Penelitian Microbiome Jack Gilbert dan Timnya di Rumah Sakit Chicago

Penelitian Microbiome Jack Gilbert dan Timnya di Rumah Sakit Chicago

Penelitian Microbiome Jack Gilbert dan Timnya di Rumah Sakit Chicago – Proyek penelitian yang dibilang cukup besar ini akan dilangsungkan di rumah sakit Chicago. Dalam penelitian yang satu ini hampir setiap sudut ruangan yang ada di rumah sakit akan dipantau demi mendapatkan sebuah sampel yang tepat. Beberapa dari sampel tersebut didapatkan melalui beberapa benda yang ada di ruangan baik seperti tempat jaga perawat, tempat tidur pasien, linen, dan bahkan bagian ventilasi juga turut diteliti. Jack Gilbert dan timnya telah melakukan penelitian ini dalam kurun waktu yang tidak sebentar, bahkan sampel yang telah didapatkan sudah sangat banyak. Sampel tersebut didapatkan di berbagai ruangan dan benda yang ada di rumah sakit.

Jack Gilbert menyebutkan bahwa di rumah sakit terdapat jumlah penyakit yang tidak sedikit yang mana setiap penyakit tersebut sangat sulit di tentukan sumbernya. Tidak semua jenis penyakit bisa dengan mudah ditemukan bakteri yang menyebabkannya. Demi mendapatkan jawaban atas setiap penyakit yang ada maka Jack Gilbert mengumpulkan sampel sebanyak – banyaknya yang didapatkannya dari dua ruangan yang ada di rumah sakit tersebut dan beberapa ruangan lainnya yang berpotensi untuk dijadikan sebagai tempat berkemangnya jamur dan virus. Ruangan tersebut dipantau mulai dari sebelum digunakan oleh pasien hingga telah ditempati oleh pasien. Jack dan timnya selalu melakukan pemantauan yang mana bertujuan untuk bisa mendapatkan sampel baik jamur maupun virus yang ada di rumah sakit.

Penelitian Microbiome Jack Gilbert dan Timnya di Rumah Sakit Chicago

Berbagai informasi yang digali, baik dari sampel yang didapatkan dari udara maupun yang didapatkan. Selain itu berbagai hal seperti kelembaban yang ada di ruangan juga turut serta diteliti, berbagai hal yang mampu menghadirkan jamur dan virus di setiap ruangan di rumah sakit akan diperhatikan. Dari berbagai penelitian tersebut diharapkan mampu dijadikan sebagai salah satu cara untuk mengurangi perkembangan jamur dan virus yang ada di rumah sakit. Hasil laporan penelitian yang tergabung dalam tim jack ini, menunjukkan bahwa pihak rumah sakit kurang higienis dan harus menjaga kehigienisan lebih baik lagi ketika memberikan pelayanan.

Kontribusi mikroba untuk makroekologi
Informasi Penelitian

Kontribusi mikroba untuk makroekologi

Kontribusi mikroba untuk makroekologi – Ada ledakan penelitian baru-baru ini dalam bidang ekologi mikroba yang telah didorong, sebagian, oleh perbaikan metodologi yang memungkinkan untuk mengkarakterisasi komunitas mikroba ke tingkat yang tidak terbayangkan hanya beberapa tahun yang lalu. Selain itu, ada peningkatan pengakuan dalam bidang ekologi bahwa mikroorganisme memainkan peran penting dalam kesehatan organisme dan ekosistem.

Kontribusi mikroba untuk makroekologi

hospitalmicrobiome – Terlepas dari perkembangan ini, kesenjangan penting masih tetap ada antara kerangka teoritis makroekologi dan ekologi mikroba. Kami menyoroti dua keanehan mikroorganisme yang mendasar untuk memahami pola makroekologis dan penggerak mekanistiknya.

Baca Juga : Biosfer Mikroba: Studi Eksperimental Fungsi Ekosistem

Pertama, tingkat penyebaran yang tinggi memberikan peluang baru untuk menguji kepentingan relatif dari niche, stokastik, dan proses sejarah dalam penataan komunitas biologis. Kedua, tingkat spesiasi yang tinggi berpotensi mengarah pada konvergensi skala waktu ekologi dan evolusi. Setelah meninjau aspek-aspek unik ini, kami membahas strategi untuk meningkatkan integrasi konseptual mikroba ke dalam makroekologi.

Sebagai contoh, kami membahas penggunaan ekologi filogenetik sebagai pendekatan integratif untuk mengeksplorasi pola di seluruh pohon kehidupan. Kemudian kami mendemonstrasikan bagaimana dua teori umum keanekaragaman hayati (yaitu, teori geometri stokastik yang dikembangkan baru-baru ini dan teori netral) dapat disesuaikan dengan mikroorganisme. Kami menunjukkan bagaimana model konseptual yang mengintegrasikan mekanisme evolusioner dan ekologi dapat berkontribusi pada penyatuan ekologi mikroba dan makroekologi. tingkat spesiasi yang tinggi berpotensi mengarah pada konvergensi skala waktu ekologi dan evolusi. Setelah meninjau aspek-aspek unik ini, kami membahas strategi untuk meningkatkan integrasi konseptual mikroba ke dalam makroekologi. Sebagai contoh, kami membahas penggunaan ekologi filogenetik sebagai pendekatan integratif untuk mengeksplorasi pola di seluruh pohon kehidupan.

Kemudian kami mendemonstrasikan bagaimana dua teori umum keanekaragaman hayati (yaitu, teori geometri stokastik yang dikembangkan baru-baru ini dan teori netral) dapat disesuaikan dengan mikroorganisme. Kami menunjukkan bagaimana model konseptual yang mengintegrasikan mekanisme evolusioner dan ekologi dapat berkontribusi pada penyatuan ekologi mikroba dan makroekologi. tingkat spesiasi yang tinggi berpotensi mengarah pada konvergensi skala waktu ekologi dan evolusi. Setelah meninjau aspek-aspek unik ini, kami membahas strategi untuk meningkatkan integrasi konseptual mikroba ke dalam makroekologi.

Sebagai contoh, kami membahas penggunaan ekologi filogenetik sebagai pendekatan integratif untuk mengeksplorasi pola di seluruh pohon kehidupan. Kemudian kami mendemonstrasikan bagaimana dua teori umum keanekaragaman hayati (yaitu, teori geometri stokastik yang dikembangkan baru-baru ini dan teori netral) dapat disesuaikan dengan mikroorganisme.

Kami menunjukkan bagaimana model konseptual yang mengintegrasikan mekanisme evolusioner dan ekologi dapat berkontribusi pada penyatuan ekologi mikroba dan makroekologi. kami membahas strategi untuk meningkatkan integrasi konseptual mikroba ke dalam makroekologi. Sebagai contoh, kami membahas penggunaan ekologi filogenetik sebagai pendekatan integratif untuk mengeksplorasi pola di seluruh pohon kehidupan.

Kemudian kami mendemonstrasikan bagaimana dua teori umum keanekaragaman hayati (yaitu, teori geometri stokastik yang dikembangkan baru-baru ini dan teori netral) dapat disesuaikan dengan mikroorganisme. Kami menunjukkan bagaimana model konseptual yang mengintegrasikan mekanisme evolusioner dan ekologi dapat berkontribusi pada penyatuan ekologi mikroba dan makroekologi. kami membahas strategi untuk meningkatkan integrasi konseptual mikroba ke dalam makroekologi.

Sebagai contoh, kami membahas penggunaan ekologi filogenetik sebagai pendekatan integratif untuk mengeksplorasi pola di seluruh pohon kehidupan. Kemudian kami mendemonstrasikan bagaimana dua teori umum keanekaragaman hayati (yaitu, teori geometri stokastik yang dikembangkan baru-baru ini dan teori netral) dapat disesuaikan dengan mikroorganisme.

Kami menunjukkan bagaimana model konseptual yang mengintegrasikan mekanisme evolusioner dan ekologi dapat berkontribusi pada penyatuan ekologi mikroba dan makroekologi. teori geometri stokastik dan teori netral yang baru-baru ini dikembangkan) dapat disesuaikan dengan mikroorganisme. Kami menunjukkan bagaimana model konseptual yang mengintegrasikan mekanisme evolusioner dan ekologi dapat berkontribusi pada penyatuan ekologi mikroba dan makroekologi. teori geometri stokastik dan teori netral yang baru-baru ini dikembangkan) dapat disesuaikan dengan mikroorganisme. Kami menunjukkan bagaimana model konseptual yang mengintegrasikan mekanisme evolusioner dan ekologi dapat berkontribusi pada penyatuan ekologi mikroba dan makroekologi.

Menuju Makroekologi yang Melintasi Pohon Kehidupan

Spesies Tidak Independen

Garis keturunan bakteri dan archaeal dipisahkan oleh jutaan tahun waktu evolusi. Misalnya, domain Bakteri diperkirakan berusia sekitar 3,5 miliar tahun ( Schopf dan Packer, 1987 ), lebih dari tiga puluh kali lebih tua dari nenek moyang semua burung ( Padian dan Chiappe, 1998 ). Dengan demikian, jumlah diversifikasi evolusioner yang telah terjadi dalam domain bakteri akan jauh melebihi apa yang ditemukan dalam kelompok taksa tumbuhan atau hewan. Diversifikasi ini terbukti dalam keragaman metabolisme bakteri yang menakjubkan; sementara hampir semua tanaman memiliki persyaratan yang sama untuk pertumbuhan, kisaran strategi metabolisme yang digunakan oleh bakteri jauh lebih luas ( Kluyver dan van Niel, 1956 ).

Spesies bukanlah entitas independen, tetapi kesamaan fungsional dan ekologisnya dibentuk oleh pola nenek moyang yang sama ( Felsenstein, 1985 ). Dalam dunia hipotetis di mana evolusi berlangsung cepat, dan di mana setiap garis keturunan tidak dibatasi oleh batasan penyebaran, komunitas di lingkungan yang serupa juga akan serupa. Namun, evolusi sering dibatasi dan garis keturunan cenderung dibatasi dalam distribusi geografisnya ( Losos, 1996 ). Untuk menjelaskan non-kemerdekaan spesies, satu set alat filogenetik baru-baru ini dikembangkan yang bertujuan untuk menjembatani kesenjangan antara analisis evolusioner dan ekologi (lihat ulasan terbaru di Cavender-Bares et al., 2009). Dengan demikian, ahli ekologi dapat menggunakan metode filogenetik tersebut untuk menentukan: (i) di mana sebagian besar keanekaragaman hayati terakumulasi ( Iman, 1992 ) dan bagaimana struktur intrinsiknya ( Webb, 2000 ), dan (ii) bagaimana kesamaan komunitas filogenetik didistribusikan di sepanjang lingkungan. gradien ( Lozupone dan Knight, 2005 ).

Sebagai contoh, telah ditunjukkan untuk bakteri dan archaea bahwa tanah, bahkan dengan keragaman taksonomi yang tinggi, cenderung kurang beragam secara filogenetik daripada habitat lain seperti sedimen laut dan salinitas adalah pendorong utama pola komunitas filogenetik pada skala global ( Lozupone dan Knight, 2007 ; Auguet et al., 2010). Dengan demikian, menggabungkan informasi filogenetik ke dalam makroekologi berguna karena memungkinkan pertanyaan ekologi untuk ditangani dalam konteks evolusioner, rangkaian proses umum yang pada akhirnya membentuk semua keanekaragaman hayati.

Transisi Makroekologi Utama dalam Geometri Stokastik?

Masih belum pasti apakah sel bakteri dan archaeal menunjukkan pola makroekologi yang berbeda dari yang biasa diamati untuk eukariota multiseluler yang telah menjadi fokus dari hampir semua penelitian makroekologi. Secara umum, pola serupa telah didokumentasikan untuk organisme bakteri, archaeal, dan eukariotik ( Soininen, 2012 ). Namun demikian, beberapa perbedaan penting telah dilaporkan untuk komunitas mikroba: distribusi kelimpahan spesies cenderung memiliki taksa yang lebih langka (yaitu, ekor yang lebih panjang, seperti disebutkan di atas; Curtis et al., 2006 ), hubungan spesies-area memiliki kemiringan yang lebih rendah ( nilai- z ; Horner-Devine et al., 2004 ; Lennon dan Jones, 2011), dan penurunan kesamaan komunitas dengan jarak spasial lebih rendah ( Hanson et al., 2012 ; Soininen, 2012 ).

Selain itu, sejumlah pola ekologi klasik menunjukkan perbedaan mencolok: gradien kekayaan latitudinal tampaknya tidak ada di lingkungan laut atau tanah ( Ladau et al., 2013 ), dan gradien kekayaan elevasi jarang diamati untuk mikroorganisme ( Fierer et al., 2011 ). Seringkali, pola serupa muncul ketika mekanisme serupa beroperasi, sementara pola yang berbeda dapat disebabkan oleh mekanisme yang berbeda atau mekanisme yang sama yang beroperasi pada skala spasial, temporal, atau taksonomi yang berbeda ( Levin, 1992 ).).

Misalnya, meskipun peningkatan umum dalam tingkat metabolisme dengan massa tubuh telah secara konsisten diamati di seluruh pohon kehidupan, hubungan ini telah dihipotesiskan menjadi fungsi ukuran genom pada prokariota dan fungsi ukuran tubuh pada tumbuhan dan hewan; perbedaan yang dapat berkontribusi pada hubungan penskalaan yang berbeda yang diamati untuk kelompok organisme ini ( DeLong et al., 2010 ).

Baru-baru ini, McGill (2010) menunjukkan bahwa sebagian besar prediksi tentang pola makroekologi dapat dihasilkan oleh tiga aturan sederhana mengenai penempatan acak organisme dalam ruang (yaitu, geometri stokastik): (i) individu dalam suatu spesies cenderung mengelompok secara spasial, (ii ) kelimpahan antar spesies bervariasi (banyak spesies langka dan sedikit yang umum), dan (iii) distribusi spasial individu dari satu spesies tidak bergantung pada distribusi spesies lain (yaitu, interaksi spesies tidak ada). Meskipun dua asumsi pertama tampak lebih masuk akal daripada yang ketiga, kemandirian spasial interspesifik mungkin memang merupakan perkiraan statistik yang baik dalam komunitas yang kaya spesies ( Wiegand et al., 2012 ).

Gambar 2menunjukkan hasil simulasi dari model geometri stokastik ( McGill, 2010 ) yang diterapkan pada makroorganisme dan mikroorganisme. Semua sama, kecenderungan mikroba untuk memiliki kemampuan penyebaran yang lebih besar dibandingkan dengan makroorganisme (diwakili sebagai distribusi spasial yang lebih besar pada Gambar 2 kiri bawah) cukup untuk mereproduksi perbedaan yang disebutkan di atas yang dilaporkan untuk bentuk distribusi kelimpahan spesies, hubungan spesies-area dan penurunan kesamaan komunitas dengan jarak (lihat Gambar 2untuk rincian). Latihan pemodelan sederhana ini menunjukkan bahwa menggabungkan keistimewaan mikroba yang disebutkan di atas (dalam hal ini, dispersibilitas tinggi) ke model makroekologi yang ada dapat menghasilkan beberapa perbedaan dalam pola komunitas antara mikro dan makroorganisme yang diamati di lingkungan.

Model Netral Konseptual untuk Mikroorganisme

Teori netral keanekaragaman hayati menganggap komunitas sebagai kumpulan spesies yang setara secara ekologis dan terbuka, dengan kelimpahan taksa individu dalam komunitas yang sebagian besar diatur oleh spesiasi acak dan peristiwa kepunahan, penyebaran dan pergeseran ekologis ( Hubbell, 2001 ). Penerbitan buku Hubbell kontroversial di kalangan ahli ekologi karena banyak asumsi yang dianggap tidak realistis atau setidaknya tidak konsisten dengan apa yang diketahui tentang sejarah alam banyak organisme ( Alonso et al., 2006).). Aspek yang paling dikritik dari teori Hubbell adalah asumsi netralitas.

Dalam model Hubbell, semua individu dari spesies yang berbeda dalam suatu komunitas benar-benar setara dalam kemungkinan reproduksi dan kematiannya. Dalam kerangka netralnya, perbedaan yang diketahui dan jelas antara spesies tidak relevan untuk prediksi pola skala besar. Anehnya, teori netral memprediksi distribusi kelimpahan spesies yang diamati, hubungan spesies-area, dan pola kesamaan komunitas dengan jarak ( Hubbell, 2001 ). Komunitas mungkin tampak netral karena mereka kompleks (yaitu, kesetaraan dapat terjadi dari proses non-netral dengan rata-rata statistik; Pueyo et al., 2007 ) dengan pola yang muncul dari proses statistik kausalitas yang rumit ( Maurer, 1999 ).). Dengan demikian, teori netral menyerupai teori kinetik gas: ini adalah teori ideal (yaitu, baik gas ideal maupun komunitas netral murni tidak ada) yang tidak selalu merangkum rincian realitas yang berantakan ( Alonso et al., 2006 ).

Seperti yang awalnya dirumuskan oleh Hubbell, teori netral mungkin tampak tidak memuaskan bagi ahli ekologi mikroba (meskipun model netral telah diterapkan pada komunitas mikroba; Sloan et al., 2006 ) karena keistimewaan komunitas mikroba (yaitu, dispersibilitas tinggi dan spesiasi tinggi; Lihat di atas). Di sini, kami mengusulkan bahwa teori netral terpadu yang terdiri dari dua model diperlukan untuk mencakup seluruh keanekaragaman hayati yang ditemukan di komunitas makrobial dan mikroba (lihat Gambar 3 untuk ringkasan konseptual). Bagaimana kita mengintegrasikan kapasitas yang tampaknya tinggi untuk penyebaran bakteri dan archaeal ke dalam model dinamika komunitas? Dalam model konseptual yang dimodifikasi untuk komunitas mikroba (Gambar 3), skala regional sering diabaikan karena dispersibilitas mikroba yang tinggi, dan skala global lebih dominan. Dalam formulasi model netral Hubbell untuk makroorganisme ( Hubbell, 2001 ), skala lokal dan regional dihubungkan melalui migrasi searah (yaitu, kolonisasi dari kumpulan regional ke komunitas lokal).

Sebaliknya, dalam model mikroba, organisme dibiarkan menyebar jarak jauh dan dengan demikian, menjadi bagian dari kumpulan global (yaitu, biosfer langka atau bank benih; Lennon dan Jones, 2011) sebagai akibat dari dispersibilitas dan dormansi yang tinggi. Oleh karena itu, individu dapat keluar dari komunitas lokal melalui kematian yang memicu kepunahan lokal, atau dengan penyebaran jarak jauh yang membentuk bagian dari kumpulan global. Karena tidak semua taksa mikroba memiliki kapasitas yang sama untuk penyebaran dan dormansi, kumpulan regional mungkin masih ada tetapi pada skala spasial yang lebih kecil. Bagaimana kita bisa mengintegrasikan tingkat spesiasi mikroba yang berpotensi tinggi ke dalam model komunitas? Dalam model konseptual untuk mikroorganisme, spesiasi terjadi pada skala lokal daripada skala regional (Gambar 3 ). Selain itu, konsep spesies bermasalah untuk mikroorganisme aseksual mungkin menyarankan memperlakukan spesiasi sebagai proses berkelanjutan daripada sebagai proses diskrit ( Rossello-Mora dan Amann, 2001).). Dalam formulasi Hubbell, setiap individu memiliki probabilitas tetap untuk berspesiasi (yaitu, spesiasi mutasi titik; Hubbell, 2001 ). Untuk mengatasi skenario yang tidak realistis ini, Rosindell et al. (2010) mengembangkan model spesiasi berlarut-larut. Proses spesiasi ini tidak instan, seperti dalam formulasi asli Hubbell, tetapi bertahap (yaitu, dibutuhkan waktu untuk spesies yang baru mulai dikenali sebagai baru). Spesiasi yang berkepanjangan telah mampu membuat prediksi realistis tentang jumlah spesies langka, masa hidup spesies, dan tingkat spesiasi ( Rosindell et al., 2010 ) dan mungkin sangat berguna ketika mencoba memasukkan spesiasi mikroba ke dalam model komunitas.

Berlawanan dengan teori netral, teori niche menyatakan bahwa setiap spesies memiliki seperangkat sifat unik yang memungkinkan adaptasi terhadap kondisi lingkungan abiotik dan biotik ( Hutchinson, 1957 ). Mengukur sifat sangat penting untuk membedakan antara proses ekologi dan evolusi yang berbeda mengingat bahwa spesies sebagian besar berinteraksi dalam komunitas berdasarkan sifat mereka, dan sifat cenderung mencerminkan sejarah evolusi spesies. Pendekatan berbasis sifat akan memungkinkan kita untuk menilai bagaimana dan mengapa komunitas alami berangkat dari prediksi berdasarkan model netral yang tidak mempertimbangkan mekanisme organisme berinteraksi satu sama lain dan lingkungannya ( Shipley et al., 2006 ).

Biosfer Mikroba: Studi Eksperimental Fungsi Ekosistem
Informasi Penelitian

Biosfer Mikroba: Studi Eksperimental Fungsi Ekosistem

Biosfer Mikroba: Studi Eksperimental Fungsi Ekosistem – Tes asam dari pemahaman kita bukanlah apakah kita dapat mengambil ekosistem menjadi potongan-potongan kecil di atas kertas, betapapun ilmiahnya, tetapi apakah kita dapat menggabungkannya dalam praktik dan membuatnya bekerja.

Biosfer Mikroba: Studi Eksperimental Fungsi Ekosistem

hospitalmicrobiome – Studi tentang sistem tertutup telah lama memesona para ahli biologi. Contoh awal adalah akuarium Warington yang, pada tahun 1851, mencapai “keseimbangan mengagumkan yang berkelanjutan antara kerajaan hewan dan tumbuhan” dan mengilhami Justus von Liebig untuk menciptakan “Dunia dalam toples” ( Liebigsche Welt im Glase ).

Perintis yang lebih baru dari sistem tertutup material adalah Folsome dan Hanson , yang mencapai stabilitas beberapa tahun dalam sistem laboratorium berdasarkan organisme air kolam. Contoh spektakuler lainnya adalah proyek Biosphere-2, sebuah eksperimen untuk menciptakan lingkungan yang mandiri bagi manusia dengan menciptakan kembali ekosistem planet dalam miniatur.

Ciri umum dari sistem ini adalah bahwa mereka tertutup secara material tetapi energi terbuka dalam energi cahaya yang memasuki sistem, tetapi pertukaran materi dengan lingkungan tidak diizinkan; hanya kehilangan panas yang diperbolehkan.

Saat ini, studi tentang sistem tertutup sepenuhnya jarang dilakukan dan hanya memainkan peran kecil dalam literatur ekologi. Bahkan beberapa dekade lalu, Taub dalam ulasannya menyayangkan bahwa sistem tertutup hampir tidak pernah digunakan dalam eksperimen ekologi. Memang, beberapa contoh komunitas mandiri yang lebih baru telah dikembangkan oleh ahli biofisika dengan minat pada stokastisitas proses populasi. Mungkin ada banyak alasan untuk kurangnya minat pada sistem tertutup.

Baca Juga : Mikroba Harus Menjadi Pusat Pendidikan dan Penjangkauan Ekologi 

Sebagian besar literatur tentang sistem materi-tertutup telah menjadi bidang khusus, sangat terkait tidak dengan pemahaman fungsi ekosistem di alam tetapi dengan sistem pendukung kehidupan rekayasa untuk perjalanan ruang angkasa atau proyek besar untuk keberlanjutan diri manusia di ruang tertutup.

Sementara studi tentang sistem pendukung kehidupan sangat penting untuk perjalanan ruang angkasa di masa depan, dalam artikel ini kami berpendapat bahwa penting untuk membebaskan alasan utama untuk studi ekosistem tertutup dari domain terbatas ini.

Dalam ekologi populasi dan komunitas, ada juga fokus dari studi sistem lokal menuju ide-ide nonequilibrium yang dikemas dalam konsep, seperti komunitas meta dan koalesensi komunitas, di mana ada pertukaran spesies dan materi antara habitat lokal.

Oleh karena itu, studi tentang sistem tertutup secara material tampaknya bertentangan dengan konsep-konsep yang berpengaruh dalam teori ekologi modern. Namun demikian, banyak umpan balik dan interaksi dalam sistem mikroba sangat lokal.

Misalnya, di habitat mikroba biofilm atau agregat tanah, produk metabolisme lokal, termasuk gas, tidak mudah ditukar dengan matriks sekitarnya karena keterbatasan yang kuat pada difusi. Tanda tangan ekstrim dari ini adalah bahwa interior agregat tanah cenderung anaerobik. Dalam biofilm, konsorsium mikroba juga mengalami lingkungan yang sangat terlokalisasi .

Studi eksperimental sistem tertutup secara material dengan komponen biotik dan abiotik yang diketahui dan ditentukan memiliki potensi untuk menjawab pertanyaan penting dan mendasar dalam biologi. Sistem tertutup awal adalah kompleks dan tidak terdefinisi (misalnya, menggunakan air kolam yang tidak steril) dan sering kali direplikasi dengan buruk, dan keadaan awal dan hasil mereka sulit untuk diukur bahkan dalam hal komposisi spesies. Berbeda dengan studi tentang sistem yang sepenuhnya tertutup, eksperimen mikrokosmos terus memainkan peran utama dalam ekologi dan evolusi mikroba, termasuk desain klasik, seperti chemostat, kolom Winogradsky, bioreaktor batch, atau jangka panjang. percobaan transfer serial. Pada desain inilah kami membayangkan menambahkan sistem yang sepenuhnya tertutup.

Sistem seperti itu mencakup dimensi unik di mana cahaya biasanya merupakan satu-satunya sumber energi, dan hanya kehilangan panas disipatif yang diperbolehkan; mereka benar-benar tertutup. Oleh karena itu, mereka sangat penting untuk memahami proses ekosistem, seperti siklus nutrisi, di mana umpan balik kuantitatif dan dinamis untuk mendukung kehidupan tidak dapat dihubung singkat. Sistem tertutup seperti itu kemungkinan besar paling mudah dikendalikan oleh mikroorganisme, dan oleh karena itu, kami menggunakan istilah kolektif “biosfer mikroba” untuk pendekatan ini, tetapi desain dapat mencakup protozoa, nematoda, atau bahkan Drosophila sebagai pertanyaan yang mungkin diminta.

