(Kredit: Kateryna Kon/Shutterstock)
SAN DIEGO— Dalam perjuangan melawan “kuman super” yang kebal antibiotik, para peneliti telah menemukan kerentanan tak terduga yang dapat mengubah cara kita melawan infeksi mematikan ini – dan semuanya bermuara pada persaingan mikroskopis untuk mendapatkan sumber daya.
Penemuan ini terjadi pada saat yang genting. Perkiraan saat ini memberikan gambaran yang suram: infeksi yang resistan terhadap obat telah merenggut lebih dari satu juta jiwa setiap tahunnya, dan angka kematian diperkirakan meningkat hampir dua kali lipat menjadi dua juta jiwa per tahun pada tahun 2050.
Namun, tim yang dipimpin oleh para peneliti di Universitas California-San Diego mungkin telah menemukan cara baru untuk mengatasi krisis ini tanpa bergantung pada antibiotik tradisional. Penelitian mereka, dipublikasikan di Kemajuan Ilmu Pengetahuanmengungkapkan bahwa bakteri yang kebal antibiotik memiliki kelemahan yang melekat – kelemahan yang mungkin menjelaskan mengapa bakteri super yang tampaknya tak terhentikan ini belum sepenuhnya mengambil alih.
“Kami menemukan kelemahan bakteri yang kebal antibiotik,” kata Profesor Gürol Süel dari Departemen Biologi Molekuler UC San Diego dalam rilis media. “Kita dapat memanfaatkan biaya ini untuk menekan pembentukan resistensi antibiotik tanpa menggunakan obat atau bahan kimia berbahaya.”
Tim mempelajari bakteri umum yang disebut Bacillus subtilisdengan fokus pada mengapa strain yang resisten terhadap antibiotik tidak selalu mendominasi strain yang tidak resisten. Apa yang mereka temukan sungguh mengejutkan. Mutasi yang membuat bakteri kebal terhadap antibiotik juga menimbulkan kelemahan yang tidak terduga.
Anggap saja sebagai tarik menarik di dalam sel bakteri. Para peneliti menemukan bahwa pada bakteri yang resisten, komponen seluler penting yang disebut ribosom (yang membantu membuat protein) menjadi sangat rakus terhadap magnesium, mineral penting. Hal ini menciptakan persaingan internal dengan molekul ATP – yang pada dasarnya merupakan mata uang energi sel – yang juga membutuhkan magnesium agar dapat berfungsi. Ini seperti dua pekerja penting yang berebut sumber daya yang terbatas, yang pada akhirnya membuat bakteri yang resisten menjadi kurang efisien dalam tumbuh dan menyebar.
Temuan ini sangat menarik karena menunjukkan cara baru untuk melawan bakteri resisten tanpa menggunakan antibiotik tradisional. Para ilmuwan mungkin dapat mengatasi kelemahan ini dengan memanipulasi kadar magnesium di lingkungan bakteri, sehingga berpotensi menghentikan strain yang resisten dan tidak membahayakan bakteri menguntungkan.
Penemuan ini merupakan bagian dari dorongan yang lebih luas untuk menemukan alternatif bebas obat untuk melawan infeksi bakteri. Dalam penelitian terpisah pada bulan Oktober lalu, Süel dan rekan-rekannya juga mengembangkan perangkat bioelektronik yang menggunakan aktivitas listrik bakteri untuk melawan infeksi, sehingga berhasil mengurangi efek berbahaya dari infeksi umum yang didapat di rumah sakit.
“Kita kehabisan antibiotik yang efektif dan penggunaannya yang merajalela selama beberapa dekade telah mengakibatkan antibiotik tersebar ke seluruh dunia, mulai dari wilayah Arktik hingga lautan dan air tanah kita,” kata Süel. “Alternatif bebas obat untuk mengobati infeksi bakteri sangat diperlukan dan dua penelitian terbaru kami menunjukkan bagaimana kita dapat mencapai pengendalian bebas obat terhadap bakteri yang resistan terhadap antibiotik.”
