Modifikasi Bakteri untuk Mengatasi Infeksi Paru-paru

Para peneliti berhasil merancang ”obat hidup”, yaitu modifikasi bakteri Mycoplasma pneumoniae. Modifikasi ini untuk mengobati infeksi paru-paru yang disebabkan bakteri ”Pseudomonas aeruginosa”.

AHMAD ARIF

Potongan melintang dari paru-paru tikus yang terinfeksi Pseudonomas aeruginosa. Tikus itu diobati dengan versi Mycoplasma pneumoniae yang dimodifikasi sehingga mampu menghasilkan molekul terapeutik, seperti pyocins yang dirancang khusus untuk melawan P. aeruginosa. Versi terapeutik M. pneumoniae ini bertindak seperti obat hidup” yang mengurangi efek infeksi dan menjaga udara di alveoli. Sumber: Rocco Mazzolini/CRG dalam Nature Biotechnology (2023)

JAKARTA, KOMPAS — Para peneliti untuk pertama kali berhasil merancang ”obat hidup”, yaitu modifikasi bakteri Mycoplasma pneumoniae, untuk mengobati infeksi paru-paru. Pengobatan itu menargetkan Pseudomonas aeruginosa, sejenis bakteri yang secara alami kebal terhadap berbagai jenis antibiotik dan merupakan sumber utama infeksi paru-paru di rumah sakit.

Temuan ini dipublikasikan di jurnal Nature Biotechnology dan didukung oleh Yayasan la Caixa melalui CaixaResearch Health. Studi ini dipimpin para peneliti di Center for Genomic Regulation (CRG) dan Pulmobiotics bekerja sama dengan Institut d'Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS), Hospital Clinic de Barcelona, dan Institute of Agrobiotechnology (IdAB), sebuah riset bersama institut CSIC Spanyol.

Para peneliti berhasil memodifikasi bakteri Mycoplasma pneumoniae dengan menghilangkan kemampuannya untuk menyebabkan penyakit dan menggunakannya kembali untuk menyerang bakteri P. aeruginosa, yang selama ini jadi penyebab infeksi paru-paru. Bakteri yang dimodifikasi digunakan dalam kombinasi dengan antibiotik dosis rendah yang tidak akan bekerja sendiri.

Baca juga: Anak dalam Intaian Kematian akibat Pneumonia

Para peneliti kemudian menguji kemanjuran pengobatan ini pada tikus dan menemukan bahwa hal itu secara signifikan mengurangi infeksi paru-paru. Obat hidup ini terbukti menggandakan tingkat kelangsungan hidup tikus dibandingkan dengan tidak menggunakan pengobatan apa pun.

Pemberian pengobatan tunggal dosis tinggi juga tidak menunjukkan tanda-tanda toksisitas di paru-paru. Setelah pengobatan selesai, sistem kekebalan bawaan berhasil membersihkan bakteri yang dimodifikasi dalam jangka waktu empat hari.

Strategi baru

Selama ini Infeksi P. aeruginosa cenderung sulit diobati karena bakteri tersebut hidup dalam komunitas yang membentuk biofilm. Biofilm dapat menempel pada berbagai permukaan dalam tubuh dan membentuk struktur yang tidak dapat ditembus yang lolos dari jangkauan antibiotik.

Biofilm P. aeruginosa bisa tumbuh pada permukaan tabung endotrakeal yang digunakan oleh pasien sakit kritis yang membutuhkan ventilator mekanis untuk bernapas. Hal ini menyebabkan pneumonia terkait ventilator (VAP), kondisi yang memengaruhi satu dari empat (9-27 persen) pasien yang membutuhkan intubasi.

Dalam kasus infeksi Covid-19, insiden pasien yang harus diintibusi karena infeksi paru-paru bisa melebihi 50 persen. Pasien yang mengalami VAP dapat membutuhkan perawatan intensif hingga tiga belas hari dan membunuh hingga satu dari delapan pasien (9-13 persen).

Dengan latar belakang ini, para peneliti merekayasa M. pneumoniae untuk melarutkan biofilm dan melengkapinya dengan kemampuan menghasilkan berbagai molekul termasuk pyocins, racun alami yang diproduksi oleh bakteri untuk membunuh atau menghambat pertumbuhan strain bakteri Pseudomonas.

KOMPAS/AGUS SUSANTO

Warga mengantar anaknya mengikuti Bulan Imunisasi Anak Nasional (BIAN) dan pneumokokus konjugasi (PCV) di Posyandu Kuntum Mekar, Klender, Jakarta Timur, Kamis (22/9/2022). Vaksinasi PCV perlu diberikan sejak dini karena insiden penularan dan kematian akibat pneumonia paling tinggi terjadi pada awal kehidupan.

Untuk menguji kemanjurannya, mereka mengumpulkan biofilm P. aeruginosa dari tabung endotrakeal pasien di unit perawatan intensif. Mereka menemukan pengobatan menembus penghalang dan berhasil melarutkan biofilm.

”Kami telah mengembangkan pendobrak yang mengepung bakteri kebal antibiotik,” kata María Lluch, Chief Scientific Officer di Pulmobiotics, rekan penulis studi dan peneliti utama di International University of Catalonia, dalam keterangan tertulis, Kamis (19/1/2023).

Kami telah mengembangkan pendobrak yang mengepung bakteri kebal antibiotik. Perawatan tersebut berhasil melubangi dinding sel mereka, memberikan titik masuk penting bagi antibiotik untuk menyerang dan membersihkan infeksi pada sumbernya.

