Cangkang udang galah yang biasanya dibuang begitu saja ternyata menyimpan potensi luar biasa. Peneliti Departemen Biologi Oral Fakultas Kedokteran Gigi Universitas Gadjah Mada menemukan bahwa nano kitosan yang diekstrak dari cangkang udang galah (Macrobrachium rosenbergii) mampu menghambat pembentukan biofilm dua bakteri utama penyebab kerusakan gigi hingga lebih dari 98 persen. Temuan ini membuka peluang baru bagi pengembangan produk perawatan mulut yang lebih alami dan minim efek samping.
Musuh Dalam Mulut: Biofilm yang Keras Kepala
Setiap hari, ratusan spesies bakteri hidup dan berkembang di dalam rongga mulut manusia. Di antara mereka, dua nama paling sering muncul dalam literatur kedokteran gigi: Streptococcus mutans and Streptococcus sanguinis. Keduanya bukan sekadar penghuni biasa. S. mutans dikenal sebagai dalang utama karies gigi karena kemampuannya menghasilkan asam, melekat pada permukaan gigi, dan membentuk lapisan pelindung yang disebut biofilm. Sementara S. sanguinis, meski tidak langsung merusak gigi, berperan sebagai pelopor koloni awal yang membuka jalan bagi bakteri lain untuk bersarang.
Biofilm dental — atau yang awam kenal sebagai plak gigi — bukan sekadar lapisan tipis kotor. Ia adalah komunitas mikroba terorganisasi yang terlindungi oleh matriks polimer ekstraseluler. Matriks ini membuat bakteri di dalamnya jauh lebih tahan terhadap antibiotik dibandingkan bakteri yang hidup bebas. Inilah yang menjadikan biofilm sebagai tantangan utama dalam pencegahan dan perawatan penyakit mulut, mulai dari karies hingga periodontitis yang kini diketahui berkaitan erat dengan penyakit jantung dan diabetes.
Produk antiseptik mulut yang ada saat ini, seperti klorheksidin, triclosan, dan delmopinol, memang efektif. Namun pemakaian jangka panjang membawa konsekuensi: noda pada gigi dan lidah, perubahan rasa, hingga peningkatan pembentukan kalkulus supragingival. Maka pencarian bahan alternatif yang aman dan efektif terus berlanjut.
Dari Dapur ke Laboratorium: Mengolah Cangkang Udang Menjadi Nanopartikel
Prof. drg. Tetiana Haniastuti, M.Kes., Ph.D., bersama tim penelitinya di FKG UGM, mengambil jalan yang tidak biasa: melirik limbah cangkang udang galah sebagai bahan baku. Kitosan sendiri sebenarnya bukan material baru dalam dunia biomedis. Ia adalah polisakarida alami turunan kitin yang banyak ditemukan pada cangkang krustasea, dan telah lama dikenal memiliki sifat antibakteri serta biokompatibilitas tinggi.
Yang membedakan penelitian ini adalah proses pengecilan ukuran partikel hingga skala nano. Melalui metode gelasi ionik menggunakan tripolifosfat (TPP), tim berhasil memproduksi nano kitosan cangkang udang galah (PSNC) dengan ukuran rata-rata 432,9 nm, bobot molekul 34,67 kDa, dan indeks polidispersitas 0,288. Zeta potensial yang terukur sebesar +51,2 menunjukkan stabilitas partikel yang baik. Ukuran yang jauh lebih kecil dibandingkan kitosan biasa ini bukan sekadar angka — ia berarti kemampuan penetrasi yang lebih dalam ke struktur biofilm dan akses lebih mudah ke membran sel bakteri.
Proses ekstraksi kitosan dari cangkang udang galah sendiri melewati tiga tahap: deproteinasi menggunakan NaOH 4%, demineralisasi dengan HCl 1 M, lalu deasetilasi menggunakan NaOH 50% pada suhu 100°C. Derajat deasetilasi yang dihasilkan mencapai 77,61%, angka yang menunjukkan kualitas kitosan yang memadai untuk aplikasi antimikroba.
