Peran Mikrobiota dalam Kehidupan

1. Dampak Bakteri dalam Kehidupan Kita 

Seorang ahli biologi terkenal bernama Lynn Margulis (1938-2011) berpendapat bahwa dunia mikroorganisme memiliki dampak yang jauh lebih besar pada seluruh biosfer dari semua makhluk hidup. Sekarang tim ilmuwan dari universitas di seluruh dunia telah mengumpulkan dan menyusun hasil dari ratusan studi, sebagian besar dari dekade terakhir, pada interaksi hewan-bakteri menunjukkan hubungan kodependen antara bakteri dan bentuk kehidupan yang sangat berbeda lainnya.Proyek untuk meninjau penelitian saat ini tentang interaksi hewan-bakteri dimulai ketika beberapa ilmuwan mengakui pentingnya bakteri dalam bidang studi mereka sendiri. Michael Hadfield, Profesor Biologi di Universitas Hawaii di Manoa, melakukan pengakuan setelah selama bertahun-tahun mempelajari metamorfosis hewan laut. Dia menemukan bahwa bakteri tertentu mempengaruhi larva laut untuk menetap di tempat-tempat tertentu di dasar laut, di mana mereka berubah menjadi remaja dan menjalani sisa hidup mereka."Setelah kami menentukan bahwa bakteri biofilm tertentu memberikan ligan yang penting dan unik untuk merangsang larva satu cacing laut yang didistribusikan secara global, penelitian kami secara alami berkembang menjadi studi tentang porsi genom bakteri yang bertanggung jawab untuk pensinyalan, dan untuk spesies lain, di mana kami menemukan gen yang sama terlibat.

Hadfield mengatakan kepada Phys.org terkait pada studi interaksi hewan-bakteri, bersama Margaret McFall-Ngai [Profesor Mikrobiologi Medis dan Imunologi di University of Wisconsin, Madison] membahas situasi saat ini secara luas dan kemudian memutuskan untuk mencoba untuk mengumpulkan sejumlah besar pakar tentang berbagai pendekatan untuk mempelajari interaksi bakteri-hewan untuk mengusulkan 'pertemuan katalisis' mengenai masalah Sintesis Evolusi Nasional National Science Foundation, National Science Foundation. Pusat (NESCent), yang didanai, dan proyek ini berjalan. "

2 Bakteri Mengelilingi Kita

Dalam banyak hal, mudah untuk melihat peran penting yang dimainkan bakteri di dunia. Bakteri adalah salah satu bentuk kehidupan pertama yang muncul di Bumi, sekitar 3,8 miliar tahun yang lalu, dan mereka kemungkinan besar akan bertahan lama setelah manusia pergi. Di pohon kehidupan saat ini, mereka menempati salah satu dari tiga cabang utama (dua lainnya adalah Archaea dan Eucarya, dengan hewan milik yang terakhir). Meskipun bakteri sangat beragam dan hidup hampir di mana-mana di Bumi, dari dasar laut hingga bagian dalam usus kita, mereka memiliki beberapa kesamaan. Mereka serupa dalam ukuran (beberapa mikrometer), mereka biasanya terbuat dari sel tunggal atau beberapa sel, dan sel-sel mereka tidak memiliki inti.

Meskipun para ilmuwan telah mengetahui selama bertahun-tahun bahwa hewan berfungsi sebagai inang bagi bakteri, yang hidup terutama di usus / usus, di mulut, dan di kulit, penelitian terbaru telah menunjukkan bahwa manusia memiliki sekitar 10 kali lebih banyak sel bakteri dalam tubuh kita daripada sel manusia. (Namun, total bakteri memiliki berat kurang dari setengah pon karena sel-sel bakteri jauh lebih kecil daripada sel manusia)

Sementara beberapa dari bakteri ini hidup berdampingan dengan hewan, tidak banyak berinteraksi, beberapa dari mereka banyak berinteraksi. Kami sering mengaitkan bakteri dengan "kuman" atau patogen penyebab penyakit, dan bakteri bertanggung jawab atas banyak penyakit, seperti tuberkulosis, wabah pes, dan infeksi MRSA. Tetapi bakteri juga melakukan banyak hal baik, dan penelitian terbaru menggaris bawahi fakta bahwa kehidupan hewan tidak akan sama tanpa mereka.

"Jumlah sebenarnya spesies bakteri di dunia sangat besar, termasuk bakteri yang sekarang ditemukan mengelilingi bumi di lapisan paling atas atmosfer kita dan di bebatuan jauh di bawah dasar laut," kata Hadfield. Kemudian dari semua lingkungan yang memungkinkan yang dapat Anda pikirkan, mulai dari tangki sepi hingga sumber air panas, dan di semua dan di hampir setiap organisme hidup terdapat bakteri. Karena itu, proporsi semua spesies bakteri yang bersifat patogen terhadap tanaman dan hewan adalah tentu kecil. Saya menduga bahwa proporsi yang bermanfaat / diperlukan untuk tanaman dan hewan juga kecil dibandingkan dengan jumlah total bakteri yang ada di alam semesta, dan tentunya sebagian besar bakteri, dalam perspektif ini, 'netral.' Namun, saya juga yakin bahwa jumlah mikroba yang menguntungkan, bahkan mikroba yang sangat diperlukan, jauh lebih banyak daripada jumlah patogen. "

3 Asal-Usul Hewan dan Evolusi 

Dari awal, bakteri mungkin telah memainkan peran penting dengan membantu dalam asal-usul organisme multiseluler (sekitar 1-2 miliar tahun yang lalu) dan pada asal-usul hewan (sekitar 700 juta tahun yang lalu). Para peneliti baru-baru ini menemukan bahwa salah satu kerabat terdekat hewan multisel, sel choanoflagellate, merespons sinyal dari salah satu bakteri mangsanya. Sinyal-sinyal ini menyebabkan membagi sel choanoflagellate untuk mempertahankan koneksi, yang mengarah pada pembentukan koloni yang terkoordinasi dengan baik yang mungkin telah menjadi organisme multiseluler. Peran bakteri dalam proses ini tidak mengecualikan perspektif lain tetapi menambah pertimbangan tambahan.

Bakteri juga memainkan peran penting dalam membantu mereka sepanjang jalur evolusi mereka. Sementara perkembangan hewan secara tradisional dianggap diarahkan terutama oleh genom hewan itu sendiri dalam menanggapi faktor-faktor lingkungan. Penelitian baru-baru ini menunjukkan bahwa perkembangan hewan lebih baik dianggap sebagai orkestrasi antara hewan, lingkungan, dan koevolusi berbagai spesies mikroba. Salah satu contoh koevolusi ini mungkin terjadi ketika mamalia berevolusi endotermin, atau kemampuan untuk mempertahankan suhu konstan sekitar 40 ° C (100 ° F) dengan cara metabolisme. Ini juga merupakan suhu di mana mitra bakteri mamalia bekerja pada efisiensi optimal, menyediakan energi untuk mamalia dan mengurangi kebutuhan makanan mereka. Temuan ini menunjukkan bahwa suhu yang disukai bakteri mungkin telah memberikan tekanan seleksi pada evolusi gen yang terkait dengan endotermia.

