Ilustrasi dari bakteriofag pada permukaan bakteri

(Source: Tatiana Shepeleva / stock.adobe.com)

Para peneliti di Universitas Lund telah menemukan mekanisme antitoksin yang tampaknya mampu menetralkan ratusan racun berbeda dan dapat melindungi bakteri dari serangan virus. Mekanismenya dinamai Panacea, diambil dari nama dewi pengobatan Yunani yang namanya menjadi sinonim dengan penyembuhan universal. "Pemahaman tentang toksin bakteri dan mekanisme antitoksin akan sangat penting untuk keberhasilan masa depan yang disebut terapi fag untuk pengobatan infeksi resistensi antibiotik," kata para peneliti. Studi ini telah dipublikasikan di PNAS (The Proceedings of the National Academy of Sciences)

Apa yang disebut sistem toksin-antitoksin adalah semacam saklar on-off pada banyak genom DNA bakteri, semakin banyak ditemukan untuk mempertahankan bakteri dari serangan bakteriofag -- virus yang menginfeksi bakteri. Aktivasi toksin memungkinkan populasi bakteri masuk ke semacam penguncian yang membatasi pertumbuhan dan penyebaran virus. Dengan demikian, memahami keragaman, mekanisme dan evolusi sistem ini sangat penting untuk keberhasilan terapi fag untuk mengobati infeksi resistensi antibiotik.

Pasangan toksin-antitoksin terdiri dari gen yang mengkode toksin yang secara dramatis menghambat pertumbuhan bakteri dan gen yang berdekatan dengan gen toksin, mengkode antitoksin yang melawan efek toksik. Ini seperti menyimpan sebotol racun di rak di sebelah botol penawar racun. "Pada saat pasangan toksin-antitoksin telah terlihat berevolusi untuk berasosiasi dengan racun atau antitoksin baru sebelumnya, skala kemampuan netralisasi yang terlihat dengan Panacea - disebut hiperpromiskuitas - belum pernah terjadi sebelumnya," jelas peneliti dan pemimpin kelompok Gemma Atkinson di Universitas Lund, yang telah memimpin penelitian.

Mahasiswa PhD dan asisten penulis, Chayan Kumar Saha, membuat program komputer untuk menganalisis jenis gen yang ditemukan bersebelahan dalam genom bakteri. Tim kemudian menggunakan alat ini untuk memprediksi gen antitoksin baru yang ditemukan di samping beberapa racun yang sangat kuat yang sebelumnya telah mereka kerjakan. "Kami dikejutkan oleh penemuan bahwa satu lipatan protein antitoksin tertentu dapat ditemukan dalam susunan mirip-toksin-antitoksin dengan lusinan jenis racun yang berbeda. Banyak dari racun ini baru bagi sains." Penulis pertama lainnya Tatsuaki Kurata dari Universitas Lund, telah mengkonfirmasi secara eksperimental bahwa beberapa dari sistem ini adalah racun asli yang dinetralisir oleh gen antitoksin tetangga (gen disamping gen toksin).

Studi ini menunjukkan bahwa apa yang kita ketahui sejauh ini tentang keragaman sistem toksin-antitoksin mungkin hanyalah puncak gunung es, dan mungkin ada berbagai sistem serupa yang telah berada di bawah radar sampai sekarang. Selain penting untuk memahami dunia biokimia bakteri yang aneh dan menakjubkan, penemuan sistem toksin-antitoksin baru penting untuk apa yang disebut terapi fag melawan infeksi resisten antibiotik. Karena bakteri semakin resisten terhadap antibiotik, pendekatan lain diperlukan untuk menghilangkan infeksi. Prinsip terapi fag adalah mengobati pasien dengan koktail bakteriofag -- virus yang menginfeksi bakteri -- untuk membunuh bakteri penyebab infeksi. Namun bakteri membawa berbagai sistem pertahanan untuk melindungi diri dari fag, dan ini termasuk sistem toksin-antitoksin.

"Dengan demikian, mengidentifikasi sistem toksin-antitoksin patogen dapat membantu kami dalam merancang terapi fag di masa depan yang dapat melawan lapisan pertahanan ini," jelas Gemma Atkinson.

Jadi, apa langkah penelitian selanjutnya?

“Kami sekarang mencoba untuk menemukan sistem toksin-antitoksin baru pada skala universal, dan memahami keterlibatan mereka dalam pertahanan fag. Kami juga tertarik pada kemungkinan penerapan bioteknologi pada sistem toksin-antitoksin, mengingat bahwa sistem ini dapat dianggap sebagai saklar on-off dari aspek inti biologi bakteri. Sistem lengkap toksin-antitoksin dapat menjadi kotak peralatan molekuler untuk mengubah metabolisme bakteri dan mengendalikan sumber daya sel bakteri. Ini dapat menjadi penting dalam situasi manufaktur industri dan farmasi di mana bakteri digunakan untuk menghasilkan molekul yang dibutuhkan."

Source: www.sciencedaily.com