Virus Belajar Berbagi: Penemuan Terobosan yang Mengubah Terapi Fag

Sebuah studi baru mengungkapkan bagaimana seorang lajang jenis bakteri dapat menopang komunitas spesies fag yang beragam, yang berimplikasi pada perancangan terapi fag yang efektif.

Para peneliti dari NYU, Oxford, dan Yale menunjukkan bahwa fag dapat hidup berdampingan dengan memanfaatkan tingkat pertumbuhan yang berbeda dalam populasi bakteri, sehingga menunjukkan bahwa beberapa fag dapat digunakan bersama untuk mencegah berkembangnya resistensi.

Viral “Kehidupan Sosial” Kunci untuk Mengembangkan Pengobatan Fag untuk Infeksi Bakteri

Virus yang menginfeksi dan membunuh bakteri, yang dikenal sebagai fag, menjanjikan pengobatan untuk infeksi berbahaya, termasuk strain yang kebal antibiotik. Namun, para ilmuwan masih sedikit memahami bagaimana fag bertahan hidup dalam populasi bakteri, sehingga sulit untuk mengembangkan terapi berbasis fag yang efektif.

Sebuah studi yang diterbitkan hari ini (12 Desember) di jurnal Sains memberikan bukti pertama bahwa satu spesies bakteri dapat mendukung beragam komunitas fag yang bersaing. Peneliti dari NYU Grossman School of Medicine, Oxford, dan Universitas Yale menemukan bahwa beberapa spesies fag dapat hidup berdampingan dalam strain yang identik secara genetik E.colibakteri yang biasa ditemukan di usus manusia yang mencakup varian tidak berbahaya dan penyebab penyakit.

Mekanisme Keanekaragaman Fag

Para peneliti menemukan bahwa, meskipun ada persaingan antar virus, spesies fag yang berbeda lebih menyukai sel yang tumbuh lebih lambat atau lebih cepat yang muncul secara acak dalam suatu populasi. Dengan cara ini, setiap spesies fag dapat menemukan ceruk terpisah pada inang yang sama, sehingga menghasilkan hidup berdampingan yang stabil.

Kurangnya akses lokal terhadap nutrisi (kelaparan), misalnya, dapat memperlambat pertumbuhan beberapa sel untuk melestarikan sumber daya yang langka. Dalam penelitian saat ini, dua spesies fag, berlabel N dan S, hidup berdampingan karena N lebih mampu bertahan hidup dalam sel bakteri yang tumbuh cepat, sedangkan fag S lebih baik dalam sel bakteri yang tumbuh lambat.

Merancang Terapi Fag yang Efektif

Para perancang terapi fag berharap dapat menghindari masalah dalam pengobatan dengan antibiotik, dimana obat tertentu membunuh bakteri namun tetap membiarkan sebagian kecil bakteri paling resisten terhadap mekanisme kerja obat tersebut. Para penyintas ini menjadi perhatian utama karena mereka menjadi kebal terhadap pengobatan yang tersedia.

“Mengetahui bagaimana lebih dari satu jenis fag dapat bertahan hidup pada satu bakteri dapat membantu dalam merancang campuran fag generasi berikutnya,” kata penulis studi pertama, Nora Pyenson, PhD, seorang sarjana pasca-doktoral di laboratorium rekan penulis Jonas. Schluter, PhD, dari Institut Sistem Genetika di NYU Langone Health. “Misalnya, setiap spesies fag mungkin menyerang bakteri di bagian siklus hidup yang berbeda dan memungkinkan seluruh populasi dibunuh sebelum resistensi terhadap pengobatan berkembang.”

“Belum ada terapi fag yang menjadi pengobatan standar untuk infeksi bakteri, karena pada percobaan sebelumnya satu fag tidak membunuh semua bakteri yang menjadi target atau karena bakteri berevolusi menjadi resisten, mirip dengan evolusi resistensi antibiotik,” tambah Dr. Pyenson .