4 Pensinyalan Bakteri

Bukti untuk aliansi yang mengakar kuat antara hewan dan bakteri juga muncul dalam genom kedua kelompok. Para peneliti memperkirakan bahwa sekitar 37% dari 23.000 gen manusia memiliki homolog dengan bakteri dan Archaea, yaitu mereka terkait dengan gen yang ditemukan pada bakteri dan Archaea yang berasal dari family yang sama.

Banyak dari gen homolog ini memungkinkan pensinyalan antara hewan dan bakteri, yang menunjukkan bahwa mereka telah mampu berkomunikasi dan mempengaruhi perkembangan satu sama lain. Salah satu contoh adalah penemuan Hadfield dan kelompoknya bahwa pensinyalan bakteri memainkan peran penting dalam mendorong metamorfosis pada beberapa larva invertebrata laut, di mana bakteri menghasilkan isyarat yang terkait dengan faktor lingkungan tertentu. Penelitian lain telah menemukan bahwa pensinyalan bakteri mempengaruhi perkembangan otak normal pada mamalia, memengaruhi perilaku reproduksi pada vertebrata dan invertebrata, dan mengaktifkan sistem kekebalan pada lalat tsetse. Bahan kimia penciuman yang menarik beberapa hewan (termasuk manusia) ke calon pasangan mereka juga diproduksi oleh bakteri penghuni hewan.

Pensinyalan bakteri tidak hanya penting untuk perkembangan, tetapi juga membantu hewan memelihara homeostasis, menjaga kita tetap sehat dan bahagia. Seperti yang ditunjukkan oleh penelitian, bakteri di usus dapat berkomunikasi dengan otak melalui sistem saraf pusat. Studi telah menemukan bahwa tikus tanpa bakteri tertentu memiliki cacat di daerah otak yang mengendalikan kecemasan dan perilaku seperti depresi. Pensinyalan bakteri juga memainkan peran penting dalam menjaga sistem kekebalan hewan. Mengganggu jalur pensinyalan bakteri ini dapat menyebabkan penyakit seperti diabetes, penyakit radang usus, dan infeksi. Studi juga menunjukkan bahwa banyak patogen yang menyebabkan penyakit pada hewan telah "membajak" saluran komunikasi bakteri ini yang awalnya berevolusi untuk menjaga keseimbangan antara hewan dan ratusan spesies bakteri menguntungkan.

Pensinyalan juga muncul di arena ekosistem yang lebih besar. Sebagai contoh, bakteri dalam nektar bunga dapat mengubah sifat kimiawi nektar, mempengaruhi cara penyerbuk berinteraksi dengan tanaman. Bayi manusia yang dilahirkan melalui vagina memiliki bakteri usus yang berbeda dari yang dilahirkan oleh operasi caesar, yang mungkin memiliki efek jangka panjang. 

5 Di usus

Pada hewan, bakteri usus memainkan peran penting dalam nutrisi dengan membantu hewan mencerna makanan mereka, dan mempengaruhi perkembangan sistem organ terdekat lainnya, seperti sistem pernapasan dan sistem urogenital. Demikian juga, evolusi hewan kemungkinan mendorong evolusi bakteri. Sebagai contoh, 90% dari spesies bakteri dalam usus rayap tidak ditemukan di tempat lain. Spesialisasi seperti itu juga berarti bahwa kepunahan setiap spesies hewan menyebabkan kepunahan dari sejumlah garis keturunan bakteri yang tidak diketahui yang telah berevolusi bersama dengannya.

Para ilmuwan juga menemukan bahwa bakteri dalam usus manusia beradaptasi dengan perubahan diet. Sebagai contoh, kebanyakan orang Amerika memiliki mikrobioma usus yang dioptimalkan untuk mencerna makanan tinggi lemak, protein tinggi, sementara orang-orang di pedesaan Amazonas, Venezuela, memiliki mikroba usus yang lebih cocok untuk memecah karbohidrat kompleks. Beberapa orang di Jepang bahkan memiliki bakteri usus yang dapat mencerna rumput laut. Para peneliti berpikir mikrobioma usus beradaptasi dengan dua cara yaitu dengan menambahkan atau menghilangkan spesies bakteri tertentu, dan dengan mentransfer gen yang diinginkan dari satu bakteri ke yang lain melalui transfer gen horizontal. Baik inang maupun bakteri mendapat manfaat dari hubungan simbiotik semacam ini, yang menurut peneliti jauh lebih luas daripada yang diperkirakan sebelumnya.

Gambar diatas menunjukkan (1mm) insekta yang tinggal dihutan kanopi (10m) menggambarkan efek interaksi bakteri-hewan secara beragam. Secara keseluruhan, penelitian terbaru menunjukkan bahwa hewan dan bakteri memiliki sejarah yang saling terkait, dan saling bergantung satu sama lain untuk kesehatan dan kesejahteraan mereka sendiri serta lingkungan mereka.

Selain itu, para ilmuwan memperkirakan bahwa temuan terbaru tentang interaksi hewan-bakteri kemungkinan akan membutuhkan ahli biologi untuk secara signifikan mengubah pandangan mereka tentang sifat dasar dari seluruh biosfer. Sejalan dengan ini, proyek penelitian skala besar seperti Human Microbiome Project dan Earth Microbiome Project sudah berlangsung untuk menyelidiki berbagai bakteri dalam sistem individu dan global, dan untuk melihat apa yang terjadi ketika bakteri terganggu.

Pada akhirnya, para ilmuwan berharap bahwa hasilnya akan mempromosikan lebih banyak kolaborasi lintas-disiplin di antara para ilmuwan dan insinyur dari berbagai bidang untuk mengeksplorasi perbatasan mikroba baru. Mereka berpendapat bahwa penemuan ini harus merevolusi cara biologi diajarkan dari tingkat sekolah menengah ke atas, dengan lebih berfokus pada hubungan antara bakteri, mitra hewan, dan semua bentuk kehidupan lainnya. Menurut Hadfield. "Dalam banyak kasus, ini mungkin memerlukan kemitraan melintasi batas-batas tradisional penelitian, yang berarti bahwa ahli zoologi harus berkolaborasi dengan ahli mikrobiologi untuk memajukan penelitian mereka, bahwa ahli biologi molekuler harus berkolaborasi dengan ahli biologi seluruh organisme, dll. Kami sangat menginginkan pesan dalam 'Hewan di sebuah dunia bakteri, 'untuk menjadi panggilan untuk hilangnya batas-batas lama yang diperlukan antara departemen ilmu kehidupan (misalnya, Departemen Zoologi, Botani, Mikrobiologi, dll) di universitas, dan masyarakat (misalnya, Masyarakat Amerika untuk Mikrobiologi, dll). Hasilnya akan sangat mengubah cara para ilmuwan dari kolaborasi ini melanjutkan dengan bidang penelitian mereka sendiri, kata Hadfield.

