Antimikroba yang baru ditemukan dapat mencegah atau mengobati kolera
Antimikroba alami yang disebut mikrokin diproduksi oleh bakteri dalam usus dan terbukti bermanfaat dalam melawan infeksi.
Para peneliti mengidentifikasi mikrokin pertama yang diketahui, yaitu sekelompok antimikroba yang diproduksi secara alami yang menargetkan jenis bakteri penyebab kolera.
Lebih dari satu juta orang setiap tahun meninggal akibat infeksi oleh patogen yang resistan terhadap antimikroba, dan masalah ini terus berkembang. Sementara itu, penemuan antimikroba baru yang dapat membantu membendung gelombang tersebut belum dapat mengimbanginya.
Para peneliti di Universitas Texas di Austin melihat harapan dalam golongan antimikroba alami yang disebut mikrosin, yang diproduksi oleh bakteri dalam usus dan membantu mereka bersaing dengan bakteri pesaing. Dalam sepasang makalah terbaru, para peneliti mengidentifikasi mikrosin pertama yang diketahui yang menargetkan galur bakteri penyebab kolera dan menjelaskan metode untuk menemukan mikrosin dalam genom bakteri dengan bantuan kecerdasan buatan.
“Bayangkan suatu hari mengonsumsi yogurt yang mengandung galur bakteri probiotik yang menghasilkan mikrosin untuk mencegah atau mengobati kolera, E. coli patogenik, penyakit radang usus, atau kanker usus besar,” kata Bryan Davies, profesor biosains molekuler dan penulis senior pada kedua makalah tersebut. “Idenya adalah memasukkan bakteri sehat yang kemudian dapat terus-menerus membuat mikrosin di dalam usus untuk melawan patogen yang dimaksud.”
Penelitian kolera, yang diterbitkan dalam Cell Host & Microbe , dipimpin oleh Sun-Young Kim, kandidat Ph.D. di UT.
Kolera, penyakit diare mematikan yang disebabkan oleh bakteri Vibrio cholerae, menyebabkan dehidrasi parah dan dapat membunuh hanya dalam beberapa jam. Menurut Organisasi Kesehatan Dunia, setiap tahun kolera menyebabkan 21.000 hingga 143.000 kematian di seluruh dunia. Jenis bakteri usus lainnya diduga memicu kambuhnya penyakit radang usus. Dan masih ada jenis bakteri usus lainnya yang dikaitkan dengan perkembangan kanker usus besar. Masing-masing merupakan target potensial untuk mikrosin.
Mikrosin sangat selektif, artinya mereka biasanya menargetkan bakteri tertentu, tidak seperti antibiotik tradisional yang secara umum membunuh bakteri yang diinginkan dan tidak diinginkan. Ini berarti mereka berpotensi menghilangkan bakteri yang tidak diinginkan tanpa mengganggu keseimbangan mikrobioma usus manusia yang sangat penting bagi kesehatan secara keseluruhan. Dan karena mekanisme kerjanya berbeda dari antibiotik tradisional, mereka tetap efektif melawan patogen yang telah mengembangkan resistensi antibiotik.
Sulit untuk menemukan mikrosin dalam genom bakteri karena urutan genetiknya sangat pendek dan beragam. Jadi, tim tersebut mulai mencari genom V. cholerae untuk protein yang lebih besar yang disebut PCAT, yang dikaitkan dengan mikrosin dan membantu mengeluarkannya dari bakteri yang memproduksinya sehingga dapat mencapai bakteri lain. Ini seperti ketika Anda menggunakan penanda di lingkungan Anda untuk membantu teman menemukan rumah Anda (“Saya dua rumah dari kantor pemadam kebakaran”).
Para peneliti menemukan sekitar dua lusin calon mikrosin, semuanya dari galur V. cholerae yang tidak patogen. Mereka menunjukkan bahwa salah satu mikrosin ini, yang disebut MvcC, membunuh galur V. cholerae yang patogen. Dengan kata lain, ini adalah senjata alami yang digunakan satu galur bakteri untuk mengalahkan kerabat dekatnya.
“Saat ini, ada bakteri di dalam usus yang membuat mikrosin,” kata Davies. “Itu adalah bagian alami dari cara komunitas bakteri berorganisasi dan bersaing.”
Jadi bagaimana strain V. cholerae yang menghasilkan mikrokin tidak meracuni dirinya sendiri?
Para peneliti menemukan bahwa galur V. cholerae yang menghasilkan mikrosin juga menghasilkan sejenis penawar racun, yang disebut protease imunitas. Mereka menunjukkan bahwa — pada tikus yang ususnya terinfeksi galur V. cholerae patogen dan nonpatogen — bakteri yang mengekspresikan mikrosin mengalahkan galur yang tidak mengekspresikannya.
Para peneliti berencana untuk melanjutkan penelitian kolera dengan tiga cara:
Memutasi anti-Vibrio microcin MvcC mereka agar lebih mematikan terhadap V. cholerae dan lebih mampu menahan degradasi dalam tubuh manusia.
Mengembangkan kombinasi berbagai anti-Vibrio microcin untuk mencegah berkembangnya resistansi antimikroba.
Menemukan strain bakteri penghasil mikrosin mana yang terbaik dalam memproduksi dan mengirimkan mikrosin ke patogen dalam usus.
Dalam makalah terkait yang akan segera diterbitkan dalam jurnal yang ditinjau sejawat dan tersedia sebagai pracetak, para peneliti menjelaskan pendekatan berbasis AI baru untuk menemukan lebih banyak kandidat mikrokin. Pendekatan tersebut menggunakan protein LLM — analog biologis untuk model bahasa besar AI generatif di balik chatbot seperti ChatGPT — untuk menemukan urutan yang mirip dengan mikrokin yang diketahui. Ini adalah salah satu dari beberapa pendekatan berbasis AI yang sedang diujicobakan oleh tim yang mereka harapkan akan menghasilkan lebih banyak penemuan mikrokin.
“Biologi mikrosin sangat unik dan sangat kurang dipelajari,” kata Claus Wilke, seorang profesor biologi integratif dan statistik serta ilmu data di UT, dan salah satu penulis makalah yang akan datang. “Jadi, ini bidang yang bagus untuk digeluti, di mana masih banyak yang harus dilakukan dan ditemukan.”
Penelitian ini didukung oleh The Welch Foundation, National Institutes of Health, US Army Research Office, Winkler Family Foundation dan Tito’s Handmade Vodka.
