Menggunakan Pengurutan Genom untuk Memonitor Evolusi Bakteri ke Arah Resistensi Obat

Kedua studi ini menunjukkan bahwa dengan menggunakan keseluruhan pengurutan genom, para peneliti bergerak semakin dekat untuk sepenuhnya memahami bagaimana bakteri bermutasi dan berevolusi agar membuat diri mereka resisten terhadap agen anti-bakteri.

Dua kelompok riset yang bekerja secara independen telah hadir dengan dua cara yang berbeda dalam menggunakan seluruh pengurutan genom untuk mengikuti jalur yang digunakan bakteri dalam mengembangkan resistensi terhadap obat anti-bakteri. Penelitian ini dapat berguna dalam mencari tahu cara untuk menghentikan proses evolusi tersebut, sehingga menjaga agen anti-bakteri saat ini bagi pasien-pasien di masa depan.

Kedua kelompok riset ini telah mempublikasikan makalah yang mendeskripsikan pekerjaan mereka dalam jurnal Nature Genetics. Kelompok riset pertama telah menemukan cara untuk benar-benar memantau evolusi bakteri E. coli selama beberapa generasi sebagaimana bakteri ini terkena tiga jenis agen anti-bakteri. Kelompok kedua telah menemukan cara untuk mengikuti mutasi pada bakteri yang terjadi setelah agen anti-bakteri sudah dihentikan.

Kelompok pertama, semuanya dari Harvard University, menciptakan apa yang mereka sebut “morbidostat”; lingkungan yang dikendalikan komputer, yang membaca tanda-tanda sebuah kultur bakteri untuk menilai derajat kebahagiaan dengan sekitarnya, lalu sedikit memodifikasinya sehingga membuatnya tidak bahagia. Bakteri yang bahagia tidak perlu beradaptasi, sehingga, menyebabkan mereka berevolusi, tiga jenis agen anti-bakteri dipaparkan ke dalam morbidostat, yaitu chloramphenicol, doxycyclin, dan trimethoprim.

Untuk melihat perubahan evolusioner yang terjadi, tim riset mengambil sampel secara reguler dan mempelajarinya dengan menggunakan keseluruhan pengurutan genom. Dengan menggunakan teknik ini, tim riset benar-benar mampu menyaksikan bakteri berevolusi ke arah strain yang resisten. Tapi sebagai catatan khusus, mereka menemukan bahwa, setidaknya jika terkena trimethoprim, Escherichia coli berevolusi dengan cara yang sangat bisa diprediksi, sedikit pengetahuan yang dapat membantu dokter berada satu langkah ke depan untuk mengetahui perubahan tersebut ketika merawat pasien, dengan memprediksinya sebelum terjadi.

Yang sama menariknya adalah studi yang dilakukan oleh kelompok kedua, sebuah tim yang terdiri dari para peneliti internasional. Di sini, tim riset ingin mengetahui apa yang terjadi dengan bakteri yang telah dipaparkan agen anti-bakteri, setelah pengobatan dihentikan. Apakah mereka berhenti berevolusi, atau apakah mereka terus berevolusi sebagai sarana dalam menanggapi efek dari obat?

Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa bakteri yang paling sering resisten terhadap obat untuk beberapa alasan tidak bertumbuh secepat mereka yang tidak resisten ketika berada dalam lingkungan yang bebas antibiotik. Artinya, strain resistennya pastilah memiliki tingkat transmisi yang lebih rendah. Sayangnya, hal ini tidak selalu terjadi karena beberapa strain resisten milik beberapa jenis bakteri telah menunjukkan kemampuan transmisi yang sama cepatnya dengan mereka yang non-resisten. Untuk mengetahui mengapa hal ini bisa terjadi, tim menganalisis kedua jenis strain tersebut dengan menggunakan keseluruhan pengurutan genom untuk mencari tahu persis apa yang terjadi dengan strain M. tuberculosis yang berbeda.

Tim riset menemukan bahwa strain mereka yang resisten dan mampu mentransmisi pada tingkat yang sama dengan kelompok non-resisten telah mengembangkan dua jenis mutasi. Yang pertama adalah perubahan yang membuat mereka resisten. Perubahan kedua cukup mengejutkan; sampel bakteri ini benar-benar berevolusi dalam cara yang memungkinkan mereka memperoleh kembali tingkat transmisi yang tinggi, yang menunjukkan bahwa mereka terus berevolusi setelah obat anti-bakteri itu dihentikan untuk memperoleh kembali sesuatu yang telah hilang karena obat.

Secara keseluruhan, kedua studi ini menunjukkan bahwa dengan menggunakan keseluruhan pengurutan genom, para peneliti bergerak semakin dekat untuk sepenuhnya memahami bagaimana bakteri bermutasi dan berevolusi agar membuat diri mereka resisten terhadap agen anti-bakteri. Harapannya, setelah seluruh proses sepenuhnya dipahami, cara baru untuk mencegah hal itu dapat dikembangkan.

Kredit: Harvard University
Jurnal: Iñaki Comas, Sonia Borrell, Andreas Roetzer, Graham Rose, Bijaya Malla, Midori Kato-Maeda, James Galagan, Stefan Niemann, Sebastien Gagneux. Whole-genome sequencing of rifampicin-resistant Mycobacterium tuberculosis strains identifies compensatory mutations in RNA polymerase genes. Nature Genetics, 18 December 2011. DOI: 10.1038/ng.1038
Erdal Toprak, Adrian Veres, Jean-Baptiste Michel, Remy Chait, Daniel L Hartl, Roy Kishony. Evolutionary paths to antibiotic resistance under dynamically sustained drug selection. Nature Genetics, 18 December 2011. DOI: 10.1038/ng.1034

faktailmiah.com