6 Ekosistem dalam Tubuh 

Penelitian tentang mikrobioma manusia sedang booming, dan para ilmuwan telah beralih dari sekadar mengambil persediaan flora usus untuk memahami pengaruh mikroba di seluruh tubuh. Tubuh manusia penuh dengan mikroba sampai triliunannya. Bakteri komensal dan jamur yang hidup di luar dan di dalam diri kita melebihi jumlah sel kita sendiri 10 banding 1, dan virus yang bersemayam di dalam sel-sel itu dan kita bisa menambah urutan besarnya. Analisis genetik sampel dari berbagai wilayah tubuh telah mengungkapkan komunitas mikroba yang beragam dan dinamis, yang mendiami tidak hanya usus dan area yang secara langsung terpapar ke dunia luar, tetapi juga bagian tubuh yang diasumsikan bebas mikroba, seperti plasenta, ternyata juga menampung bakteri yang paling mirip dengan yang ada di mulut. Mikrobioma mulut juga diduga mempengaruhi komunitas bakteri di paru-paru. Para peneliti juga memeriksa biologi dasar mikrobioma pada penis, vagina, dan kulit. "Tidak ada jaringan dalam tubuh manusia yang steril, termasuk jaringan reproduksi dan, dalam hal ini, anak yang belum lahir," Seth Bordenstein, seorang ahli biologi di Vanderbilt University.

Secara keseluruhan, anggota ekosistem mikroba tubuh manusia terdiri dari dua hingga enam pon dari total berat badan orang dewasa 200-pound, menurut perkiraan dari Human Microbiome Project, yang diluncurkan pada 2007 oleh National Institutes of Health (NIH). Saluran pencernaan adalah rumah bagi sebagian besar mikroba ini, dan, dengan demikian, telah menarik minat paling besar dari komunitas penelitian. Tetapi para ilmuwan semakin belajar tentang mikrobioma yang mendiami bagian-bagian tubuh di luar usus, dan mereka menemukan bahwa komunitas-komunitas ini mungkin sama pentingnya. Pola yang kuat, bersama dengan keragaman dan variasi yang tinggi di luar dan di dalam individu, adalah tema yang berulang dalam penelitian microbiome. Sementara survei komunitas mikroba tubuh terus berlanjut, bidang ini juga memasuki tahap kedua penyelidikan untuk memahami bagaimana mikrobioma manusia meningkatkan kesehatan atau mengizinkan penyakit.

7 Mikrobia Mulut 

Almarhum ahli zoologi Charles Atwood Kofoid tidak mungkin mengetahui bahwa ia dan rekan-rekannya di University of California, Berkeley, mulai menekuni microbiome oral manusia ketika, pada 1929, mereka menggambarkan dalam Journal of the American Dental Association “mulut hewan parasit dan hubungannya dengan penyakit gigi”. Para ilmuwan yang mempelajari penyakit periodontal selama beberapa dekade telah menyadari bahwa bakteri patogen tertentu berkontribusi terhadap peradangan dan akhirnya kerusakan jaringan di dalam rongga mulut. Tetapi sekarang diketahui bahwa mulut dipenuhi dengan mikroba komensal juga, dan bahwa bakteri yang biasanya jinak ini dapat berkontribusi untuk kesehatan seseorang di luar gusi, lidah, dan gigi mereka.

Beberapa mikroba yang tinggal di mulut siap bergerak dari rongga mulut, lewat dengan air liur dan makanan lebih jauh melalui saluran pencernaan, misalnya, atau menjadi aerosol dan menyebar ke paru-paru. Sebuah studi baru-baru ini menunjukkan bahwa microbiome plasenta lebih mirip dengan mulut daripada situs tubuh lainnya, menunjukkan rongga mulut, melalui aliran darah ibu, mungkin juga memasok organ dengan mikroba komensal. 

Mulut juga dapat menularkan bakteri yang tidak terlalu ramah ke situs tubuh lainnya. "Ada banyak bukti yang menghubungkan bakteri oral dengan infeksi distal," kata Kumar. Sampai saat ini, bakteri oral telah terlibat dalam penyakit kardiovaskular, kanker pankreas, kanker kolorektal, rheumatoid arthritis, dan kelahiran prematur, di antara hal-hal lainnya.

Langkah pertama dalam memahami bagaimana mikroba mulut mempengaruhi kesehatan dan penyakit manusia adalah menentukan spesies mana yang mendiami rongga mulut manusia. Pada 2010, ahli mikrobiologi Floyd Dewhirst dari Forsyth Institute di Cambridge, Massachusetts, dan rekan-rekannya menerbitkan pemeriksaan komprehensif pertama mikroba penghuni mulut, menemukan komunitas berbeda di lidah, di atap mulut, dalam biofilm yang melapisi gigi dan gusi, dan di tempat lain di rongga mulut (J Bacteriol, 192: 5002-17, 2010). Para peneliti telah mengidentifikasi sekitar 700 spesies mikroba yang menghuni mulut manusia. "Kami melakukannya dengan sangat baik dalam hal siapa yang ada di sana," kata Dewhirst.

Para ilmuwan juga mulai mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana mikroba diatur dalam rongga mulut. Akumulasi bukti menunjukkan bahwa struktur microbiome ini "tidak sembarangan atau acak," kata Salomon Amar dari Boston University. Keragaman spesies yang demikian membuat interaksi seluler bervariasi. Pada suatu waktu, "mungkin ada 200 atau 300 spesies yang berinteraksi satu sama lain dan inang," kata William Wade, seorang profesor mikrobiologi oral di Barts dan The London School of Medicine dan Dentistry's Blizard Institute. “Mencoba untuk memodelkan interaksi ini sangat sulit.” Namun, dengan memahami dinamika cara komunitas ini meningkatkan kesehatan atau menggagalkan patogenesis, suatu hari, para peneliti mungkin dapat mengganggu microbiome oral dengan cara-cara yang ditargetkan untuk mencegah pertumbuhan yang berbahaya.

8 Mikrobia dalam Paru-Paru

Jika saluran pencernaan manusia adalah sungai yang memanjang dari mulut melalui lambung dan usus, paru-paru akan menjadi kolam yang berdekatan yang diberi makan oleh arus, menurut Gary Huffnagle dari University of Michigan yang mulai mempelajari komunitas bakteri yang mendiami organ-organ ini. "Ada aliran konstan ke paru-paru bakteri yang disedot dari mulut," katanya. Tetapi melalui aksi silia, refleks batuk, dan respons pembersihan lainnya, ada juga aliran mikroba ke luar, menjadikan mikrobioma paru-paru sebagai komunitas yang dinamis.

