Mempelajari Mikrobiologi Lingkungan Dalam Ruangan
Mempelajari Mikrobiologi Lingkungan Dalam Ruangan – Mayoritas orang di negara maju menghabiskan lebih dari 90% hidup mereka di dalam ruangan. Di sini, kami memeriksa pemahaman kami tentang bakteri yang menghuni dunia buatan kami dan bagaimana mereka dapat memengaruhi kesehatan manusia.
Mempelajari Mikrobiologi Lingkungan Dalam Ruangan
Baca Juga : Mikroba Usus Mungkin Menjadi Kunci untuk Mengatasi Alergi Makanan
hospitalmicrobiome – Tren global menuju industrialisasi dan urbanisasi telah menyebabkan semakin banyak orang tinggal dan bekerja di dalam ruangan. Beberapa penelitian memperkirakan bahwa manusia di negara-negara industri menghabiskan sebanyak 90% dari hidup mereka di dala. Mereka lahir di rumah sakit, dibesarkan di rumah atau apartemen, bekerja di gedung perkantoran atau pabrik dan pindah ke panti jompo di hari tua mereka. Tren menuju kehidupan dalam ruangan ini juga terjadi di negara-negara berkembang. Tiga puluh tahun yang lalu, kota Shenzhen di Cina adalah kota kecil berpenduduk 300.000 jiwa. Sejak itu, telah berkembang menjadi megalopolis industri besar yang menampung lebih dari 10 juta orang, banyak dari mereka telah pindah ke sana dari daerah pedesaan . Jadi, bagi miliaran manusia, lingkungan buatan (BE) sekarang mewakili habitat ekologis modern Homo sapiens sapiens .
Dalam proses pembuatan BE, kita juga secara tidak sengaja telah menciptakan keragaman habitat mikro yang luar biasa yang telah dijajah oleh ribuan mikroorganisme yang berbeda. Memang, BE mengandung banyak habitat baru yang potensial untuk kehidupan mikroba yang memiliki sifat kimia dan fisik yang tidak ditemukan di alam. Manusia membawa sebagian besar mikroba yang mengkolonisasi ke habitat ini dengan cara melepaskannya dari tubuhnya atau mengangkutnya dengan pakaian dan sepatu, sedangkan sisanya berasal dari air atau sumber lingkungan lainnya (misalnya, tanah). Tergantung pada lingkungan, mikroba juga dapat diangkut di dalam ruangan oleh hewan peliharaan, serangga, dan hewan lain.
Sementara studi berbasis kultur telah menemukan mikroba ada di mana-mana di BE, studi molekuler independen budaya baru-baru ini telah menunjukkan bahwa pemahaman kita tentang keragaman mikroba dalam ruangan tetap sangat jarang. Metode molekuler ini juga merupakan bagian integral dari kit alat untuk memperluas pemahaman kita tentang spesies mikroorganisme apa yang hidup di ekosistem ini, bagaimana fungsinya dan bagaimana mereka bermigrasi di antara manusia, permukaan fisik, dan lingkungan lainnya.
Pendekatan molekuler yang paling umum digunakan untuk mengeksplorasi keragaman mikroba didasarkan pada amplifikasi PCR dan pengurutan gen yang mengkode RNA ribosom subunit kecil (16S rRNA) langsung dari sumber lingkungan. Dalam pendekatan ini, DNA diekstraksi langsung dari semua sel mikroba yang ada dalam sampel dan primer PCR ‘universal’ yang dirancang dari daerah yang dilestarikan dari gen 16S rRNA digunakan untuk mengamplifikasi gen ini dari semua genom mikroba dalam sampel. Pendekatan ini dengan mudah menentukan beberapa kali lipat lebih banyak keragaman mikroba daripada metode berbasis kultur, sering kali menemukan organisme baru tanpa kondisi pertumbuhan yang diketahui, dan telah secara dramatis mengubah pemahaman kita tentang keragaman mikroba global. Meskipun kuat, ada dua sumber bias yang jelas dalam metode ini.
