Memahami Resistensi Antibiotik

Memahami mengapa bakteri menjadi resisten antibiotik adalah mengetahui bagaimana bakteri merespon obat yang berusaha membunuh mereka. Dalam sebuah studi baru, para peneliti dari Boston College melaporkan bahwa antibiotik mengganggu tanggapan defensif genetik pada bakteri mematikan.

Ketika menghadapi ancaman seperti kekurangan nutrisi, bakteri mematikan Streptococcus pneumoniae memberikan respons yang sangat terorganisir - yang dipengaruhi oleh evolusi genetik bakteri dan didukung oleh gen yang merespons tekanan secara kooperatif. Tapi ketika dihadapkan dengan antibiotik - bentuk tekanan yang relatif baru - bakteri tersebut menciptakan pertahanan dengan bingung.

"Tapi tanggapan terhadap antibiotik sangat tidak terorganisir, menunjukkan bahwa organisme tersebut mengalami kesulitan dengan tekanan ini, mencoba segala macam hal yang tidak terkait untuk mencapai solusi dan mengatasi tekanan," katanya. "Ini menunjukkan bahwa bakteri tersebut jauh kurang familiar dengan antibiotik, bukan 'mengetahui' bagaimana merespon dengan tepat."

Van Opijnen, seorang pakar di bidang bakteri, mengatakan bahwa temuan tersebut dapat memajukan pengembangan obat baru dan juga membantu memprediksi bagaimana bakteri berkembang, beradaptasi dan menjadi resisten terhadap antibiotik.

Van Opijnen dan rekan penulis Karen Zhu, seorang mahasiswa doktoral BC, dan mantan peneliti post-doktoral Paul Jensen, yang sekarang berada di University of Illinois, menggabungkan sejumlah besar data eksperimen dengan model komputasi skala besar baru yang mereka kembangkan untuk menghasilkan yang baru. Wawasan dan tantangan beberapa asumsi lama tentang interaksi antara bakteri dan obat yang dirancang untuk mengobati mereka.

S. pneumoniae membunuh sekitar 1,5 juta orang setiap tahunnya. Dalam penelitian sebelumnya, van Opijnen dan rekannya telah mengungkapkan bahwa bakteri merespons secara unik terhadap antibiotik. Kali ini, tim peneliti melihat bagaimana bakteri merespons berbagai penyebab tekanan. Tim tersebut menggunakan dua pendekatan analitis - yang digunakan selama bertahun-tahun dan yang dikembangkan di laboratorium van Opijnen.

Tim menggunakan proses yang dikenal sebagai sekuens RNA, atau RNA-Seq, untuk menilai gen bakteri yang diprovokasi untuk berubah, sebuah proses yang dikenal sebagai transkripsi. Kegiatan ini telah lama dipandang sebagai cara untuk memahami bagaimana bakteri memerangi antibiotik dan tekanan lainnya.

Selama lebih dari dua tahun, eksperimen RNA-Seq tim menganalisis 800 juta urutan genetik dan menghasilkan 150.000 titik data. Tn-Seq menganalisis 1,2 miliar sekuens dan menghasilkan 300 juta titik data, kata Zhu.

Para peneliti membangun model metabolik dari respons terkoordinasi terhadap kekurangan nutrisi, gen yang merespons berdekatan satu sama lain. Ketika diuji dengan antibiotik, model tersebut menunjukkan bahwa respons jaringan dan gen tersebut tidak lagi berdekatan.

"Dalam hal penipisan nutrisi, bakteri 'tahu' bagaimana mengkoordinasikan aktivitas untuk menghadapinya. Tetapi dengan pemicu invasif yang baru, seperti antibiotik, bakteri mungkin tidak mampu menemukan cara untuk menghasilkan respons yang terkoordinasi. "

Dalam mencari alasan mengapa beberapa jenis bakteri menjadi resisten terhadap antibiotik, para periset telah membentuk pendekatan baru untuk memahami mengapa antibiotik berhasil dalam memerangi infeksi bakteri.

"Dengan menggabungkan percobaan eksperimental dan skala besar, kami telah membuat sebuah model untuk mendapatkan pemahaman dasar dan pertama tentang bagaimana tekanan yang diketahui dan tidak diketahui diproses oleh bakteri," kata van Opijnen. "Itu penting karena ini membuat batu loncatan menjadi intervensi baru di beberapa titik di masa depan. Jika kita dapat memahami bagaimana tekanan diproses, kita dapat menemukan cara yang lebih baik untuk mengembangkan stressor baru untuk menghancurkan organisme, atau membasmi bakteri."