Seperti banyak situs tubuh lainnya yang sekarang diketahui mengandung bakteri komensal, paru-paru bebas penyakit telah lama dipikirkan oleh para peneliti dan dokter untuk sebagian besar steril. Akan tetapi, selama 10 tahun terakhir, bukti telah menunjukkan bahwa paru-paru juga dihuni oleh komunitas penghuni mikroba yang gigih — meskipun kecil. Mikrobioma paru-paru adalah sekitar 1.000 kali lebih padat daripada mikrobioma oral, dan sekitar 1 juta hingga 1 miliar kali lebih jarang daripada komunitas mikroba usus, kata Huffnagle. Hal itu sebagian karena paru-paru tidak memiliki lapisan mukosa yang ramah mikroba yang ditemukan di mulut dan saluran pencernaan. 

Dalam sebuah artikel ulasan yang diterbitkan pada bulan Maret ini (The Lancet Respiratory Medicine, 2: 238-46, 2014), Huffnagle dan rekan-rekannya berpendapat bahwa paru-paru adalah seperti Pasifik Selatan, dengan pulau-pulau kecil yang terdiri dari bakteri berkerumun dan wilayah luas yang tidak berpenghuni di antara mereka. Tampaknya mikrobioma paru-paru dihuni dari mikrobioma oral dan udara, dan di antara populasi ini terdapat sekelompok kecil bakteri yang dapat bertahan hidup di lingkungan unik organ-organ ini. Bakteri yang paling umum ditemukan di paru-paru sehat adalah spesies Streptococcus, Prevotella, dan Veillonella. 

Studi terbaru telah mengaitkan pergeseran microbiome paru dengan penyakit kronis, seperti cystic fibrosis (CF) atau penyakit paru obstruktif kronik (PPOK). Dalam sebuah studi 2012 yang dipimpin oleh ahli epidemiologi John LiPuma dari University of Michigan, para peneliti mengumpulkan spesimen dari paru-paru pasien CF selama lebih dari satu dekade dan menemukan bahwa, seiring perkembangan penyakit, mikrobioma paru menjadi kurang beragam, meskipun kepadatan mikroba secara keseluruhan tetap sama (PNAS, 10.1073 / pnas.1120577109, 2012). Mereka menganggap pergeseran microbiome ini ke penggunaan antibiotik, yang biasanya diberikan kepada mereka yang menderita CF. “Apakah antibiotik itu buruk? Kami tidak mengatakan itu sama sekali, "kata LiPuma. "Pertanyaan yang diangkat makalah ini adalah: Apakah ada titik kritis di mana antibiotik mulai berbalik melawan kita dalam CF?"

Leopoldo Segal dari New York University Langone Medical Center yang mempelajari gangguan jalan nafas kecil dengan mata terhadap deteksi dini COPD, telah menemukan dalam serangkaian studi bahwa peradangan paru-paru sering disertai dengan perubahan susunan bakteri mereka.

Menurut Yvonne Huang dari University of California, San Francisco, Medical Center, karakterisasi mikrobioma paru dalam kaitannya dengan kesehatan dan perkembangan penyakit baru mulai memberikan hasil yang bermakna. "Bidang ini adalah tempat studi mikrobioma usus 10 sampai 15 tahun yang lalu." —Rina Shaikh-Lesko

9 Mikrobia dalam Vagina dan Penis 

Ahli mikrobiologi David Nelson dari Universitas Indiana di Bloomington sedang menyelidiki infeksi Chlamydia ketika ia dan rekannya menemukan bukti yang menunjukkan bahwa patogen yang ditularkan secara seksual dalam saluran urogenital pria berbaur dengan mikroba lain (PLOS ONE, 5: e14116, 2010). Secara khusus, Nelson belajar bahwa strain Chlamydia dari saluran urogenital menyandikan enzim yang memungkinkan mereka membuat triptofan dari senyawa organik yang disebut indole, yang diproduksi oleh bakteri lain yang menghuni penis. "Ada tanda tangan dalam genom klamidia yang menyarankan organisme ini mungkin berinteraksi dengan mikroorganisme lain," kata Nelson. "Itulah yang awalnya menarik minat kami. Dan ketika kami masuk dan mulai melihat, kami menemukan bahwa ada lebih banyak [mikroba] daripada yang kami perkirakan berada di sana. ”

Nelson dan timnya adalah di antara mereka yang menemukan bahwa penis menyimpan mikrobiom uniknya sendiri, di dalam dan di luar. Beberapa pria mengeluarkan urin yang mengandung berbagai spesies lactobacilli dan streptococci, kemungkinan dicuci dari uretra, sedangkan urin lainnya memiliki lebih banyak anaerob, seperti Prevotella dan Fusobacterium. Dalam hal komposisi keseluruhan, “kami melihat banyak persamaan dengan usus,” kata Nelson, mencatat bahwa tampaknya tidak ada formula yang menonjol untuk saluran urogenital “sehat”. Mikroba komensal di dalam uretra dapat membuat pria lebih rentan terhadap infeksi dengan mendukung kolonisasi oleh patogen seperti Chlamydia, sedangkan bakteri yang mengonsumsi nutrisi lingkungan dapat membantu mencegah infeksi. 

Di bagian luar penis, sunat memiliki pengaruh terbesar yang diketahui pada komposisi microbiome. "Pria yang tidak disunat memiliki lebih banyak bakteri pada penis mereka, dan jenis-jenis bakteri juga sangat berbeda," jelas Cindy Liu, yang sekarang menjadi ahli patologi penelitian di Johns Hopkins Medicine di Baltimore.

Pada 2010, Lance Price dari Flagstaff, Arizona, kantor Translational Genomics Research Institute dan rekan-rekannya, termasuk Liu, menunjukkan bahwa pangkal kepala penis, atau glans, mengandung lebih sedikit bakteri anaerob dalam waktu enam bulan setelah para pria dalam penelitian itu disunat (PLOS ONE, 10.1371 / journal.pone.0008422, 2010). Tahun lalu, tim mengkonfirmasi temuannya dalam kelompok yang lebih besar (mBio, 4: e00076-13, 2013). “Tampaknya [microbiome penis] tergantung pada apakah Anda disunat atau tidak disunat — organisme yang berbeda mendominasi,” kata Price.

Beberapa anaerob yang biasa ditemukan pada penis yang tidak disunat dan kadang-kadang di dalam saluran urogenital pria adalah spesies yang sama yang terkait dengan bacterial vaginosis (BV) pada wanita, kata Liu. Deborah Anderson, seorang OB-GYN dan ahli mikrobiologi di Fakultas Kedokteran Universitas Boston, dan rekan-rekannya telah menemukan hasil yang sama. “Salah satu hipotesis adalah bahwa mikrobiom laki-laki mungkin mencerminkan atau terkait dengan mikrobiom pasangannya,” kata Anderson.

