Diposting Senin, 14 November 2011 jam 11:59 am oleh Gun HS

Melacak Evolusi Epidemik untuk Mengungkap Bagaimana Bakteri Beradaptasi

Suka dengan artikel ini?

Jelajahi artikel-artikel FaktaIlmiah yang berdasarkan apa yang dibaca dan ditonton teman-teman.
Terbitkan aktivitas Anda sendiri dan dapatkan kendali penuh.
Login

Senin, 14 November 2011 -


Bakteri yang menjangkiti kita selama infeksi tidak pernah sama dengan pada saat mereka mulai memasuki tubuh kita. Dengan kemampuan untuk bertumbuh dan menukar gen secara cepat, mereka dapat dengan segera beradaptasi terhadap pertahanan kekebalan tubuh kita serta obat yang kita gunakan untuk melawan mereka. Evolusi menjadi senjata terbesar bagi bakteri menular, namun para peneliti kini telah menemukan cara untuk mengubah hal itu. Mereka telah menunjukkan bahwa adaptasi yang sama, yang membuat bakteri menjadi lebih kuat, juga dapat mengungkapkan kelemahan mereka.

Para peneliti dari Harvard Medical School dan Rumah Sakit Anak Boston telah menelusuri kembali evolusi infeksi bakteri yang luar biasa sebagaimana bakteri ini telah menyebar di kalangan pasien cystic fibrosis. Penelusuran ini dilakukan dengan mengurutkan puluhan sampel yang dikumpulkan selama terjadinya wabah. Sebuah pencapaian yang signifikan dalam genetik patologi, pekerjaan ini juga menunjukkan cara baru untuk mengenali mutasi adaptif – untuk melihat terjadinya evolusi – dan menjadi titik terang baru tentang bagaimana tubuh kita melawan infeksi.

Hasilnya dipublikasikan online 13 November dalam Nature Genetics.

Cystic fibrosis (CF) merupakan penyakit turunan yang membuat paru-paru rentan terhadap infeksi bakteri. Karena tidak ada obat untuk CF, maka penyakit ini dikelola dengan antibiotik dan terapi yang menghapus lendir dari paru-paru. Infeksi yang tahan antibiotik dapat mengalahkan pertahanan tubuh dan pada akhirnya mengakibatkan kegagalan pernafasan serta kematian, namun kemajuan dalam pengobatan telah meningkatkan harapan hidup rata-rata untuk kelahiran bayi penderita CF di Amerika, dari selama enam bulan pada tahun 1959 hingga menjadi hampir 40 tahun pada saat ini.

Meskipun kewaspadaan dilakukan secara konstan, namun wabah ini menimbulkan risiko tertentu pada pusat-pusat yang melakukan pengobatan CF, di mana dinyatakan strain bakteri yang langka dapat menyebar di antara pasien. Pada tahun 1990 wabah ini tersebar di antara pasien CF di pusat pengobatan CF di Boston. Tiga puluh sembilan orang terinfeksi strain ini, yang kemudian teridentifikasi sebagai spesies bakteri baru, Burkholderia dolosa.

Rumah sakit menerapkan langkah-langkah pengendalian infeksi baru dan belum melihat kasus baru selama lebih dari enam tahun. Namun wabah ini menyajikan kesempatan langka bagi para peneliti: Sebuah patogen baru dengan lingkaran infeksi tertutup dan sampel berlimpah yang dikumpulkan selama rentang satu dekade.

Roy Kishony, profesor studi evolusi sistem biologi bakteri, mengeksplorasi pertanyaan-pertanyaan seperti bagaimana resistensi antibiotik bisa muncul. Banyak eksperimen yang sudah dilakukan di laboratorium: Menumbuhkan bakteri dalam tabung uji, menambahkan antibiotik ke dalamnya, dan mencari perubahan genetiknya dari waktu ke waktu. Tetapi manusia bukanlah tabung uji, dan Kishony ingin menyelidiki bagaimana patogen berevolusi dalam konteks alami.

“Bayangkan seandainya Anda bisa menginterogasi bakteri,” kata Kishony, peneliti utama studi tersebut. “Anda akan bertanya, ‘apa yang Anda temukan paling menantang dalam tubuh manusia?’”

Dalam upaya menemukan sebuah sistem model yang baik, Kishony dan mahasiswa pascasarjana Jean-Baptiste Michel kemudian berkolaborasi dengan Alex McAdam, seorang profesor patologi di Rumah Sakit Anak Boston yang menyarankan B. dolosa sebagai bahan penelitian. “Saya rasa ini akan menarik,” kata McAdam, “Karena kita juga bisa melihat bagaimana organisme ini berubah selama wabah.”

Tim riset memulai dengan mengamati urutan genom 112 B. dolosa yang diambil dari 14 pasien yang terinfeksi, memetakan perubahan genetiknya dari waktu ke waktu untuk mengungkapkan rute penyebaran infeksi dan mengidentifikasi gen-gen yang menghadapi tekanan selektif terbesar – dengan kata lain, bagaimana bakteri ini berevolusi ketika ditantang oleh pertahanan manusia dan perawatan medis.

Pada keseluruhan genom yang sudah diurutkan, Michel bersama Tami Lieberman, rekan pascasarjana yang ikut serta dalam penelitian ini, kemudian membangun sebuah pohon keluarga yang menggambarkan hubungan evolusioner bakteri ini. Pohon itu menegaskan bahwa epidemi ini disebabkan oleh strain tunggal. Hal ini menunjukkan rute B. dolosa yang melompat dari satu inang ke inang yang lain, dan bahkan dari paru-paru ke darah inang.