Terapi Fag dalam Uji Klinis

Laboratorium sudah menguji pengobatan fag sebagai alternatif antibiotik. Rekan penulis makalah ini, Paul Turner, PhD, di Universitas Yale, misalnya, memimpin uji klinis yang menggunakan fag untuk melawan spesies tersebut. Pseudomonas aeruginosayang dapat menyebabkan peradangan parah pada paru-paru pasien dengan fibrosis kistik. Laboratorium Dr. Schluter sedang mempelajari peran fag dalam ekosistem usus manusia dan tikus yang dapat membentuk terapi masa depan untuk infeksi seperti Salmonella. Tujuan utamanya adalah untuk mengantisipasi dampak pemberian fag dan merancang terapi fag yang, tidak seperti versi saat ini yang harus disesuaikan untuk satu pasien, dapat bekerja secara universal pada banyak pasien.

Ekologi Fag dan Keanekaragaman Virus

Memahami keanekaragaman spesies adalah pertanyaan mendasar dalam ekologi dan biologi evolusi. Faktor utama yang memungkinkan terjadinya keanekaragaman, mulai dari burung, tumbuhan, hingga bakteri, adalah bahwa spesies menemukan cara untuk hidup berdampingan sambil tetap bersaing untuk mendapatkan sumber daya. Namun, virus secara tradisional tidak dianggap dalam konteks “sosial” ini.

Tim peneliti saat ini secara eksperimental menguji asumsi lama bahwa keragaman genetik bakteri membatasi keanekaragaman spesies virus. Hal ini menimbulkan ekspektasi bahwa satu jenis fag akan mengungguli jenis fag lainnya dan menjadi satu-satunya yang selamat. Namun, sama seperti organisme multiseluler yang menampung beragam spesies bakteri dalam mikrobiomanya, hasil baru menunjukkan bahwa satu strain bakteri dapat menampung beragam komunitas spesies fag.

“Penelitian kami berkontribusi pada bidang studi kehidupan sosial virus yang sedang berkembang,” tambah Dr. Pyenson. “Kita sering menganggap virus semata-mata berdasarkan dampaknya terhadap inangnya, namun virus juga ada dalam konteks spesies virus lainnya. Komunitas fag ini menunjukkan bagaimana keragaman muncul bahkan di bagian biologi yang paling sederhana sekalipun.”

Dampak terhadap Kesehatan dan Penyakit

Menariknya, kehadiran beragam populasi bakteri di usus manusia merupakan tanda kesehatan, karena beragam spesies (mikrobioma) lebih mampu melawan upaya dominasi spesies penyerang dan penyebab penyakit. Dengan cara yang sama, populasi virus yang menempati bakteri yang hidup di usus juga muncul sebagai pengatur kesehatan yang penting, dengan campuran fag yang tidak normal diperkirakan berkontribusi terhadap kondisi seperti sepsis.

“Pekerjaan ini mewakili pergeseran pemahaman kita tentang ekologi fag,” kata Dr. Schluter, juga seorang profesor di Departemen Mikrobiologi di NYU Langone. “Berkat karya Nora, yang ia lakukan selama pandemi dan di empat laboratorium, kita sekarang dapat mulai memahami evolusi fag ketika mereka berada dalam komunitas dengan beragam spesies virus dan bagaimana hal ini membentuk peran mereka dalam kesehatan dan penyakit.”

Referensi: “Komunitas fag yang beragam dipertahankan secara stabil pada inang bakteri klonal” oleh Nora C. Pyenson, Asher Leeks, Odera Nweke, Joshua E. Goldford, Jonas Schluter, Paul E. Turner, Kevin R. Foster dan Alvaro Sanchez, 12 Desember 2024, Sains.
DOI: 10.1126/science.adk1183

Bersama Drs. Pyenson dan Schluter di NYU Langone, dan Dr. Turner di Yale, penulis penelitian adalah Asher Leeks dan Odera Nweke di Departemen Ekologi dan Biologi Evolusioner di Universitas Yale; Joshua Goldford di Divisi Ilmu Geologi dan Planet di Institut Teknologi California di Pasadena; Kevin Foster di Departemen Biologi di Universitas Oxford; dan Alvaro Sanchez dari Institute of Functional Biology & Genomics, CSIC & University of Salamanca di Spanyol. Dr. Foster dan Sanchez adalah penulis koresponden bersama Dr. Pyenson.

Pendanaan untuk sebagian pekerjaan ini dilakukan melalui Life Science Research Foundation dan Simons Foundation yang diberikan kepada Dr. Pyenson, dan melalui Penghargaan Inovator Baru kepada Dr. Schluter (DP2AI164318) dari Institut Nasional Penyakit Autoimun dan Menular, bagian dari Institut Kesehatan Nasional.