Pertama, teknik ekstraksi DNA yang berbeda memungkinkan akses ke bagian yang berbeda dari keragaman mikroba pada tingkat yang bervariasi, melalui lisis sel yang tidak merata . Kedua, tidak ada primer PCR yang benar-benar universal, bahkan dengan pasangan yang paling komprehensif mencakup sekitar 85% dari taksa yang diketahui. Terlepas dari keterbatasan ini, teknologi ini, bila dikombinasikan dengan desain eksperimental yang ketat, sangat berguna untuk mengkarakterisasi dinamika dan pola ekologi ekosistem mikroba. Studi keragaman rRNA 16S awal dilakukan dalam amplikon PCR kloning BE ke dalam vektor plasmid sebelum transformasi, isolasi koloni dan pengurutan. Namun, penerapan sekuensing berbasis PCR langsung pada tahun 2006 secara dramatis meningkatkan kedalaman dan luasnya analisis; teknologi serupa sekarang memungkinkan pemrosesan simultan dari ribuan sampel pada kedalaman ratusan ribu urutan pembacaan setiap.
Di sini, kami meninjau literatur tentang analisis budaya independen keragaman mikroba di BE dan mengeksplorasi apa yang dikatakannya tentang dinamika dan distribusi bakteri dan jamur di lingkungan ini. Jadi, mengapa BE layak untuk ditelusuri? Pertama, seperti yang telah dinyatakan, BE adalah habitat utama bagi sebagian besar umat manusia yang terus berkembang, yang kesehatannya mungkin bergantung pada pemahaman kita yang kuat tentang interaksi antara manusia dan mikrobiologi bangunan. Kedua, iklim, bahan, dan desain lingkungan buatan dapat memiliki konsekuensi yang tidak terduga dan menarik bagi pemilihan dan pertumbuhan mikroba yang mungkin membantu kita merancang bangunan yang lebih sehat.
Akhirnya, pemahaman yang lebih dalam tentang keragaman mikroba dalam ruangan akan membantu menginformasikan kebijakan kesehatan masyarakat, terutama dalam pengaturan dengan banyak individu dengan gangguan kekebalan (misalnya, rumah sakit, unit perawatan intensif dan panti jompo). Minat baru dalam ekologi mikroba, dan penerapan teknologi pengurutan generasi berikutnya, menghadirkan peluang menarik untuk mengungkap keragaman dan interaksi tersembunyi di lingkungan ini. Seperti yang akan kami tunjukkan, metode-metode ini telah mengungkapkan BE sebagai ekosistem mikroba yang sangat kompleks dan sangat dinamis yang mengumpulkan dan memilih rangkaian keragaman baru yang luar biasa.
Tak perlu dikatakan bahwa BE mengandung senyawa kimia dan kondisi fisik yang sama sekali tidak seperti dunia alami di mana mikroba berevolusi. Dinding kering, lilin lantai, poliester, karpet, suhu dan kelembaban konstan, hidrokarbon dan polimer baru ini hanya beberapa dari banyak fitur yang ditemukan di BE yang berpotensi memberikan kondisi pertumbuhan dan relung yang tidak biasa untuk bakteri dan jamur. Sementara evolusi mikroba alami mungkin awalnya tidak memilih fenotipe yang dapat mengeksploitasi kondisi atau bahan ini, keragaman dan kemampuan beradaptasi yang luar biasa dari dunia mikroba berarti bahwa mungkin ada mikroba yang akan bertahan hidup di hampir semua permukaan atau kondisi BE. Selain itu, waktu generasi yang singkat dan mekanisme evolusi yang cepat (misalnya,
Studi berbasis kultur telah berulang kali menemukan kondisi di BE yang memperkaya bakteri dan jamur tertentu. Namun, sementara isolasi kultur berfokus pada keberadaan bakteri atau jamur tertentu, studi molekuler BE biasanya mengungkap komunitas polimikrobial yang terdiri dari ratusan atau ribuan mikroba yang tidak dikultur. Ketika kondisi di BE sangat memperkaya sifat-sifat tertentu, komunitas polimikrobial ini cenderung didominasi oleh beberapa kelompok mikroba. Misalnya, analisis keragaman urutan 16S rRNA bakteri di kolam terapi rumah sakit dan pancuran menemukan bahwa mereka diperkaya untuk beragam, terutama tidak berbudaya, Mycobacteria yang tinggal di tanah., serta banyak Proteobacteria dan kelompok lain yang lebih jarang. Tirai shower cenderung didominasi oleh lusinan spesies Sphingomonas dan Methylobacterium yang berbeda , banyak di antaranya tidak berbudaya.
