosan 2 mg/mL selama 12 jam (Gambar 2) [17]. Kitosan yang masuk ke dalam membran sel membentuk lapisan baru (A) dan merusak membran (B), terlihat beberapa sel bakteri berbentuk tidak teratur dan dinding sel rusak.
Referensi
1. Kumar, M. N. R. A review of chitin and chitosan applications, Reactive and Functional Polymers. 2000; 46: 1-27.
2. Soleiman M, M. Ghorbani and S. Salahi. Antibacterial Activity of Polypyrrole-Chitosan Nanocomposite: Mechanism of Action, International Journal of Nanoscience and Nanotechnology.2016; 12(3): pp. 191-197.
3. Kenawy E.-R., Abdel-Hay, F. I., El-Shanshoury, A. E.-R. R., El-Newehy, M. H. Biologically active polymers. V. Synthesis and antimicrobial activity of modified poly (glycidyl methacrylate-co-2-hydroxyethyl methacrylate) derivatives with quaternary ammonium and phosphonium salts, Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry.2002; 40: 2384-2393.
4. Gottenbos B., van der Mei, H. C., Klatter, F., Nieuwenhuis, P., Busscher, H. J. In vitro and in vivo antimicrobial activity of covalently coupled quaternary ammonium silane coatings on silicone rubber, Biomaterials.2002; 23: 1417-1423.
5. Shams S., S.H. Pourseyedi and H. Rafsanjani. 2014. Green Synthesis of Silver Nanoparticles: Eco-Friendly and Antibacterial, International Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 10 (2): 127-132.
6. Vala A. and S. Shah. Rapid synthesis of silver nanoparticles by a marine-derived fungus Aspergillus niger and their antimicrobial potentials, International Journal of Nanoscience and Nanotechnology.2012; 8 (4): 197-206.
7. Sayyah S.M., F. Mohammed and M. Shaban. Antibacterial activity of nano fabricated polypyrrole by cyclic voltammetry, IOSR Journal of Applied Chemistry.2014; 7(2): pp. 11-15.
8. Bober P., J. Liu, K.S.Mikkonen, P. Ihalainen, M. Pesonen, C.P. Ferrer, A. V. Wright, T. Lindfors, C. Xu, and R.M. Latonen. Biocomposites of Nanofibrillated Cellulose, Polypyrrole, and Silver Nanoparticles with Electroconductive and Antimicrobial Properties, Biomacromolecules. 2014; 15: 3655−3663
9. Da Silva V.A.G., J. C. Queiroz, E. R. Macedo, A.W.C. Fernandes,N. B. Freire, M.M. da Costa, H. P. de Oliveira. Antibacterial behavior of polypyrrole: The influence of morphology and additives incorporation, Materials Science and Engineering. 2016; C62: 317-322.
10. Wan C. and J. Li. Cellulose aerogels functionalized with polypyrrole and silver nanoparticles: In-situ synthesis, characterization and antibacterial activity. Carbohydrate polymers. 2016; 146: 362-367.
11. Marakova N, P. Humpolicek, V. Kasparkova, Z. Capakova, L. Martibkova, P. Bober, M. Trchova and J. Stejskal. Antimicrobial activity and cytotoxicity of cotton fabric coated with conducting polymers, polyaniline or polypyrrole, and with deposited silver nanoparticles, Applied Surface Science.2017; 396: 169-176
12. Salahuddin N, A.A. Elbarbary, M.L. Salem and S. Elksass. Effect of loading 5-phenyl-4H-1,2,4-triazole-3-thiol onto polypyrrole chitosan core shell nanoparticles on release rate, antimicrobial, and antitumor activities, Journal of Bioactive and Compatible Polymers. 2017; 32(2): 111-127.
13. Salahuddin N, A.A. Elbarbary and H.A. Alkabes. Antibacterial and anticancer activity of loaded quinazolinone polypyrrole/chitosan silver chloride nanocomposite, International Journal of Polymeric Materials and Polymeric Biomaterials.2017; 66(6): 307-316.
14. Kumar R., M. Oves, T. Almeelbi, N.H. Al-Makishah, and M.A. Barakat. Hybrid chitosan/polyaniline-polypyrrole biomaterial for enhanced adsorption and antimicrobial activity. Journal of Colloid and Interface Science. 2017;490: 488-496.
15. Andres Y, L. Giraud, C. Gerente, and P. Le Cloirec. Antibacterial effects of chitosan powder:mechanisms of action, Environmental Technology.2007;28(12): pp. 1357–1363.
16. Bravo-Anaya LM, J. F. A. Soltero, and M. Rinaudo. DNA/chitosan electrostatic complex, International Journal of Biological Macromolecules. 2016 88: pp. 345–353.
17. Lou MM, B. Zhu, I. Muhammad, B. Li, G. Xie, Y. Wang, H. Li and G. Sun. Antibacterial activity and mechanism of action of chitosan solutions against apricot fruit rot pathogen Burkholderia seminalis, Carbohydrate Research. 2011;346( 11): pp. 1294–1301.
