Apa Yang Tidak Diketahui Bakteri dapat Menyakiti Mereka

Banyak infeksi, bahkan yang disebabkan oleh bakteri sensitif antibiotik, menghambat penyembuhan. Paradoks ini telah memusingkan dokter selama berdekade, dan membuat sebagian infeksi mustahil untuk disembuhkan.

Kunci penyebab resistensi ini adalah bakteri menjadi kelaparan nutrisi saat infeksi. Bakteri ynag kelaparan menahan pembunuhan hampir dari semua tipe antibiotika, bahkan yang tidak pernah memaparnya sebelumnya.

Apa yang menghasilkan ketahanan antibiotic yang dihasilkan kelaparan dan bagaimana mengatasinya? Dalam sebuah makalah yang muncul di jurnal Science, para peneliti melaporkan sejumlah jawaban mengejutkan.

“Bakteri menjadi kelaparan ketika mereka kehabisan pasokan nutrisi di tubuh, atau jika mereka hidup bergerombol dalam kelompok yang disebut biofilm,” kata penulis utama makalah,  Dr. Dao Nguyen, asisten professor kedokteran di McGill University.

Biofilm adalah kumpulan bakteri yang diselubungi lendir dan dapat ditemukan di lingkungan alami maupun jaringan manusia dimana mereka menyebabkan penyakit. Sebagai contoh, bakteri biofilm tumbuh dalam nanah di luka kronis, dan paru-paru pasien penderita sistik fibrosis. Bakteri di biofilm toleran dengan level tinggi antibiotika tanpa terbunuh.

 “Penyebab utama resistensi biofilm adalah bakteri di luar kumpulan memiliki serangan pertama nutrisi yang berdifusi masuk,” kata  Dr. Pradeep Singh, asisten professor kedokteran dan mikrobiologi Universitas Washington, pengarang senior studi ini. “Hal ini menghasilkan kelaparan pada bakteri di dalam kluster, dan resistensi besar pada kematian.”

 Kelaparan sebelumnya diduga menghasilkan resistensi karena sebagian besar antibiotika menyerang fungsi seluler yang dibutuhkan untuk pertumbuhan. Ketika sel yang kelaparan berhenti tumbuh, target ini tidak lagi aktif. Efek ini mengurangi efektivitas banyak obat-obatan.

 “Walaupun ide ini menggugah, ia memiliki dilemma besar,” catat Nguyen. “Membuat bakteri kelaparan sensitif pada antibiotik dapat membutuhkan perangsangan pertumbuhan mereka, dan ini bisa berbahaya saat infeksi manusia terjadi.”

Nguyen dan Singh mempelajari mekanisme alternatif. Ahli mikrobiologi telah lama mengetahui kalau ketika bakteri merasakan kalau pasokan nutrisi mereka mulai menipis, mereka mengeluarkan sinyal alarm kimia. Alarm tersebut memberi tahu bakteri untuk menyetel metabolisme mereka untuk mempersiapkan diri kelaparan. Dapatkah alarm ini juga menyalakan fungsi yang menghasilkan resistensi antibiotik?

Untuk menguji hipotesiss ini, tim peneliti merekayasa bakteri yang alarm kelaparannya tidak aktif, dan mengukur resistensi antibiotik dalam kondisi eksperimental dimana bakteri kelaparan. Mengesankan, bakteri yang tidak mampu merasa kelaparan seribu kali lebih mudah dibunuh daripada yang dapat merasa kelaparan, walaupun kelaparan mencegah pertumbuhan dan aktivitas target antibiotik.

“Eksperimen ini menjadi titik balik,” kata Singh. “Ia memberi tahu kita kalau resistensi bakteri kelaparan adalah respon aktif yang dapat diblok. Ia juga mengindikasikan kalau perlindungan yang dimunculkan kelaparan hanya terjadi bila bakteri sadar kalau nutrisi mereka menipis.”

Dengan hasil menggembirakan ini, para peneliti beralih pada dua pertanyaan kunci. Pertama apakah alarm kelaparan menghasilkan resistensi saat infeksi aktual? Untuk menguji ini tim peneliti memeriksa bakteri kelaparan alami, biofilm, isolat yang diambil dari pasien, dan infeksi bakteri pada tikus. Cukup meyakinkan, dalam semua kasus bakteri yang tidak mampu merasakan kelaparan jauh lebih mudah dibasmi.

Pertanyaan kedua adalah mengenai mekanisme efek. Bagaimana penginderaan kelaparan menghasilkan resistensi antibiotik demikian hebat? Kembali, hasilnya mengejutkan.

Bukannya mekanisme resistensi yang telah diterima luas, yaitu seperti pompa yang menolak antibiotik dari sel bakteri, para peneliti menemukan kalau mekanisme protektif bakteri menahan mereka terhadap bentuk oksigen beracun yang disebut radikal. Mekanisme ini sejalan dengan penelitian terbaru kalau antibiotik membunuh dengan cara menghasilkan radikal-radikal beracun.

Penemuan-penemuan ini menawarkan pendekatan baru untuk meningkatkan pengobatan sejumlah besar infeksi.

“Penemuan antibiotika baru merupakan tantangan,” kata Nguyen. “Salah satu cara meningkatkan efektivitas penyembuhan infeksi adalah membuat obat yang telah kita punya bekerja lebih baik. Eksperimen kami menemukan kalau efisiensi antibiotik dapat ditingkatkan dengan mengganggu fungsi kunci bakteri yang tidak berhubungan jelas dengan aktivitas antibiotik.”

Penelitian ini juga menyorot manfaat kritis untuk mampu mengindera kondisi lingkungan, bahkan bagi organisme bersel-satu seperti bakteri. Sel yang tidak sadar akan kelaparannya menjadi tidak terlindungi, walaupun mereka kehabisan nutrisi dan berhenti tumbuh. Hal ini membuktikan kembali, bahkan untuk bakteri, “apa yang anda tidak tahu dapat menyakiti anda.”

Burroughs Welcome Fund, Cystic Fibrosis Foundation, National Institutes of Health, dan Canadian Institutes for Health Research mendukung penelitian ini.

Hasilnya dipublikasikan dalam artikel Science berjudul “Active starvation responses mediate antibiotic tolerance in biofilms and nutrient-limited bacteria.”

Selain Nguyen dan Singh, para peneliti studi ini antara lain Amruta Joshi-Datar, Elizabeth Bauerle, Karlyn Beer, dan Richard Siehnel dari Jurusan Obat dan Mikrobiologi di UW, James Schafhauser dari McGill University, Francois Lepine dari INRS Armand Frappier di Kanada, Oyebode Olakanmi dan Bradley E. Britigan dari University of Cincinnati, dan Yun Wang dari Northwestern University.

Sumber berita:

University of Washington.

Referensi Jurnal:

D. Nguyen, A. Joshi-Datar, F. Lepine, E. Bauerle, O. Olakanmi, K. Beer, G. McKay, R. Siehnel, J. Schafhauser, Y. Wang, B. E. Britigan, P. K. Singh. Active Starvation Responses Mediate Antibiotic Tolerance in Biofilms and Nutrient-Limited Bacteria. Science, 2011; 334 (6058): 982 DOI: 10.1126/science.1211037

faktailmiah.com