Para peneliti yang mempelajari vagina selama bertahun-tahun telah mengkarakterisasi komunitas mikroba sebagai didominasi oleh bakteri Lactobacillus, yang memfermentasi karbohidrat menjadi asam laktat, menghasilkan pH rendah yang beracun bagi banyak mikroba patogen. Ketika kadar Lactobacillus turun, pH menjadi lebih netral, dan risiko infeksi seperti BV meningkat. Tetapi dengan penelitian mengungkapkan variasi penting di antara mikrobioma vagina wanita, serta beberapa dinamika menarik komunitas mikroba dalam satu organ tunggal, "dogma itu berubah sedikit," kata Gregory Buck dari Konsorsium Microbiome Vagina di Virginia Commonwealth University (VCU ).

Beberapa tahun yang lalu, Larry Forney dari Universitas Idaho, Jacques Ravel dari Fakultas Kedokteran Universitas Maryland, dan kolaborator mereka menerbitkan survei mikrobioma vagina dari hampir 400 wanita dan menemukan bahwa mayoritas memendam komunitas bakteri yang didominasi oleh salah satu dari empat strain Lactobacillus (PNAS, 108: 4680-87, 2011). Namun, lebih dari seperempat wanita yang diteliti tidak mengikuti pola ini. Sebagai gantinya, vagina mereka memiliki lebih sedikit lactobacilli dan lebih banyak bakteri anaerob lainnya, walaupun komunitas bakteri selalu termasuk anggota genus yang dikenal memproduksi asam laktat.

Para peneliti juga menemukan bahwa komposisi microbiome vagina wanita terkait dengan etnisitasnya. Delapan puluh persen wanita Asia dan hampir 90 persen wanita kulit putih menyembunyikan mikrobioma vagina yang didominasi oleh Lactobacillus, sementara hanya sekitar 60 persen wanita Hispanik dan kulit hitam yang melakukannya. PH vagina bervariasi sesuai etnis juga,wanita Hispanik dan kulit hitam masing-masing rata-rata 5,0 dan 4,7, dan wanita Asia dan kulit putih rata-rata 4,4 dan 4,2. "Ada perbedaan rasial di lingkungan vagina dan komunitas mikroba secara paralel," kata Buck.

Untuk memperumit masalah lebih jauh, sekarang diakui bahwa microbiome vagina tidak stabil. Setelah menopause, vagina mengandung lebih sedikit lactobacilli daripada selama tahap reproduksi wanita.

10 Mikrobioma Ibu

Sepanjang pelatihannya di bidang kebidanan, Kjersti Aagaard diajari bahwa rahim adalah tempat perlindungan steril bagi bayi, dan "Satu-satunya waktu ketika kita memiliki infeksi patogen," kata Aagaard, yang mempelajari lingkungan rahim manusia dan model hewan di Baylor College of Medicine dan Rumah Sakit Anak Texas.

Pada 2012, Aagaard dan rekan-rekannya menemukan bahwa walaupun mikrobioma vagina memang berubah selama kehamilan, itu tidak menyerupai susunan mikroba bayi yang baru lahir, vagina memendam komunitas bakteri sekitar 80 persen Lactobacillus, sementara manusia yang baru lahir memiliki kelimpahan yang relatif lebih besar dari taksa lainnya, seperti Actinobacteria, Proteobacteria, dan Bacteroides (PLOS ONE, 7: e36466, 2012). Ini menunjukkan bahwa bayi tidak hanya dilukis dengan mikroba vagina saat melahirkan, tetapi paparan bakteri mungkin terjadi lebih cepat.

Beberapa tahun sebelumnya, kelompok Juan Miguel Rodríguez di Complutense University of Madrid di Spanyol telah menginokulasi tikus hamil dengan bakteri berlabel dan mengidentifikasi strain dalam meconium (kotoran yang berkembang dalam janin) anak anjing yang dikirim oleh seksi C, yang menyiratkan bahwa pertemuan pertama bayi dengan mikroba tidak terjadi saat kelahiran (Res Microbiol, 159: 187-93, 2008). Dan dalam penelitian terbarunya, Aagaard dan rekannya mengumpulkan jaringan plasenta dari 320 ibu setelah mereka melahirkan dan mendokumentasikan komunitas mikroba yang beragam yang menyerupai komunitas mikroba oral ibu lebih dari pada bagian tubuh lainnya (Sci Transl Med, 6: 237ra65 , 2014). "Berdasarkan jumlah bukti, sudah saatnya untuk membalikkan paradigma steril-rahim dan mengenali anak yang belum lahir pertama kali di dalam rahim," kata Seth Bordenstein dari Vanderbilt University.

Proses persalinan, dengan demikian, akan menjadi perhentian kedua dalam perjalanan microbiome ibu. Begitu berada di luar, pelukan pertama bayi dengan ibunya benar-benar pelukan dengan microbiome kulitnya. Dan kemudian ada ASI, yang selama beberapa dekade juga dianggap steril, tetapi sebenarnya merupakan sup bakteri krim.

Ketika Rodríguez pertama kali mulai memeriksa ASI pada 1990-an dan menemukan bukti bahwa itu berfungsi sebagai sumber potensial mikroba dalam kotoran bayi, banyak orang tidak percaya padanya. Mereka berasumsi bahwa sampelnya terkontaminasi, "mungkin dari kulit ibu atau dari mulut bayi," katanya, tetapi strain bakteri yang ia temukan dalam ASI tidak ada di mulut atau di kulit. Dan kemudian, kelompoknya mengkonfirmasi bahwa bakteri ASI ini menemukan jalan mereka ke usus bayi.

Pada 2011, Mark McGuire dari University of Idaho dan rekan-rekannya mengkarakterisasi mikrobioma ASI dari 16 wanita dan menemukan komunitas mikroba yang beragam (PLOS ONE, 6: e21313, 2011). Bakteri yang paling banyak adalah Streptococcus, Staphylococcus, Serratia, dan Corynebacteria, meskipun masing-masing sampel wanita berbeda. "Itu sangat personal," kata McGuire. "Bagian dari personalisasi itu berarti dia mengambil sampel lingkungannya dan menyediakan lingkungan itu kepada anak-anaknya, dan mungkin itu cara untuk melatih sistem kekebalan tubuh dan membantu bayi memperluas apa yang akan terpapar pada awal kehidupan."