Keuntungan utama dari sistem mikroba adalah bahwa mereka dapat sangat direplikasi dan dipelihara selama bertahun-tahun dengan sedikit usaha. Secara historis, hampir semua sistem yang sangat direplikasi diselidiki telah relatif kecil dan perairan , tetapi substrat padat akan menawarkan kesempatan untuk memeriksa aspek struktur spasial. Kemungkinan, sistem seperti itu akan diunggulkan dengan strain dan substrat yang diketahui, diinkubasi dalam kondisi yang ditentukan, dan sejauh mungkin, dilengkapi dengan sensor dan port pengambilan sampel. Pengambilan sampel mungkin melanggar penutupan sistem, tetapi ini juga dapat dielakkan dengan mereplikasi sistem tersebut dan mengambil sampel secara destruktif pada interval yang telah ditentukan. Ada contoh pendekatan ini tetapi tidak pada skala yang sekarang dimungkinkan oleh robotika untuk menyiapkan dan menyemai sejumlah besar sistem ulangan .

Pendekatan yang melibatkan ekosistem tertutup cenderung sangat beragam, karena mereka harus didorong oleh pertanyaan dan dapat diintegrasikan dengan dan didukung oleh eksperimen mikrokosmos lainnya. Kami membayangkan biosfer mikroba sebagai area penyelidikan di persimpangan berbagai disiplin ilmu yang mapan, termasuk ekologi komunitas, evolusi eksperimental, ekologi ekosistem, dan rekayasa sistem pendukung kehidupan. Studi tentang sistem tertutup semacam itu juga mendapat tempat dalam pengajaran ekologi. Satu tantangan sederhana “bagaimana Anda akan membangun ekosistem yang mandiri?” langsung memperkenalkan siswa pada prinsip-prinsip dasar ekologi dan menjaga perhatian tentang planet kita di titik pusat.

Satu Spesies Satu Ekosistem?

Untuk menyoroti nilai potensial dari mempelajari sistem tertutup, pada awalnya kami mengajukan pertanyaan sederhana tentang berapa banyak spesies yang diperlukan dalam sistem seperti itu untuk menunjukkan tingkat ketekunan yang wajar. Bisakah satu spesies saja (satu autotrof, misalnya) bertahan dalam sistem seperti itu? Inilah yang mungkin disebut hipotesis “satu spesies-satu ekosistem”.

Sepengetahuan kami, pertanyaan sederhana seperti itu tampaknya tidak pernah ditanyakan, meskipun “ekosistem satu spesies” telah dikemukakan. Dengan demikian, Chivian et al. menganalisis protein yang dikodekan dan fungsinya dalam bakteri kemoautotrofik pereduksi sulfat Desulforudis audaxviator . Mereka secara tentatif menyarankan bahwa ia memiliki “seluruh komponen biologis dari ekosistem sederhana dalam satu genom”, termasuk heterotrofi dan daur ulang sel-sel mati. Apakah ekosistem satu spesies mungkin?

Beberapa pertimbangan ekologi yang sederhana dan jelas dari sistem tertutup dengan satu spesies autotrof menggambarkan kondisi di mana ini mungkin masuk akal. Pertama, sumber daya yang dibutuhkan untuk pertumbuhan dan reproduksi harus dapat didaur ulang. Kedua, sumber daya tersebut tidak dapat masuk ke dalam kumpulan yang “tidak tersedia” (sepenuhnya diasingkan); jika tidak, sumber daya akhirnya turun ke nol, dan sistem tidak dapat lagi mempertahankan kehidupan.

Sederhana, teori terkenal membantu menggambarkan masalah ini. Pertimbangkan N individu dari suatu spesies dan satu sumber daya R. Misalkan c 1 adalah laju penyerapan sumber daya dan c 2 adalah laju pelepasan kembali sumber daya dari organisme ke lingkungan melalui dekomposisi (misalnya, individu mati). Membiarkanb menjadi tingkat konversi sumber daya menjadi keturunan dan d menjadi tingkat kematian. Kemudian, laju perubahan 2 komponen ini diberikan oleh

  • dN / dt =bc1R N d _  N .[1a]
  • dR / dt =_c1R N + c2d N .[1b]

Dalam sistem seperti itu, untuk peningkatan populasi, R harus lebih besar dari d / bc 1 (yaitu, jumlah sumber daya awal minimum diperlukan agar sistem berfungsi). Persamaan ini, analog dengan model pemangsa-mangsa Lotka–Volterra, memprediksi “siklus batas netral” sedemikian rupa sehingga sumber daya dan kelimpahan populasi berosilasi, akhirnya (dengan variasi kebetulan) mengarah ke R di bawah ambang batas ketika sistem mati.
Namun, sistem seperti itu dapat distabilkan dalam beberapa cara. Misalnya, jika cahaya yang mencapai setiap individu berkurang seiring pertumbuhan populasi (misalnya, dengan naungan sendiri), maka modifikasi Persamaan. 1 , kita dapatkan

di mana L adalah input cahaya dan c 3 N adalah penurunannya dengan ukuran populasi. Ini pada dasarnya adalah model klasik pertumbuhan penduduk di bawah sumber daya yang terbatas tetapi dengan kembalinya sumber daya ke kumpulan yang tersedia. Sistem seperti itu juga menggambarkan pentingnya dinamika pengurai dalam siklus ekosistem, seperti sekarang keseimbangan R dan N meningkat dengan meningkatnya tingkat pengembalian, c 2, bahan mati ke kolam pengurai.

Asumsi dari contoh-contoh ini adalah bahwa organisme memiliki kapasitas enzimatik untuk mencerna ekskretorisnya sendiri atau bahan mati, dan sementara ini telah disarankan dalam kasus Desulforudis, mungkin tidak biasa mengingat tingginya tingkat spesialisasi di sebagian besar autotrof. Namun, banyak autotrof memiliki beberapa kemampuan heterotrof , dan bahkan mikroba autotrof klasik, seperti cyanobacteria, memiliki aktivitas metabolisme alternatif yang telah dideteksi melalui interpretasi fungsional data genom .

Kami memberikan contoh teoretis ini bukan untuk membuktikan bahwa mereka bekerja di alam tetapi untuk menunjukkan bahwa, bahkan untuk ekosistem dunia nyata yang paling sederhana, kami tidak mengetahui jumlah dan jenis spesies yang diperlukan untuk kegigihan sistem. Persamaan yang kami sajikan juga menekankan bahwa, bahkan dalam ekosistem yang paling sederhana, menentukan alasan kegigihan mungkin tidak intuitif dan tentu saja tidak dapat dijelaskan secara berguna dengan generalisasi, seperti kemampuan untuk mendaur ulang sumber daya atau keanekaragaman hayati. Bahkan jika pengurai termasuk dalam sistem, dapatkah sumber daya didaur ulang secara memadai dan lengkap? Jika mereka memasuki kolam “tidak tersedia” apa pun, bahkan dengan kecepatan lambat, sistem pada akhirnya akan gagal (dalam arti bahwa tidak ada organisme hidup yang akan bertahan). Dalam beberapa eksperimen sistem tertutup terpanjang (multigenerasi) yang dilakukan hingga saat ini , kelimpahan organisme menunjukkan penurunan yang stabil selama beberapa bulan. Kami tidak tahu apakah penurunan tersebut merupakan tipikal dari sistem tertutup atau bagaimana mereka dapat dielakkan.

Pendekatan Metodologis

Studi awal biosfer biasanya menggunakan komunitas kompleks dan tidak terdefinisi yang dirancang untuk meniru lingkungan alami, tetapi ketidaktahuan tentang komposisi spesies dan parameter terukur yang jelas membatasi interpretasi hasil. Perubahan paling penting yang sekarang membuat studi tentang sistem self-enclosed menarik adalah bahwa mereka menjadi sangat layak karena kemajuan dalam pengurutan throughput tinggi, teknologi sensor, dan robotika.

Pengurutan throughput tinggi telah membuka pintu besar karena kami sekarang dapat memantau perubahan komposisi komunitas mikroba dari waktu ke waktu menggunakan berbagai alat yang tidak tersedia untuk pionir sistem tertutup awal (misalnya, barcode, transkriptomik, proteomik, PCR kuantitatif). Alat tersebut dapat digunakan untuk mempelajari perubahan komposisi spesies atau untuk mengkonfirmasi komposisi spesies dan yang terpenting, mengidentifikasi kontaminasi. Mereka dapat digunakan untuk mempelajari perubahan genetik dalam spesies, terutama pada mikroorganisme seperti bakteri di mana perubahan dapat semakin ditafsirkan untuk fungsi metabolisme dan fenotipe.

Kemajuan dalam teknologi sensor, khususnya sensor kimia optik, kini menyediakan pemantauan tak rusak dari status sistem, dengan miniaturisasi progresif, sensitivitas, dan pengurangan biaya. Kemajuan dalam deteksi tidak terbatas pada komponen lingkungan tetapi juga mencakup pemantauan biologis in situ, beberapa yang paling mencolok adalah penggunaan fluoresensi galur yang dimodifikasi secara genetik untuk mendeteksi perubahan kelimpahan organisme in situ.

Robotika sekarang dapat menghasilkan beberapa budaya ulangan, dan sementara kita tahu tidak ada penerapan ini pada sistem tertutup, pendekatan robotik semacam itu sekarang memungkinkan studi proses dalam mikrokosmos eksperimental dalam skala besar dan dengan ribuan ulangan. Tak satu pun dari pendekatan ini sederhana, dan mereka akan terus menantang kecerdikan kita. Namun, ada perbedaan generasi antara apa yang mungkin sekarang dan apa yang tersedia pada masa perintis biosfer awal.

Mikroba Harus Menjadi Pusat Pendidikan dan Penjangkauan Ekologi
Informasi

Mikroba Harus Menjadi Pusat Pendidikan dan Penjangkauan Ekologi

Mikroba Harus Menjadi Pusat Pendidikan dan Penjangkauan Ekologi – Planet kita berubah dengan cepat, dan menanggapi tantangan lingkungan berikutnya akan membutuhkan warga negara yang terinformasi yang dapat memahami kompleksitas yang melekat pada sistem ekologi.

Mikroba Harus Menjadi Pusat Pendidikan dan Penjangkauan Ekologi

hospitalmicrobiome – Namun, mikroorganisme biasanya diabaikan dalam narasi yang kita gunakan untuk memahami alam. Di sini, kami menganjurkan untuk memasukkan ekologi mikroba di seluruh tingkat pendidikan dan menggambarkan manfaat yang sering diabaikan dari memasukkan mikroba ke dalam kurikulum ekologi.

Baca Juga : Keragaman Jamur-bakteri dan Kompleksitas Mikrobioma Memprediksi Fungsi Ekosistem

Kami memberikan contoh di seluruh tingkat pendidikan, dari sekolah menengah (dengan mempertimbangkan diri sendiri sebagai ekosistem mikroba), hingga pendidikan tinggi (dengan menggabungkan pengetahuan kami tentang peran ekologi global dan aplikasi medis mikroba), hingga masyarakat umum (dengan keterlibatan melalui warga -proyek sains).

SEKOLAH DASAR DAN MENENGAH: JELAJAHI MIKROBIOME ANDA

Anak-anak tidak dapat menggambar mikroorganisme ( 41 ), dan mereka biasanya salah menggambarkan ukuran dan karakteristik morfologi mikroba ( 32 ). Misalnya, anak-anak sering memiliki kesan yang salah bahwa virus lebih besar dari bakteri ( 27 ), atau bahwa sel mikroba lebih kecil dari protein ( 16 ). Kesalahpahaman anak usia dini tentang mikroba ini tidak hanya terbatas pada morfologi atau ukurannya, tetapi juga meluas ke peran mereka di alam. Banyak penelitian di ruang kelas telah menunjukkan bahwa untuk anak-anak dari segala usia, mikroba secara eksklusif dikaitkan dengan penyakit dan kekurangan dalam kebersihan ( 10 , 19 , 27). Hal ini tampaknya masuk akal dan mencerminkan sejarah mikrobiologi yang dipandu oleh masalah praktis seperti masalah kesehatan dan pembusukan makanan. Menariknya, meskipun siswa mengakui bahwa kuman ada di mana-mana ( 27 ), mereka memiliki gambaran yang tidak lengkap tentang hubungan timbal balik antara makro dan mikroorganisme. Misalnya, siswa muda menganggap mikroba sebagai masalah manusia, daripada melihat mikroorganisme sebagai salah satu dari banyak organisme dalam ekosistem, atau sebagai patogen atau simbion bagi organisme lain ( 19 , 27 ). Secara umum, siswa menganggap manusia sebagai pusat ekosistem daripada salah satu anggota yang saling bergantung dengan organisme lain seperti mikroba ( 26 , 40 ).

Penelitian terbaru di bidang ekologi mikroba telah menekankan betapa tak terhindarkan dan kelirunya kesalahpahaman tentang mikroba ini. Studi tentang mikrobioma manusia (yaitu, komunitas mikroba yang berhubungan dengan manusia) telah menantang konsepsi standar tentang apa itu tubuh manusia, dan telah mengubah konsep “kuman” dari patogen yang sangat berbahaya menjadi gagasan yang lebih bernuansa bahwa sebagian besar mikroba tidak berbahaya atau bahkan tidak berbahaya. bermanfaat bagi kesehatan manusia. Faktanya, tubuh manusia dan komunitas mikroba terkaitnya sekarang dipelajari menggunakan pendekatan ekologi). Kami percaya bahwa pendekatan yang berharga, tetapi kurang dimanfaatkan, untuk mengajar anak-anak tentang kompleksitas dan seluk-beluk ekosistem adalah dengan melibatkan minat anak-anak pada mikroba dengan menyoroti relevansinya dan hubungannya dengan organisme lain di lingkungan sehari-hari: tubuh mereka sendiri, hewan peliharaan, taman, dan rumah.

Telah diusulkan bahwa pendidikan ekologi dan lingkungan harus menekankan diri untuk melibatkan siswa ( 28 ). Apa cara yang lebih baik untuk mencapai ini selain dengan menunjukkan kepada anak-anak bahwa tubuh mereka mewakili seluruh ekosistem? Ini dapat dicapai tidak hanya melalui cerita naratif, tetapi juga melalui kegiatan langsung, termasuk yang disusun oleh American Society for Microbiology ( www.asm.org/index.php/k-12-teachers). Misalnya, dengan menyeka mulut mereka dan menumbuhkan bakteri pada cawan petri, anak-anak dapat melakukan perjalanan kembali ke masa lalu dan mengalami kekaguman yang sama seperti yang dirasakan Antonie van Leeuwenhoek ketika dia pertama kali mengamati bakteri dari giginya sendiri di bawah mikroskop lebih dari 300 tahun yang lalu ( 24 ) . Selama kegiatan kelas ini, guru harus berhati-hati untuk mengikuti protokol yang ditetapkan, misalnya, menyegel cawan petri atau berbagi gambar alih-alih piring media ( 9 , 18 ). Kegiatan seperti itu tidak hanya membuat ekosistem mikroba relevan secara pribadi, tetapi juga memungkinkan yang tidak terlihat dan abstrak untuk dilihat ( 52 ) dan dibaui—menghasilkan pelatihan multisensori, yang lebih efektif dalam pembentukan memori dan ingatan ).

Mengingat kesalahpahaman yang disebutkan di atas yang sering dimiliki anak-anak mengenai biologi dan peran ekologi mikroba, sekolah harus membantu menumbuhkan selera bawaan anak-anak untuk terlibat dengan alam dengan menekankan bahwa “alam” dan komunitas kompleks yang umum di alam dapat ditemukan di kulit mereka, di mulut mereka, dan di perut mereka.

OPINI PUBLIK: MARI BICARA TENTANG MIKROBA

Pendidikan tidak berhenti setelah lulus. Dalam demokrasi liberal di mana inovasi teknologi memainkan peran kunci, warga harus mampu membuat keputusan berdasarkan informasi tentang isu-isu ilmiah yang sering tidak pasti, yang tunduk pada interpretasi dari perspektif yang berbeda, dan yang bahkan mungkin berbenturan dengan nilai-nilai publik dan pandangan dunia ( 21 , 29 ). Tidak dapat disangkal, pandangan kita tentang hubungan antara manusia dan alam menentukan sikap yang kita kembangkan dan kebijakan lingkungan yang kita adopsi. Saat ini, mikroba sebagian besar hilang dari konseptualisasi kita tentang alam, dan dengan demikian dari pandangan kita tentang hubungan ini.

Contoh terbaik dari kebijakan lingkungan yang menjadi bahan perdebatan dan polarisasi adalah persepsi risiko yang terkait dengan perubahan iklim ( 30 ). Kami percaya bahwa ekologi mikroba dapat membantu mendidik masyarakat tentang ketidakpastian yang melekat dalam perdebatan iklim dan ekologi. Karena sifatnya yang “tidak terlihat”, mikroba adalah entitas abstrak meskipun kita tahu bahwa mereka memainkan peran kunci dalam mempertahankan layanan ekosistem skala global seperti penyerapan karbon, dekomposisi, daur ulang nutrisi, dan pemurnian air.

Jadi, kita perlu memasukkan mikroba dengan lebih baik ke dalam kerangka naratif kita tentang alam. Kita sudah tahu bahwa penyakit menular mikroba memiliki dampak ekonomi yang besar dengan secara langsung mempengaruhi perdagangan dan perdagangan), tetapi masih ada kesenjangan besar dalam pemahaman kita tentang bagaimana modifikasi siklus biogeokimia global yang dimediasi oleh mikroba dapat berdampak pada ekosistem. Misalnya, suhu yang lebih hangat dapat mempercepat dekomposisi mikroba dari sejumlah besar karbon organik yang saat ini disimpan di tanah permafrost, tetapi besaran dan arah umpan balik iklim ini dari ekosistem darat ke atmosfer tetap belum terselesaikan.

Sebagai ilmuwan yang sering bergantung secara finansial pada pembayar pajak untuk dukungan penelitian, kita perlu memastikan bahwa publik menghargai nilai investasi mereka dalam penelitian. Apresiasi tersebut dapat datang melalui pendidikan dan penjangkauan publik. Keterlibatan ilmiah dengan orang dewasa sama integralnya dengan siswa yang lebih muda, tetapi menghadirkan tantangan yang unik. Tidak seperti siswa sekolah menengah atau sarjana, masyarakat umum bukanlah penonton yang tertawan. Salah satu cara untuk memotivasi masyarakat umum untuk belajar tentang sains adalah dengan memberikan publik kepemilikan pribadi atas penelitian, atau dengan secara khusus menyebarluaskan hasil penelitian secara langsung kepada mereka, daripada secara eksklusif melalui produksi artikel jurnal yang biasanya gagal menjangkau khalayak luas. bukan ilmuwan.31 , 49 ).

Namun, penggunaan ilmuwan warga dalam studi mikroba telah tertinggal (Tabel 1), dan ini terlepas dari fakta bahwa mikroba ada di mana-mana: tinggal di dalam rumah, bepergian di kereta bawah tanah, dan tinggal di tanah taman metropolitan. Sebagai contoh baru-baru ini, para peneliti dapat memetakan distribusi mikroba di udara menggunakan debu yang dikumpulkan oleh ilmuwan warga dari trim pintu rumah mereka, dan juga mempelajari keberadaan mikroba yang berbeda di wilayah metropolitan New York City  . Karena semakin banyak orang pindah ke daerah perkotaan, kita harus belajar tentang organisme yang kita hidupi.

Upaya pendidikan masyarakat umum yang telah kami uraikan di sini akan secara bersamaan memberikan manfaat bagi para peneliti dalam hal menghasilkan lebih banyak data dan meningkatkan kemungkinan mendapatkan dana, sementara juga bermanfaat bagi masyarakat melalui materi penjangkauan terkait. Sebagai warga mengambil kepemilikan penelitian, mereka akan memiliki investasi yang lebih besar dalam wacana mikroba. Upaya penjangkauan publik seperti penggalian data crowdsourced, upaya sains warga, dan bahkan “gamifikasi” analisis untuk mendorong partisipasi warga menunjukkan hasil yang menjanjikan di seluruh bidang ilmiah dalam hal peningkatan literasi sains. Kami berharap ahli ekologi mikroba akan terus terlibat dengan publik dalam nada yang sama untuk kepentingan lapangan dan masyarakat yang lebih luas.

KESIMPULAN

Warga negara harus mampu membuat keputusan berdasarkan informasi mengenai isu-isu ilmiah yang mempengaruhi kehidupan pribadi mereka, kemakmuran komunitas mereka, dan warisan alam mereka. Namun, non-ilmuwan dapat memiliki ide yang sangat berbeda tentang alam dari komunitas ilmiah ( 21 , 29 ). Pemisahan masyarakat dan komunitas ilmiah ini dimulai sejak masa kanak-kanak. Misalnya, anak-anak menemukan ide-ide tertentu seperti konsep ekologi yang melibatkan interaksi tidak langsung ( 26 , 40 ) atau membayangkan dunia biologis pada skala mikroskopis ( 10 , 19 , 41) sangat sulit untuk dipahami. Apalagi di masa dewasa, latar belakang ideologi dan politik kita akan membiaskan persepsi dan penalaran kita ( 29 , 30 ). Pendidikan tetap menjadi alat terbaik kita untuk membentuk penilaian pribadi, yang sangat penting dalam demokrasi, di mana pendapat diperebutkan dan orang membuat keputusan politik.

Tantangan lingkungan ke depan akan mengharuskan semua warga negara memiliki gambaran yang lebih lengkap tentang alam, dengan semua kompleksitas, keterkaitan, dan ketidakpastiannya yang tak terhindarkan. Oleh karena itu, kita tidak dapat mengabaikan aktor utama di panggung Bumi, mikroorganisme, karena kita mungkin harus lebih khawatir tentang apa yang tidak kita ketahui daripada tentang apa yang sudah kita ketahui. Dalam makalah ini kami telah menawarkan “panggilan untuk mempersenjatai” dalam membawa ekologi mikroba ke dalam pendidikan sains arus utama di semua tingkatan. Kami telah menawarkan saran tentang bagaimana mengakomodasi tujuan tersebut, tetapi daripada memberikan risalah tentang strategi tersebut, kami berharap untuk merangsang diskusi yang lebih besar tentang bagaimana mencapai ini di masa depan.

Kami berpendapat bahwa manfaat yang muncul dari peningkatan pendidikan ekologi mikroba jauh lebih besar daripada biaya yang terkait dengan memasukkan rencana pelajaran baru, atau waktu yang dihabiskan untuk mendidik instruktur tentang cara memasukkan contoh mikroba di ruang kelas dengan lebih baik. Kami mendorong dimasukkannya ekologi mikroba dalam pendidikan karena mikroba membantu kami menghargai kompleksitas yang melekat pada alam, termasuk ekosistem mikroba individual kami, dan tempat kami di ekosistem yang lebih luas.

Pendidikan seringkali didorong oleh imajinasi, membuat dunia mikroba tidak dapat kita lihat sebagai fokus yang berguna untuk mengajarkan konsep dasar ekologi dan ilmu lingkungan. Naturalis John Muir mendukung nilai mempertimbangkan teman kita yang tidak terlihat untuk memperbesar perspektif kita tentang dunia alami: “Ketika kita memikirkan makhluk kecil yang terlihat, kita dituntun untuk memikirkan banyak hal yang lebih kecil dan membawa kita terus dan terus ke dalam misteri yang tak terbatas.” Saat kita bergerak maju sebagai pendidik, ilmuwan, dan kontributor bagi masyarakat, jangan lupa untuk berbagi dunia mikroba dengan misteri tak terbatas ini dengan sesama manusia.

Keragaman Jamur-bakteri dan Kompleksitas Mikrobioma Memprediksi Fungsi Ekosistem
Informasi Penelitian

Keragaman Jamur-bakteri dan Kompleksitas Mikrobioma Memprediksi Fungsi Ekosistem

Keragaman Jamur-bakteri dan Kompleksitas Mikrobioma Memprediksi Fungsi Ekosistem – Mikrobioma tanah sangat beragam dan terdiri dari seperempat keanekaragaman Bumi. Namun, bagaimana mikrobioma yang beragam dan kompleks secara fungsional memengaruhi fungsi ekosistem masih belum jelas.

Keragaman Jamur-bakteri dan Kompleksitas Mikrobioma Memprediksi Fungsi Ekosistem

hospitalmicrobiome  – Di sini kami memanipulasi mikrobioma tanah di ekosistem padang rumput eksperimental dan mengamati bahwa keragaman mikrobioma dan kompleksitas jaringan mikroba secara positif memengaruhi berbagai fungsi ekosistem yang terkait dengan siklus nutrisi (misalnya multifungsi).

Baca Juga : Penelitian Mikroorganisme dalam Pengendalian Hama Biologis

Mikrokosmos padang rumput dengan jaringan mikroba yang kurang berkembang dan kekayaan mikroba yang berkurang memiliki multifungsi terendah karena hadirnya taksa yang lebih sedikit yang mendukung fungsi yang sama (redundansi) dan keragaman taksa yang lebih rendah yang mendukung fungsi yang berbeda (keunikan fungsional yang berkurang). Lebih-lebih lagi, taksa mikroba yang berbeda menjelaskan fungsi ekosistem yang berbeda yang menunjukkan pentingnya keragaman fungsional dalam komunitas mikroba.

Temuan ini menunjukkan pentingnya interaksi mikroba di dalam dan di antara komunitas jamur dan bakteri untuk meningkatkan kinerja ekosistem dan menunjukkan bahwa kepunahan asosiasi ekologi kompleks di bawah tanah dapat mengganggu fungsi ekosistem.

Mikroba adalah mayoritas yang tak terlihat di Bumi dan terdiri dari sebagian besar keragaman genetik kehidupan . Banyak mikroorganisme yang berasosiasi dengan manusia, hewan, serangga, tumbuhan, dan tanah di seluruh dunia. Di masing-masing bioma ini, mikroba biasanya membentuk komunitas yang sangat beragam dan kompleks yang secara kolektif berfungsi sebagai mikrobioma.

Studi sebelumnya berfokus pada deskripsi komunitas mikroba ini, tetapi saat ini ada banyak minat untuk menghubungkan komposisi dan keragaman mikrobioma dengan fungsi. Hal ini tidak mengherankan karena diketahui bahwa mikroba mempengaruhi semua organisme hidup dan memainkan peran sentral dalam banyak siklus biogeokimia di bumi, mendorong siklus karbon dan nutrisi global dengan efek umpan balik langsung pada fungsi ekosistem dan produktivitas .

Eksperimen yang dilakukan di mikrokosmos dan pada skala pengamatan global mengungkapkan bahwa keragaman mikroba terkait dengan fungsi ekosistem, yang menyiratkan bahwa komunitas dengan kekayaan mikroba yang lebih tinggi berkinerja lebih baik. Keragaman mikroba yang sangat tinggi pada skala spasial kecil telah menyebabkan hipotesis bahwa mikrobioma yang sangat beragam ini secara fungsional berlebihan.

