Waktu saya masih cilik, orang tua saya memberi saya sirup merah muda yang manis untuk membunuh bakteri penyebab sakit tenggorokan saya. Ingatan saya akan peristiwa itu adalah bukti kekuatan antibiotik. Namun, lewat penelitian saya sebagai ahli mikrobiologi selama beberapa tahun terakhir, saya mendapat pengetahuan baru bahwa beberapa mikroba kebal terhadap antibiotik dan bahkan dapat “memakan” obat-obatan ini sebagai asupan gizi untuk mereka tumbuh dan berkembang biak.
Selama satu dekade terakhir, para ilmuwan telah menetapkan bahwa banyak bakteri yang hidup di tanah mampu melawan dan memakan antibiotik yang kita gunakan untuk melawan infeksi yang parah. Ini mungkin terasa seakan-akan dunia mikroba menegur kita, mengingatkan bahwa mereka dapat berevolusi untuk menolak bahkan obat kita yang paling kuat. Namun, berita ini tak sepenuhnya buruk.
Saya dan rekan-rekan saya di laboratorium Gautam Dantas menemukan bagaimana bakteri dapat memakan obat yang seharusnya membunuh mereka. Kami juga menemukan bagaimana proses ini dapat berguna bagi manusia.
Kami menemukan bahwa mungkin suatu hari kita dapat memanfaatkan mikroba makanan antibiotik ini untuk membersihkan tanah dan air yang terkontaminasi dengan obat-obatan ini yang merupakan penyebab utama bakteri super resistan terhadap antibiotik.
Mengapa antibiotik membuat camilan enak
Mikroba memakan obat yang manusia gunakan untuk memusnahkan mereka mungkin terdengar tak sesuai intuisi kita. Namun bagi bakteri, antibiotik tidak lebih dari sumber unsur vital bagi kehidupan: karbon, hidrogen, oksigen, dan nitrogen. Selain itu, sebagian besar antibiotik yang diresepkan dokter dibuat oleh, atau berasal dari, jamur dan bakteri yang hidup di tanah. Jadi masuk akal jika mikro organisme ini memakan senyawa karbon yang dibuat oleh tetangganya yang tinggal di tanah.
Selama 10 tahun terakhir, para ilmuwan di laboratorium Dantas telah menyelidiki bagaimana bakteri melakukan hal yang tampaknya tidak mungkin ini. Kini, kami pikir misteri ini telah kami pecahkan. Kami mengidentifikasi koleksi gen penyandi enzim yang mikroba perlukan untuk mengkonsumsi penisilin (yang Alexander Fleming temukan secara dalam bentuk alaminya pada 1928).
Kami temukan bahwa bakteri melewati dua proses ketika memakan obat. Pertama, bakteri melucuti antibiotik dengan memecah bagian yang disebut “hulu ledak β-lactam.” Tanpa ini, sisa penisilin tidak berbahaya dan dapat digunakan sebagai makanan, memungkinkan mikroba untuk berkembang dalam konsentrasi tinggi obat. Kedua, bakteri merobek bagian berbentuk cincin dari molekul dan dengan sekelompok enzim yang dapat memecah bagian tersebut, mencacahnya lebih lanjut sebelum memakan potongan-potongan tersebut.
Sekarang kita tahu enzim mana yang bakteri gunakan untuk menonaktifkan antibiotik. Maka, kita dapat mengembangkan strategi pertahanan dan melawan balik. Hal ini penting karena bakteri resistan antibiotik adalah penyebab penyakit bagi 2 juta orang Amerika Serikat, yang menyebabkan lebih dari 20.000 kematian setiap tahun. Infeksi ini lebih sulit dan lebih mahal untuk dirawat karena memerlukan waktu lama di rumah sakit. Setiap tahun ini menyebabkan kerugian terhadap ekonomi AS secara langsung karena biaya perawatan (US$20 miliar) dan secara tidak langsung karena kehilangan produktivitas ($35 miliar).
Menggunakan mikroba untuk menghilangkan kontaminasi
Pada akhirnya kami berharap bahwa kami mungkin dapat menggunakan temuan kami untuk menghambat salah satu penyebab utama resistansi antibiotik: pencemaran tanah dan air. Sumber daya alam ini tercemar limbah limpasan dari peternakan, tempat hewan diberi antibiotik untuk menggemukkan mereka. Tanah dan air juga tercemar sisa bahan kimia ilegal, terutama dari produsen massal di Cina dan India. Kami yakin kami dapat menghapus obat-obatan ini melalui bio-remediasi, yang menggunakan organisme hidup untuk membersihkan limbah buatan manusia.
Sementara bakteri yang kami identifikasi dalam penelitian kami tumbuh perlahan ketika diberi diet penisilin, kami mungkin dapat merekayasa varietas baru yang menghilangkan antibiotik secara lebih efisien dengan mempercepat proses makan obat.
Sebagai bukti konsep, kami memotong dan menempelkan gen dari mikro organisme tanah kami, serta gen yang ditemukan sebelumnya yang kami pikir akan memiliki fungsi yang sama, ke dalam galur laboratorium jinak dari bakteri E. coli dan mengubahnya menjadi mikroba pemakan antibiotik.
Meskipun terdengar sederhana, perlu sejumlah langkah untuk menemukan instruksi genetik untuk makan penisilin dan memasukkannya ke dalam E. coli. Pertama kita merangkai seluruh konten genetika–genom–dari empat bakteri pemakan penisilin yang ditemukan Gautam Dantas. Ini menghasilkan peta jalan genetik dari semua rute potensial yang bisa digunakan bakteri untuk memakan antibiotik ini. Dengan mempelajari gen mana yang menyala ketika bakteri memakan penisilin, kita menemukan gen mana di dalam bakteri yang penting untuk memakan penisilin.
Untuk memastikan bahwa kami telah menemukan langkah-langkah yang digunakan mikroba untuk makan antibiotik, kami menghancurkan gen-gen pemakan obat tersebut dalam satu galur bakteri tanah. Ini menghasilkan mutan yang tidak mampu mengkonsumsi penisilin, membantu kita untuk menentukan gen yang diperlukan untuk merekayasa E. coli makan penisilin.
Penemuan yang sangat menarik bagi kami adalah bahwa agar bakteri dapat memakan penisilin mereka membutuhkan dua kelompok gen terpisah untuk bekerja bersama. Pertama, bakteri perlu gen resistansi antibiotik untuk memecah hulu ledak β-lactam yang beracun. Tanpa enzim yang penting ini, bakteri tidak dapat melucuti antibiotik, dan tanpa enzim yang bertanggung jawab untuk mengeluarkan cincin dari penisilin, tidak ada yang bisa dimakan.
Hal ini menunjukkan bahwa kita mungkin dapat memproduksi galur baru bakteri jinak untuk menghilangkan antibiotik dari lingkungan. Ini bukan berarti kita dapat menggunakan antibiotik dengan semena-mena. Namun, ini mungkin cara cara yang aman untuk membatasi penyebaran resistansi antibiotik di masa depan.