Selain memperkenalkan mikroba untuk mengisi usus bayinya, microbiome ibu selama kehamilan dan menyusui tampaknya mempengaruhi kesehatannya sendiri. Perubahan mikrobioma usus selama kehamilan berkorelasi dengan peningkatan lemak tubuh dan penurunan sensitivitas insulin pada tikus (Cell, 150: 470-80, 2012). Dan beberapa tahun yang lalu, Rodríguez menemukan bahwa mikrobioma ASI pada wanita dengan mastitis, infeksi jaringan payudara yang menyakitkan, dicirikan oleh apa yang disebutnya "dysbiosis besar", satu strain bakteri patogen yang mendominasi sampel. Memberikan suplemen oral dari bakteri yang hilang membantu para wanita membersihkan infeksi. "Untuk pertama kalinya, 'Mungkin ini penting untuk pengobatan mastitis atau menyusui yang menyakitkan,'" kata Rodríguez, yang timnya sekarang sedang menyelesaikan uji coba berikutnya yang menguji kemampuan bakteri terapeutik, daripada antibiotik, untuk mengobati mastitis saat menyusui.

11 Mikrobioma Kulit

Kulit ditandai dengan banyaknya habitat, termasuk invaginasi, pelengkap, kelenjar, dan folikel. Heterogenitas lingkungan seperti itu tidak mengherankan melahirkan keanekaragaman di tingkat microbiome. Kulit terus-menerus kontak dengan dunia luar, membuat komunitas bakteri yang mengisi kulit beberapa mikrobioma manusia yang paling bervariasi. "Antara pendekatan kelembaban dan kebersihan dan pakaian dan segala sesuatu yang lain, [lingkungan tempat mikroba kulit terpapar] memiliki variasi yang jauh lebih banyak," kata Richard Gallo, kepala dermatologi di University of California, San Diego, School of Medicine.

Namun demikian, kulit tidak hanya ditutupi dengan serangkaian spesies bakteri dari lingkungan. Survei komunitas bakteri yang hidup di dalam dan di kulit orang dewasa yang sehat telah mengungkapkan tiga mikrobioma kulit yang berbeda, masing-masing dengan pola komposisi mikroba yang cukup konsisten. Kelenjar berminyak, atau sebaceous, kepala, leher, dan batang — yang mengeluarkan campuran lipid yang disebut sebum — didominasi oleh spesies Propionibacterium, termasuk P. acnes, yang dikaitkan dengan noda. Situs lembab, seperti lipatan siku, di bawah payudara wanita, atau di antara jari kaki, sering dikunjungi oleh genus Corynebacterium. Dan permukaan tubuh yang kering, bentangan kulit yang tidak turun seperti lengan atau kaki, adalah rumah bagi spesies Staphylococcus, khususnya S. epidermidis.

Sementara hubungan sebab akibat antara mikroba komensal kulit dan kesehatan atau penyakit masih harus dibuktikan, bukti yang telah terakumulasi dalam beberapa tahun terakhir melukiskan gambaran yang sugestif. Penelitian terbaru telah mulai mendokumentasikan bagaimana commensals kulit berinteraksi satu sama lain, dengan mikroba patogen, dan dengan sel manusia. Staphylococcus epidermidis mengeluarkan zat antimikroba yang membantu melawan penyerang patogen, dan P. acnes menggunakan lipid kulit untuk menghasilkan asam lemak rantai pendek yang juga dapat menangkal ancaman mikroba. Sementara itu, mikroba kulit lainnya dapat berdampak pada lingkungan molekul lokal, yang mungkin dapat mengubah perilaku sel kekebalan manusia.

Baru-baru ini, ahli mikrobiologi molekuler Gitte Julie Christensen dari Aarhus University di Denmark dan rekan-rekannya menemukan bahwa strain P. acnes yang terkait dengan gen pembawa kulit yang sehat untuk tiopeptida, senyawa antimikroba yang menghambat pertumbuhan spesies gram positif. Strain yang terkait dengan jerawat, di sisi lain, tampaknya tidak menghasilkan senyawa seperti itu. Dalam budaya, Christensen mengatakan, "kita dapat melihat bahwa jenis yang berhubungan dengan kesehatan ini jauh lebih baik dalam membunuh bakteri lain daripada jenis lainnya. S. epidermidis sendiri memainkan peran penting dalam imunitas inang. Pada tahun 2009, Gallo dan rekannya menunjukkan bahwa spesies mengeluarkan asam lipoteikoat, yang mencegah pelepasan sitokin inflamasi dari keratinosit kulit manusia (Nat Med, 15: 1377-82, 2009), dan pada 2012, Yasmine Belkaid dari National Institute of Allergy dan rekan-rekannya menunjukkan bahwa penambahan S. epidermidis ke kulit tikus bebas kuman mengubah fungsi sel-T untuk meningkatkan kekebalan pejamu (Science, 337: 1115-19, 2012). "Kami mampu menunjukkan bahwa mikroba ini cukup untuk membuat sistem kekebalan kulit serta mampu mengendalikan infeksi," kata Belkaid.

Petunjuk lain tentang keterlibatan mikrobiom kulit dalam kekebalan datang Oktober lalu, ketika dermatologis National Cancer Institute Heidi Kong dan rekan-rekannya menemukan bahwa pasien yang kurang imun cenderung memiliki lebih banyak kulit "permisif" (Genome Res, doi: 10.1101 / gr.159467.113, 2013). Artinya, orang dengan imunodefisiensi primer memendam lebih banyak komunitas bakteri dan jamur, termasuk spesies yang biasanya tidak ditemukan pada orang dewasa yang sehat. "Ada kemungkinan bahwa kerusakan fokal dalam sistem kekebalan memungkinkan atau mengizinkan bakteri dan jamur yang tidak biasa ini ada pada pasien ini," kata Kong.

Karena pentingnya mikrobioma kulit dalam kesehatan dan penyakit diselidiki lebih lanjut, para peneliti juga mencari kemungkinan memanipulasi itu. Dengan semua perubahan modern kita dalam gaya hidup, pola makan, praktik kebersihan, dan banyak lagi, "kami telah secara dramatis mengubah mikrobiota kulit kami," kata Belkaid. 

12 Jenis bakteri yang biasa ditemukan pada bangunan

Jenis-jenis bakteri yang lazim di suatu lingkungan ditentukan oleh beberapa faktor. Namun, bakteri ditemukan di setiap tempat yang bisa dihuni di bumi. Mereka bertahan hidup di tanah, bebatuan, lautan, gunung berapi, dan bahkan salju Arktik. Beberapa ditemukan hidup di atau pada organisme lain termasuk tanaman, hewan, dan manusia. Jenis bakteri yang umum ditemukan dalam bangunan tidak berbahaya ketika dalam jumlah rendah. Namun, seperti halnya jamur, kadar bakteri yang meningkat terutama tipe gram negatif berpotensi membahayakan kesehatan.

