Menargetkan molekul bakteri kunci ini dapat mengurangi kebutuhan akan antibiotik – ScienceDaily

Menargetkan molekul bakteri kunci ini dapat mengurangi kebutuhan akan antibiotik – ScienceDaily


Peneliti Stanford telah menunjukkan bahwa bakteri yang terlibat dalam infeksi saluran kemih (ISK) bergantung pada bentuk kimiawi baru dari molekul selulosa untuk menempel pada sel kandung kemih.

Penemuan tersebut, dipublikasikan di jurnal Prosiding National Academy of Sciences, dapat mengarah pada cara-cara baru untuk mengobati ISK dan infeksi lain tanpa antibiotik.

Penggunaan antibiotik yang berlebihan dapat menyebabkan resistensi dan berdampak pada bakteri alami yang berbagi tubuh kita, yang disebut mikrobioma, kata salah satu pemimpin studi Lynette Cegelski, seorang profesor kimia di Sekolah Humaniora dan Ilmu Pengetahuan Stanford. “Ada banyak cara untuk menargetkan penyakit dan jika Anda hanya menargetkan strategi virulensi bakteri tertentu, Anda masih dapat mencegah infeksi dan juga menghilangkan penghinaan total terhadap mikrobioma Anda,” tambahnya.

Diproduksi oleh tumbuhan, alga, dan beberapa bakteri, selulosa adalah polimer organik paling melimpah di Bumi. Ini juga salah satu yang terbaik dipelajari, karena digunakan untuk menghasilkan segala sesuatu mulai dari kertas hingga bahan bakar etanol. Oleh karena itu, mengejutkan ketika tim Cegelski mengumumkan awal tahun ini bahwa mereka telah menemukan bentuk selulosa yang unik secara kimiawi, yang disebut pEtN (untuk kelompok kimia fosfoetanolamina), pada bakteri tersebut. E. coli.

Temuan itu, yang dipublikasikan di Science, menunjukkan bahwa pEtN selulosa adalah komponen penting dalam biofilm bakteri, sekresi berlendir yang digunakan bakteri untuk berbagi nutrisi dan untuk melindungi diri dari antibiotik dan serangan sistem kekebalan tubuh inangnya.

Dalam studi baru, kelompok Cegelski menunjukkan bahwa pEtN juga memainkan peran penting dalam ISK. ISK adalah salah satu penyakit menular paling umum di seluruh dunia dan E. coli adalah salah satu penyebab utamanya.

“Percobaan kami di sini mengungkapkan fungsi spesifik untuk selulosa yang berfungsi seperti mortar untuk meningkatkan kekuatan adhesi bakteri dengan sel epitel kandung kemih,” kata salah satu pemimpin studi Gerald Fuller, Profesor Fletcher Jones II di School of Teknik.

Bantuan dari sumber yang tidak terduga

Penemuan itu adalah hasil dari pertemuan kebetulan di acara makan siang Stanford, di mana Fuller mengetahui bahwa kelompok Cegelski sedang mencari cara untuk mengukur seberapa kuat lapisan E. coli bakteri menempel pada lapisan sel kandung kemih yang terisolasi. “Oh, saya bisa membantu Anda,” Fuller menawarkan diri.

Beberapa tahun sebelumnya, Fuller telah mengembangkan instrumen, yang disebut Live-Cell Monolayer Rheometer (LCMR), untuk menyelidiki adhesi lensa kontak ke sel kornea. “Kami ingin tahu apakah sel-sel dari mata Anda melekat pada perut lensa kontak saat Anda melepasnya, dan kami menemukan bahwa memang demikian,” kata Fuller.

LCMR dirancang untuk membuat pelat kaca bersentuhan dengan satu lapisan tipis sel hidup dan kemudian mempertahankan tekanan konstan di antara mereka. Mikroskop terpasang memungkinkan para ilmuwan untuk memantau sel selama percobaan, dan pelat bawah yang dipanaskan membantu menjaga sel tetap hidup.