Terobosan ini menawarkan harapan terhadap salah satu tantangan pengobatan modern yang paling mendesak. Dengan memahami dan memanfaatkan kerentanan alami ini, para peneliti mungkin telah menemukan cara baru untuk membalikkan keadaan dalam perjuangan melawan resistensi antibiotik – tanpa menambahkan lebih banyak antibiotik ke dalam lingkungan kita yang sudah terlalu jenuh.
Ringkasan Makalah
Metodologi
Para peneliti menyelidiki varian ribosom tertentu di Bacillus subtilis bakteri yang menawarkan resistensi terhadap antibiotik tertentu tetapi mungkin menimbulkan kerugian fisiologis. Mereka fokus pada peran ion magnesium (Mg²⁺), yang penting untuk stabilitas ribosom dan penyimpanan energi sel. Tim menggunakan campuran eksperimen laboratorium, pemodelan komputasi, dan uji bioluminesensi. Strain bakteri dengan dan tanpa mutasi ribosom ditumbuhkan pada kadar magnesium yang berbeda dan diberikan antibiotik untuk melihat kinerjanya. Mereka juga mengukur tingkat magnesium dan ATP (energi seluler) untuk mengungkap bagaimana mutasi berdampak pada fisiologi bakteri.
Hasil Utama
Penelitian menunjukkan bahwa bakteri dengan mutasi ribosom yang resistan terhadap antibiotik (L22*) lebih sulit bertahan hidup ketika magnesium langka. Meskipun mutasi membantu bakteri melawan antibiotik, hal ini menyebabkan bakteri menyerap terlalu banyak magnesium sehingga hanya menyisakan lebih sedikit magnesium untuk proses penting lainnya seperti produksi energi (ATP). Hal ini membuat bakteri yang bermutasi menjadi lebih lemah di lingkungan rendah magnesium dibandingkan dengan bakteri normal. Namun, ketika kadar magnesium tinggi, bakteri yang bermutasi berkembang biak di bawah tekanan antibiotik.
Keterbatasan Studi
Percobaan dilakukan dalam kondisi laboratorium terkontrol, yang mungkin tidak meniru lingkungan dunia nyata secara sempurna. Penelitian ini berfokus pada mutasi ribosom tunggal pada satu spesies bakteri, sehingga temuan ini mungkin tidak berlaku secara universal. Model komputasi yang digunakan membuat asumsi yang mungkin tidak sepenuhnya mencakup seluruh kompleksitas biologis.
Diskusi & Kesimpulan
Penelitian ini menyoroti kelemahannya: mutasi ribosom menyebabkan resistensi antibiotik tetapi membuat bakteri lebih bergantung pada magnesium. Hal ini menciptakan potensi kerentanan – menargetkan ketersediaan magnesium dapat membantu mengendalikan bakteri yang resisten terhadap antibiotik. Studi ini juga menyoroti peran magnesium yang lebih luas dalam menghubungkan fungsi ribosom dan produksi energi, serta menyarankan strategi baru untuk memerangi resistensi dengan memanfaatkan hubungan biologis ini.
Pendanaan & Pengungkapan
Studi ini didukung oleh beragam sumber pendanaan, yang mencerminkan sifat interdisipliner dan internasional. Institut Ilmu Kedokteran Umum Nasional memberikan hibah R35 GM139645 untuk mendukung upaya penelitian dasar oleh Gürol Süel. Kantor Penelitian Angkatan Darat mendanai komponen-komponen penting dari pekerjaan ini dengan hibah W911NF-22-1-0107 dan W911NF-1-0361 (GMS), sementara dana tambahan disediakan oleh Bill & Melinda Gates Foundation (INV-067331, GMS).
Kontribusi dari penulis studi Jordi Garcia-Ojalvo didukung oleh Kementerian Sains, Inovasi, dan Universitas Spanyol dan proyek FEDER PID2021-127311NB-I00 dan CEX2018-000792-M, serta program ICREA Academia Generalitat de Catalunya. Peneliti S. Banu Ozkan mendapat dukungan dari National Science Foundation Division of Molecular and Cellular Biosciences (penghargaan 1715591) dan Gordon and Betty Moore Foundation. Para penulis telah menyatakan tidak ada kepentingan yang bersaing, memastikan integritas dan ketidakberpihakan penelitian.