13 Sumber dan jenis bakteri dalam bangunan

1. Koloni Bakteri

Beberapa jenis bakteri dalam bangunan dibawah masuk oleh penghuni dan dengan udara luar. Lainnya adalah bakteri yang berhubungan dengan usus manusia seperti Lactobacillus , Staphylococcus dan Clostridium . Jenis bakteri ini paling umum di lingkungan kamar mandi. Penelitian telah menunjukkan bahwa jenis bakteri dalam suatu bangunan juga dipengaruhi oleh jenis ventilasi, yaitu ventilasi mekanis atau alami. Misalnya, bangunan berventilasi alami dikaitkan dengan lebih banyak bakteri terkait tanaman dan tanah, sementara bangunan berventilasi mekanis cenderung didominasi oleh bakteri terkait manusia.

2. Bagaimana bakteri bertahan hidup dalam kondisi buruk

Beberapa jenis bakteri dapat membentuk struktur aktif yang disebut endospora. Endospora sangat tahan terhadap kondisi fisik dan kimia yang merugikan seperti panas, radiasi UV dan desinfektan. Ini membuat menghancurkan mereka sangat sulit. Banyak bakteri penghasil endospore adalah patogen jahat, misalnya Bacillus anthracis , agen penyebab antraks.

3. Jenis Bakteri berdasarkan bentuk dan reaksi dinding sel mereka terhadap noda tertentu

Bakteri dapat hidup sebagai sel tunggal, berpasangan, rantai atau kelompok. Mereka diklasifikasikan ke dalam 5 kelompok sesuai dengan bentuk dasarnya:

1.bola: cocci

2.batang: basil

3. spiral: spirilla

4. koma: vibrios 

5.pembuka botol: spirochaetes.

Atas dasar reaksi dinding sel mereka terhadap noda tertentu (disebut pewarnaan Gram) bakteri dibagi menjadi 2 kelompok, yaitu gram positif (bakteri dengan dinding sel) dan gram negatif (bakteri tanpa dinding sel).

14 Peran Bakteri dalam Lingkungan

Beberapa jenis bakteri hidup di tanah atau pada bahan organik mati di mana mereka memainkan peran penting dalam siklus nutrisi. Beberapa jenis berbahaya dan menyebabkan pembusukan makanan dan kerusakan tanaman tetapi yang lain sangat berguna dalam produksi makanan fermentasi seperti yoghurt dan kecap. Ada lebih dari 2000 spesies bakteri tetapi hanya beberapa yang merupakan parasit atau patogen yang menyebabkan penyakit pada hewan dan tumbuhan.

15 Jenis Bakteri yang Menguntungkan

Tidak semua jenis bakteri berbahaya. Bahkan beberapa jenis sebenarnya membantu kesehatan seseorang dan kehadiran mereka mungkin diperlukan dalam tubuh untuk mencegah penyakit. Contoh bakteri menguntungkan termasuk:

Lactobacillus acidophilus . Ini adalah bakteri berbentuk batang, Gram-positif yang biasanya ditemukan di usus manusia, vagina dan mulut. Mereka mencegah pertumbuhan berlebih bakteri berbahaya di bagian tubuh ini dengan memproduksi asam laktat. Karena khasiatnya yang menguntungkan, ia digunakan dalam berbagai produk makanan seperti tempe, yogurt, miso, dan suplemen probiotik.Lactobacillus reuteri . Lactobacillus reuteri adalah salah satu agen probiotik yang ada dalam ASI ibu dan menjadi bagian permanen dari flora usus. Ini juga hadir dalam sumber makanan seperti yogurt dan keju.Bifidobacterium animalis . Ini adalah bakteri berbentuk batang (bercabang) dan Gram-positif. Ini membantu dalam proses pencernaan dan juga mencegah infeksi diare dan ragi.Escherichia coli . E.coli adalah bakteri gram negatif berbentuk batang yang membantu memecah gula yang tidak tercerna di usus, sehingga membantu pencernaan. Mereka juga menghasilkan biotin dan vitamin K yang penting untuk banyak proses seluler.Bacillus subtilis . Bacillus subtilis terjadi secara independen di lingkungan sekitar kita. Ini membantu dalam menormalkan motilitas usus dan fungsi metabolisme. Ini diperkaya dengan produk-produk seperti yogurt, keju, susu, es krim, dan kedelai fermentasi.Streptococcus thermophilus . Streptococcus thermophilus memiliki kemampuan menahan suhu sekitar 100 derajat Celcius. Streptococcus thermophilus memperkuat imunitas dan meningkatkan fungsi usus. Ini dapat diperoleh dari keju dan produk susu lainnya.

Beberapa bakteri yang ditemukan di lingkungan seperti Streptomyces , Rhyzobia , dan Cyanobacteriamenghambat proliferasi bakteri berbahaya sehingga menjaga habitat yang sehat bagi manusia.

16 Jenis Bakteri Berbahaya

Beberapa jenis bakteri berbahaya adalah yang dapat menyebabkan penyakit atau mempengaruhi kesehatan seseorang. Ini termasuk:

Mycobacteria . Ini adalah berbentuk batang, dan bukan bakteri Gram-positif maupun Gram-negatif, yaitu, mereka adalah variabel gram. Mereka dapat menyebabkan infeksi pada paru-paru, kulit dan bagian tubuh lainnya. Penyakit paling umum yang terkait dengan bakteri ini adalah kusta dan TBC.Clostridium tetani . Ini adalah bakteri gram positif berbentuk batang yang menginfeksi kulit dan saluran pencernaan, menyebabkan tetanus, yang dapat menyebabkan kematian.Yersinia pestis . Ini adalah bakteri gram negatif berbentuk batang yang menginfeksi kulit dan paru-paru. Ini adalah penyebab penyakit pes dan pneumonia.Helicobacter pylori . Ini adalah jenis umum dari bakteri yang berhubungan dengan tukak lambung dan peptikum. Meskipun hampir separuh populasi dunia mungkin memiliki bakteri berbahaya ini, beberapa tidak menunjukkan gejala.Bacillus anthracis . Ini adalah bakteri berbentuk batang, Gram-positif yang terjadi pada banyak hewan seperti kambing, domba dan sapi tetapi dapat ditularkan ke manusia, menyebabkan masalah perut termasuk diare.Streptococcus Pyogenes . Streptococcus Pyogenes adalah coccus Gram positif. Ini adalah agen penyebab infeksi tenggorokan dan sakit kulit ringan. Pada beberapa orang infeksi ini dapat memburuk yang menyebabkan infeksi yang mengancam jiwa seperti sindrom syok toksik dan septikemia.Escherichia coli. E. coli adalah basil gram negatif. Ini adalah agen penyebab diare pelancong.Vibrio cholerae. Vibrio cholerae adalah agen penyebab kolera. Bakteri diperoleh melalui asupan makanan yang tidak dimasak dengan benar atau kondisi sanitasi yang buruk.Enteritis salmonella . Enteritis salmonella adalah agen penyebab keracunan makanan paling umum di seluruh dunia. Kehadirannya dalam makanan dapat menyebabkan keracunan makanan yang serius dan mengancam jiwa, diare, syok peredaran darah dan dehidrasi pada anak-anak.Salmonella typhi . Salmonella typhi adalah bakteri gram negatif. Ini adalah agen penyebab demam tifoid dan dapat membunuh jika pengobatan yang tepat tidak dilakukan pada waktu yang tepat. Ini terkait dengan tingkat kematian yang tinggi. Gejalanya meliputi diare darah, muntah, dehidrasi, dan demam. 