Pada perjalanannya, bakteri ini berubah dalam beberapa cara. Misalnya, dokter sering merawat pasien CF dengan kelompok antibiotik yang disebut fluoroquinolones. Beberapa sampel dua kali lebih resisten terhadap obat-obatan ini serta obat-obat lainnya, dan mereka semua berbagi perubahan dalam gen yang disebut gyrA. Hanya beberapa mutasi saja dalam gen ini yang telah memunculkan resitensi, dan masing-masing strain diperoleh secara independen. Tampaknya B. dolosa hanya memiliki beberapa jalur resistensi obat.

Ini menarik, namun bisa diprediksi. Lieberman dan Michel ingin lebih, mereka ingin menemukan perubahan yang tidak terduga. Mereka beralasan bahwa bakteri seperti B. dolosa menghadapi tantangan serupa dalam tubuh yang berbeda, sehingga gen yang paling penting bagi infeksi yang sukses akan cenderung berubah dengan cara yang sama. Untuk menemukannya, Lieberman dan Michel mencari sampel untuk gen-gen yang telah secara independen memperoleh perubahan yang sama pada pasien yang berbeda. Mereka menemukan lusinan gen, tapi 17 di antaranya telah membangun tiga atau lebih mutasi yang sama.

Sudah jelas bahwa 17 gen ini adalah subjek tekanan evolusi yang intens. Gen-gen ini berisi instruksi untuk membangun protein, dan hanya beberapa mutasi yang mengubah instruksi – sisanya netral. Dalam tujuh belas gen ini, Lieberman dan Michel menemukan bahwa mutasi instruksi-perubahan penting ternyata kalah jumlah sebanyak 18 kali dengan mutasi netral. “Kami pada dasarnya meminta bakteri untuk memberitahu kami gen apa yang berada di bawah seleksi dalam lingkungan alam: tubuh manusia,” kata Michel.

Di antara 17 gen ini, beberapa di antaranya melakukan pekerjaan mengejutkan seperti resistensi terhadap antibiotik. Namun enam di antaranya, termasuk yang paling berat bermutasi, merupakan biang yang tak terduga sama sekali. Mereka tidak pernah terlibat dalam penyakit sebelumnya, dan tidak ada yang tahu apa saja yang sudah mereka lakukan. Semua yang kami tahu, berkat studi ini, adalah bahwa mereka terlibat dalam infeksi. Dengan mempelajari enam rahasia ini, kami berharap dapat mempelajari lebih lanjut tentang bagaimana B. dolosa mampu bertahan dalam inangnya, dan menemukan cara baru untuk mengobatinya.

“Kami tidak harus menguji mutasi pada gen-gen tertentu,” kata Michel. “Kami hanya perlu menemukan di mana seleksi melakukan tindakan – terkadang di tempat-tempat yang tak terduga. Hal itu banyak memberitahu kita tentang apa yang hidup dalam tubuh manusia seperti bakteri, dan membantu kita mengetahui cara-cara baru untuk membuatnya lebih sulit bagi mereka.”

Ilmuwan lain telah berhasil melihat bagaimana gen bakteri berubah dari waktu ke waktu, termasuk pada penderita CF. Tapi mereka kesulitan dalam memisahkan perubahan penting dari perubahan yang netral. Lieberman mengatakan, “Ini hanya dimungkinkan dalam keluasan dan kedalaman penelitian kami.” Jika mereka tidak mengurutkan keseluruhan genom B. dolosa, mereka akan berpikir bahwa semua sampel adalah sama, dan melewatkan perubahan halus yang mengkarakterisitikan evolusi mikroba. Demikian juga, jika mereka hanya melihat sedikit sampel, mereka tidak akan mampu mengetahui gen apa yang berada di bawah tekanan terkuat evolusi.

Seiring perkembangan teknologi genetik yang pesat, para ilmuwan akhirnya bisa menggunakan teknik ini untuk mempelajari evolusi epidemi secara real-time, atau bahkan perkembangan infeksi tertentu pada satu pasien. Temuan tim riset ini dapat membantu peneliti lain untuk lebih memahami kekuatan dan kelemahan patogen, mekanisme yang beradaptasi dengan pertahanan kita, dan target potensial untuk terapi baru. Para peneliti selanjutnya berharap untuk mempelajari keragaman yang dihasilkan oleh evolusi patogen pada satu pasien, untuk mempelajari lebih lanjut tentang tantangan yang berbeda-beda yang ditimbulkan di seluruh tubuh manusia.

Kredit: Harvard Medical School
Jurnal: Tami D Lieberman, Jean-Baptiste Michel, Mythili Aingaran, Gail Potter-Bynoe, Damien Roux, Michael R Davis Jr, David Skurnik, Nicholas Leiby, John J LiPuma, Joanna B Goldberg, Alexander J McAdam, Gregory P Priebe, Roy Kishony. Parallel bacterial evolution within multiple patients identifies candidate pathogenicity genes. Nature Genetics, 13 November 2011. DOI: 10.1038/ng.997

Gun HS
There's only one thing I figured about myself: Complex
Bergabung dengan 1000 orang lebih dengan kami melalui sosial media

Berlangganan artikel dan berita terbaru dari kami via email


Aktifitas

© 2010 FaktaIlmiah.com. Hak cipta asli oleh faktailmiah
Anda boleh mendistribusikannya dengan mencantumkan referensi dari situs kami.