Namun, redundansi fungsional adalah fitur penting keanekaragaman hayati karena keanekaragaman yang lebih besar memberikan kemungkinan yang lebih besar bahwa beberapa spesies hadir yang dapat melakukan fungsi di bawah kondisi yang bervariasi secara temporal dan spasial dan berfungsi sebagai penyangga terhadap taksa yang hilang sehingga fungsi ekosistem dipertahankan . Selain itu, meskipun keragaman mikroba tanah yang begitu luas mungkin tampak berlebihan secara fungsional, mikroba terlibat dalam banyak fungsi secara bersamaan dan dengan demikian redundansi fungsional cenderung memudar karena lebih banyak fungsi dipertimbangkan, seperti yang telah ditunjukkan untuk hubungan kekayaan- multifungsi tanaman.

Untuk memahami bagaimana perubahan keanekaragaman hayati tanah mempengaruhi fungsi ekosistem, oleh karena itu penting untuk mempertimbangkan tidak hanya apakah jumlah total taksa yang ada berhubungan dengan suatu fungsi, tetapi bagaimana pengurangan jumlah spesies yang mendukung satu fungsi berhubungan dengan hilangnya beberapa fungsi. berfungsi secara bersamaan.

Yang penting pengaruh spesies individu pada fungsi ekosistem tidak terlepas dari spesies lain yang ada dan merupakan hasil dari berbagai asosiasi positif dan negatif, langsung dan tidak langsung di antara spesies yang berbeda yang secara keseluruhan mendorong fungsi ekosistem. Misalnya, komunitas mikroba tidak hanya dicirikan oleh jumlah dan komposisi taksa, tetapi juga oleh asosiasi ekologis di antara anggota mikrobioma. Dalam beberapa tahun terakhir, analisis kemunculan bersama mikroba telah menjelaskan kompleksitas mikrobioma dan hubungan timbal balik di antara anggota masyarakat . Studi yang muncul telah mengungkapkan bahwa mikrobioma terstruktur, dan membentuk jaringan mikroba kompleks yang saling berhubungan, di mana mikroba saling berhubungan secara langsung atau tidak langsung melalui proses, seperti kompetisi, fasilitasi, dan penghambatan.

Kompleksitas jaringan mikroba ini dan hubungannya dengan fungsi tidak selalu ditentukan oleh jumlah taksa dalam komunitas, melainkan oleh jumlah asosiasi yang dimiliki taksa di antara mereka . Perbatasan berikutnya sekarang adalah menguji secara empiris apakah perubahan dalam kompleksitas mikrobioma, seperti yang ditunjukkan oleh keragaman dan interkonektivitas di antara mikroba yang terjadi bersamaan, penting untuk cara komunitas mikroba memengaruhi fungsi ekosistem.

Dengan memisahkan organisme tanah menurut ukurannya, menggunakan filter dengan ukuran mata jaring yang semakin kecil, kami sebelumnya telah menunjukkan bahwa hilangnya keanekaragaman hayati tanah mengakibatkan berkurangnya keanekaragaman tanaman, produktivitas, retensi nutrisi, dan alokasi karbon di bawah tanah menggunakan mikrokosmos padang rumput mandiri yang membatasi kontaminasi eksternal.

Namun, peran keragaman mikrobioma, redundansi fungsional, dan kompleksitas jaringan di dalam dan di antara komunitas bakteri dan jamur dalam mengatur kinerja ekosistem belum dinilai sepanjang gradien keanekaragaman hayati tanah tersebut. Jadi, kami memanfaatkan sistem model ini dengan gradien yang kuat dalam keanekaragaman hayati tanah di sini untuk menilai lebih lanjut fitur yang berbeda dari keanekaragaman mikroba tanah dan hubungannya dengan fungsi tanah yang diketahui dimediasi oleh mikroba tanah, dan itu mencerminkan efisiensi siklus nutrisi, di sini disebut multifungsi tanah. Kami menggunakan tanah yang dikumpulkan dari mikrokosmos ini dan menggunakan pengurutan generasi berikutnya untuk mengkarakterisasi mikrobioma tanah jamur dan bakteri (lihat bagian “Metode”).

Meskipun alat pengurutan generasi berikutnya telah memungkinkan kami untuk menangkap keragaman besar mikroba tanah, banyak taksa yang terdeteksi mungkin tidak memainkan peran penting dalam fungsi ekosistem yang diinginkan, sehingga menghasilkan ‘kebisingan’ yang dapat mengaburkan hubungan keragaman-fungsi yang direalisasikan.

Hal ini berbeda dengan hubungan keragaman-produktivitas tanaman klasik di mana setiap tanaman yang ada secara inheren memberikan kontribusi biomassa terhadap produktivitas ekosistem bersih.

Jadi, kami menggunakan seleksi fitur, alat statistik, untuk mengidentifikasi taksa yang berkontribusi untuk memprediksi kinerja setiap fungsi ekosistem yang dipertimbangkan. Ini memberi kami identitas taksa jamur dan bakteri yang mendukung suatu fungsi (langsung atau tidak langsung), sehingga menghilangkan ‘gangguan’ tersebut dalam menilai hubungan keragaman-fungsi.

Asosiasi taksa mikroba dengan fungsi kemudian memungkinkan kami untuk menilai lebih lanjut efek keragaman mikrobioma yang lebih besar pada peningkatan redundansi taksa yang mendukung fungsi umum, di mana redundansi yang lebih besar berarti ada lebih banyak taksa yang mendukung fungsi yang sama.

Kami juga menghitung keragaman fungsional dalam komunitas mikroba menggunakan indeks keunikan fungsional, yang merupakan produk dari entropi kuadrat Raos dan indeks Simpsons terbalik dan merangkum keragaman dalam kelimpahan relatif di antara mikroba yang mendukung fungsi yang berbeda 34 .

Di sini kami berhipotesis bahwa kekayaan mikrobioma dan kompleksitas jaringan mikroba mendorong multifungsi ekosistem, bahwa jika fungsi ekosistem tertentu bukan merupakan hasil dari kehadiran takson tunggal, maka kehadiran taksa lebih banyak yang berkontribusi positif, secara langsung atau tidak langsung, pada proses mendasar yang mendorong respons dalam suatu fungsi harus mengarah pada redundansi positif– hubungan fungsi. Pada saat yang sama, jika kekayaan mikroba yang lebih besar meningkatkan multifungsi ekosistem maka akan dihipotesiskan bahwa ini karena kekayaan yang lebih besar memberikan keragaman taksa yang lebih besar yang mendukung berbagai fungsi yang menghasilkan keunikan fungsional-fungsional hubungan multifungsi yang positif.

Kami menilai kompleksitas mikrobioma dengan terlebih dahulu menghasilkan matriks meta-asosiasi termasuk semua taksa jamur dan bakteri dari semua mikrokosmos. Dari sini, sub-jaringan berdasarkan taksa yang ada dalam mikrokosmos spesifik digunakan untuk menghasilkan indeks kompleksitas mikrobioma tanah (kepadatan hubungan) antara taksa jamur dan bakteri.

Karya ini menunjukkan bahwa jaringan mikroba yang lebih kompleks berkontribusi lebih banyak untuk meningkatkan multifungsi fungsi ekosistem daripada jaringan yang lebih sederhana atau dengan keragaman rendah. Selain itu, mikroba yang berbeda mendukung fungsi yang berbeda yang menunjukkan pentingnya keragaman fungsional dalam komunitas mikroba.

Penelitian Mikroorganisme dalam Pengendalian Hama Biologis
Informasi Penelitian

Penelitian Mikroorganisme dalam Pengendalian Hama Biologis

Penelitian Mikroorganisme dalam Pengendalian Hama Biologis – Pada bagian ini, topik pengendalian hama secara biologis dipertimbangkan. akan berlangsung. Telah ada peningkatan minat dalam agen kontrol biologis dalam dekade terakhir. Lebih banyak agen biokontrol disaring untuk efikasi dan dampak lingkungan termasuk keamanan mamalia.

Penelitian Mikroorganisme dalam Pengendalian Hama Biologis

hospitalmicrobiome – Banyak organisme telah diselidiki sebagai agen potensial untuk pengendalian nyamuk vektor, termasuk virus, jamur, bakteri, protozoa, nematoda, predator invertebrata dan ikan. Namun, sebagian besar agen ini terbukti memiliki sedikit penggunaan operasional, terutama karena kesulitan dalam mengalikannya dalam jumlah besar.

Baca Juga : Penelitian Bakteri yang baru ditemukan melawan perubahan iklim

Beberapa spesies organisme, yang telah diperkenalkan dari tempat lain mungkin juga menjadi hama bagi organisme lain. Sebelum munculnya pestisida kimia, predator yang merupakan musuh alami dari hama tertentu, merupakan subjek penting dalam ilmu biologi sehubungan dengan pertanian dan pengendalian hama hutan.

Pestisida yang mencakup insektisida, herbisida, dan fungisida digunakan dalam pertanian modern untuk mengendalikan hama dan meningkatkan hasil panen. Di negara maju dan berkembang, penggunaan pestisida kimia telah meningkat secara dramatis selama beberapa dekade terakhir.

Pengendalian hama dengan bahan kimia sintetik menimbulkan beberapa masalah. Residu insektisida sintetik ini menyebabkan efek toksik pada kehidupan liar (misalnya, burung, serangga bermanfaat seperti lebah madu). Insektisida kimia ini juga menyebabkan perubahan kimia yang berbahaya pada serangga/hama non-target pada predator, parasit, dll. Juga dapat berbahaya bagi manusia dan hewan peliharaan. Masalah lingkungan lainnya adalah pencemaran air tanah.

Selain itu, ada beberapa penelitian terbaru tentang pengendalian hayati hama laut . Pengenalan hama laut ke habitat baru sama tuanya dengan pengalaman bahari. Cacing kapal Atlantik sangat mungkin yang pertama untuk aplikasi dari beberapa predator baru, Mytilus gallprovincialis, dan populasi kepiting hijau Eropa Atlantik barat telah menanam diri mereka sendiri dengan kuat sebagai bagian dari biota yang dinetralkan. Banyak introduksi lainnya, seperti polychaetes, amphipoda yang samar dan telah dianggap spesies dengan distribusi kosmopolitan alami.

Pertanian dan hutan merupakan sumber daya yang penting untuk menopang sistem ekonomi, lingkungan dan sosial global. Untuk alasan ini, tantangan global adalah untuk mengamankan hasil yang tinggi dan berkualitas dan untuk membuat produk pertanian yang ramah lingkungan. Sarana kimiawi untuk perlindungan tanaman menempati posisi terdepan dalam hal volume total aplikasinya dalam pengelolaan hama dan penyakit tanaman terpadu. Tetapi pestisida menyebabkan keracunan pada manusia dan hewan berdarah panas.

Meskipun pengendalian efektif selama bertahun-tahun oleh insektisida agrokimia konvensional, sejumlah faktor mengancam keefektifan dan penggunaan bahan ini secara terus-menerus. Ini termasuk pengembangan resistensi insektisida dan pembatalan penggunaan atau pencabutan beberapa insektisida karena masalah kesehatan manusia dan lingkungan. Oleh karena itu, alternatif ramah lingkungan adalah kebutuhan saat ini. Peningkatan strategi pengendalian hama merupakan salah satu metode untuk menghasilkan kualitas yang lebih tinggi dan kuantitas yang lebih besar dari produk pertanian. Oleh karena itu, perlu dikembangkan biopestisida yang efektif, biodegradable dan tidak meninggalkan efek berbahaya bagi lingkungan.

Pestisida biologis

Biopestisida adalah jenis pestisida tertentu yang berasal dari bahan alam seperti hewan, tumbuhan, bakteri, dan mineral tertentu. Misalnya, minyak canola dan soda kue memiliki aplikasi pestisida dan dianggap sebagai biopestisida. Bahkan hingga akhir tahun 2001, tercatat sekitar 195 bahan aktif biopestisida dan 780 produk.

Biopestisida adalah pestisida biokimia yang merupakan zat alami yang mengendalikan hama dengan mekanisme tidak beracun. Mereka adalah organisme hidup (musuh alami) atau produk mereka (fitokimia, produk mikroba) atau produk sampingan (semiokimia) yang dapat digunakan untuk pengendalian hama yang merugikan tanaman tanaman. Biopestisida memiliki peran penting dalam perlindungan tanaman,

Mereka adalah pestisida biologis berdasarkan mikroorganisme patogen khusus untuk hama sasaran yang menawarkan solusi ekologis dan efektif untuk masalah hama. Mereka menimbulkan lebih sedikit ancaman terhadap lingkungan dan kesehatan manusia. Biopestisida yang paling umum digunakan adalah organisme hidup yang bersifat patogen bagi OPT. Ini termasuk biofungisida (trikoderma), bioherbisida (Phytopthora) dan bioinsektisida (Bacillus thuringiensis, B. sphaericus). Manfaat potensial untuk pertanian dan program kesehatan masyarakat melalui penggunaan biopestisida cukup besar.

Keuntungan menggunakan biopestisida ( sebagai pengganti bahan kimia lainnya didasarkan pada faktor-faktor ini:

  • Manfaat ekologis; secara inheren kurang berbahaya dan lebih sedikit beban lingkungan.
  • Spesifisitas sasaran; dirancang untuk mempengaruhi hanya satu hama tertentu atau, dalam beberapa kasus, beberapa organisme target,
  • Kemanfaatan lingkungan; seringkali efektif dalam jumlah yang sangat kecil dan sering terurai dengan cepat, sehingga menghasilkan eksposur yang lebih rendah dan sebagian besar menghindari masalah polusi.
  • Kesesuaian; bila digunakan sebagai komponen program pengendalian hama terpadu (PHT), biopestisida dapat memberikan kontribusi yang besar.
Penelitian Bakteri yang baru ditemukan melawan perubahan iklim
Informasi Penelitian

Penelitian Bakteri yang baru ditemukan melawan perubahan iklim

Penelitian Bakteri yang baru ditemukan melawan perubahan iklim – Peneliti Cornell telah menemukan spesies baru bakteri tanah – yang mereka beri nama untuk mengenang profesor Cornell yang pertama kali menemukannya yang sangat mahir dalam memecah bahan organik, termasuk bahan kimia penyebab kanker yang dilepaskan ketika batu bara, gas, minyak dan sampah dibakar.

Penelitian Bakteri yang baru ditemukan melawan perubahan iklim

hospitalmicrobiome – “Mikroba telah ada di sini sejak kehidupan dimulai, hampir 4 miliar tahun. Mereka menciptakan sistem tempat kita hidup, dan mereka mempertahankannya,” kata Dan Buckley , profesor ekologi mikroba di Bagian Ilmu Tanah dan Tanaman di Sekolah Ilmu Tanaman Integratif. “Kita mungkin tidak melihat mereka, tetapi mereka menjalankan pertunjukan.”

Baca juga : Penelitian Tentang Mikroba Terapeutik untuk Mengatasi Penyakit

Melansir cornell, Buckley dan lima peneliti Cornell lainnya, bersama dengan rekan dari Lycoming College, menggambarkan bakteri baru dalam sebuah makalah, “ Paraburkholderia madseniana sp. nov., bakteri pendegradasi asam fenolik yang diisolasi dari tanah hutan asam ”, diterbitkan 6 Februari di International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology.

Bakteri baru, madseniana, dinamai untuk menghormati mendiang Gene Madsen, profesor mikrobiologi yang memulai penelitian. Dia meninggal pada tahun 2017 , sebelum dia bisa mengkonfirmasi penemuan itu.

Semua tumbuhan dan hewan, termasuk manusia, memiliki kumpulan bakteri ramah yang membantu kita mencerna makanan dan melawan infeksi. Bakteri yang hidup di tanah tidak hanya membantu tanaman tumbuh, mengatasi stres dan melawan hama, mereka juga penting untuk memahami perubahan iklim.

Bakteri yang baru ditemukan termasuk dalam genus Paraburkholderia, yang dikenal karena kemampuannya untuk mendegradasi senyawa aromatik dan, pada beberapa spesies, kapasitasnya untuk membentuk bintil akar yang memfiksasi nitrogen di atmosfer. Nama spesies, madseniana, mencerminkan warisan pekerjaan Madsen di bidang mikrobiologi lingkungan.

Penelitian Madsen berfokus pada biodegradasi – peran mikroba dalam memecah polutan di tanah yang terkontaminasi – dengan fokus khusus pada polutan organik yang disebut hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH). Karyanya merupakan terobosan dalam menyediakan alat-alat alami untuk mengatasi limbah berbahaya di daerah di mana tanah yang terkontaminasi tidak dapat dengan mudah digali dan dipindahkan.

“Gene adalah pria yang rendah hati dan ilmuwan hebat. Saya sangat senang melihat warisannya hidup dengan cara ini,” kata Esther Angert , profesor dan ketua Departemen Mikrobiologi. “Sangat tepat bahwa bakteri dengan ciri-ciri ini dinamai menurut ahli mikrobiologi lingkungan yang luar biasa ini. Saya pikir Gene pasti tersenyum.”

Pekerjaan dimulai di hutan percobaan Cornell di Turkey Hill, area alami yang dikelola oleh Cornell Botanic Gardens . Madsen mengisolasi bakteri baru dari tanah hutan; Tim Buckley menyelesaikan proyek tersebut.

Langkah pertama adalah mengurutkan gen RNA ribosom bakteri, yang memberikan bukti genetik bahwa madseniana adalah spesies unik. Dalam mempelajari bakteri baru, para peneliti memperhatikan bahwa madseniana sangat mahir dalam memecah hidrokarbon aromatik, yang membentuk lignin, komponen utama biomassa tanaman dan bahan organik tanah. Hidrokarbon aromatik juga ditemukan dalam polusi PAH beracun.

Ini berarti bahwa bakteri yang baru diidentifikasi dapat menjadi kandidat untuk penelitian biodegradasi dan pemain penting dalam siklus karbon tanah.

Laboratorium Buckley berfokus pada peran bakteri dalam siklus karbon – siklus alami karbon melalui Bumi dan atmosfer, yang menurut para ilmuwan telah dihancurkan oleh emisi karbon manusia yang berlebihan.

“Kami hanya tahu sedikit tentang bagaimana bakteri tanah beroperasi,” kata Buckley. “Tanah, setiap tahun, memproses sekitar tujuh kali lebih banyak karbon daripada semua emisi manusia dari mobil, pembangkit listrik, dan unit pemanas, di seluruh dunia, hanya dalam pekerjaan alami mereka untuk menguraikan bahan tanaman. Karena begitu banyak karbon yang melalui tanah, perubahan kecil dalam cara kita mengelola tanah dapat berdampak besar pada perubahan iklim.”

Dalam kasus madseniana, lab Buckley ingin mempelajari lebih lanjut tentang hubungan simbiosis antara bakteri dan pohon hutan. Penelitian awal menunjukkan bahwa pohon memberi makan karbon ke bakteri, dan pada gilirannya bakteri mendegradasi bahan organik tanah, sehingga melepaskan nutrisi seperti nitrogen dan fosfor untuk pohon.

Memahami bagaimana bakteri memecah karbon di tanah dapat menjadi kunci keberlanjutan tanah dan kemampuan untuk memprediksi masa depan iklim global.

Roland Wilhelm, seorang rekan postdoctoral di laboratorium Buckley, adalah penulis pertama makalah tersebut. Rekan penulis lainnya termasuk Sean Murphy, seorang Ph.D. mahasiswa di laboratorium; asisten peneliti sarjana Nicole Feriancek ’22 dan David Karasz ’20; Christopher DeRito, spesialis dukungan penelitian; dan Jeffrey Newman, seorang profesor biologi di Lycoming College.

Penelitian ini didukung oleh Institut Pangan dan Pertanian Nasional USDA melalui hibah McIntire Stennis.

Penelitian Tentang Mikroba Terapeutik untuk Mengatasi Penyakit
Informasi Penelitian

Penelitian Tentang Mikroba Terapeutik untuk Mengatasi Penyakit

Penelitian Tentang Mikroba Terapeutik untuk Mengatasi Penyakit – Meskipun itu terjadi hampir satu dekade lalu, Willem de Vos masih ingat dengan jelas rekan-rekannya disuruh menghentikan uji klinis yang telah mereka lakukan.

Penelitian Tentang Mikroba Terapeutik untuk Mengatasi Penyakit

hospitalmicrobiome – De Vos adalah bagian dari tim yang melakukan uji klinis acak pertama transplantasi mikrobiota tinja (FMT) tinja dari donor yang sehat digunakan sebagai pengobatan terakhir untuk orang-orang dengan infeksi usus berulang yang menghancurkan yang disebabkan oleh bakteri Clostridium difficile. Sekitar satu tahun, dewan pemantau data dan keamanan yang mengawasi uji coba telah melihat cukup banyak: uji coba harus diakhiri.

Baca juga : Penelitian Tentang Seberapa Pentingkah Mikroorganisme? 

Melansir nature, Tapi itu bukan karena terapi itu tidak berhasil — justru sebaliknya. Transplantasi terbukti sangat berhasil sehingga tidak etis lagi untuk terus memberikan orang-orang dalam kelompok kontrol pengobatan antibiotik konvensional yang dibandingkan dengan transplantasi. “Itu menunjukkan kepada kita bahwa itu berhasil dan mengapa itu berhasil,” kata de Vos, ahli mikrobiologi di Universitas Wageningen di Belanda dan Universitas Helsinki di Finlandia. Pasien yang diobati dengan antibiotik yang kambuh diberikan transplantasi, yang menyembuhkan mereka.

Kisah C. difficile adalah salah satu dari daftar contoh yang berkembang tentang bagaimana mikrobioma usus membentuk biologi kita. Komunitas mikroba yang hidup di usus telah dikaitkan dengan banyak aspek fisiologi kita – mulai dari kondisi seperti obesitas hingga bagaimana sistem kekebalan berfungsi dan bahkan kesehatan mental. Keberhasilan FMT dalam mengobati C. difficile juga menunjukkan bahwa, pada prinsipnya, ekologi usus dapat dimanipulasi untuk mengobati penyakit. Sekarang, para ilmuwan sedang mencoba untuk merekayasa mikrobiota usus yang memungkinkan mereka melakukan hal itu.

Ahli biologi sintetis bekerja pada tingkat spesies individu, merekayasa bakteri usus tidak hanya untuk memberikan muatan terapeutik tetapi juga untuk memantau dan merespons kondisi di dalam tubuh. Sementara itu, ahli ekologi sintetik melihat usus sebagai ekosistem dan mengumpulkan komunitas mikroba yang berinteraksi untuk menghasilkan zat atau perilaku untuk manfaat medis. Kedua pendekatan ini masih dalam tahap awal, dan ada tantangan untuk membawa mereka ke klinik. Namun teknologi sudah terbukti menjadi alat yang kuat, memungkinkan para ilmuwan untuk mengeksplorasi interaksi mikroba yang kompleks dalam ekosistem internal kita.

Bakteri dipesan lebih dahulu

Rekayasa mikroba individu memiliki rangkaian aplikasi potensial yang mengesankan. Bakteri usus telah diubah untuk menghasilkan molekul terapeutik untuk mengobati kondisi metabolisme, membunuh patogen, dan memicu respons imun terhadap kanker. Strain Escherichia coli yang direkayasa untuk menghasilkan protein yang dibutuhkan untuk memperbaiki defisiensi metabolik yang langka sekarang sedang dalam uji klinis. Dan pada tahun 2018, sebuah tim di Singapura mengungkapkan bakteri usus yang telah direkayasa untuk menempel pada sel kanker usus besar dan mengeluarkan enzim yang mengubah zat yang secara alami ditemukan dalam sayuran seperti brokoli menjadi molekul yang menghambat pertumbuhan tumor.

Ketika diberikan kepada tikus dengan kanker usus besar, pengobatan tersebut mengecilkan tumor dan mengurangi kekambuhan. Bakteri bahkan dapat direkayasa untuk merasakan tanda-tanda penyakit dan merespons dengan memproduksi molekul terapeutik. Sebagai contoh, pada tahun 2017, peneliti mengambil bakteri usus yang biasa digunakan sebagai probiotik dan memberinya kemampuan untuk mendeteksi sinyal komunikasi yang dihasilkan oleh bakteri patogen. Bakteri probiotik kemudian menghasilkan molekul antimikroba sebagai respons. Para peneliti menunjukkan bahwa itu membantu membersihkan infeksi pada cacing dan tikus 2 .

Studi seperti ini menunjukkan potensi terapi hidup, tetapi sejauh ini bakteri yang direkayasa adalah sistem yang relatif mudah — mereka menghasilkan molekul terapeutik baik pada tingkat yang konstan atau sebagai respons terhadap sinyal lingkungan. Sekarang, para peneliti mencari untuk memperluas cakupan mikroba yang direkayasa dan bakteri yang direkayasa dengan DNA yang mengandung elemen yang lebih kompleks yang dirancang untuk bekerja seperti sirkuit elektronik. Ini adalah bidang biologi sintetik, disiplin yang bertujuan untuk menerapkan prinsip-prinsip teknik — seperti komponen modular yang terstandarisasi — ke sistem biologis.

Prestasi rekayasa kompleks ini memungkinkan bakteri melakukan tugas komputasi sederhana, seperti mengingat stimulus satu kali lama setelah berlalu. Misalnya, tim ahli biologi sintetik yang dipimpin oleh Pamela Silver di Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering di Harvard University di Boston, Massachusetts, merekayasa bakteri untuk mendeteksi bahan kimia yang diproduksi oleh sel usus yang meradang.

Sebagai tanggapan, bakteri mengeluarkan sinyal molekuler, dan terus mengeluarkannya bahkan jika peradangan usus mereda. Sinyal dapat dideteksi dalam sampel tinja, meningkatkan kemungkinan penggunaan bakteri sebagai tes diagnostik hidup untuk penyakit radang usus — yang sering bersifat sementara dan, oleh karena itu, sulit dideteksi di klinik.3 . Yang penting, bakteri rekayasa yang dapat mengingat jenis sinyal lingkungan lainnya akan memungkinkan peneliti untuk mengeksplorasi kondisi di berbagai wilayah usus – sesuatu yang sulit dilakukan dengan sampel tinja konvensional. “Yang kami inginkan adalah bakteri menjadi seperti detektif dan memberi tahu kami apa yang terjadi saat mereka melewatinya,” kata Silver.