Angka yang Bicara: Lebih dari 98 Persen Hambatan Biofilm
Hasil uji laboratorium yang dipublikasikan dalam International Journal of Dentistry (2023) ini cukup mengejutkan. Pada konsentrasi 5 mg/ml setelah paparan 24 jam, PSNC mampu menghambat pembentukan biofilm S. mutans and S. sanguinis to 98,92 persen — bahkan melampaui klorheksidin 0,2% yang hanya mencapai 97,15 persen pada durasi yang sama. Setelah 48 jam, efektivitas PSNC pada konsentrasi tertinggi tetap bertahan di angka 85,30 persen, setara dengan klorheksidin 84,94 persen.
“PSNC menghambat perkembangan biofilm S. mutans dan S. sanguinis secara in vitro, mengindikasikan potensi tinggi PSNC sebagai agen antiplak dan antikaries yang dapat diintegrasikan ke dalam produk perawatan kesehatan mulut seperti obat kumur dan pasta gigi.” — Prof. drg. Tetiana Haniastuti, M.Kes., Ph.D., peneliti utama studi ini
Visualisasi menggunakan confocal laser scanning microscopy (CLSM) dengan pewarnaan BacLight Bacterial Viability Kit memperlihatkan gambaran yang dramatis. Pada kelompok kontrol negatif, biofilm tampak tebal dan padat, didominasi sel hijau yang menandakan bakteri hidup aktif. Semakin tinggi konsentrasi PSNC yang diberikan, semakin banyak sel bakteri yang berubah menjadi merah — penanda sel mati atau sekarat. Pada konsentrasi 5 mg/ml, hampir tidak ada biofilm yang terbentuk; bakteri yang tersisa tampak tersebar sebagai sel-sel individual yang rusak.
Scanning electron microscopy (SEM) memperkuat gambaran ini. Biofilm kontrol memperlihatkan koloni bakteri yang saling bertumpuk dan tertanam rapat dalam matriks ekstraseluler. Setelah terpapar PSNC, struktur itu runtuh: jumlah bakteri berkurang drastis, dan yang tersisa tidak lagi membentuk kesatuan biofilm yang utuh.
Mekanisme Perang: Bagaimana Nano Kitosan Menghancurkan Biofilm
Bagaimana PSNC bekerja? Para peneliti menjelaskan setidaknya dua jalur mekanisme utama. Pertama, sifat polikationik PSNC yang berasal dari gugus amino (NH3+) pada unit N-asetilglukosamin membuatnya bermuatan positif. Muatan positif ini bereaksi secara elektrostatik dengan komponen biofilm yang bermuatan negatif — termasuk EPS, protein, dan DNA — sehingga merusak integritas struktural biofilm sekaligus menyebabkan kebocoran komponen intraseluler bakteri hingga kematian sel.
Kedua, ukuran partikel PSNC yang kecil (432,9 nm) dan bobot molekul yang rendah memungkinkan nanopartikel ini menembus dinding sel bakteri dan berikatan dengan DNA bakteri. Gangguan pada sintesis protein yang dihasilkan kemudian menghambat kemampuan bakteri untuk melekat pada permukaan gigi — langkah pertama yang krusial dalam pembentukan biofilm.
Temuan ini relevan secara klinis. Mengingat bahwa S. mutans and S. sanguinis hidup berdampingan dalam biofilm multiguna di rongga mulut, penelitian yang mensimulasikan kondisi dual-spesies ini memberikan gambaran yang lebih realistis tentang efektivitas PSNC dalam kondisi aktual. Klorheksidin selama ini menjadi standar emas antiplak, namun efek samping jangka panjangnya menjadi hambatan. PSNC, yang bersumber dari limbah organik dan bersifat biodegradable, menawarkan profil keamanan yang lebih menjanjikan.
Tentu saja, jalan dari laboratorium ke produk yang bisa dibeli di apotek masih panjang. Uji klinis pada manusia, formulasi yang stabil dalam sediaan obat kumur atau pasta gigi, serta kajian toksikologi yang komprehensif masih harus dilalui. Namun bagi mereka yang selama ini memandang cangkang udang galah hanya sebagai sampah dapur, penelitian ini memberi alasan kuat untuk berpikir ulang.
Sumber DOI : https://doi.org/10.1155/2023/8890750
Penulis : Anny Anggraini , drg. Achmad Zam Zam Aghasy, M.Kes.
Foto : Freepik