Jenis Umum Bakteri Lingkungan. Di bawah ini adalah jenis umum dari bakteri lingkungan. Beberapa lebih sering terisolasi dari lingkungan daripada yang lain.

Acinetobacter spp.Alcaligenes spp.Bacillus spp.Bordetella spp.Campylobacter spp.Citrobacter spp.Clostridium spp.Corynebacterium spp.Escherichia spp.Enterobacter spp.Enterococcus spp.Flavobacterium spp.Klebsiella spp.Legionella sppListeria spp.Micrococcus spp.Mycobacterium spp.Nocardia spp.Proteus spp.Providencia spp.Pseudomonas spp.Salmonella spp.Serratia spp.Shigella spp.Staphylococcus spp.Streptococcus spp.Streptomyces spp.Thermomonospora spp.Yersinia spp. Jenis lain dari Bakteri Lingkungan :Bakteri besi Bakteri belerang. 

17 Bakteri dalam Plastik 

Botol plastik yang kita buang hari ini akan ada selama ratusan tahun . Itu salah satu alasan utama mengapa masalah polusi plastik yang semakin meningkat, yang memiliki efek mematikan pada kehidupan laut , begitu serius.Tetapi para ilmuwan baru-baru ini menemukan jenis bakteri yang secara harfiah dapat memakan plastik yang digunakan untuk membuat botol, dan sekarang telah memperbaikinya untuk membuatnya bekerja lebih cepat.Efeknya sederhana - ini bukan solusi lengkap untuk polusi plastik - tetapi ini menunjukkan bagaimana bakteri dapat membantu menciptakan daur ulang yang lebih ramah lingkungan.

Plastik adalah polimer kompleks, artinya mereka panjang, mengulangi rantai molekul yang tidak larut dalam air. Kekuatan rantai ini membuat plastik sangat tahan lama dan berarti dibutuhkan waktu yang sangat lama untuk terurai secara alami. Jika mereka dapat dipecah menjadi unit-unit kimia yang lebih kecil dan larut, maka blok bangunan ini dapat dipanen dan didaur ulang untuk membentuk plastik baru dalam sistem loop tertutup.

Pada 2016, para ilmuwan dari Jepang menguji bakteri berbeda dari pabrik daur ulang botol dan menemukan bahwa Ideonella sakaiensis 201-F6 dapat mencerna plastik yang digunakan untuk membuat botol minuman sekali pakai, polyethylene terephthalate (PET). Ia bekerja dengan mengeluarkan enzim (sejenis protein yang dapat mempercepat reaksi kimia) yang dikenal sebagai PETase. Ini membagi ikatan kimia tertentu (ester) dalam PET, meninggalkan molekul yang lebih kecil yang dapat diserap bakteri, menggunakan karbon di dalamnya sebagai sumber makanan.

Meskipun enzim bakteri lain sudah diketahui secara perlahan mencerna PET, enzim baru tersebut tampaknya telah berevolusi secara khusus untuk pekerjaan ini. Ini menunjukkan mungkin lebih cepat dan lebih efisien sehingga memiliki potensi untuk digunakan dalam bio-daur ulang.

18 Krisis plastik. Shutterstock

Akibatnya, beberapa tim telah berusaha memahami dengan tepat bagaimana PETase bekerja dengan mempelajari strukturnya. Dalam 12 bulan terakhir, kelompok-kelompok dari Korea , Cina dan Inggris, AS dan Brasil semuanya telah menerbitkan karya yang menunjukkan struktur enzim pada resolusi tinggi dan menganalisis mekanismenya. Makalah-makalah ini menunjukkan bahwa bagian dari protein PETase yang melakukan pencernaan kimia secara fisik dirancang untuk mengikat permukaan PET dan bekerja pada suhu 30 ° C, sehingga cocok untuk didaur ulang dalam reaktor bio. Dua tim juga menunjukkan bahwa dengan secara halus mengubah sifat kimia enzim sehingga berinteraksi dengan PET secara berbeda membuatnya bekerja lebih cepat daripada PETase alami.

Menggunakan enzim dari bakteri dalam reaktor bio untuk memecah plastik untuk didaur ulang masih lebih mudah dikatakan daripada dilakukan. Sifat fisik plastik membuatnya sangat sulit untuk berinteraksi dengan enzim.PET yang digunakan dalam botol minuman memiliki struktur semi-kristal, yang berarti molekul plastik padat dan sulit untuk mencapai enzim. Studi terbaru menunjukkan bahwa enzim yang ditingkatkan mungkin bekerja dengan baik karena bagian dari molekul yang terlibat dalam reaksi sangat mudah diakses, sehingga memudahkan enzim untuk menyerang bahkan molekul PET yang terkubur.

19 Perbaikan sederhana

Peningkatan aktivitas PETase tidak dramatis, dan kami tidak menemukan solusi untuk krisis plastik kami. Tetapi penelitian ini membantu kita memahami bagaimana enzim yang menjanjikan ini menghancurkan PET dan memberi petunjuk bagaimana kita bisa membuatnya bekerja lebih cepat dengan memanipulasi bagian aktifnya.

Ini relatif tidak biasa untuk dapat merekayasa enzim untuk bekerja lebih baik daripada yang telah mereka evolusi melalui alam. Mungkin pencapaian ini mencerminkan fakta bahwa bakteri yang menggunakan PETase baru saja berevolusi untuk bertahan hidup pada plastik buatan manusia ini. Ini bisa memberi para ilmuwan peluang menarik untuk menyalip evolusi dengan merekayasa bentuk-bentuk PETase yang dioptimalkan.Tapi ada satu kekhawatiran. Sementara setiap bakteri yang dimodifikasi yang digunakan dalam bioreaktor cenderung sangat terkontrol, fakta bahwa bakteri itu berevolusi untuk menurunkan dan mengonsumsi plastik pada awalnya menunjukkan bahwa bahan yang sangat kita andalkan ini mungkin tidak tahan lama seperti yang kita duga.Jika lebih banyak bakteri mulai memakan plastik di alam liar maka produk dan struktur yang dirancang selama bertahun-tahun dapat terancam. Industri plastik akan menghadapi tantangan serius untuk mencegah produknya terkontaminasi oleh mikroorganisme yang kelaparan.