Mendapatkan sirkuit genetik untuk bekerja di lab cukup sulit. Menerjemahkan itu ke lingkungan mikrobioma usus yang berantakan dan kompetitif menghadirkan tantangan yang lebih besar. Modifikasi apa pun yang menimbulkan beban ekstra — katakanlah, produksi protein ekstra — pada bakteri menempatkannya pada posisi yang kurang menguntungkan, yang mengakibatkan organisme itu kalah bersaing atau membuang fungsi rekayasanya untuk bertahan hidup. Sebagian karena alasan ini, para peneliti telah berjuang untuk mendapatkan banyak bakteri yang direkayasa untuk membuat lompatan dari tabung reaksi ke model hewan. Para ilmuwan sekarang sedang mencari cara untuk mengatasi hal ini; Perak, misalnya, menggunakan elemen genetik yang secara alami menempatkan beban minimal pada sel.

Rintangan terakhir akan menunjukkan bahwa bakteri yang direkayasa itu efektif dan aman. Terlebih lagi, tidak seperti obat konvensional, bakteri rekayasa dapat menyebar ke lingkungan dan berbagi DNA dengan bakteri lain. Meskipun kemungkinan mereka bertahan hidup di alam liar dianggap rendah, kemungkinan konsekuensi yang tidak terduga (belum lagi kebutuhan untuk mendapatkan penerimaan publik dan persetujuan peraturan) telah mendorong para peneliti untuk mengeksplorasi sejumlah opsi untuk mengandung bakteri yang direkayasa, termasuk membunuh. saklar yang memaksa bakteri untuk bunuh diri dengan racun jika sirkuit rekayasa mereka menjadi rusak atau jika mereka meninggalkan tubuh.

Membangun komunitas

Sementara beberapa peneliti merekayasa bakteri individu, yang lain mengalihkan perhatian mereka ke kelompok mikroba. Sama seperti fungsi kota sebagai hasil dari banyak orang yang melakukan pekerjaan yang berbeda, usus adalah sarang interaksi antara berbagai mikroba yang menjalankan fungsi yang berbeda. Beberapa interaksi bersifat metabolik – satu bakteri mungkin menghasilkan sesuatu yang dikonsumsi orang lain, misalnya. Lainnya bersifat ekologis, seperti ketika satu mikroba menghambat pertumbuhan yang lain. Dengan bekerja sama, komunitas mikroba menghasilkan molekul atau perilaku yang tidak akan muncul dari organisme yang bertindak sendiri.

Sifat-sifat mikrobioma usus yang muncul ini memiliki efek mendalam pada biologi kita, seperti dengan memproduksi vitamin atau molekul yang memodulasi respons imun kita. Untuk memahami interaksi ini dan untuk merancang terapi baru, para peneliti sedang membangun kombinasi berbagai bakteri yang dikenal sebagai ekosistem sintetis. Untuk sebagian besar, ekosistem ini terdiri dari strain bakteri alami, meskipun beberapa ilmuwan bereksperimen dengan ekosistem yang mengandung mikroba rekayasa genetika.

Dari sudut pandang terapeutik, ekosistem sintetis memiliki sejumlah keuntungan potensial. FMT saat ini mengandalkan bahan feses yang disediakan oleh donor. Sampel tinja mengandung campuran mikroba yang sangat kompleks yang bervariasi dari donor ke donor, dan masing-masing harus disaring untuk mikroba patogen. Jika FMT dapat disederhanakan menjadi hanya spesies kunci yang diperlukan untuk mengobati manusia, campuran bebas patogen yang disederhanakan dari mikroba terpilih ini dapat ditanam di laboratorium. Komunitas sintetis akan menawarkan terapi standar dengan komposisi yang diketahui, dan akan menghilangkan ketergantungan dalam menemukan donor yang cocok.

Penelitian, termasuk beberapa penelitian pada manusia, menunjukkan bahwa pendekatan ini bisa berhasil. Campuran bakteri terpilih yang diisolasi dari sampel tinja telah menunjukkan harapan dalam mengobati orang dengan C. difficile . Dan bukan hanya infeksi yang bisa diatasi, tetapi juga kondisi seperti penyakit radang usus. Pada tahun 2013, sebuah tim yang dipimpin oleh para ilmuwan di Jepang mengidentifikasi komunitas mikroba usus manusia yang dapat meningkatkan aktivitas sel kekebalan peredam peradangan yang disebut sel T regulator, dan menunjukkan bahwa ini dapat memperbaiki penyakit radang usus pada tikus .. Selain mengembangkan terapi, menghilangkan FMT konvensional memungkinkan para ilmuwan untuk mengetahui bakteri mana dalam transplantasi tinja yang memberikan efek terapeutik – sesuatu yang sedang dieksplorasi oleh de Vos dan rekan-rekannya dalam kondisi seperti penyakit radang usus dan sindrom metabolik.

Salah satu kelemahan dari pendekatan stripping-down ini adalah membatasi aplikasi komunitas sintetik pada fungsi yang sudah ada. Mungkin ada situasi di mana Anda ingin membuat komunitas dengan fungsi baru, seperti memproduksi vitamin atau mendegradasi racun. Membuat fungsi baru memerlukan perancangan dari bawah ke atas — menguji berbagai kombinasi mikroba, termasuk yang biasanya tidak hidup berdampingan di alam, hingga memberikan hasil yang diinginkan. Melakukan ini dengan coba-coba dalam eksperimen laboratorium segera menjadi berat, jadi para peneliti beralih ke pemodelan komputer.

Tujuannya di sini adalah untuk memprediksi sifat yang muncul dari komunitas mikroba, berdasarkan interaksi yang diharapkan antara mikroba yang ada. Sebuah tim yang dipimpin oleh Elhanan Borenstein di Universitas Tel Aviv di Israel menciptakan model komputer dari reaksi metabolisme di dalam masing-masing mikroba, dan kemudian memodelkan bagaimana ini akan berperilaku dengan adanya metabolisme mikroba lain 5 . Dengan mensimulasikan interaksi antara pasangan mikroba, mereka menunjukkan bagaimana produk metabolisme baru muncul yang tidak akan terlihat jika mikroba bertindak sendiri. Model juga dapat mensimulasikan interaksi ekologi, seperti bagaimana kelimpahan satu mikroba mempengaruhi kelimpahan mikroba lainnya. Ini dapat membantu para ilmuwan untuk merancang komunitas mikroba yang stabil dan karena itu bertahan dari waktu ke waktu.

Ini ekologi

Pemodelan komputer dan komunitas yang dikembangkan di laboratorium memungkinkan para peneliti untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana mikroba dalam komunitas alami di usus berinteraksi — baik satu sama lain, dan dengan inang manusia mereka. Tim De Vos menumbuhkan empat bakteri berbeda yang biasanya hidup bersama di lapisan lendir yang melapisi usus 6 . Satu spesies, Akkermansia muciniphila , memecah lendir menjadi senyawa yang dikonsumsi bakteri lain. Tim menunjukkan bahwa bakteri lain tidak hanya mengonsumsi senyawa ini, tetapi juga memberi makan molekul yang mereka buat kembali ke A. muciniphila dan, dalam kasus butirat, asam lemak yang dibutuhkan oleh sel-sel lapisan usus, ke inangnya. .

Para peneliti juga mendapatkan wawasan baru tentang hubungan antara mikroba dan antara mikroba dan inangnya dari penciptaan mikrobioma minimal – komunitas mikroba yang dibangun yang mengandung jumlah spesies terkecil yang dibutuhkan untuk menciptakan ekosistem yang stabil. Sebuah studi 2016 menunjukkan bagaimana menggabungkan mikrobioma minimal dengan genomik komparatif dapat mengarah pada desain komunitas mikroba dengan properti yang diinginkan. Bärbel Stecher di Universitas Ludwig-Maximilians Munich di Jerman dan timnya mengembangkan mikrobioma minimal Oligo-MM 12 — kumpulan 12 mikroba usus yang membantu mencegah Salmonella enterica menjajah usus tikus yang tidak memiliki bakteri sendiri 7 .

12 spesies bakteri tidak termasuk Salmonellahampir, tetapi tidak cukup, serta mikrobioma konvensional. Dengan menggunakan genomik untuk membandingkan mikrobioma minimal mereka dengan mikrobioma kompleks, para peneliti memilih fungsi ekosistem yang hilang dari komunitas mereka, menambahkan tiga spesies bakteri lagi yang dapat mengisi kesenjangan, dan menghasilkan komunitas yang sebaik yang konvensional. dalam menjaga Salmonella keluar. Pada akhirnya, para peneliti berharap bahwa penelitian seperti ini akan memungkinkan mereka untuk merancang mikrobioma minimal dengan sifat terapeutik yang ditentukan, seperti memproduksi butirat atau vitamin.

Mungkin aplikasi akhirnya dari rekayasa mikrobioma adalah menggabungkan biologi sintetik dan ekologi sintetik. Para ilmuwan akan menciptakan komunitas yang mengandung mikroba rekayasa genetika, perilaku kolektif yang akan memberikan manfaat terapeutik. Salah satu keuntungan dari pendekatan ini adalah memungkinkan para insinyur mendistribusikan tugas metabolisme yang berbeda antara bakteri yang berbeda. Ini berarti semua tekanan fisiologis untuk membuat obat atau vitamin tidak akan ditempatkan hanya pada satu bakteri. Sejumlah tim telah membuat kemajuan di bidang ini, termasuk mengeksploitasi sistem yang digunakan bakteri untuk mendeteksi keberadaan bakteri lain dan untuk memodifikasi aktivitas gen mereka sebagai tanggapan. Para peneliti menggunakan fitur ini, yang dikenal sebagai penginderaan kuorum, untuk mengontrol perilaku populasi campuran bakteri, untuk, misalnya,

Potensi pengembalian dari rekayasa mikrobioma usus sangat besar, tetapi begitu juga tantangan untuk mencapai tujuan ini. Dari semua mikrobioma manusia, mikrobioma usus sejauh ini adalah yang terbesar dan paling kompleks. Masih banyak yang harus dipelajari tentang penghuninya, gen mereka, dan interaksi mereka. Dan itu sebelum Anda memulai apa yang dibawa tuan rumah manusia ke pesta. Memang, ada begitu banyak variasi antar individu sehingga masih belum jelas seperti apa mikrobioma usus yang ‘sehat’ itu .

Meski begitu, hasil potensial memotivasi para ilmuwan untuk membidik tinggi. Borenstein berharap suatu hari nanti dapat mengambil informasi tentang seorang individu – mikroba di usus mereka, fisiologi mereka, diet mereka dan genom mereka – dan menggunakannya untuk membangun model komputer skala penuh dari mikrobioma usus mereka. Kemajuan seperti itu memungkinkan untuk merancang intervensi yang dipersonalisasi untuk mengobati atau mencegah penyakit.

“Ini bukan sesuatu yang akan kita dapatkan dalam satu tahun, atau dua atau lima tahun,” Borenstein mengakui. “Tapi kami membuat kemajuan dan belajar banyak biologi yang menarik di jalan.”

Penelitian Tentang Seberapa Pentingkah Mikroorganisme?
Informasi Penelitian

Penelitian Tentang Seberapa Pentingkah Mikroorganisme?

Penelitian Tentang Seberapa Pentingkah Mikroorganisme? – Mikroba adalah bagian integral dan esensial dari jaring kehidupan. Mereka melakukan berbagai fungsi ekologis yang penting, mulai dari mendaur ulang bahan organik hingga membantu siklus karbon dan nitrogen.

Penelitian Tentang Seberapa Pentingkah Mikroorganisme?

hospitalmicrobiome – Artikel ini akan membahas pentingnya mereka bagi alam dan industri manusia dan masyarakat serta aplikasinya di beberapa industri utama.

Baca juga : Kehidupan Ekologi Mikroba Yang Sangat Beragam

Manusia dan mikroba: Sejarah singkat

Melansir news-medical, Penyakit yang disebabkan oleh mikroorganisme patogen telah menjadi pembunuh utama sepanjang sejarah. Kelangsungan hidup spesies kita yang berkelanjutan telah menjadi sumber daya tarik bagi orang-orang sejak zaman prasejarah. Selama ribuan tahun, dokter dan ilmuwan telah berjuang untuk lebih memahami penyakit telah menyebabkan banyak perawatan, beberapa sayangnya tidak seefektif yang lain. Domestikasi hewan untuk sumber makanan juga membawa masalah tambahan, dengan patogen melompat dari hewan ke inang manusia.

Manusia telah memiliki hubungan intim dengan mikroba sepanjang sejarah, menggunakannya untuk banyak tujuan penting. Industri makanan terutama telah lama menggunakan mikroba, dan selama beberapa abad terakhir mereka telah digunakan dalam ilmu kehidupan dan industri medis, industri energi, pengolahan limbah, dan banyak lagi industri lainnya.

Mikrobiologi, studi tentang mikroba, telah ada sejak awal abad ke-17 dengan penemuan mikroskop. Karya-karya sebelumnya seperti teori penyakit menular pada abad ke-16 , yang dikemukakan oleh Girolamo Fracastoro, membuka jalan bagi bidang tersebut. Studi modern telah mengungkapkan rincian lebih lanjut tentang struktur dan penggunaan mikroorganisme seperti virus, bakteri, jamur, dan plasmodia.

Ribuan produk industri penting berasal dari mikroba termasuk actinomycetes, bakteri, dan jamur. Lebih banyak produk yang dibuat oleh ahli mikrobiologi memasuki pasar setiap tahun.

Mikroorganisme di alam

Mikroorganisme memainkan peran intrinsik di hampir setiap siklus alam. Ditemukan di sebagian besar lingkungan, dari perairan hingga darat, udara, di dalam tubuh manusia, dan bahkan di lingkungan ekstrem seperti ventilasi hidrotermal dan gunung berapi, mikroorganisme merupakan bagian penting dari jaring kehidupan.

Mikroba membantu memecah bahan organik dari tumbuhan, hewan, dan mikroba lainnya. Mereka terlibat dengan siklus nitrogen dan karbon. Mikroorganisme membantu menghasilkan oksigen dan karbon dioksida, serta memperbaiki nitrogen atmosfer menjadi bentuk yang dapat digunakan untuk banyak organisme. Mereka juga membantu hewan menelan makanan dengan menjadi bagian dari mikrobioma usus. Beberapa spesies mikroba bersimbiosis di alam. Diperkirakan jumlah total bakteri dan archaea di Bumi berada di kisaran 10 30 .

Mikroba dan penemuan obat

Mikroorganisme menyebabkan berbagai penyakit pada manusia, tumbuhan, hewan, dan bahkan ada strain mikroba (seperti bakteriofag) yang bersifat patogen bagi mikroorganisme lain. Kemajuan awal di bidang kedokteran yang memanfaatkan mikroba antara lain penemuan penisilin dan pengembangan antibiotik pada awal abad ke- 20 dan penemuan vaksin yang efektif melawan cacar pada abad ke- 19.

Mikroba digunakan dalam berbagai studi penemuan obat saat ini. Pada tahun 1991, setengah dari obat-obatan yang ada di pasaran adalah produk alami atau turunannya. Pada tahun 1997, 42% dari obat-obatan terlaris diperoleh dari sumber alami. Saat ini, ratusan ribu metabolit sekunder telah diidentifikasi, dan ini digunakan secara luas dalam industri farmasi. Antivirus, antibiotik, dan antijamur biasanya digunakan dalam pengaturan perawatan kesehatan di seluruh dunia.

Resistensi terhadap obat telah berkembang dalam beberapa dekade terakhir, terutama resistensi antibiotik. Ini menghadirkan beberapa tantangan dalam penemuan obat, tetapi obat desainer baru memasuki pasar yang memungkinkan dokter untuk mengobati dan menyembuhkan penyakit mematikan yang semakin sulit diatasi melalui cara yang ada.

Mikroba dalam industri makanan

Sejarah penggunaan mikroba dalam industri makanan dimulai dari jaman dahulu. Banyak produk makanan termasuk roti, yogurt, keju, kombucha, daging yang diawetkan dan diawetkan, dan minuman beralkohol memanfaatkan mikroba dan reaksi kimianya. Mikroba juga memainkan peran penting dalam usus sebagai bagian dari mikrobioma, yang telah mendorong teknik untuk meningkatkan desain makanan ramah mikrobioma.

Teknik untuk mencegah kontaminasi oleh bakteri patogen meningkatkan keamanan pangan, desain, kualitas, dan umur simpan. Kemasan makanan antimikroba adalah teknologi yang relatif baru dikembangkan dalam industri makanan. Penelitian tentang mikroba dan perlindungan terhadap bahayanya bagi kesehatan manusia adalah sangat penting bagi industri makanan bernilai miliaran dolar.

Pengolahan limbah dan perbaikan lingkungan

Mikroba memecah dan memakan kotoran manusia. Mereka telah digunakan dalam pengolahan limbah dan air limbah selama beberapa abad terakhir, dengan aplikasi yang semakin canggih meningkatkan sanitasi dan kesehatan untuk miliaran orang di seluruh dunia. Bakteri aerob dan anaerob umumnya dimanfaatkan oleh industri limbah.

Penelitian selama beberapa dekade terakhir juga telah menyediakan aplikasi mikroba untuk membersihkan polusi dan membuang sampah plastik, dua masalah paling kritis yang dihadapi masyarakat modern. Sistem mikroba yang membantu mengurangi emisi karbon juga telah dieksplorasi secara ekstensif.

Mikroba dan pertanian

Pertanian mengambil keuntungan dari siklus alami dan perilaku tumbuhan dan hewan. Mikroba telah memainkan peran penting dalam sejarah pertanian dan pertanian. Mereka adalah sumber perhatian utama bagi petani dan ilmuwan pertanian karena penyakit umum seperti busuk hitam, busuk lunak bakteri, bercak daun bakteri, hawar, dan berbagai infeksi jamur dan virus yang mempengaruhi tanaman di seluruh dunia. Banyak perawatan dan strategi remediasi telah dikembangkan selama bertahun-tahun.

Perkembangan penting baru-baru ini di bidang pertanian adalah modifikasi genetik. Teknik modifikasi genetik menggunakan mikroba untuk mengamplifikasi gen yang menguntungkan. Munculnya modifikasi genetik, meskipun kontroversial, menawarkan kemungkinan tanaman dan galur tahan penyakit yang menunjukkan respons yang lebih kuat terhadap perubahan iklim. Mikroba secara intrinsik terkait dengan masa depan pertanian berkelanjutan.

Masa depan

Banyak teknologi inovatif yang memanfaatkan mikroba saat ini. Mereka saat ini sedang dieksplorasi untuk konstruksi, bioremediasi, keamanan dan pembangkitan energi, dan banyak lagi. Masa depan hubungan kita dengan organisme yang penting secara industri ini kemungkinan akan sama rumit dan menariknya dengan sejarah panjang kita dengan mikroorganisme.

Cara mendaftar uji coba vaksin COVID-19 di UChicago Medicine
Informasi

Cara mendaftar uji coba vaksin COVID-19 di UChicago Medicine

hospitalmicrobiome – University of Chicago Medicine telah meluncurkan pendaftaran bagi individu untuk berpartisipasi dalam uji coba fase 3 vaksin untuk melawan virus penyebab COVID-19.

Cara mendaftar uji coba vaksin COVID-19 di UChicago Medicine – Individu dapat bergabung dengan pendaftaran UChicago Medicine untuk berpartisipasi dalam uji coba vaksin ini dan dalam penelitian pencegahan COVID-19 di masa mendatang.

Cara mendaftar uji coba vaksin COVID-19 di UChicago Medicine

Cara mendaftar uji coba vaksin COVID-19 di UChicago Medicine

Pusat Medis Universitas Chicago adalah tempat pengujian vaksin Moderna. Ini juga akan menjadi situs pengujian untuk studi penelitian klinis Fase 3 Janssen Pharmaceutical Companies of Johnson & Johnson, uji coba ENSEMBLE, untuk mengevaluasi keamanan dan kemanjuran kandidat vaksin COVID-19 yang diteliti Janssen, JNJ-78436735, juga dikenal sebagai Ad26. COV2.S.

Uji coba Janseen adalah uji klinis acak fase 3, double-blind, terkontrol plasebo, yang dirancang untuk mengevaluasi keamanan dan kemanjuran dosis vaksin tunggal kandidat vaksin Janssen COVID-19 versus plasebo. Seluruh penelitian direncanakan untuk mencakup sekitar 60.000 orang dewasa berusia 18 tahun ke atas, termasuk perwakilan signifikan dari mereka yang berusia di atas 60 tahun.

UChicago Medicine akan mendaftarkan hingga 2.000 orang dewasa berusia 18 tahun ke atas dari dalam komunitas Chicago. Studi ini akan mencakup mereka yang memiliki dan tanpa penyakit penyerta yang terkait dengan peningkatan risiko COVID-19 yang parah.

Baca Juga : Rumah Sakit Chicago Dapatkan Grade A untuk Keselamatan Pasien

Bagian dari komunitas

Partisipasi UChicago Medicine dalam uji klinis nasional berskala besar ini penting karena lokasi rumah sakit dan koneksi ke komunitas South Side. Sementara ribuan calon sukarelawan telah mendaftar untuk dipertimbangkan untuk uji coba vaksin di wilayah Chicago, para peneliti di UChicago berharap dapat meningkatkan representasi orang kulit berwarna dan kelompok tertentu dari pasien berisiko, termasuk orang tua dan mereka yang memiliki penyakit kronis seperti seperti diabetes, hipertensi, dan penyakit jantung.

“Kami tahu bahwa pasien Afrika-Amerika dan Hispanik secara tidak proporsional dipengaruhi oleh COVID-19, dan kami ingin memastikan bahwa orang-orang dari semua ras terwakili dalam uji coba penting ini. Kami berharap anggota komunitas di sekitar University of Chicago akan secara sukarela berpartisipasi,” kata David Pitrak, kepala Bagian Penyakit Menular di UChicago Medicine.

“Sangat penting untuk memiliki perwakilan yang memadai dari semua ras dan etnis dalam uji klinis untuk memastikan bahwa vaksin seefektif mungkin untuk sebanyak mungkin orang. Dan kami benar-benar ingin dapat menawarkan vaksin kepada mereka yang berisiko tinggi.”

Uji coba ini merupakan bagian dari uji coba nasional besar yang berusaha untuk mendaftarkan ribuan peserta. Pasien akan dipantau setelah suntikan untuk menentukan apakah vaksin dapat mencegah gejala COVID-19. Peserta akan dilacak selama 27 bulan.

“Pertanyaan utama seputar vaksin ini dan semua vaksin SARS-CoV-2 bukan hanya apakah vaksin tersebut dapat menginduksi respons imun tetapi seberapa tahan lama respons imun terhadap vaksin?” kata Kathleen Mullane, direktur uji klinis penyakit menular di UChicago Medicine. “Itulah mengapa studi akan berlangsung selama dua tahun. Kami tahu bahwa vaksin yang masuk ke uji coba fase 3 dapat menghasilkan respons imun, tetapi kami tidak tahu berapa lama respons itu akan bertahan atau apakah pasien akan memerlukan suntikan booster tahunan, seperti yang mereka lakukan dengan influenza.”

Habibul Ahsan, direktur Institute for Population and Precision Health di UChicago Medicine, mencatat bahwa pemantauan pasca-vaksinasi akan mencakup tes darah untuk menentukan tingkat antibodi dan persistensi antibodi dari waktu ke waktu, serta kontak mingguan dengan sukarelawan untuk melacak apakah peserta sakit.

Mereka yang mengalami gejala COVID-19 akan dites virusnya dengan cepat. Data ini akan membantu menentukan apakah vaksin melindungi terhadap tertular virus dan apakah vaksinasi dapat mengurangi keparahan gejala jika seseorang menjadi sakit.

Mencari basis sukarelawan yang luas

Karena Operation Warp Speed ​​bertujuan untuk menghasilkan 300 juta dosis vaksin yang disetujui pada bulan Januari, sangat penting bagi uji klinis untuk merekrut dan mendaftarkan peserta dari segala usia dan latar belakang ras.

Tanpa data yang memadai yang mencerminkan populasi minoritas dan berisiko tinggi, para peneliti tidak dapat memastikan bahwa vaksin itu efektif dan aman untuk semua pasien yang berisiko tertular virus. UChicago Medicine berencana untuk bekerja dengan basis komunitasnya yang sudah kuat untuk memastikan bahwa pendaftaran dalam studi penting ini mewakili kelompok minoritas di wilayah Chicago.

Para peneliti akan merekrut peserta di lingkungan rumah sakit, serta di masyarakat, dalam beberapa kasus menggunakan unit medis keliling yang akan membawa vaksin ke pintu depan orang-orang. “Kami ingin mempermudah para sukarelawan untuk berpartisipasi dalam penelitian ini, dan kami ingin memastikan bahwa komunitas yang dilayani rumah sakit kami terwakili dengan baik dalam uji coba ini,” kata Dr. Ahsan.

Dengan data keamanan dan respons imun yang menjanjikan dari uji coba fase 1 dan 2 untuk vaksin ini, para peneliti bersemangat untuk mulai menyediakan sumber daya ini kepada sukarelawan di masyarakat.

“Para sukarelawan dalam uji coba ini adalah pahlawan,” kata Mullane. “Data yang berasal dari studi ini akan menginformasikan layanan kesehatan selamanya. Pendaftaran dalam uji coba fase 3 sangat penting karena studi ini jauh lebih besar daripada uji coba fase 1 dan 2 dan akan memberi kita lebih banyak informasi mengenai keefektifan vaksin. Kami sangat senang dapat bekerja dengan komunitas kami untuk membantu memastikan bahwa orang-orang dari semua ras memiliki kesempatan yang sama untuk berpartisipasi dalam uji coba ini dan terwakili dengan baik.”

Para peneliti mengantisipasi UChicago Medicine menjadi tempat uji coba vaksin COVID-19 tambahan dalam beberapa bulan ke depan. Sementara itu, uji klinis lain yang sedang berlangsung di UChicago Medicine sedang memeriksa efektivitas pengobatan untuk COVID-19, termasuk plasma konvalesen , antibodi penetralisir, dan remdesivir , obat antivirus spektrum luas.

Rumah Sakit Chicago Dapatkan Grade A untuk Keselamatan Pasien
Informasi

Rumah Sakit Chicago Dapatkan Grade A untuk Keselamatan Pasien

hospitalmicrobiome – Enam rumah sakit Chicago menerima “A” untuk keselamatan pasien dalam evaluasi yang dirilis Senin oleh The Leapfrog Group , sebuah kelompok pengawas nirlaba nasional.