Perawatan tersebut berhasil melubangi dinding sel mereka, memberikan titik masuk penting bagi antibiotik untuk menyerang dan membersihkan infeksi pada sumbernya. ”Kami percaya ini adalah strategi baru yang menjanjikan untuk mengatasi penyebab utama kematian di rumah sakit,” tuturnya.

Baca juga : Setiap Jam, Dua Anak Meninggal akibat Pneumonia

Dengan tujuan menggunakan ”obat hidup” untuk mengobati VAP, para peneliti akan melakukan tes lebih lanjut sebelum mencapai tahap uji klinis. Pengobatan diharapkan dilakukan dengan menggunakan nebulizer, alat yang mengubah obat cair menjadi kabut yang kemudian dihirup melalui corong atau masker.

Obat hidup

M. pneumoniae merupakan salah satu spesies bakteri terkecil yang diketahui. Luis Serrano, Direktur CRG, pertama kali memiliki ide untuk memodifikasi bakteri dan menggunakannya sebagai ”obat hidup” dua dekade lalu.

Serrano adalah seorang spesialis biologi sintetik, bidang yang melibatkan daur ulang organisme dan merekayasanya agar memiliki kemampuan baru yang berguna. Dengan hanya 684 gen dan tanpa dinding sel, M. pneumoniae yang relatif sederhana menjadikannya ideal untuk rekayasa biologi untuk aplikasi tertentu.

KOMPAS/AGUS SUSANTO

Anak balita ditimbang berat badannya dalam Bulan Imunisasi Anak Nasional (BIAN) dan pneumokokus konjugasi (PCV) di Posyandu Kuntum Mekar, Klender, Jakarta Timur, Kamis (22/9/2022). Riset Kesehatan Dasar Kementerian Kesehatan 2018 mencatat, prevalensi pneumonia pada anak usia di bawah lima tahun sebesar 2,1 persen. Artinya, sebanyak 2 dari 100 anak mengalami pneumonia. Pada 2018 terdapat 19.000 anak balita yang meninggal akibat pneumonia di Indonesia.

Salah satu keuntungan menggunakan M. pneumoniae untuk mengobati penyakit pernapasan adalah secara alami disesuaikan dengan jaringan paru-paru. Setelah memberikan bakteri yang dimodifikasi, ia bergerak langsung ke sumber infeksi pernapasan, di mana ia mendirikan toko seperti pabrik sementara dan menghasilkan berbagai molekul terapeutik.

Dengan menunjukkan bahwa M. pneumoniae dapat mengatasi infeksi di paru-paru, penelitian ini membuka pintu bagi para peneliti untuk menciptakan jenis bakteri baru untuk mengatasi penyakit pernapasan jenis lain, seperti kanker paru-paru atau asma.

”Bakteri dapat dimodifikasi dengan berbagai muatan berbeda, apakah ini sitokin, nanobodi, atau defensin. Tujuannya adalah untuk mendiversifikasi persenjataan bakteri yang dimodifikasi dan membuka potensi penuhnya dalam mengobati berbagai penyakit kompleks,” kata Serrano.

Selain merancang obat hidup, Serrano dan tim menggunakan keahlian mereka dalam biologi sintetik untuk merancang protein baru yang dapat dihasilkan oleh M. pneumoniae. Tim menggunakan protein ini untuk menargetkan peradangan yang disebabkan oleh infeksi P. aeruginosa.

Meskipun peradangan adalah respons alami tubuh terhadap infeksi, peradangan yang berlebihan atau berkepanjangan dapat merusak jaringan paru-paru. Respons inflamasi diatur oleh sistem kekebalan tubuh yang melepaskan protein mediator seperti sitokin. Salah satu jenis sitokin, yaitu IL-10, diketahui memiliki sifat anti-inflamasi.

DOKUMENTASI RSUD AGATS

Seorang anak yang menderita gizi buruk disertai pneumonia sedang menjalani perawatan di Rumah Sakit Umum Daerah (RSUD) Agats di Kabupaten Asmat, Papua, Rabu (31/10/2018).

Penelitian sebelumnya yang diterbitkan dalam jurnal Molecular Systems Biology oleh kelompok penelitian Serrano memakai perangkat lunak desain protein ModelX dan FoldX untuk merekayasa versi baru IL-10 yang sengaja dioptimalkan untuk mengobati peradangan. Sitokin dirancang untuk dibuat lebih efisien dan memiliki afinitas yang lebih tinggi, yang berarti sitokin lebih sedikit diperlukan untuk memiliki efek yang sama.

Para peneliti merekayasa galur M. pneumoniae yang mengekspresikan sitokin baru dan menguji kemanjurannya pada paru-paru tikus dengan infeksi akut P. aeruginosa. Mereka menemukan bahwa versi rekayasa IL-10 secara signifikan lebih efektif dalam mengurangi peradangan dibandingkan dengan sitokin IL-10 tipe liar.

Menurut Ariadna Montero Blay, anggota tim penulis studi di Molecular Systems Biology, bioterapi hidup seperti M. pneumoniae menyediakan kendaraan yang ideal untuk membantu mengatasi keterbatasan tradisional sitokin dan membuka potensi besar mereka dalam mengobati berbagai penyakit manusia.

”Rekayasa sitokin sebagai molekul terapeutik sangat penting untuk mengatasi peradangan. Penyakit paru-paru lain, seperti asma atau fibrosis paru, juga dapat memperoleh manfaat dari pendekatan ini,” katanya.