Yang terakhir ini sangat menarik karena beberapa spesies Methylobacterium telah terbukti tumbuh pada keragaman yang sangat besar dari senyawa karbon yang berbeda (yaitu, senyawa C2, C3 dan C4), dan beberapa spesies berkembang pada produk peluruhan sel kulit manusia. Studi pancuran dan bilik pancuran rumah sakit menemukan mereka, seperti kolam terapi, menjadi lingkungan yang ramah untuk Actinobacteria dan Proteobacteria . Lingkungan sangat selektif lainnya termasuk selang kateter , yang mempertahankan komunitas mikroba yang berbeda secara signifikan secara internal dibandingkan dengan eksternal, dan ruang bersih NASA yang digunakan untuk perakitan pesawat ruang angkasa. Dalam kasus terakhir, protokol penyegelan dan sterilisasi ekstensif tampaknya hanya memilih mikroba yang paling kuat yang juga bertahan dalam perjalanan ruang angkasa .
Studi molekuler juga telah meningkatkan pemahaman kita tentang bagaimana mikroba dalam ruangan menjajah permukaan dan ditransmisikan di antara lingkungan mikro. Studi tentang keyboard, toilet dan kantor menunjukkan bahwa manusia adalah sumber utama keanekaragaman mikroba di banyak lingkungan dalam ruangan dan juga merupakan vektor prinsipnya. Mungkin tidak mengejutkan, sejumlah besar mikroba permukaan dapat ditelusuri kembali ke kulit manusia, meskipun usus dan lingkungan hidung/mulut juga berkontribusi. Studi molekuler keanekaragaman bakteri di kantor, rumah sakit, pesawat terbang , dapur dan toilet secara konsisten menemukan dominasi bakteri terkait kulit manusia, dan gastrointestinal atau urogenital, pada sebagian besar permukaan fisik. Faktanya, Tringe dan rekan menunjukkan bahwa bakteri yang hidup di kulit individu yang menghuni ruang tertentu menentukan komunitas mikroba yang diamati dalam sampel udara yang diambil dari ruang yang sama. Mengingat bahwa rata-rata manusia melepaskan sekitar 1,5 juta sel kulit per jam, membawa serta sekitar 15 juta sel bakteri, manusia jelas berkontribusi secara substansial, dan mungkin sebagian besar, keanekaragaman mikroba dalam ruangan.
Transfer langsung mikrobiota kulit melalui kontak permukaan juga telah terbukti memiliki dampak yang cukup besar dan spesifik area. Tergantung pada permukaannya, kontak kulit dapat mentransfer jutaan sel mikroba di setiap kejadian , yang mengarah pada inokulasi dan inokulasi ulang yang cepat dan terus-menerus pada permukaan yang disentuh berulang kali, seperti sakelar lampu, gagang pintu, keyboard, dispenser sabun, dan toilet. kursi . Selain itu, sejumlah penelitian telah menunjukkan bahwa mikrobiota dominan yang terkait dengan kulit manusia berbeda secara dramatis di antara individu]. Memang, dimungkinkan untuk mengidentifikasi orang berdasarkan tanda tangan mikroba unik yang mereka tinggalkan di sebuah ruangan atau di permukaan, yang memiliki aplikasi potensial yang signifikan dalam forensik. Gambar 1 menggambarkan berbagai sumber dan rute transmisi komunitas mikroba hipotetis BE dan menunjukkan bagaimana mereka dapat berkontribusi pada ekologi mikroba permukaan dalam ruangan.