Rumah Sakit Chicago Dapatkan Grade A untuk Keselamatan Pasien – Dilakukan dua kali setahun, The Leapfrog Group memberikan nilai tertinggi untuk rumah sakit berikut dalam evaluasi musim gugur 2016:

Rumah Sakit Chicago Dapatkan Grade A untuk Keselamatan Pasien

Rumah Sakit Chicago Dapatkan Grade A untuk Keselamatan Pasien

Advokat Illinois Masonic Medical Center
Pusat Medis Kebangkitan Kehadiran
Pusat Medis Kehadiran Saints Mary dan Elizabeth
Pusat Medis Universitas Rush
Rumah Sakit Saint Anthony
Pusat Medis Universitas Chicago

Dimulai pada tahun 2012, Tingkat Keselamatan Rumah Sakit Leapfrog menilai lebih dari 2.600 rumah sakit AS pada 30 tindakan keselamatan pasien yang berbeda, termasuk infeksi dan masalah dengan pembedahan, yang digunakan dalam program pengukuran dan pelaporan nasional. Rumah sakit diberi nilai huruf (dari “A,” “B,” “C,” “D,” atau “F”) berdasarkan langkah-langkah tersebut.

Advokat Illinois Masonic Medical Center, Rush University Medical Center, dan University of Chicago Medical Center telah memperoleh 10 nilai “A” berturut-turut—suatu perbedaan yang hanya diperoleh 72 rumah sakit di negara ini.

“Saya bangga dengan konsistensi dan dedikasi yang luar biasa dari semua orang yang merawat pasien kami di Rush selama lima tahun Leapfrog menilai rumah sakit,” kata Presiden dan COO Pusat Medis Universitas Rush Michael Dandorph dalam sebuah pernyataan.

“Hal terbaiknya adalah ini menunjukkan kepada pasien bahwa mereka dapat merasa yakin bahwa ketika mereka berada di Rush, mereka akan aman dari jenis komplikasi yang dapat dihindari yang dapat membuat pasien lebih buruk daripada lebih baik.”

Setiap tahun lebih dari 206.000 orang meninggal akibat kesalahan medis di rumah sakit AS, menjadikannya penyebab kematian ketiga, menurut The Leapfrog Group .

“Untuk pasien dan keluarga mereka, keselamatan rumah sakit bisa menjadi masalah hidup dan mati,” Sharon O’Keefe, presiden Pusat Medis Universitas Chicago mengatakan dalam siaran pers. “Kami bekerja dengan karyawan kami – semua orang mulai dari staf pendukung hingga dokter garis depan – untuk membangun dan mempertahankan budaya di mana keselamatan adalah yang terpenting, yang memastikan kami memberikan perawatan terbaik bagi pasien kami.”

Advokat Wakil Presiden Eksekutif Perawatan Kesehatan dan Kepala Petugas Medis Dr. Lee Sacks mengatakan rumah sakit itu “bangga diakui.”

“Keselamatan pasien adalah prioritas utama organisasi kami dan tertanam dalam budaya kami di setiap tingkat,” kata Sacks dalam siaran pers. “Dokter, perawat, dan rekan kami mengambil tanggung jawab ini dengan sangat serius dan tetap berkomitmen untuk memastikan hasil terbaik bagi pasien, yang pantas mendapatkan yang terbaik.”

Secara nasional, hanya 844 rumah sakit dari 2.633 yang mendapatkan nilai “A.” Dari 113 rumah sakit yang diperingkat di Illinois, 45 mendapatkan “A,” menempatkan negara bagian itu ke tempat No. 15 dalam keselamatan pasien secara nasional. Selain rumah sakit Advocate, Rush, dan University of Chicago, 11 rumah sakit Illinois lainnya telah mendapatkan 10 nilai “A” berturut-turut. Mereka:

Pusat Medis Rush Copley
Rumah Sakit HSHS St. Joseph, Breese
Pusat Medis OSF St. Joseph
Rumah Sakit Peringatan Elmhurst
Pusat Medis Suburban Barat
Pusat Medis OSF St. Mary
Rumah Sakit Morris
Advokat Rumah Sakit Umum Lutheran
Rumah Sakit DuPage Pusat Pengobatan Barat Laut
Advokat Rumah Sakit Samaria yang Baik
AMITA Health Hoffman Estates

Di seluruh negeri, 648 rumah sakit mendapatkan “B”; 954 mendapatkan “C”; 157 mendapatkan “D”; dan 20 mendapatkan “F.” Tidak ada rumah sakit Chicago yang mendapatkan nilai “F”, tetapi Rumah Sakit Loretto, Rumah Sakit dan Pusat Medis Mercy, Rumah Sakit Komunitas Roseland, dan Rumah Sakit Universitas Illinois masing-masing mendapatkan nilai “D” dari Grup Leapfrog.

“Dalam lanskap perawatan kesehatan yang berubah dengan cepat, pasien harus menyadari bahwa rumah sakit tidak semuanya kompeten dalam melindungi mereka dari cedera dan infeksi,” kata Presiden dan CEO Leapfrog Leah Binder dalam siaran pers.

“Kami percaya setiap orang memiliki hak untuk mengetahui rumah sakit mana yang paling aman dan mendorong anggota masyarakat untuk menyerukan rumah sakit setempat mereka untuk berubah, dan pada pejabat terpilih mereka untuk mendorong mereka bertindak.”

Baca Juga : MGC Mengambil Alih Perusahaan Riset Penelitian Medis Internasional

Ingin tahu aman rumah sakit Anda? Cari peringkat Leapfrog berdasarkan nama rumah sakit, kode pos atau kota dan negara bagian untuk informasi lebih lanjut. Agar rumah sakit menerima peringkat keselamatan, ia harus menyediakan data keamanan yang cukup untuk dianalisis oleh para ahli. Penilaian Leapfrog terhadap rumah sakit tidak termasuk rumah sakit VA, rumah sakit akses kritis, rumah sakit khusus atau pusat operasi rawat jalan.

MGC Mengambil Alih Perusahaan Riset Penelitian Medis Internasional
Informasi

MGC Mengambil Alih Perusahaan Riset Penelitian Medis Internasional

hospitalmicrobiome – MGC Pharmaceuticals yang terdaftar di ASX telah mengambil alih perusahaan penelitian klinis dan medis internasional MediCaNL yang sekarang akan melakukan semua uji klinis sebagai unit internal perusahaan.

MGC Mengambil Alih Perusahaan Riset Penelitian Medis Internasional – Akuisisi ini diharapkan menghasilkan penghematan biaya dan peningkatan efisiensi yang signifikan serta memperkuat keahlian internal dan peluang untuk memperluas hubungan regulasi. Tiga uji klinis yang direncanakan untuk tahun ini saja sekarang akan dilakukan secara internal melalui MediCaNL.

MGC Mengambil Alih Perusahaan Riset Penelitian Medis Internasional

MGC Mengambil Alih Perusahaan Riset Penelitian Medis Internasional

MGC bercita-cita untuk mengembangkan dan memasok obat-obatan turunan phytocannabinoid yang terjangkau dan terstandarisasi untuk penggunaan global, dengan fokus pada dua kondisi medis yang tersebar luas pada epilepsi dan demensia. Produk lebih lanjut sedang dalam pengembangan sementara kolaborasi penelitian internasional sedang berlangsung termasuk untuk penggunaan phytocannabinoid dalam mengobati tumor otak.

Perusahaan sekarang telah mengambil langkah penting dalam mengurangi biaya dan mengurangi birokrasi ketat yang terlibat dalam melakukan uji klinis untuk penelitian dan penawaran produknya. Akuisisi MediCaNL tampaknya telah menempatkan MGC pada posisi efisiensi operasional yang lebih baik.

Berbasis di Israel, MediCaNL mengkhususkan diri dalam seluruh proses penelitian medis untuk ganja obat yang menawarkan layanan uji klinis dan pra-klinis. Perusahaan saat ini mengelola uji klinis di Israel, Eropa dan Australia, membimbing kliennya selama proses penelitian dari konsep hingga pengembangan sementara juga memberikan dukungan data penelitian.

CEO MediCaNL, Dr Nadya Lisodover telah berkolaborasi dengan MGC selama dua tahun terakhir mengarahkan uji klinis perusahaan dan memberikan saran peraturan sebagai konsultan Chief Research Officer. Dr Lisodover sekarang akan bekerja penuh waktu untuk MGC.

Tidak termasuk MGC, MediCaNL saat ini memiliki 11 klien dengan 40 proyek yang sedang berjalan dan pada tahun 2020 saja menghasilkan pendapatan sekitar A$1 juta dengan margin keuntungan 25 persen.

Setelah akuisisi selesai, MediCaNL akan menjadi unit bisnis internal MGC yang merancang, mengelola, dan menjalankan semua uji klinis sesuai dengan persyaratan peraturan internasional. Ini akan beroperasi dengan biaya untuk MGC, menghilangkan margin operasi ritel yang sebelumnya dikeluarkan untuk uji klinis yang dijalankan oleh penyedia pihak ketiga.

MGC berencana untuk melakukan banyak uji klinis tahun ini dan seterusnya dengan akuisisi yang tampaknya telah menempatkan perusahaan pada posisi yang kuat dalam upaya operasionalnya. Tahun ini saja, MGC memiliki tiga uji klinis terpisah untuk produk CannEpil, CogniCann, dan CimetrA.

Uji coba Fase IIb untuk CannEpil sebagai bentuk pengobatan yang aman dan efektif bagi anak-anak dan remaja dengan epilepsi refrakter telah dimulai di Rumah Sakit Schindler di Israel.

Di Universitas Notre Dame di Perth, uji coba Fase II untuk menilai manfaat perilaku CogniCann untuk pasien dengan demensia dan penyakit Alzheimer juga telah dimulai.

Sementara itu di Rambam Health Care Campus di Israel, uji coba Fase III untuk penggunaan CimetrA dalam pengobatan COVID-19 telah diberi lampu hijau peraturan.

Berdasarkan ketentuan akuisisi, yang tetap harus mendapat persetujuan pemegang saham, MediCaNL akan mengakuisisi saham di MGC sebesar A$6 juta, di mana 30 persen akan diterbitkan setelah penyelesaian transaksi dan 70 persen sisanya akan diterbitkan. dicicil selama 13 bulan.

Baca Juga : Paparan Mikroorganisme Lingkungan dan Asma Anak

Mengingat bahwa sedikit, jika ada topik di seluruh dunia yang lebih penting daripada perawatan kesehatan, peningkatan efisiensi dan manfaat pemotongan biaya dari akuisisi MediCaNL hanya dapat menjadi pertanda baik bagi rencana ambisius MGC untuk mengirimkan produk obatnya yang luas ke pasar global.

Paparan Mikroorganisme Lingkungan dan Asma Anak
Informasi

Paparan Mikroorganisme Lingkungan dan Asma Anak

hospitalmicrobiome – Anak-anak yang tumbuh di lingkungan yang memberikan mereka berbagai paparan mikroba, seperti pertanian tradisional, dilindungi dari asma dan atopi masa kanak-kanak. Dalam penelitian sebelumnya, penanda paparan mikroba berbanding terbalik dengan kondisi ini.

Paparan Mikroorganisme Lingkungan dan Asma Anak – Dalam dua studi cross-sectional, kami membandingkan anak-anak yang tinggal di peternakan dengan anak-anak dalam kelompok referensi sehubungan dengan prevalensi asma dan atopi dan keragaman paparan mikroba. Dalam satu penelitian PARSIFAL (Pencegahan Alergi Faktor Risiko untuk Sensitisasi pada Anak Terkait dengan Pertanian dan Gaya Hidup Antroposofis) sampel debu kasur disaring untuk DNA bakteri dengan menggunakan analisis polimorfisme konformasi untai tunggal (SSCP) untuk mendeteksi bakteri lingkungan yang tidak dapat diukur dengan teknik budaya. Dalam studi lain GABRIELA (Studi Multidisiplin untuk Mengidentifikasi Penyebab Genetik dan Lingkungan Asma di Komunitas Eropa [GABRIEL] Studi Lanjutan) sampel debu menetap dari kamar anak-anak dievaluasi untuk taksa bakteri dan jamur dengan menggunakan teknik kultur.

Paparan Mikroorganisme Lingkungan dan Asma Anak

Paparan Mikroorganisme Lingkungan dan Asma Anak

Dalam kedua penelitian, anak-anak yang tinggal di pertanian memiliki prevalensi asma dan atopi yang lebih rendah dan terpapar lebih banyak mikroorganisme lingkungan daripada anak-anak dalam kelompok referensi. Pada gilirannya, keragaman paparan mikroba berbanding terbalik dengan risiko asma (rasio odds untuk PARSIFAL, 0,62; interval kepercayaan 95% [CI], 0,44 hingga 0,89; rasio odds untuk GABRIELA, 0,86; 95% CI, 0,75 hingga 0,99) . Selain itu, adanya paparan tertentu yang lebih terbatas juga berbanding terbalik dengan risiko asma; ini termasuk paparan spesies di eurotium takson jamur (rasio odds yang disesuaikan, 0,37; 95% CI, 0,18 hingga 0,76) dan berbagai spesies bakteri, termasuk Listeria monocytogenes, spesies bacillus, spesies corynebacterium, dan lainnya (rasio odds yang disesuaikan, 0,57; 95% CI, 0,38 hingga 0,86). Anak-anak yang tinggal di pertanian terpapar mikroba yang lebih luas daripada anak-anak dalam kelompok referensi, dan paparan ini menjelaskan sebagian kecil dari hubungan terbalik antara asma dan tumbuh di pertanian. (Didanai oleh Deutsche Forschungsgemeinschaft dan Komisi Eropa.)

Paparan lingkungan terhadap mikroorganisme telah berulang kali ditemukan berbanding terbalik dengan manifestasi penyakit atopik seperti asma dan demam. Pengamatan ini dilakukan dalam berbagai konteks, termasuk studi yang dilakukan di Republik Karelia (Rusia) dan Karelia Utara (Finlandia), di mana dua populasi di wilayah yang berdekatan secara geografis hidup dalam kondisi lingkungan yang berbeda. Pada populasi dengan pajanan bakteri yang lebih tinggi, prevalensi asma dan atopi secara substansial lebih rendah. Contoh lain yang mendukung gagasan ini adalah prevalensi asma dan atopi yang lebih rendah di antara anak-anak yang dibesarkan di pertanian. Banyak penelitian menggunakan produk mikroba, seperti endotoksin atau asam muramat,sebagai penanda sederhana paparan mikroba telah menguatkan pengamatan ini.

Dalam studi epidemiologi saat ini, kami mengkarakterisasi paparan mikroba terkait pertanian di luar penanda sederhana yang disebutkan di atas. Kami menggunakan data dari dua studi observasional skala besar terhadap anak-anak sekolah yang tinggal di sebagian besar daerah pedesaan Eropa Tengah: populasi Jerman dari studi PARSIFAL (Pencegahan Alergi Faktor Risiko untuk Sensitisasi Terkait Pertanian dan Gaya Hidup Antroposofi) dan populasi Bavaria di GABRIELA (Studi Multidisiplin untuk Mengidentifikasi Penyebab Genetik dan Lingkungan Asma dalam Studi Lanjutan Komunitas Eropa [GABRIEL]). Kami menilai prevalensi asma dan atopi di antara anak-anak yang tinggal di pertanian dan di antara anak-anak lain yang tinggal di daerah yang sama (kelompok referensi), mengukur keragaman paparan mikroba pada kedua kelompok, dan terkait keragaman paparan asma dan atopi.

Karakteristik kedua populasi penelitian, sampel yang dianalisis, dan jenis analisis yang dilakukan dirangkum. Studi PARSIFAL adalah survei cross-sectional termasuk anak-anak petani, anak-anak menghadiri sekolah Rudolf Steiner (yaitu, sekolah antroposofis), dan kelompok referensi masing-masing. 6Di Bavaria, Jerman, 6963 anak usia sekolah (6 sampai 13 tahun) dari daerah pedesaan atau pinggiran kota berpartisipasi. Dalam subsampel anak-anak yang dipilih secara acak, analisis sampel darah dan debu dilakukan. Untuk sampel tersebut, semua anak yang disetujui oleh orang tua atau walinya memenuhi syarat (55% anak yang tinggal di pertanian dan 48% anak yang tidak tinggal di pertanian). Di antara 801 anak yang sampel debunya dikumpulkan, sampel untuk 489 anak mengandung jumlah debu yang cukup untuk analisis SSCP.

Baca Juga : Perubahan Ekologi Mikrobioma Saluran Pernapasan dan Pneumonia Nosokomial

GABRIELA adalah studi cross-sectional yang dilakukan di sekolah dasar di lima daerah pedesaan di selatan Jerman, Swiss, Austria, dan Polandia; karena perbedaan dalam desain penelitian, data Polandia tidak dilaporkan di sini. Dari 34.491 anak antara usia 6 dan 12 tahun yang direkrut, sampel acak berlapis dari 9668 anak dipilih. Tiga strata dalam sampel ditentukan oleh tingkat paparan pertanian yang berbeda, dari tidak terpapar hingga paparan menengah hingga tinggal di pertanian. Stratified, random subsampling kemudian dilakukan di Bavaria, Jerman, dengan sampling lingkungan dilakukan pada 444 anak dan pengukuran fungsi paru dilakukan pada 895 anak.

Informed consent tertulis diperoleh dari orang tua atau wali dari semua anak yang berpartisipasi. Untuk kedua studi tersebut, komite etik dari universitas yang berpartisipasi dan otoritas perlindungan data regional menyetujui kedua studi tersebut.Dalam kedua studi, kuesioner digunakan untuk menilai gejala dan diagnosis pernapasan dan alergi, paparan terkait pertanian pada berbagai usia, dan pembaur potensial. Anak-anak yang tinggal penuh waktu di pertanian yang dikelola keluarga diklasifikasikan sebagai anggota kelompok tani, sedangkan semua anak lainnya diklasifikasikan sebagai anggota kelompok referensi. Asma didefinisikan sebagai diagnosis asma yang ditegakkan oleh dokter setidaknya satu kali atau diagnosis bronkitis mengi yang ditegakkan lebih dari satu kali. Atopi didefinisikan oleh adanya antibodi IgE spesifik terhadap Dermatophagoides pteronyssinus(tungau debu), antigen kucing, campuran pohon (dalam studi PARSIFAL), atau birch (dalam GABRIELA) minimal 0,7 kU per liter atau reaksi positif terhadap campuran rumput minimal 0,35 kU per liter. Antibodi IgE dideteksi melalui sistem Pharmacia CAP dan UNICAP 1000, Phadia AB, Uppsala, Swedia.

Dalam studi PARSIFAL, debu dari kasur anak-anak dikumpulkan seperti yang dijelaskan sebelumnya.Sampel debu dilarutkan dalam saline buffer fosfat, dan ekstraksi DNA dan analisis SSCP dilakukan seperti yang dilaporkan sebelumnya. Sebuah fragmen dari daerah variabel 4 dan 5 dari DNA ribosom 16S diamplifikasi dan dianalisis pada gel SSCP. Analisis profil SSCP dilakukan dengan perangkat lunak GelCompar II, versi 4.6 (Matematika Terapan). Gel SSCP dinormalisasi dengan menggunakan standar tambahan yang ada dalam dua atau tiga lintasan pada setiap gel. Pita yang menarik dikeluarkan dari setidaknya tiga trek individu, diperkuat, dan diurutkan. Urutan DNA dianalisis untuk kesamaan setidaknya 98% dengan penggunaan Proyek Basis Data Ribosom II untuk analisis filogenetik.

Di GABRIELA, sampel debu di udara dikumpulkan dengan menggunakan pengumpul debu elektrostatik. Kolektor ini adalah tempat sampel plastik yang dilengkapi dengan kain elektrostatik yang berpotensi untuk menangkap debu dari udara. Para kolektor ditempatkan di kamar tidur anak-anak oleh pekerja lapangan dan dibiarkan di sana selama 14 hari. Kain dicuci dengan polisorbat 80, dan pengenceran larutan pencuci secara sistematis dilapisi pada lima media pertumbuhan yang berbeda. Setelah inkubasi selama 7 hari, koloni dihitung dan diidentifikasi berdasarkan penilaian kasar dan mikroskopis. Koloni bakteri juga diperlakukan dengan pewarnaan Gram. Hasil bakteri dan jamur dinyatakan sebagai unit pembentuk koloni per pengumpul debu.

Dalam studi PARSIFAL, paparan bakteri dimodelkan dengan menggunakan variabel dikotomis, dengan titik potong 5 unit kepadatan yang sesuai dengan ambang batas deteksi visual pada gel. Untuk analisis faktor, variabel kontinu yang mewakili nilai densitas gel untuk 76 pita digunakan. Karena distribusi miring dan beberapa nilai nol, nilai kerapatan pita, mulai dari 0 hingga 160, ditambah 1 dan ditransformasi log.

Dalam GABRIELA, paparan mikroba diwakili oleh variabel dikotomis untuk enam taksa bakteri dan sembilan taksa jamur (terdeteksi vs tidak terdeteksi). Taksa tambahan ditemukan pada kurang dari 10% dari semua anak dan dikeluarkan dari analisis lebih lanjut. Karena desain pengambilan sampel bertingkat di GABRIELA, metode statistik tertimbang diterapkan dengan menggunakan metode deret Taylor untuk estimasi varians.

Untuk penilaian keragaman mikroba, skor dihasilkan dengan menjumlahkan semua pita yang dapat dideteksi (PARSIFAL) dan semua taksa jamur (GABRIELA). Pendekatan ini tidak layak untuk taksa bakteri di GABRIELA, bagaimanapun, karena mereka diklasifikasikan terutama berdasarkan kriteria kasar seperti pewarnaan Gram. Probabilitas asma atau tinggal di pertanian dihitung sebagai nilai prediksi dari regresi logistik untuk asma atau tinggal di pertanian, dengan nilai keragaman masing-masing sebagai variabel independen.

Dalam studi PARSIFAL, reduksi data untuk 76 variabel densitas pita kontinu dicapai dengan melakukan analisis faktor dengan rotasi varimax. Faktor dengan nilai Eigen 1,5 atau lebih diekstraksi. Regresi logistik untuk asma dan atopi dilakukan untuk semua faktor atau taksa yang diekstraksi, dengan penyesuaian untuk kelompok studi (yaitu, tinggal atau tidak tinggal di pertanian). Nilai P, pada tingkat alfa efektif 0,05, dikoreksi untuk beberapa perbandingan dengan menerapkan metode Bonferroni (yaitu, tingkat alfa 0,05-10 untuk 10 faktor dalam studi PARSIFAL dan tingkat alfa 0,05-15 untuk 15 faktor). taksa di GABRIELA). Akhirnya, model regresi untuk asma dan atopi saling disesuaikan untuk eksposur atau faktor spesifik dan skor keragaman.

Perubahan Ekologi Mikrobioma Saluran Pernapasan dan Pneumonia Nosokomial
Informasi

Perubahan Ekologi Mikrobioma Saluran Pernapasan dan Pneumonia Nosokomial

Pneumonia nosokomial merupakan salah satu infeksi yang paling sering terjadi pada pasien kritis.

hospitalmicrobiome – Hal ini terutama terkait dengan ventilasi mekanis yang menyebabkan penyakit parah, kematian yang tinggi, dan rawat inap yang berkepanjangan. Risiko kematian telah meningkat dari waktu ke waktu karena meningkatnya infeksi bakteri multidrug-resistant (MDR), yang merupakan ancaman kesehatan masyarakat global. Penelitian microbiome saluran pernapasan (RTM) sedang berkembang, dan penelitian terbaru menunjukkan bahwa RTM yang sehat secara positif merangsang sistem kekebalan tubuh dan, seperti mikrobioma usus, dapat melindungi terhadap infeksi patogen melalui resistensi kolonisasi (CR).

Perubahan Ekologi Mikrobioma Saluran Pernapasan dan Pneumonia Nosokomial – Kondisi fisiologis pasien kritis dan intervensi seperti pemberian antibiotik dan ventilasi mekanis secara dramatis mengubah RTM, menyebabkan disbiosis. Disbiosis RTM pasien ICU mendukung kolonisasi oleh patogen oportunistik dan resisten yang dapat menjadi bagian dari mikrobiota atau diperoleh dari lingkungan rumah sakit (biotik atau buatan). Meskipun bukti terbaru menunjukkan pentingnya RTM pada infeksi nosokomial, sebagian besar interaksi host-RTM tetap tidak diketahui. Dalam konteks ini, kami menyajikan perspektif kami mengenai penelitian di RTM yang mengubah ekologi di lingkungan klinis, terutama sebagai risiko untuk mendapatkan pneumonia nosokomial. Kami juga merefleksikan kesenjangan di lapangan dan menyarankan arah penelitian di masa depan. Selain itu, intervensi berbasis mikrobioma yang diharapkan bersama dengan alat untuk mempelajari RTM yang menyoroti pendekatan “omics” juga dibahas.

Perubahan Ekologi Mikrobioma Saluran Pernapasan dan Pneumonia Nosokomial

Perubahan Ekologi Mikrobioma Saluran Pernapasan dan Pneumonia Nosokomial

Saluran pernapasan adalah sistem organ yang berjalan dari lubang hidung ke alveoli paru-paru. Ini dibagi menjadi saluran pernapasan supratoraks (atas) (URT) dan saluran pernapasan intratoraks (bawah) (LRT) dengan permukaan sekitar 100 meter persegi . Selama bertahun-tahun, beberapa penelitian telah mengungkapkan keberadaan ekosistem mikroba residen yang menghuni permukaan saluran napas: mikrobioma saluran pernapasan (RTM), sangat padat di URT. Sebagai mikrobioma gastrointestinal (GIM), RTM merupakan ekosistem berkelanjutan dengan gradien longitudinal dan transversal keragaman mikroba dari rongga hidung dan mulut ke alveoli . Namun, RTM dan GIM berbeda dalam biomassa, keanekaragaman dan komposisi taksonomi.

Pada individu yang sehat, kompleksitas dan biomassa GIM meningkat dari lambung ke usus besar, mencapai 10 10 -10 12 CFUs/mL . Pada RTM, orofaring memiliki densitas bakteri yang tinggi (10 7 -10 8 CFU/ml), namun saat berpindah dari mulut ke paru-paru terjadi penurunan progresif, mencapai 10 4 -10 5 sel bakteri per mL alveolus. cairan intraluminal. Komposisi RTM dipengaruhi oleh kondisi pertumbuhan mikrobiologi lokal yang ditentukan oleh ketersediaan nutrisi, mikro-geografi, dan kondisi fisikokimia seperti eskalator mukosiliar, tekanan oksigen, aliran darah, pH, suhu, interaksi sistem kekebalan manusia, dan faktor lingkungan . Sumber utama mikroorganisme RTM adalah orofaring, yang akhirnya bermigrasi ke LRT melalui mikroaspirasi dan dispersi mukosa .