Para ilmuwan menyadari bahwa dengan beberapa penyesuaian, instrumen Fuller dapat mencapai apa yang ada dalam pikiran Cegelski. “Untuk percobaan ini, kami meningkatkan mikroskop untuk lebih memvisualisasikan kontak antara bakteri dan lapisan sel kandung kemih selama pengukuran,” penulis pertama studi Emily Hollenbeck, mantan mahasiswa pascasarjana di kedua kelompok Cegelski dan Fuller. “Ini adalah pemeriksaan penting untuk memastikan kami selalu mengukur gaya adhesi antara lapisan yang sangat tipis ini.”

Membuat bakteri tumbuh sebagai satu lapisan juga terbukti menantang, dan Hollenbeck perlu beberapa kali mencoba sebelum dia berhasil. “Menciptakan lapisan seragam dari bakteri dan sel kandung kemih sangat penting untuk memperoleh pengukuran LCMR yang dapat direproduksi,” kata Hollenbeck. “Sangat menantang untuk membuat lapisan seragam ini dari bahan yang terus tumbuh dan beradaptasi dengan lingkungannya.”

Memutus siklus infeksi

Penelitian sebelumnya telah mencatat bahwa selulosa pEtN dan serat permukaan sel yang disebut curli dijalin bersama untuk membuat E. coli biofilm. Dan curli telah menyebabkan infeksi ginjal dan sepsis. “Semakin parah infeksinya, semakin besar kemungkinan bakteri itu membuat keriting,” kata Cegelski.

Yang ingin dipahami Cegelski adalah kontribusi relatif pEtN dan curli terhadap adhesi bakteri ke sel inang dan bagaimana mereka bekerja sama selama infeksi. Untuk menjawab pertanyaan ini, kelompoknya merancang serangkaian eksperimen untuk menguji kekuatan adhesi ikal dan selulosa secara terpisah maupun bersama-sama.

Dalam satu percobaan, mereka menempel E. coli yang biofilmnya mengandung selulosa dan ikal ke pelat atas LCMR dan kemudian menyentuhnya dengan pelat bawah yang berisi sel-sel kandung kemih. Para ilmuwan kemudian dengan cepat menggunting lempengan atas secara horizontal dalam jumlah kecil, dan tingkat tekanan perekat yang dihasilkan memberi mereka ukuran kuantitatif “kelengketan” bakteri.

Mereka mengulangi percobaan itu dengan rekayasa genetika E. coli yang biofilmnya hanya mengandung selulosa, dan lagi dengan pelat atas yang hanya mengandung keriting dan tidak ada bakteri.

Apa yang mereka temukan adalah bahwa bakteri yang menghasilkan ikal dan selulosa menunjukkan kekuatan adhesi tertinggi, diikuti oleh ikal saja, dan terakhir selulosa saja. “Tanpa selulosa, sel-sel sangat mudah lepas dari bakteri,” kata Fuller. “Selulosa bertindak seperti lem untuk membantu menyatukan semuanya.”

Penemuan ini menunjukkan bahwa pendekatan untuk mengobati ISK yang tidak melibatkan antibiotik dapat dilakukan. “Menyerang selulosa bisa menjadi alternatif yang bagus untuk antibiotik tradisional karena mencegah adhesi bakteri dapat membantu memutus siklus infeksi,” kata Hollenbeck. “Jenis pengobatan ini juga menghindari tekanan ‘hidup atau mati’ dari antibiotik tradisional yang menyebabkan mutasi yang resistan terhadap obat.”

Rekan penulis Stanford lainnya dalam penelitian ini, yang berjudul “Phosphoethanolamine Cellulose Enhances Curli-Mediated Adhesion of Uropathogenic Escherichia coli ke Bladder Epithelial Cells,” termasuk Alex Antonoplis, Chew Chai, dan Wiriya Thongsomboon.

Penelitian ini didanai oleh Stanford Center for Molecular Analysis and Design, Achievement Rewards for College Scientists Foundation, dan National Science Foundation.

Untuk Informasi Lebih lanjut silahkan Kunjungi : Keluaran HK

Author Image
adminProzen