Terlepas dari bukti yang menunjukkan bahwa manusia berinteraksi secara mikroba dengan ruang dalam ruangan mereka, hubungan mekanistik yang memungkinkan interaksi ini tetap dicirikan dengan buruk. Karena BE juga dapat menjadi sumber mikroba yang menjajah manusia, penting bagi kita untuk menyelidiki ‘siapa yang tinggal di mana’ di BE. Sejauh ini, literatur terutama mengeksplorasi fenomena kontaminasi jamur pada permukaan lembab ; peran kebersihan dalam menghilangkan komunitas mikroba ; dan lamanya waktu mikroba dapat bertahan hidup di permukaan. Keragaman mikroba debu juga telah dieksplorasi, seperti halnya keragaman udara dalam ruangan. Satu studi menyelidiki suksesi temporal komunitas mikroba yang dilakukan pada debu dalam ruangan dan menemukan pola musiman khusus bangunan yang merupakan kombinasi sel-sel kulit yang terlepas dari penghuni di dalam bangunan dan mikrobiota yang ditentukan secara musiman dari lingkungan eksternal.
Selain kulit manusia, aspek lain dari mikrobioma manusia juga dapat berkontribusi secara signifikan terhadap mikrobioma BE, meskipun kontribusinya cenderung lebih spesifik situasi. Seperti yang diharapkan, usus manusia dan flora vagina memainkan peran utama dalam membentuk komunitas mikroba yang terkait dengan permukaan di toilet, pusat penitipan anak dan unit perawatan intensif neonatal. Meskipun beberapa studi molekuler secara langsung menyelidiki dampak hewan peliharaan, diharapkan kulit hewan, rambut, bahan tinja (misalnya, kotoran kucing), air liur, dan kemungkinan kutu semuanya berkontribusi secara signifikan terhadap komunitas mikroba yang terkait dengan permukaan dalam ruangan dan udara . Dampak tangki ikan pada mikrobioma BE mungkin juga layak dipertimbangkan karena lingkungan ini memiliki konsorsium mikroba yang unik. Memahami kontribusi hewan penghuni mungkin sangat membantu dalam memahami penyebab asma masa kanak-kanak .
Sebagian besar pengaturan dalam ruangan juga mendapatkan sebagian besar mikrobiota mereka dari sumber lingkungan. Sampel debu di kantor secara konsisten menemukan bakteri yang berasosiasi dengan tanah dan rizosfer tanaman . Jumlah dan jenisnya tampaknya bergantung pada tingkat ventilasi luar ruangan dan iklim setempat. Kembel dan rekan menemukan perbedaan yang signifikan dalam kontribusi bakteri lingkungan alami dalam bangunan yang berventilasi baik dibandingkan dengan jendela tertutup . Rintala dan rekan kerja menunjukkan perubahan dramatis dalam mikroflora debu menurut musim yang berbeda, sementara Hewitt dan rekan menemukan sinyal iklim yang kuat di debu kantor bangunan di Tucson, Arizona (bakteri tanah gurun), dibandingkan dengan debu di New York dan San Francisco. Studi kamar kecil Flores et al . juga menemukan bakteri tanah di atas lantai kamar kecil yang mungkin berpindah dari sepatu .
Jelas, komunitas mikroba BE terdiri dari mikroba dari beragam habitat manusia dan lingkungan. Kemampuan untuk membandingkan kumpulan data metagenomik yang luas dari sekuens ribosom atau seluruh fragmen genom mikroba dari BE sink dengan komunitas sumber lingkungan, hewan dan manusia, dan penerapan alat bioinformatika yang memperkirakan kontribusi relatif dari berbagai sumber ke komunitas (misalnya, SourceTracker), akan berperan dalam memahami kolonisasi mikroba dan transmisi di BE.