Model ekologi RTM saat ini dikenal sebagai “model pulau paru-paru yang diadaptasi” , dan menyerupai proses biogeografi, yang diturunkan dari model keseimbangan yang diusulkan oleh MacArthur dan Wilson (1963) dari biogeografi pulau . “Model yang disesuaikan” menunjukkan bahwa kekayaan mikroba dalam RTM didasarkan pada keseimbangan imigrasi (ekstensi mukosa, aspirasi mikro) dan eliminasi (pembersihan silia, batuk, mekanisme kekebalan antimikroba) spesies ke paru-paru dari URT. Pada dasarnya, struktur RTM tergantung pada laju migrasi stokastik, pertumbuhan, kepunahan, dan penyebaran epidemi anggota komunitas mikroba, proses yang dipengaruhi oleh faktor anatomi, fisiologis, dan klinis . Model ini akan membantu menjelaskan gradien keragaman mikroba, biomassa, dan penurunan kompleksitas dari rongga mulut ke paru-paru. Dickson dan rekan menyatakan bahwa, dalam kesehatan, mikrobioma paru-paru lebih dipengaruhi oleh imigrasi dan eliminasi mikroba daripada oleh kondisi pertumbuhan lokal. Namun, kondisi pertumbuhan lokal lebih kritis selama penyakit klinis lanjut. Model ekologi berbasis mikrobioma ini memberikan kerangka teoretis untuk infeksi patogen, lebih akurat daripada pandangan tradisional tentang pneumonia berdasarkan pertumbuhan cepat penyerang ke paru-paru steril.

Komposisi bakteri RTM yang sehat terutama terdiri dari Firmicutes, Bacteroidetes, dan Proteobacteria, yang merupakan tiga dari empat filum utama di semua mikrobioma spesifik lokasi manusia. Genera yang paling melimpah adalah Streptococcus, Prevotella , atau Veillonella , yang juga mendominasi dalam mikrobioma oral. Hanya beberapa penelitian yang mengkarakterisasi anggota RTM lainnya sebagai jamur, archaea, atau virus. Dengan kemungkinan pengecualian Saccharomycetes (sebagai genus Candida) di orofaring, sulit untuk memastikan apakah pada tingkat yang lebih rendah (sub-trakea) ada “mikobioma pernapasan” yang normal, jika jamur yang ditemukan di RTM sesuai dengan jamur lingkungan yang dihirup, atau jika sebagian dari mereka lebih sedikit.

rentan terhadap pembersihan fisiologis. Mycobiome pernapasan yang sehat diperkaya dengan jamur lingkungan dari filum Ascomycota dan Basidiomycota, yang paling umum juga di GIT. Banyak jamur sesuai dengan Eremothecium, Systenostrema, genus Cladosporium, dan keluarga Davidiellaceae yang, bersama dengan Saccharomycetes, juga merupakan taksa yang paling umum di GIT. Virome LRT sebagian besar masih belum dijelajahi, terutama pada orang sehat. Meskipun demikian, mirip dengan virom usus, virus eukariotik dan banyak bakteriofag telah dijelaskan dalam penelitian yang berbeda. Beberapa penelitian menunjukkan fungsi virom pernapasan dalam priming dan modulasi respon imun inang, serta kontrol spesies mikroba lain di dalam paru-paru.

Faktor-faktor yang membentuk keragaman virom tetap tidak diketahui, meskipun komposisinya di saluran pernapasan tampaknya ditentukan oleh kesehatan inang dan keberadaan populasi bakteri tertentu di bronkus, seperti yang telah disarankan pada cystic fibrosis . Sebuah studi metagenomik dari virome setelah transplantasi paru-paru berdasarkan sampel allograft bronchoalveolar lavage (BAL) menunjukkan bahwa saluran pernapasan penerima transplantasi paru-paru diperkaya dalam populasi kompleks anellovirus. Viral load juga telah berkorelasi dengan dysbiosis bakteri yang mempengaruhi hasil transplantasi dan menunjukkan bahwa interaksi virus-bakteri sangat penting untuk keseimbangan sistem mikrobioma-imun dan, dengan demikian, untuk fisiologinya.

Baca Juga : Agenda Penelitian untuk Mikrobiologi Dalam Ruangan, Kesehatan Manusia, dan Bangunan

Selain itu, kelimpahan bakteriofag yang tinggi di RTM layak untuk penelitian mendalam untuk menentukan apakah mereka memainkan peran yang sama seperti yang diamati di GIM, yaitu, mengendalikan homeostasis mikroba (mekar, komposisi mikroba, keragaman, metabolisme, dan memfasilitasi transfer gen horizontal ( HGT).Arkaea metanogenik telah terdeteksi di mikrobioma hidung, GIT, kulit, dan paru-paru, dan filum Woesearchaeota tampaknya berasosiasi dengan paru-paru. Namun, selain beberapa studi deskriptif, fungsi fraksi non-bakteri dari RTM layak untuk dianalisis lebih lanjut.

Ekologi RTM adalah bidang penelitian yang muncul yang mendapatkan perhatian karena beberapa penelitian menunjukkan peran menguntungkan dari penghuni mikroba dalam stimulasi sistem kekebalan dan perlindungan terhadap patogen (resistensi kolonisasi, CR), seperti yang telah didokumentasikan secara luas untuk mikrobioma usus. Homeostasis mikrobioma dapat terganggu sementara, misalnya, oleh penggunaan antibiotik, penggunaan peralatan medis (intubasi, ventilator), kejadian abnormal sementara (aspirasi), atau penyakit tertentu (penyakit virus dapat mengurangi efektivitas eskalator pembersihan bronkus) yang memungkinkan beberapa patogen untuk tumbuh terlalu cepat dan meningkatkan kolonisasi dan, pada akhirnya menyebabkan infeksi di LRT.

Sebagian besar penelitian yang terkait dengan RTM fokus pada penyakit pernapasan kronis tertentu seperti: B. Populasi mikroba yang mengkolonisasi paru-paru dengan cystic fibrosis. Pada penyakit ini, hiperviskositas saluran napas mendorong pertumbuhan multibakteri dan disbiosis di sepanjang saluran udara. Bakteri yang paling sering dikaitkan dengan kolonisasi kronis cystic fibrosis adalah Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Stenotrophomonas maltophilia, Burkholderia, dan Pandoraea, yang sering berkolonisasi. Namun, ada juga mikroorganisme yang berhubungan dengan rongga mulut seperti actinomycetes, fusobacteria, gemella, granuricatella, neisseria, porphyromonas, prevotella, Russia, streptococcus, hemophilus, dan veillonella. Menariknya, pada pasien dengan cystic fibrosis, bakteri pemangsa RTMLRT seperti Bdellovibrio dan Bampirovibrio, serta parasit dari bakteri Parcubacteria phylumr TMS, ditemukan dalam memerangi populasi bakteri patogen.

Di sini, kami menyajikan perspektif kami mengenai penelitian dalam ekologi RTM yang berubah di lingkungan klinis, meningkatkan kemungkinan untuk memperoleh pneumonia nosokomial di area rumah sakit berisiko tinggi sebagai ICU, dan mendiskusikan kemajuan terbaru pada topik tersebut. Kami juga membahas kesenjangan di lapangan, masa depan intervensi berbasis mikrobioma untuk mencegah dan mengobati pneumonia nosokomial, dan kontribusi pendekatan “omics” untuk memahami peran dinamika RTM dalam timbulnya infeksi pernapasan.

Ekologi Mikrobioma Pernapasan pada Pneumonia Nosokomial

Infeksi LRT akut, pneumonia atau eksaserbasi bronkitis kronis, adalah penyebab utama mortalitas dan morbiditas di seluruh dunia. Pada orang tua, perkembangan pneumonia terjadi cepat, dengan prognosis buruk, terutama terkait dengan rawat inap, dan angka kematian yang tinggi sering di ICU. Pneumonia nosokomial, infeksi alveolus paru yang sebagian besar disebabkan oleh bakteri, tetapi juga virus, atau jamur terdiri dari pneumonia yang didapat di rumah sakit dan terkait ventilator dan merupakan masalah kesehatan masyarakat yang signifikan karena sering disebabkan oleh patogen yang resistan terhadap banyak obat (MDR) yang didapat di dalam paru-paru. lingkungan rumah sakit.

Pneumonia terkait ventilator merupakan penyebab pertama infeksi nosokomial pada pasien dengan ventilasi mekanik dan kedua tersering di unit perawatan intensif (ICU), dengan infeksi jangka panjang yang sering disebabkan oleh bakteri MDR. Skenario ini telah memburuk selama pandemi COVID-19 karena peningkatan dramatis dalam infeksi sekunder SARS-CoV-2 dan penggunaan antibiotik yang berlebihan, yang menyebabkan peningkatan yang luar biasa dari infeksi MDR dan transmisi gen resistensi antibiotik (ARGs). Kontribusi mikrobioma terhadap respons imun bawaan dan adaptif menunjukkan bahwa mikrobioma yang sehat dapat menjadi faktor yang berkontribusi terhadap rasio kematian kasus yang lebih rendah dari COVID-19. Di sisi lain, disbiosis mikrobioma dapat dikaitkan dengan respons imun yang buruk dan hasil penyakit yang lebih buruk. Bidang ini baru dan studi yang tersedia mengenai mikrobioma COVID-19 telah melaporkan hasil yang kontradiktif.

Salah satu faktor yang menyebabkan kontradiksi tampaknya menjadi perancu seperti ventilasi mekanis pada pasien ICU, mengubah struktur komunitas RTM, termasuk banyaknya taksa oral yang sebelumnya terkait dengan COVID-19. Studi pengambilan sampel paru-paru yang terinfeksi secara langsung melalui bronkoskopi telah terbukti paling akurat sejauh ini untuk mengidentifikasi tanda tangan mikrobiologis dan imunologis alveolar yang terkait dengan infeksi SARS-CoV-2. Sebuah penelitian berdasarkan 142 pasien yang menjalani bronkoskopi menunjukkan bahwa hasil klinis sebagian dapat dijelaskan oleh kelimpahan virus alveolar, dan kolonisasi oleh bakteri turunan mikrobioma URT ( Mycoplasma salivarium ), dan respons imun adaptif yang buruk.

Model ekologi pneumonia mengusulkan bahwa keseimbangan RTM dipindahkan ke keadaan disbiosis yang ditandai dengan keragaman mikroba yang rendah, beban mikroba yang tinggi, dan respons inflamasi inang. Apakah disbiosis adalah penyebab atau efek dari penyakit pneumonia masih belum jelas. Faktanya, peran dan dinamika mikrobioma RTM pada pasien kritis hampir tidak diselidiki, dan oleh karena itu intervensi yang diarahkan mikrobioma belum dimasukkan dalam pedoman klinis. Tentu saja, gangguan RTM dapat dipengaruhi oleh keadaan fisiologis yang mengubah ekologi lokal, termasuk: (1) peradangan, perubahan profil metabolit, dan mekanisme pertahanan lokal yang melemah oleh infeksi (yaitu, virus), mendukung migrasi dan pertumbuhan stokastik bakteri ; (2) komposisi kimia abnormal dari bronkus, seperti pada cystic fibrosis ; (3) kelainan anatomi dan kondisi lain yang menyebabkan obstruksi, seperti pada bronkiektasis, cystic fibrosis, penyakit paru obstruktif kronik, edema paru (yang dapat menjadi sekunder untuk sepsis), atau kanker paru-paru; (4) kondisi berbahaya eksternal, seperti paparan jangka panjang terhadap dingin, yang menyebabkan vasokonstriksi mukosa pada mukosa saluran pernapasan dan penekanan respons imun, atau pemicu alergi untuk asma; (5) peningkatan migrasi bakteri (yaitu, aspirasi menyeluruh cairan lambung, perubahan mikrobioma oral, intubasi, ketidaksadaran, posisi terlentang), dan penurunan proses eliminasi (tidak sadar, intubasi, obat penenang, kepala terangkat, gangguan pembersihan mukosiliar) ; (6) penyakit yang mendasari dan intervensi medis (yaitu, imunosupresi terapeutik, intubasi, ventilasi mekanis, atau terapi antibiotik jangka panjang) yang mendukung kolonisasi patogen oportunistik.

Pneumonia nosokomial dapat bersifat endogen, yang disebabkan oleh patogen oportunistik seperti Streptococcus pneumoniae atau Haemophilus influenzae , yang merupakan bagian dari RTM manusia yang sehat. Pneumonia ini umumnya muncul segera setelah masuk. Namun, kasus perkembangan pneumonia yang terlambat sering melibatkan patogen MDR yang didapat di rumah sakit, termasuk P. aeruginosa , Enterobacteriaceae yang memproduksi extended spectrum beta lactamases (ESBL), dan/atau carbapenemases, dan Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA), yang sering diseleksi dan tersebar di lingkungan ICU. Pandangan patogen-sentris penyakit menular baru-baru ini bergerak ke arah perspektif ekologis berdasarkan interaksi host-patogen-mikrobioma-lingkungan. Dalam konteks ini, pneumonia nosokomial mewakili skenario kompleks di mana beberapa faktor mungkin berperan dalam timbulnya dan hasil infeksi.

Agenda Penelitian untuk Mikrobiologi Dalam Ruangan, Kesehatan Manusia, dan Bangunan
Forum Informasi Penelitian

Agenda Penelitian untuk Mikrobiologi Dalam Ruangan, Kesehatan Manusia, dan Bangunan

Agenda Penelitian untuk Mikrobiologi Dalam Ruangan, Kesehatan Manusia, dan Bangunan – Ada hubungan yang ditunjukkan antara paparan mikroorganisme menular yang ada di lingkungan buatan dan kesehatan manusia. Dalam sejumlah kasus, mekanisme penularan dipahami dengan baik, tetapi lebih banyak yang dapat dipelajari tentang bagaimana desain lingkungan yang dibangun mempengaruhi proliferasi atau transmisi mikroorganisme menular tersebut.

Agenda Penelitian untuk Mikrobiologi Dalam Ruangan, Kesehatan Manusia, dan Bangunan

 Baca Juga : Perlindungan Terhadap Orang yang Hidup Dengan Human Immunodeficiency Virus

hospitalmicrobiome – Ada bukti hubungan antara paparan mikroorganisme dalam ruangan dan perkembangan gejala pernapasan dan alergi, terutama yang timbul dari paparan mikroorganisme yang berkembang dalam pengaturan dalam ruangan yang lembab. Bukti awal menunjukkan bahwa paparan mikroba tertentu, termasuk paparan awal kehidupan terhadap beragam mikroorganisme yang terkait dengan hewan, mungkin memiliki efek kesehatan yang menguntungkan, seperti perlindungan dari alergi dan gejala pernapasan.

Sejumlah dampak kesehatan potensial tambahan (menguntungkan atau merugikan) yang terkait dengan paparan mikroorganisme dalam ruangan sedang dieksplorasi. Dampak pada hasil nonrespirasi (misalnya, neurologis) kurang dipahami dengan baik. Penyelidikan lebih lanjut diperlukan untuk memahami paparan mana yang mungkin menguntungkan atau merugikan dan dengan mekanisme apa.

Studi tambahan akan diperlukan untuk mengklarifikasi hubungan sebab akibat antara paparan mikroba di lingkungan binaan dan dampak kesehatan. Ini harus mencakup studi longitudinal lebih lanjut pada manusia dengan hewan pelengkap dan studi in vitro untuk menilai bagaimana tahap kehidupan, rute paparan, paparan bersama, dosis, dan sensitivitas genetik mempengaruhi hubungan paparan mikroba dalam ruangan individu dengan hasil kesehatan.

Bagaimana mikrobioma dari lingkungan dalam ruangan yang berbeda di mana manusia menghabiskan waktu untuk bekerja, hidup, belajar, dan bermain berdampak pada kesehatan dan kesejahteraan manusia? Kondisi bangunan apa yang mendukung komunitas mikroba yang menguntungkan atau merugikan kesehatan dan kesejahteraan manusia? Jika sebagian besar mikroorganisme tidak menginfeksi manusia, apakah mikroorganisme yang tumbuh subur di lingkungan dalam ruangan memengaruhi kesehatan manusia baik atau buruk, dan jika ya, melalui mekanisme apa? Pertanyaan-pertanyaan ini adalah di antara mereka yang memotivasi studi mikrobioma lingkungan binaan. Bab ini dimulai dengan meletakkan dasar untuk memahami bagaimana mikroorganisme yang ditemukan di bangunan dapat mempengaruhi kesehatan.

Bab ini kemudian membahas, pada gilirannya, penularan infeksi di lingkungan dalam ruangan, hasil kesehatan tidak menular yang terkait dengan mikroorganisme dalam ruangan, dan manfaat potensial dari paparan mikroba.Bagaimana karakteristik bangunan dan penghuni membentuk mikrobioma dalam ruangan, alat yang dapat digunakan dalam penelitian tentang mikrobioma lingkungan binaan, dan intervensi potensial yang dapat mengubah mikrobioma ini.

Beberapa pertimbangan mendukung masuk akal pengaruh membangun mikrobioma pada kesehatan manusia. Pertama, di daerah maju di dunia, lingkungan dalam ruangan adalah ekosistem utama yang dihuni oleh manusia. Kedua, lingkungan yang didiami orang dapat mempengaruhi mikrobioma manusia, yang pada gilirannya dapat berdampak pada kesehatan manusia. Misalnya, mikroorganisme yang ada di lingkungan dapat berkembang biak di ekosistem khusus inang manusia—seperti di saluran udara, usus, dan di kulit. Ketiga, beragam komponen dan karakteristik mikroba diketahui berdampak kesehatan manusia. Akhirnya, sejumlah sumber mikroorganisme dalam lingkungan dalam ruangan berdampak pada kesehatan manusia.

Di daerah maju di dunia, manusia dilahirkan dan menghabiskan sebagian besar hidup mereka di dalam ruangan, yang dapat membatasi keragaman mikroorganisme yang mereka terpajan. Selubung bangunan (pondasi, dinding, jendela, dan atap) memisahkan lingkungan dalam dan luar ruangan, sehingga mengurangi paparan mikroorganisme yang berkembang biak di luar ruangan dan berpotensi meningkatkan paparan organisme yang berkembang di dalam ruangan.

Keragaman mikrobioma dari lingkungan binaan di mana manusia hidup dapat mempengaruhi mikrobioma tubuh mereka. Penelitian telah menunjukkan bahwa manusia yang menghabiskan banyak waktu di luar ruangan atau tinggal di tempat tinggal dengan desain selubung bangunan yang lebih terbuka yang menghasilkan pertukaran udara tanpa filter atau filter minimal dengan tingkat tinggi dengan luar ruangan memiliki mikrobioma yang lebih beragam dibandingkan dengan mereka yang tinggal di tempat tinggal dengan desain yang kurang terbuka.

Sejauh mana mikrobioma dalam ruangan berkontribusi pada keragaman ini atau kekurangannya tidak dipahami dengan baik. Juga telah disarankan bahwa paparan terhadap keanekaragaman mikroba (terutama bakteri) yang berkurang mungkin kurang merupakan fungsi kandungan mikroba bangunan daripada efek samping dari makanan manusia modern, yang kurang beragam dibandingkan nenek moyang kita: itu sedikit berbeda dengan musim; mungkin terpengaruh oleh penggunaan antibiotik; dan dapat memilih taksa mikroba manusia dalam jumlah terbatas, terutama di usus.

Keragaman ini dapat bermanfaat bagi kesehatan manusia karena mikrobioma yang terpapar pada manusia mungkin penting untuk perkembangan kekebalan dan pemrosesan nutrisi dalam usus, yang mungkin tidak berfungsi dengan baik ketika komunitas mikroba usus berubah. Orang-orang di masyarakat yang kurang beruntung secara ekonomi dan kurang berkembang yang menghabiskan lebih banyak waktu di luar ruangan dapat memiliki risiko penyakit menular yang lebih tinggi dan kematian bayi yang lebih tinggi.

Namun, ini mungkin lebih disebabkan oleh kesehatan mereka ketika terpapar agen infeksi daripada keragaman mikroorganisme yang mereka terpajan; seperti dicatat, beberapa bukti menunjukkan efek sistem kekebalan yang menguntungkan dari paparan mikroba yang beragam (lihat bagian tentang “Efek Menguntungkan dari Mikroba”). Dengan demikian, relatif kurangnya keragaman mikroba mungkin memiliki efek positif atau merugikan pada respon fisiologis dan kekebalan manusia dan kesehatan dan pada gilirannya dapat mempengaruhi risiko gejala dan penyakit noninfeksi kronis. Dengan memisahkan diri dari alam bebas, manusia mungkin telah mengikis keanekaragaman mikrobioma mereka sendiri, serta lingkungan mereka.

Semakin banyak bukti menunjukkan bahwa mikrobioma manusia dipengaruhi oleh lingkungan dan merupakan bagian integral dari perkembangan manusia. Salah satu pengaruh yang paling banyak dipelajari adalah transmisi mikroorganisme menular tertentu. Misalnya, fomites adalah permukaan atau objek di mana mikroorganisme dapat menyimpan dan memungkinkan transmisi ke inang. Fomites didokumentasikan dengan baik dalam penyebaran penyakit menular, dan ada penelitian yang terkait dengan paparan patogen dalam ruangan pada manusia.

Pengaruh lain yang diketahui dari mikrobioma lingkungan pada mikrobioma manusia adalah proses kelahiran. Mikrobioma setiap individu diperoleh baik di dalam rahim maupun dari lingkungan saat lahir. Bayi yang dilahirkan pervaginam dan sesar menunjukkan perbedaan komposisi mikrobiomanya. Namun mikrobioma manusia tidak sepenuhnya stabil ke pola dewasa sampai usia 2-3 tahun. Teknologi baru dan teknik bioinformatika untuk analisis genom DNA mikroba yang diekstraksi dari sampel lingkungan memberikan wawasan di bidang ini yang sebelumnya tidak mungkin. Salah satu topik yang menarik adalah sifat interaksi nonpatogenik antara mikrobioma dalam ruangan dan manusia.

Studi neonatus memberikan bukti bahwa mikroba dari lingkungan yang berasal dari manusia dapat mempengaruhi mikrobioma manusia. Penelitian lain juga telah memberikan bukti bahwa anjing dan manusia memiliki bakteri yang sama. Namun tidak ada bukti nyata bahwa mikrobioma manusia dapat dijajah oleh bakteri yang berasal dari sebuah bangunan. Misalnya, studi mendalam tentang mikrobioma dalam ruangan dan manusia di mana tujuh keluarga diikuti selama 6 minggu menunjukkan bahwa mayoritas mikrobioma bangunan yang dapat diukur pada permukaan rumah berasal dari penghuninya.

Studi ini juga menemukan bahwa mikrobioma bangunan tampaknya tidak mempengaruhi struktur atau komposisi mikroba kulit penghuni. Penelitian lebih lanjut akan diperlukan untuk memahami reproduktifitas dan generalisasi dari temuan penelitian ini, dan bagaimana suhu, kelembaban, bahan bangunan, dan integritas struktur bangunan berdampak pada pertukaran antara mikrobioma bakteri dalam ruangan dan manusia.

Sumber Mikrobioma Dalam Ruangan Yang Relevan dengan Kesehatan Manusia

Pengamatan terbaru menunjukkan bahwa penghuni dan mikroba luar ruangan yang memasuki bangunan melalui ventilasi dan dilacak melalui debu adalah asal dominan bakteri lingkungan dalam ruangan, terutama yang dapat terbawa udara. Penghuni yang berkontribusi terhadap mikrobioma dalam ruangan termasuk manusia dan penghuni bukan manusia, seperti hewan pengerat dan kecoak, serta hewan peliharaan, yang merupakan sumber bakteri dan oleh karena itu dapat menjadi sumber langsung PAMP bakteri. Dalam studi peternakan, kemungkinan sumber untuk PAMP dalam ruangan termasuk pakan ternak dan hewan ternak.

Di lingkungan perkotaan, sumber LPS/endotoksin tidak hanya mencakup hewan peliharaan tetapi juga asosiasi dengan kelembaban, seperti yang disebabkan oleh ruang bawah tanah beton, pelembab udara , dan kerusakan akibat air pada situasi yang tidak terlalu ekstrim dibandingkan kondisi banjir. Endotoksin pada kotoran dan bahan tanaman yang membusuk dapat dilacak ke dalam rumah oleh penghuninya. Di sisi lain, kontribusi relatif partikel udara luar ruangan yang mengandung endotoksin atau mikroba ke rangkaian komponen mikroba dalam ruangan tidak dipahami dengan baik. Meskipun tidak kausal atau definitif, ada bukti bahwa paparan LPS/endotoksin dapat melindungi perkembangan alergi di lingkungan pedesaan ( Thorne, 2015 ) dan perkotaan AS.

Sumber jamur di dalam ruangan bervariasi. Biasanya, pada bangunan yang tidak rusak karena air, jamur masuk ke dalam bangunan melalui kebocoran pada selubung bangunan dan melalui sistem ventilasi, dibawa ke dalam ruangan oleh penghuninya, atau dapat dibawa ke dalam ruangan terkait dengan bahan bangunan. Pertumbuhan jamur umumnya tergantung pada kelembaban. Dalam kasus kerusakan air yang ekstrem seperti pada banjir di New Orleans, Louisiana di Cedar Rapids, Iowa atau di Boulder, Colorado tingkat tinggi jamur yang tidak berasal dari penghuni bangunan telah diukur pada permukaan bangunan dan di udara. Bahkan di bangunan yang tidak rusak karena air, jamur dapat tumbuh di dalam atau di atas bahan bangunan jika ada kelembaban yang cukup, dan pertumbuhannya dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti komposisi kimia bahan bangunan. bahan bangunan.

National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2017. Microbiomes of the Built Environment: A Research Agenda for Indoor Microbiology, Human Health, and Buildings. Washington, DC: The National Academies Press.Tergantung pada kelembaban. Dalam kasus kerusakan air yang ekstrem—seperti pada banjir di New Orleans, Louisiana di Cedar Rapids, Iowa atau di Boulder, Colorado tingkat tinggi jamur yang tidak berasal dari penghuni bangunan telah diukur pada permukaan bangunan dan di udara. Bahkan di bangunan yang tidak rusak karena air, jamur dapat tumbuh di dalam atau di atas bahan bangunan jika ada kelembaban yang cukup, dan pertumbuhannya dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti komposisi kimia bahan bangunan. bahan bangunan.

Kurang saat ini dipahami tentang asal-usul virus di lingkungan binaan (di luar transmisi patogen tertentu). Bukti menunjukkan, bagaimanapun, baik peningkatan sumber bakteri relatif terhadap virus di dalam ruangan atau penghilangan virus secara preferensial saat udara menembus di dalam ruangan.

Perlindungan Terhadap Orang yang Hidup Dengan Human Immunodeficiency Virus
Dokter Informasi Penelitian

Perlindungan Terhadap Orang yang Hidup Dengan Human Immunodeficiency Virus

Perlindungan Terhadap Orang yang Hidup Dengan Human Immunodeficiency Virus – Orang yang hidup dengan human immunodeficiency virus (PLWH) telah terpengaruh secara tidak proporsional oleh kolonisasi dan infeksi Staphylococcus aureus (MRSA) yang resistan terhadap methicillin, khususnya oleh klon USA300 dan USA500.

Perlindungan Terhadap Orang yang Hidup Dengan Human Immunodeficiency Virus

 Baca Juga : Lanskap Peluang untuk Penelitian Ekologi Mikroba

hospitalmicrobiome – Namun, kontribusi faktor risiko epidemiologis, bakteri, dan imunologis terhadap kelebihan S aureus pada ODHA masih belum sepenuhnya dipahami.Dalam studi potong lintang ini, kami menentukan prevalensi dan epidemiologi molekuler kolonisasi S aureus pada 93 ODHA yang datang ke klinik human immunodeficiency virus (HIV) perkotaan. Peserta menyelesaikan wawancara terstruktur yang menilai informasi demografis dan faktor risiko MRSA. Swab diperoleh dari hidung, tenggorokan, dan selangkangan dan dikultur untuk S aureus dan Staphylococcus epidermidis .

Sebagian besar peserta memiliki infeksi HIV yang terkontrol dengan baik (89, 96% CD4 >200). Tiga puluh enam (39%) individu dikolonisasi dengan S aureus di 1 atau lebih bagian tubuh, termasuk 6 (6%) dengan MRSA. Penggunaan gym secara teratur merupakan faktor risiko S aureus tetapi bukan pembawa MRSA. Sebaliknya, S epidermidis hadir di hampir semua individu (n = 84, 90%), terutama di nares (n = 66, 71%). Menggunakan model persamaan perkiraan umum, kami mengamati bahwa kemungkinan kolonisasi S aureus berkurang secara signifikan dan drastis ketika S epidermidis terdeteksi ( P = .0001). Setelah mengontrol situs, jenis kelamin, dan usia, kami mengidentifikasi bahwa kemungkinan S aureuskolonisasi adalah 80% lebih sedikit jika S epidermidis hadir (rasio odds yang disesuaikan, 0,20; interval kepercayaan 95%, .09-.45; P <.0001).

Selama 15 tahun terakhir, infeksi Staphylococcus aureus resisten methicillin terkait komunitas (CA-MRSA) telah muncul berurutan untuk infeksi MRSA terkait perawatan kesehatan (HA ) . Akun MRSA terkait komunitas untuk sebagian besar infeksi kulit dan jaringan lunak (SSTI) di Amerika Serikat. Orang yang hidup dengan human immunodeficiency virus (ODHA) telah terpengaruh secara tidak proporsional oleh HA- dan CA-MRSA sebagaimana dibuktikan oleh peningkatan frekuensi kolonisasi S aureus , infeksi kulit, dan infeksi aliran darah invasif. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa ODHA memiliki tingkat insiden S aureus 6–18 kali lebih tinggiinfeksi bila dibandingkan dengan kontrol negatif human immunodeficiency virus (HIV) yang sehat.

Peningkatan insiden infeksi S aureus kemungkinan multifaktorial dan mencakup faktor perilaku, imun pejamu, dan patogen. Telah terbukti bahwa penggunaan narkoba suntikan, tunawisma, aktivitas seksual berisiko tinggi, atau perpanjangan masa tinggal di rumah sakit dapat berkontribusi pada peningkatan beban ini Selain itu, defisiensi imun yang parah seperti yang dimanifestasikan oleh jumlah CD4 yang rendah secara signifikan berkontribusi pada hasil S aureus yang lebih buruk tetapi bahkan pada Odha yang menggunakan ART, insiden keseluruhan kolonisasi dan penyakit S aureus tetap meningkat secara signifikan.

Dalam pengaturan perawatan kesehatan, pengangkutan MRSA melalui hidung telah dikaitkan dengan infeksi MRSA berikutnya. Peran kolonisasi S aureus dan MRSA dalam infeksi berikutnya kurang jelas dalam pengaturan komunitas . Baru-baru ini, kolonisasi situs tubuh selain lubang hidung telah diakui sebagai reservoir potensial untuk menginfeksi strain S aureus, termasuk pada ODHA. Studi-studi ini juga menyarankan bahwa tipe klon tertentu seperti USA300 dan USA500 lebih disukai menjajah bagian tubuh tertentu seperti selangkangan, khususnya pada pasien yang terinfeksi HIV. Ini menunjukkan kemungkinan interaksi spesifik antara sistem kekebalan yang terganggu setelah infeksi HIV dan susunan molekul klon S aureus yang berbeda. Pasien dengan infeksi HIV, bahkan ketika dalam terapi antiretroviral, tampaknya memiliki defek persisten pada respon imun yang diperantarai Th17, yang sangat penting dalam mengendalikan infeksi S aureus. Selain itu, peningkatan respon Th2 secara bersamaan dan aktivasi imun kronis dapat menyebabkan downregulasi peptida antimikroba human -defensin (hBD)2 dan hBD3, yang juga penting dalam respon keratinosit terhadap S aureus.

Selain faktor inang, kolonisasi S aureus juga ditentukan oleh interaksi dengan mikrobiota lokal. Telah disarankan bahwa Staphylococcus epidermidis komensal yang sering khususnya memiliki kemampuan untuk secara langsung menghambat kolonisasi S aureus dengan sekresi protease serin, Esp1, atau dengan aktivasi Toll-like receptor-2 pada keratinosit, memicu pelepasan peptida antimikroba. Pentingnya interaksi ini pada pasien dengan HIV masih belum diketahui.Selain faktor inang, kolonisasi S aureus juga ditentukan oleh interaksi dengan mikrobiota lokal. Telah disarankan bahwa Staphylococcus epidermidis komensal yang sering khususnya memiliki kemampuan untuk secara langsung menghambat kolonisasi S aureus dengan sekresi protease serin, Esp1, atau dengan aktivasi Toll-like receptor-2 pada keratinosit, memicu pelepasan peptida antimikroba. Pentingnya interaksi ini pada pasien dengan HIV masih belum diketahui.

Studi Populasi

Studi cross-sectional ini ditinjau dan disetujui oleh Dewan Peninjau Institusional Universitas Columbia Medical Center (New York, NY). Penelitian berlangsung pada bulan Januari dan Februari 2013 di klinik Program HIV Komprehensif Presbyterian New York. Pasien diberitahu tentang studi oleh penyedia perawatan primer mereka dan, setelah memberikan persetujuan lisan untuk dihubungi, didekati oleh tim studi. Setelah memberikan persetujuan tertulis, pasien direkrut ke dalam penelitian. Secara total, 96 pasien memenuhi kriteria inklusi sebagai HIV positif dan berusia 18 tahun; 93 pasien menyelesaikan survei dan memberikan semua penyeka situs tubuh. Pasien yang datang ke klinik tidak memenuhi syarat untuk berpartisipasi jika status HIV mereka negatif atau tidak diketahui (n = 1); atau jika mereka memiliki penyakit radang usus (n = 1). Kriteria eksklusi lain yang ditentukan sebelumnya dari infeksi oportunistik yang menentukan sindrom defisiensi imun akut atau didapat dalam waktu 4 minggu sebelum masuk penelitian atau penggunaan obat imunosupresif sistemik saat ini (misalnya, kortikosteroid) dalam waktu 14 hari sebelum masuk penelitian tidak ditemukan. Peserta diberi kompensasi dengan kartu hadiah $10 ke CVS Pharmacy.

survei

Pasien menyelesaikan wawancara terstruktur menggunakan perangkat lunak wawancara mandiri dengan bantuan komputer audio. Pertanyaan menilai informasi demografis dan faktor risiko MRSA, termasuk kebiasaan perawatan pribadi, serta aspek terkait dari riwayat medis, sosial, dan seksual. Selain itu, tinjauan retrospektif dari catatan medis pasien dilakukan untuk memastikan informasi klinis dan laboratorium yang relevan. Ini juga termasuk penilaian penyakit kulit yang mendasari (eksim, psoriasis, dermatitis seboroik, dermatitis lichenoid, alergi kulit, jerawat, tinea, karsinoma sel basal, dan zoster) atau infeksi kulit dan jaringan lunak dan infeksi oportunistik dan paparan antibiotik selama 3 bulan sebelumnya. pendaftaran.

Pengumpulan Sampel Mikrobiologi dan Studi Molekuler

Setelah menyelesaikan survei, hidung, tenggorokan, dan selangkangan peserta diambil sampelnya menggunakan swab steril yang telah dibasahi sebelumnya (BD BBL CultureSwab; BD Diagnostic Systems, Sparks, MD). Situs kulit tambahan diambil sampelnya jika peserta penelitian melaporkan kemungkinan lesi kulit yang terinfeksi. Sampel diproses seperti yang dijelaskan sebelumnya . Singkatnya, biakan swab diinkubasi semalaman pada suhu 37 ° C dalam kaldu kedelai Tryptic 6% yang ditambah garam dan dilapisi ke agar garam Mannitol (Becton Dickinson, Sparks, MD). Koloni kuning positif yang memfermentasi manitol diisolasi pada 5% darah domba/piring agar kedelai Tryptic (darah/TSA) (Becton Dickinson). Stafilokokus aureusdiidentifikasi dari darah/TSA oleh koagulase dan kit deteksi Protein A (Murex StaphAurex). Selain itu, semua koloni nonmanitol-fermenting dan Staphaurex-negatif diisolasi ke TSA (Becton Dickinson, Sparks, MD). Staphylococcus epidermidis diidentifikasi dari TSA dengan reaksi rantai polimerase spesifik spesies (PCR) seperti yang dijelaskan sebelumnya.

Semua isolat S aureus digenotipe dengan pengurutan dan analisis daerah-ulang protein stafilokokus A ( spa ) (Ridom-staphsoftware). Keterkaitan regangan dievaluasi lebih lanjut menggunakan algoritma pola ulangan berbasis terintegrasi (BURP) untuk clustering Spa Clonal Complex ( spa -CCs). Kehadiran dan jenis Mec Kaset Kromosom Stafilokokus (SCC) , ditentukan dengan PCR multipleks, digunakan untuk mengevaluasi resistensi methicillin. Isolat selanjutnya digenotipe dengan menguji keberadaan gen arginine-catabolic mobile element (ACME) dengan PCR.Semua isolat S epidermidis diuji keberadaan gen serin protease esp dengan PCR. Untuk pengujian kerentanan antibiotik, kami secara acak memilih 1 isolat S epidermidis per peserta dari setengah dari individu yang dijajah S epidermidis , karena kendala biaya. Isolat diuji resistensinya terhadap penisilin, levofloksasin, gentamisin, eritromisin, linezolid, tetrasiklin, cefoxitin, dan rifampisin menggunakan metode Kirby-Bauer dan standar Clinical and Laboratory Standards Institute (CLSI ) .

Analisis Statistik

Semua analisis statistik dilakukan dengan menggunakan SAS 9.4 (SAS Institute Inc., Cary, NC). Kami menguji 2 hasil terpisah terhadap setiap faktor risiko yang dihipotesiskan: kolonisasi dengan S aureus (S aureus sensitif methicillin [MSSA] atau MRSA) di bagian tubuh mana pun atau kolonisasi dengan MRSA di bagian tubuh mana pun. Perbandingan peserta yang terjajah dengan yang tidak terjajah pada variabel dikotomis dilakukan dengan menggunakan 2 atau uji eksak Fisher jika sesuai. Analisis bivariat dengan prediktor kontinu dievaluasi menggunakan uji t Student tidak berpasangan. Persamaan estimasi umum (GEEs) digunakan untuk mengevaluasi hubungan antara S aureus dan S epidermidiskolonisasi. Metode ini memungkinkan kami untuk mengontrol beberapa usap bagian tubuh yang diambil per individu. Semua uji statistik adalah 2 sisi, dengan P < 0,05 dianggap signifikan. Studi Demografi dan Prevalensi Kolonisasi Penelitian cross-sectional ini melibatkan 93 peserta HIV-positif dengan usia rata-rata 50 tahun (kisaran interkuartil, 44-60). Sekitar sepertiga dari populasi adalah perempuan (n = 32, 34%), dua pertiga adalah laki-laki (n = 60, 65%), dan 1 individu adalah transgender (n = 1, 1%; Tabel 1). Hispanik (n = 44, 48%) dan Afrika Amerika (n = 34, 37%) terdiri dari kelompok etnis terbesar dalam penelitian kami, sedangkan kulit putih (n = 9, 10%) dan ras lain (n = 5, 5%) lebih jarang diwakili. Mayoritas peserta mengidentifikasi diri sebagai heteroseksual (n = 55, 59%); sepertiga (n = 31, 33%) mengidentifikasi diri sebagai laki-laki yang berhubungan seks dengan laki-laki (50% laki-laki). Sebagian besar peserta memiliki infeksi HIV yang terkontrol dengan baik karena 89 orang (96%) memiliki jumlah CD4 baru-baru ini >200 dan viral load tidak terdeteksi pada kunjungan terakhir mereka. Hanya 4 pasien yang memiliki viral load baru-baru ini >1000. Beberapa peserta (n = 5, 5%) dirawat di rumah sakit dalam 3 bulan sebelumnya partisipasi studi.

Karakterisasi Molekuler dan Fenotipik

Di antara 36 individu yang dijajah, kami mengamati 26 jenis spa yang berbeda . Dari 14 individu yang berkoloni di beberapa bagian tubuh, hanya 1 yang memiliki tipe spa yang berbeda di 3 bagian tubuh yang diuji. Sebagian besar isolat yang berkoloni adalah MSSA (86%) dan termasuk dalam keragaman tipe spa. Jenis spa yang paling sering adalah t002, terhitung 15% dari isolat MSSA. Setengah dari isolat MRSA adalah spa type t008, konsisten dengan USA300. Enam dari 8 isolat MRSA (75%) adalah ACME positif, konsisten dengan USA300. Kami mengamati spa -type t064 pada kelompok MSSA dan MRSA.

Staphylococcus epidermidis telah dikaitkan dengan resistensi antibiotik yang substansial. Uji kepekaan antibiotik pada subset koleksi S epidermidis menunjukkan bahwa hampir semua isolat resisten terhadap penisilin (n = 40, 93%; Gambar 2 ). Hanya 12% (n = 5) yang resisten terhadap cefoxitin, konsisten dengan S epidermidis yang resisten methicillin. Strain S epidermidis yang resisten methicillin lebih cenderung tidak peka terhadap tetrasiklin dibandingkan dengan kelompok S epidermidis yang sensitif methicillin (masing-masing 80% vs 13%; Fisher’s exact test, P= .005). Kedua kelompok tidak memiliki perbedaan yang signifikan dalam kerentanan antibiotik, dan semua isolat rentan terhadap linezolid, rifampisin, dan vankomisin. Semua isolat S epidermidis diketik untuk gen esp dan positif.

Lanskap Peluang untuk Penelitian Ekologi Mikroba
Informasi Penelitian

Lanskap Peluang untuk Penelitian Ekologi Mikroba

Lanskap Peluang untuk Penelitian Ekologi MikrobaMikroba mencakup keanekaragaman hayati yang luar biasa, memberikan dukungan bagi semua bentuk kehidupan, termasuk manusia, dan memainkan peran penting dalam banyak jasa ekosistem.

Lanskap Peluang untuk Penelitian Ekologi Mikroba

 Baca Juga : Mempelajari Mikrobiologi Lingkungan Dalam Ruangan

hospitalmicrobiome – Aturan yang mengatur perakitan komunitas mikroorganisme semakin terungkap karena kemajuan utama dalam metode molekuler dan analitik tetapi pemahaman mereka tetap menjadi tantangan utama dalam ekologi mikroba. Keberadaan pola biogeografi dalam komunitas mikroba telah ditetapkan dan dijelaskan dalam kaitannya dengan proses skala lanskap, termasuk seleksi, drift, penyebaran dan mutasi. Pengaruh tambal sulam habitat pada aturan perakitan mikroorganisme tetap ada meskipun tidak sepenuhnya dipahami. Di sini, kami meninjau bagaimana prinsip-prinsip ekologi lanskap dapat diadaptasi untuk mengeksplorasi perspektif baru tentang mekanisme yang menentukan struktur komunitas mikroba.

Untuk memberikan gambaran umum, kami mengkarakterisasi lanskap mikroba, skala spasial dan temporal dari mekanisme yang mendorong perakitan mikroba dan umpan balik antara mikroorganisme dan struktur lanskap. Kami memberikan bukti untuk efek heterogenitas lanskap, fragmentasi lanskap, dan dinamika lanskap pada struktur komunitas mikroba, dan menunjukkan bahwa prediksi yang dibuat untuk organisme makro setidaknya sebagian juga berlaku untuk mikroorganisme. Kami menjelaskan mengapa pendekatan komunitas meta yang muncul dalam ekologi mikroba harus mencakup karakterisasi eksplisit struktur lanskap dalam pengembangan dan interpretasinya. Kami juga menjelaskan bagaimana interaksi biotik, seperti kompetisi, mangsa-predator atau hubungan mutualis dapat mempengaruhi lanskap mikroba dan mungkin terlibat dalam proses umpan balik yang disebutkan di atas. Namun, kami berpendapat bahwa penerapan ekologi lanskap ke dunia mikroba tidak bisa begitu saja melibatkan pemindahan kerangka teoretis yang ada.

Ini karena kekhasan organisme ini, dalam hal ukuran, waktu generasi, dan untuk beberapa di antaranya, interaksi yang erat dengan inang. Karakteristik ini menyiratkan berurusan dengan ruang dan skala waktu efek yang tidak biasa dan bergantung. Proses evolusi juga sangat penting dalam respons mikroorganisme terhadap lanskap mereka. Terakhir, aktivitas dan distribusi mikroorganisme menyebabkan efek umpan balik pada lanskap yang harus diperhitungkan. Transposisi kerangka ekologi lanskap ke mikroorganisme memberikan banyak arah penelitian yang menantang untuk ekologi mikroba. Ini karena kekhasan organisme ini, dalam hal ukuran, waktu generasi, dan untuk beberapa di antaranya, interaksi yang erat dengan inang.

Karakteristik ini menyiratkan berurusan dengan ruang dan skala waktu efek yang tidak biasa dan bergantung. Proses evolusi juga sangat penting dalam respons mikroorganisme terhadap lanskap mereka. Terakhir, aktivitas dan distribusi mikroorganisme menyebabkan efek umpan balik pada lanskap yang harus diperhitungkan. Transposisi kerangka ekologi lanskap ke mikroorganisme memberikan banyak arah penelitian yang menantang untuk ekologi mikroba. Ini karena kekhasan organisme ini, dalam hal ukuran, waktu generasi, dan untuk beberapa di antaranya, interaksi yang erat dengan inang. Karakteristik ini menyiratkan berurusan dengan ruang dan skala waktu efek yang tidak biasa dan bergantung.

Proses evolusi juga sangat penting dalam respons mikroorganisme terhadap lanskap mereka. Terakhir, aktivitas dan distribusi mikroorganisme menyebabkan efek umpan balik pada lanskap yang harus diperhitungkan. Transposisi kerangka ekologi lanskap ke mikroorganisme memberikan banyak arah penelitian yang menantang untuk ekologi mikroba. Proses evolusi juga sangat penting dalam respons mikroorganisme terhadap lanskap mereka. Terakhir, aktivitas dan distribusi mikroorganisme menyebabkan efek umpan balik pada lanskap yang harus diperhitungkan.

Transposisi kerangka ekologi lanskap ke mikroorganisme memberikan banyak arah penelitian yang menantang untuk ekologi mikroba. Proses evolusi juga sangat penting dalam respons mikroorganisme terhadap lanskap mereka. Terakhir, aktivitas dan distribusi mikroorganisme menyebabkan efek umpan balik pada lanskap yang harus diperhitungkan. Transposisi kerangka ekologi lanskap ke mikroorganisme memberikan banyak arah penelitian yang menantang untuk ekologi mikroba.

Mikroorganisme merupakan bagian terbesar dari keanekaragaman hayati. Ada 100 juta kali lebih banyak bakteri di lautan (13 × 10 2 8) daripada jumlah bintang di alam semesta yang diketahui [Editorial Nature Review in Microbiology,. Kelimpahan yang menakjubkan dari mikroorganisme di bumi memainkan peran sentral dalam siklus biogeokimia unsur , mempengaruhi kesuburan tanah, dekomposisi bahan organik dan penyimpanan karbon.

Mikroorganisme juga diperlukan untuk menopang semua makroorganisme hidup, termasuk manusia , karena mereka terlibat dalam nutrisi, kesehatan, reproduksi, dan perilaku inangnya. Akibatnya, mereka memastikan sebagian besar layanan ekosistem diberikan kepada masyarakat kita. Namun, mikroorganisme menunjukkan heterogenitas spasial yang substansial. Hal ini menimbulkan pertanyaan tentang bagaimana distribusi mikroba tergantung pada komponen yang berbeda dari perakitan komunitas, hubungannya dengan teori niche dan mekanisme koeksistensi, dan bagaimana perakitan komunitas terkait dengan fungsi dan fungsi ekosistem mikroba ini.

Penggerak kumpulan mikroorganisme sejauh ini sebagian besar telah dianalisis pada skala patch, dengan asumsi bahwa relung spesies dihasilkan dari pengaruh lingkungan abiotik pada pemilihan spesies, gangguan atau interaksi biotik di antara organisme mikroba, atau dengan inangnya dan mengabaikan efek penyebaran. Karena mikroorganisme memiliki kapasitas reproduksi yang sangat tinggi dan waktu generasi yang singkat, pandangan historis “ segala sesuatu ada di mana-mana tetapi lingkungan memilih ” telah diterima sejak lama. Kemajuan dalam resolusi komposisi komunitas mikroba yang diperoleh dari sekuensing massal dan studi distribusi mikroba skala besar memberikan peningkatan jumlah bukti bahwa mikroorganisme jauh lebih terbatas dalam penyebarannya daripada yang diduga sebelumnya. Kerangka kerja berdasarkan biogeografi skala besar telah berhasil digunakan untuk memahami pola spasial spesies dalam skala besar.

Kerangka kerja ini menganggap bahwa perakitan komunitas di patch lokal yang dianggap sebagai “pulau” hasil dari proses kolonisasi dan kepunahan, kedua proses tersebut terkait dengan ukuran dan jarak patch ke sumber patch (“benua”). Pendekatan implisit spasial yang dibangun di atas teori biogeografi pulau dari MacArthur dan Wilson (1967) adalah titik awal yang berguna untuk mempertimbangkan bagaimana penyebaran dapat mempengaruhi perakitan komunitas di tingkat lanskap, dimulai pada satu spesies, untuk berkumpul dengan beberapa spesies. Metakomunitas terdiri dari kumpulan komunitas yang terhubung melalui penyebaran. Dengan demikian, empat proses utama dapat mendorong variasi komunitas dalam ruang, yaitu seleksi spesies (termasuk faktor abiotik dan biotik), spesiasi (analog dengan mutasi dalam genetika populasi), penyebaran dan pergeseran ekologis.

Pendekatan alternatif untuk dinamika spasial dalam ekologi muncul sekitar 30 tahun yang lalu dalam bentuk ekologi lanskap. Ekologi lanskap berfokus secara khusus pada analisis eksplisit pola ekologi spasial dan telah menentukan konseptualisasi apa itu lanskap , dan menyediakan alat untuk menganalisis bagaimana proses spasial memengaruhi kumpulan keanekaragaman hayati, dengan fokus terutama pada tumbuhan dan hewan. Struktur lanskap, dijelaskan melalui metrik yang berbeda pada skala lanskap (yaitu, heterogenitas) atau skala habitat (yaitu, fragmentasi), telah terbukti mempengaruhi penyebaran, dan eksploitasi habitat lokal selama siklus hidup organisme, tetapi juga ketersediaan habitat untuk spesies perkembangan dan pergerakan antar patch lokal . Kedua jenis metrik ini – heterogenitas lanskap dan fragmentasi mempengaruhi kelimpahan dan komposisi spesies. Namun, penelitian ekologi lanskap sebagian besar terkonsentrasi pada makroorganisme dan kompartemen mikroba tetap dipelajari di bawah kerangka kerja ini.

Menerapkan prinsip-prinsip ekologi lanskap untuk mikroorganisme, sampai saat ini, lambat berkembang karena pemahaman kami yang terbatas tentang persyaratan habitat mikroba, kesulitan yang terlibat dalam mengamati pergerakan mikroorganisme dan kapasitas kami yang terbatas untuk melakukan survei luas distribusi mikroba. Penentuan komposisi komunitas mikroba juga sulit karena komunitas mikroba bisa sangat kompleks dan perlu dipelajari dengan pendekatan sekuensing massal.

Dari sifat data yang digunakan, penggambaran urutan spesies mikroba juga diperlukan dan adopsi konsep spesies filogenetik yaitu, “ kelompok organisme individu terkecil yang dapat didiagnosis di mana terdapat pola nenek moyang dan keturunan. ” tersirat. Setelah menggunakan cutoff identitas urutan untuk mengidentifikasi Unit Taksonomi Operasional, kemajuan bioinformatika terbaru sekarang memungkinkan menghindari penggunaan cutoff buatan ini yaitu, cluster-urutan dan Varian Urutan Amplicon dan tentukan taksa pada butir yang lebih tipis. Resolusi yang lebih baik dalam deskripsi komunitas ini memberikan dasar untuk menguji konsep ekologi baru seperti ekologi lanskap. Penerapan ekologi lanskap ke dunia mikroba juga membutuhkan karakterisasi lanskap di mana mikroba hidup.

Lanskap tersebut dapat berupa kumpulan tipe habitat yang berbeda dengan kondisi lingkungan yang bervariasi, tetapi juga dapat menjadi kumpulan inang yang tersedia untuk kolonisasi mikroba. Lanskap “biotik” ini kemudian dapat didorong oleh perilaku dan pertumbuhan organisme makro yang menjadi inang bagi mikroorganisme, dan bergantung pada respons inang ini terhadap karakteristik lanskap mereka sendiri. Terakhir, lanskap mikroba dapat berada di dalam inang, sesuai dengan situs anatomi yang berbeda di dalam tubuh, dan bahkan di dalam setiap organ, memberikan tambalan yang bervariasi dalam kondisi lingkungannya. Selain itu, mikroorganisme individu berinteraksi dengan fitur dan volume permukaan nano dan mikro. Lanskap skala kecil yang tidak biasa harus dipertimbangkan karena ukuran mikroorganisme yang sangat kecil.

Dalam lanskap skala mikro ini seperti di lingkungan terestrial atau perairan, distribusi mikroorganisme terkait erat dengan heterogenitas patch. Namun, sebagian besar penulis tidak mendasarkan pekerjaan mereka dalam kerangka ekologi lanskap, dan baru-baru ini ekologi mikroba mengembangkan integrasi eksplisit prinsip-prinsip ekologi lanskap untuk memahami pendorong distribusi mikroba. Karena kekhususan mikroba ini definisi spesies, penyebaran, respons terhadap heterogenitas biotik, dan respons skala kecil terhadap lingkungan transposisi kerangka teoretis yang ada dalam ekologi lanskap untuk menganalisis aturan perakitan mikroorganisme kemungkinan tidak langsung.

Tujuan dari tinjauan ini adalah untuk menyelidiki bagaimana konsep ekologi lanskap dapat diterapkan pada dunia mikroba, untuk memajukan pemahaman kita tentang dunia ini dan untuk menunjukkan bagaimana mikroorganisme dapat digunakan sebagai model baru untuk menguji dan memperluas kerangka ekologi lanskap yang ada. Kami memperhitungkan ekosistem perairan, daratan, dan laut, serta semua jenis interaksi mikrobiota inang, mulai dari mikroorganisme yang hidup bebas hingga mikroorganisme yang terkait dengan tanaman, hewan, dan manusia. Virus dikeluarkan dari ruang lingkup makalah karena ukurannya yang sub-mikroskopis. Jika ada alasan kuat tentang pentingnya virus untuk asal usul sel dan diversifikasi, ada bukti yang menentang gagasan bahwa virus itu hidup. Penyebaran, perubahan genetik, dan perbanyakan mereka ditentukan oleh batasan spesifik yang tidak dikembangkan di sini.

Distribusi spesies dapat dikaitkan dengan ketidakrataan lingkungan melalui cara kondisi abiotik (atau biotik) didistribusikan di ruang angkasa. Konsekuensi dari ketidakrataan lingkungan tersebut pada proses ekologi termasuk perakitan spesies dapat dianalisis menggunakan model konseptual lanskap yang berbeda . Model konseptual pertama, dan sederhana yang diturunkan dari teori biogeografi pulau, menganggap bahwa patch habitat yang identik (yaitu, sesuai dengan relung yang menguntungkan) tertanam dalam matriks non-habitat yang berbeda.

Dalam pandangan pertama ini, lanskap dicirikan oleh metrik yang mengkuantifikasi jumlah patch yang menguntungkan atau isolasinya, dengan anggapan bahwa lanskap lainnya tidak bertindak berdasarkan kumpulan spesies. Model patch-matrix kemudian dengan cepat diperluas ke model lanskap mosaik dengan memasukkan mosaik habitat yang terdiri dari lanskap, dan yang dapat dianggap terdiri dari habitat yang kurang lebih menguntungkan untuk pengembangan. Spesies memang berpotensi bergantung pada patch habitat yang berbeda untuk siklus hidup mereka sebagai contoh untuk hewan, yang tahap juvenilnya bergantung pada satu tipe habitat tertentu dan tahap dewasa pada yang lain. Mereka juga dapat mengandalkan habitat alternatif untuk perkembangan mereka .

Mosaik bentuk patch juga menyebar dengan bertindak pada permeabilitas lanskap terhadap pergerakan spesies. Dalam visi kedua ini, lanskap dicirikan oleh metrik yang mengukur heterogenitasnya dalam hal komposisi patch, yang menentukan jenis, kekayaan, dan kelimpahan relatif dari patch yang berbeda. Heterogenitas konfigurasi mendefinisikan pengaturan dalam ruang patch yang berbeda dan terkait dengan metrik yang mengukur fitur seperti ukuran patch, agregasi, jenis antarmuka di antara patch. Model konseptual terakhir baru-baru ini muncul, model kontinum, mengingat lanskap adalah kombinasi dari beberapa gradien lingkungan yang berkelanjutan alih-alih tambalan diskrit. Untuk model ini, metrik yang digunakan untuk menggambarkan lanskap bersifat kontinu, dan dapat mengintegrasikan sebagian respons spesies terhadap gradien lingkungan ini melalui, misalnya, tingkat kesesuaian antara kondisi abiotik dan persyaratan ekologi spesies.

Sebagian besar studi mikroba berdasarkan ekologi lanskap didasarkan pada model matriks-tambalan, sedangkan model mosaik hanya digunakan dalam kasus-kasus tertentu di mana tambalan sangat heterogen, atau di mana tambalan diskrit sesuai dengan inang yang berbeda. Korelasi antara faktor lingkungan dan komposisi komunitas mikroba telah dipelajari secara ekstensif . Meskipun umumnya menyiratkan model konseptual kontinum, pola-pola ini belum terhubung dengan baik ke teori yang mendasari di balik model konseptual lanskap. Kami meninjau bukti efek lanskap yang ada di bagian “Pengaruh Heterogenitas Mosaik Lanskap dan Fragmentasi Habitat pada Mikroorganisme” di bawah ini.

Mempelajari Mikrobiologi Lingkungan Dalam Ruangan
Informasi Penelitian

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.

Mikroba Usus Mungkin Menjadi Kunci untuk Mengatasi Alergi Makanan
Dokter Informasi Penelitian

Mikroba Usus Mungkin Menjadi Kunci untuk Mengatasi Alergi Makanan

Mikroba Usus Mungkin Menjadi Kunci untuk Mengatasi Alergi Makanan – Terapi baru sedang menguji apakah bakteri pelindung dapat meredam respons imun yang berbahaya terhadap makanan.

Mikroba Usus Mungkin Menjadi Kunci untuk Mengatasi Alergi Makanan

 Baca Juga : Memanipulasi Ekosistem Mikroba yang Tak Terlihat Masa Depan Rumah Sakit?

hospitalmicrobiome – Sebagai seorang anak, Cathryn Nagler mengalami gatal-gatal ketika dia makan telur. Dia bereaksi terhadap penisilin. Bekerja di laboratorium setelah kuliah, dia mengembangkan alergi parah pada tikus yang menyebabkan mengi, bengkak, dan kesulitan bernapas dua kali membawanya ke ruang gawat darurat.

Saat ini, Nagler adalah seorang ahli imunologi di University of Chicago dan membantu merintis bidang penelitian yang sedang berkembang: mempelajari bagaimana bakteri dalam usus dapat dimanfaatkan untuk membantu orang dengan alergi makanan.

Bukan pengalaman pribadi dengan alergi yang mengilhami minatnya. Sebaliknya, itu adalah pengamatan aneh yang dia buat sebagai mahasiswa doktoral pada 1980-an. Dia sedang mempelajari tikus yang sistem kekebalannya rusak dan menyerang protein kolagen di dalam persendian mereka, menyebabkan radang sendi parah. Para ilmuwan dapat memulai penyakit ini dengan memberikan suntikan kolagen di bawah kulit. Tapi, anehnya, ketika Nagler kemudian memberi makan kolagen makhluk itu menggunakan tabung yang meliuk ke perut mereka, efeknya sebaliknya: Tikus menjadi lebih baik.

Beberapa dekade kemudian, konsep ini, yang disebut imunoterapi oral, telah digunakan sebagai pengobatan untuk alergi makanan, yang mempengaruhi sekitar 32 juta orang di Amerika Serikat, termasuk sekitar dua anak sekolah per kelas. Selama sepuluh tahun terakhir atau lebih, beberapa ahli alergi telah mulai merawat pasien alergi makanan dengan dosis kecil dan teratur dari makanan yang mengganggu (atau produk yang dibuat darinya) untuk menenangkan respons alergi. Pendekatan ini semakin populer dengan persetujuan pada bulan Januari dari versi standar satu set kapsul harian untuk mengobati alergi kacang oleh US Food and Drug Administration .

Tetapi imunoterapi oral memiliki kelemahan. Regimen ini bisa menegangkan, karena melibatkan konsumsi makanan sehari-hari yang bisa membunuh. Ini tidak bekerja untuk semua orang dan tidak banyak membantu memperbaiki penyakit yang mendasarinya. Sukses sebagian besar berarti memperoleh kemampuan untuk makan beberapa kacang dengan aman, misalnya, daripada bereaksi terhadap setitik tepung kacang.

Bagi beberapa keluarga, keuntungan sederhana ini mengubah hidup. Namun, itu berbahaya: Pasien harus mengonsumsi sedikit makanan setiap hari, atau beberapa kali seminggu, selama sisa hidup mereka atau mereka bisa kehilangan perlindungan .

Jadi Nagler dan beberapa peneliti lainnya sedang berupaya menemukan cara untuk mengobati alergi makanan dengan lebih mudah dan tahan lama. Mereka menargetkan apa yang mereka yakini sebagai akar penyebab ketidakseimbangan dalam komunitas bakteri menguntungkan, atau mikrobioma, yang hidup di usus kita dengan harapan mengatur ulang sistem kekebalan.

Memproduksi perawatan berbasis mikrobioma akan menjadi tantangan , dengan banyak detail yang harus dijelaskan, seperti mikroba mana yang harus disediakan dan cara terbaik untuk mengirimkannya. Tapi pendekatan ini mendapatkan momentum. Tahun lalu, tim Nagler dan kelompok lain di Boston melaporkan langkah maju yang penting: Mereka mencegah respons alergi parah pada tikus yang rentan alergi dengan memasok mikroba usus dari bayi manusia yang sehat dan tidak alergi. “Datanya bagus, dan sangat menggembirakan,” kata ahli alergi anak Jaclyn Bjelac dari Klinik Cleveland.

Dan pada bulan Maret, para ilmuwan melaporkan menemukan sejumlah besar antibodi terhadap alergen kacang di perut dan usus pasien alergi, lebih lanjut mendukung gagasan bahwa saluran pencernaan adalah hotspot untuk pengaturan dan pengobatan alergi makanan. Sudah, perusahaan sedang menguji beberapa strategi.

Sudah lama menjadi teka-teki mengapa satu orang mentolerir makanan sementara yang lain alergi tetapi, seperti yang diuraikan dalam artikel yang dia tulis bersama di Tinjauan Tahunan Imunologi , Nagler yakin bahwa mikrobioma adalah kuncinya.

Empat tahun setelah menyelesaikan pekerjaan pascasarjananya, Nagler mulai menjalankan laboratorium di Harvard Medical School. Dia sedang mempelajari penyakit radang usus, bukan alergi makanan, saat itu. Tetapi karena penelitian pada 1990-an menunjukkan bahwa penyakit radang usus terutama disebabkan oleh reaksi kekebalan terhadap bakteri usus, dia mengalihkan perhatiannya ke mikrobioma.

Kemudian, pada tahun 2000, ia menemukan publikasi yang menarik. Ini menggambarkan model tikus untuk alergi kacang yang meniru gejala utama yang dialami orang. Tikus menggaruk tanpa henti. Mata dan mulut mereka bengkak. Beberapa orang kesulitan bernapas—respons alergi yang mengancam jiwa yang disebut anafilaksis.

Semua ini terjadi setelah peneliti memberi makan tikus bubuk kacang. “Itu menarik perhatian saya,” kata Nagler. Ini bertentangan dengan temuan sebelumnya dengan tikus rematik, di mana memberi makan kolagen menenangkan reaksi kekebalan. Mengapa perbedaan?

Tikus alergi kacang, laporan lain menunjukkan, memiliki kesalahan genetik yang merusak reseptor yang disebut TLR4 yang berada di membran sel kekebalan dan mengenali mikroba. Tampaknya tikus yang alergi kacang tidak memiliki percakapan silang normal yang terjadi antara mikroba usus dan sel kekebalan.

“Itu adalah momen bola lampu saya,” kata Nagler. Mungkin triliunan mikroba yang hidup di dalam kita menekan respons imun terhadap makanan dengan merangsang reseptor TLR4. Dan mungkin gangguan dalam mikrobioma yang padat itu mengubah penekanan dan menyebabkan peningkatan alergi .

Idenya menyatu dengan tren sejarah. Seiring modernisasi masyarakat, orang-orang pindah ke daerah perkotaan, melahirkan lebih banyak bayi melalui operasi caesar, mengonsumsi lebih banyak antibiotik dan makan lebih banyak makanan olahan dan rendah serat—semuanya mengguncang mikrobioma. Waktu perubahan gaya hidup ini sejajar dengan peningkatan yang diamati dalam makanan dan jenis alergi lainnya, yang kenaikan tajamnya selama satu generasi menunjukkan beberapa penyebab lingkungan.

Pada tahun 2004, Nagler dan rekan kerjanya menerbitkan sebuah laporan yang menunjukkan bahwa kacang tanah memicu anafilaksis hanya pada tikus dengan reseptor TLR4 yang bermutasi , bukan pada galur yang terkait secara genetik dengan TLR4 normal. Perbedaannya hilang ketika para ilmuwan memusnahkan populasi bakteri usus dengan antibiotik. Kemudian, bahkan tikus normal pun menjadi rentan terhadap alergi makanan, yang menyiratkan bahwa bakteri berada di jantung perlindungan. Laboratorium Nagler telah bekerja sejak itu untuk mengidentifikasi bakteri mana yang membantu, dan untuk memahami bagaimana mereka mengatur respons alergi.

Dalam pekerjaan mereka, tim Nagler berfokus pada Clostridia dan Bacteroides dua kelompok utama bakteri dalam usus manusia. Bekerja dengan tikus yang dibiakkan di lingkungan bebas kuman dan dengan demikian tanpa mikrobioma sama sekali, tim menemukan bahwa Clostridia , tetapi bukan Bacteroides , mencegah respons alergi makanan ketika dimasukkan ke dalam usus tikus yang bersih dan berderit.

Ada penjelasan potensial: Tikus yang dijajah dengan bakteri Clostridia memiliki lebih banyak sel T pengatur, sejenis sel yang meredam respons imun. Tikus Clostridia juga menghasilkan lebih banyak molekul yang disebut IL-22 yang memperkuat lapisan usus. Sebuah teori baru mulai muncul: Jika mikroba pelindung hilang, penghalang usus melemah, memungkinkan protein makanan meresap ke dalam aliran darah dan berpotensi memicu respons alergi.

Alasan ini cocok dengan pengamatan aneh bahwa alergen makanan teratas (protein tertentu yang ditemukan dalam susu, telur, kacang tanah, kacang pohon, kedelai, gandum, ikan, dan kerang) memiliki sedikit kemiripan biokimia satu sama lain. Kesamaan mereka adalah kemampuan untuk tetap utuh di saluran pencernaan, yang biasanya memecah makanan menjadi potongan-potongan kecil yang diserap tubuh sebagai nutrisi. “Sepertinya itulah yang membuat kacang menjadi juara—kemampuannya untuk menahan degradasi di usus,” kata Nagler.

Studi lebih lanjut memperkuat hubungan antara bakteri usus dan alergi makanan dan menunjukkan bahwa dampak mikrobioma datang lebih awal dalam kehidupan. Menganalisis kotoran bayi yang sehat dan mereka yang alergi telur atau susu , para peneliti menunjukkan bahwa bayi yang alergi dan tidak alergi memiliki komunitas bakteri usus yang berbeda.

Studi lain melacak 226 anak-anak dengan alergi susu dari bayi hingga usia 8 tahun. Para ilmuwan menemukan bahwa bakteri tertentu, termasuk Clostridia , diperkaya dalam sampel tinja dari bayi berusia 3 hingga 6 bulan yang akhirnya mengatasi alergi mereka , dibandingkan dengan mereka yang tetap alergi. alergi. Para ilmuwan tidak melihat perbedaan yang sama antara kelompok-kelompok ini pada bayi yang lebih tua, menunjukkan bahwa mikroba pelindung alergi hanya dapat bertindak di awal kehidupan.

“Semua ini menunjuk pada konsep jendela peluang dalam hal pencegahan,” kata pemimpin studi Supinda Bunyavanich, ahli alergi anak di Icahn School of Medicine di Mount Sinai di New York City.

Sejak lahir, sistem kekebalan kita dididik dalam pilihan hidup atau mati. Mereka belajar membunuh kuman, tumor, dan sel-sel yang sekarat. Banyak hal lain di sekitar mereka yang harus mereka pelajari untuk tidak dibiarkan sendiri serat saraf, jaringan tulang, protein dari susu, dan kue kering yang dikonsumsi pada waktu kudapan. Studi tikus yang diterbitkan pada tahun 2019 oleh lab Nagler dan tim lain berpendapat dengan meyakinkan bahwa mikroba usus memupuk pengambilan keputusan kekebalan yang kritis ini.

Dalam salah satu penelitian, Nagler dan rekan kerjanya mengumpulkan bakteri usus dari kotoran bayi yang sehat dan alergi susu dan memasukkan kumpulan mikroba tersebut ke dalam saluran pencernaan tikus yang bebas kuman. Mereka menemukan bahwa bakteri usus dari bayi yang sehat melindungi tikus dari respons alergi terhadap susu, sedangkan mikroba dari bayi yang alergi tidak.

Menggunakan teknik matematika dan ilmu komputer untuk menganalisis hasil, tim mengidentifikasi strain bakteri yang ada pada bayi yang sehat tetapi tidak alergi. Mereka juga memeriksa aktivitas gen dalam sel-sel yang melapisi usus pola gen tertentu merupakan karakteristik dari penghalang usus yang sehat dan mencari mikroba yang keberadaannya berkorelasi dengan penghalang yang sehat.

Satu spesies Clostridia , Anaerostipes caccae , muncul dari kedua analisis. Ketika para ilmuwan mentransfer A. caccae sendirian ke tikus bebas kuman, tampaknya meniru perlindungan yang diberikan oleh mikrobioma yang sehat dan penuh.

Tim lain, yang dipimpin oleh Rima Rachid dan Talal Chatila di Boston Children’s Hospital, mengambil pendekatan serupa menggunakan tikus hiper-alergi, menemukan bahwa spesies tunggal Subdoligranulum variabile dan satu set spesies Clostridia mencegah respons alergi . Sel T pengatur adalah kunci untuk respons dan didorong untuk bertindak oleh mikroba.

Studi ini dan lainnya dengan jelas menunjukkan bahwa mikrobioma penting untuk mencegah alergi makanan dan mendorong toleransi, kata Carina Venter, ahli diet penelitian di University of Colorado di Denver yang mempelajari hubungan antara diet ibu selama kehamilan, mikrobioma bayi dan risiko eksim. dan alergi. Tapi, katanya, “bagaimana mikrobioma itu harus terlihat dalam hal keragaman dan dalam hal strain tertentu, kita tidak tahu.”

Banyak hal yang tidak diketahui meninggalkan kebingungan bagi para peneliti yang berharap untuk mengembangkan pengobatan yang lebih baik untuk alergi makanan: Apakah lebih baik untuk menyediakan mikrobioma yang sehat dan lengkap, atau untuk mengisi hanya beberapa mikroba yang berguna? “Saya menggaruk-garuk kepala setiap hari memikirkan hal ini,” kata Rachid.

Dia memimpin studi klinis untuk menguji kemungkinan pertama. Dalam uji coba kecil ini , orang dewasa dengan alergi kacang akan menelan pil yang mengandung bakteri usus dari donor sehat yang telah disaring sebelumnya untuk keamanan oleh bank tinja nirlaba OpenBiome. Pendekatan, yang dikenal sebagai transplantasi tinja , tidak disetujui FDA tetapi semakin banyak digunakan untuk mengobati gangguan usus yang parah dengan tujuan memperbaiki mikrobioma yang sakit dengan memasukkan mikrobioma yang sehat dan seimbang.

Uji coba lain juga sedang berlangsung. Menggunakan strain pelindung yang diidentifikasi oleh tim Boston, Pareto Bio dari La Jolla, California, sedang mengembangkan produk mikroba hidup untuk mengobati alergi makanan. Perusahaan lain, Vedanta Biosciences of Cambridge, Massachusetts, sedang mengembangkan kapsul probiotik yang mengandung campuran strain Clostridia yang dipilih karena kemampuannya untuk menginduksi sel T regulator . Vedanta sedang menguji kapsul sebagai tambahan untuk imunoterapi oral pada orang dewasa dengan alergi kacang.

Perusahaan ketiga, Prota Therapeutics of Melbourne, Australia, mengkomersialkan strategi serupa yang menggabungkan imunoterapi oral kacang dengan probiotik dalam kasus mereka, galur Lactobacillus yang biasa diresepkan untuk masalah pencernaan.

Mengelola seluruh mikrobioma dari donor bukan tanpa risiko: Empat pasien telah dirawat di rumah sakit, dan satu meninggal, akibat infeksi serius yang terkait dengan transplantasi tinja . Jadi beberapa peneliti berpikir mungkin lebih baik menggunakan spesies yang ditentukan secara tepat. Meskipun risiko ini melemahkan manfaat, “Anda cenderung tidak menyebabkan masalah yang tidak terduga,” kata Wayne Shreffler, yang memimpin pusat alergi makanan di Rumah Sakit Umum Massachusetts di Boston dan memimpin studi Vedanta.

Memanipulasi Ekosistem Mikroba yang Tak Terlihat Masa Depan Rumah Sakit?
Dokter Informasi Penelitian

Memanipulasi Ekosistem Mikroba yang Tak Terlihat Masa Depan Rumah Sakit?

Memanipulasi Ekosistem Mikroba yang Tak Terlihat Masa Depan Rumah Sakit? – Ketika berbicara tentang mikroba, para ahli biasanya memfokuskan desain dan perilaku rumah sakit untuk meminimalkan penyebaran patogen tertentu. Tetapi bidang penelitian yang muncul melihat seluruh mikrobioma yang dibangun.

Memanipulasi Ekosistem Mikroba yang Tak Terlihat Masa Depan Rumah Sakit?

 Baca Juga : Kehidupan Ekologi Mikroba Yang Sangat Beragam

hospitalmicrobiome – Kamar rumah sakit mungkin terasa steril, dengan udara daur ulang dan permukaan halus yang digosok. Tapi di balik selubung antiseptik itu ada dunia mikroba yang tak terlihat, yang komposisinya terus berubah.

Setiap pasien baru membawa mikrobioma mereka sendiri kumpulan bakteri dan mikroba lain yang hidup di dalam dan di tubuh yang mereka tumpahkan di ranjang rumah sakit, remote televisi, dan apa pun yang mereka sentuh. Setiap perawat, dokter, dan pengunjung yang memasuki ruangan juga meneteskan mikroba. Organisme kecil juga bersirkulasi melalui sistem ventilasi dan bergerak melalui udara. Beberapa tidak berasal dari manusia tetapi sistem air, pemanas, dan lingkungan khusus buatan manusia lainnya. Secara kolektif, mikroba ini membentuk mikrobioma yang dibangun, yang ada dalam bentuk yang unik dan dinamis di setiap bangunan di planet ini.

Tidak semua mikroba itu buruk, tentu saja. Sebagian besar jinak atau bahkan bermanfaat. Tetapi agen penyebab penyakit selalu ada di rumah sakit, dan setiap hari satu dari 25 pasien mendapat setidaknya satu infeksi yang tidak disengaja selama mereka tinggal di rumah sakit.

Beberapa peneliti menduga bahwa ekosistem mikroba rumah sakit dapat mempengaruhi penyebaran patogen, yang pada gilirannya dapat mempengaruhi kesehatan manusia. Meskipun penelitian ini masih dalam tahap awal, ini dapat menyebabkan perubahan dalam desain atau praktik rumah sakit untuk mempromosikan mikrobioma yang dibangun lebih sehat.

Memperluas Fokus

Para peneliti telah tertarik pada mikroba di rumah sakit setidaknya sejak tahun 1847, ketika Ignaz Semmelweis, seorang dokter Jerman-Hongaria, menemukan bahwa mahasiswa kedokteran di sebuah rumah sakit Wina secara tidak sengaja menularkan sepsis nifas dari ruang otopsi ke bangsal bersalin, yang menyebabkan tingkat kematian yang tinggi. Semmelweis memperkenalkan cuci tangan wajib, intervensi pertama untuk infeksi yang didapat di rumah sakit dalam catatan.

Sejak itu, sebagian besar penelitian mikroba di rumah sakit juga berfokus pada pencegahan wabah patogen tertentu, terutama yang berbahaya bagi orang yang sudah sakit atau memiliki sistem kekebalan yang lemah. Pada tahun 1976, misalnya, para ilmuwan pertama kali menemukan bakteri yang menyebabkan Penyakit Legiuner, Legionella pneumophila , setelah wabah di konvensi American Legion di Philadelphia. Bakteri, yang dapat menyebabkan pneumonia fatal, hidup di menara pendingin sebuah hotel dan beredar melalui AC gedung.

Patogen juga dapat berkembang biak di air mancur minum dan pemanas air panas, dan merupakan perhatian khusus dalam sistem air rumah sakit. Sejak penemuannya, wabah telah diidentifikasi di rumah sakit di seluruh dunia. Untuk mencegah bakteri bertahan dan menyebar dari sumbernya ke kamar pasien, rumah sakit secara teratur membersihkan dan memelihara sistem ventilasi dan menempatkan menara pendingin sehingga udara yang berpotensi terinfeksi tidak dapat bersirkulasi.

“Beberapa orang sekarang mencoba memahami seluruh ekosistem, bukan hanya dampak patogen.”

Saat ini, contoh lain dari patogen rumah sakit termasuk jamur hitam dari genus Stachybotrys , yang dapat memicu penyakit pernapasan dan dapat dikendalikan dengan sistem sanitasi ultraviolet, dan bakteri Clostridium difficile , yang menyebabkan gangguan pencernaan yang parah dan dapat dihilangkan dari ruangan yang terkontaminasi oleh robot. memuntahkan uap hidrogen peroksida. Bakteri resisten antibiotik seperti Staphylococcus aureus yang resisten methicillin (MRSA), yang dapat menyebabkan infeksi yang tidak dapat diobati, dapat dilacak dengan teknik pengurutan genom. Menemukan sumber bakteri dengan peta genetik untuk melihat bagaimana mereka bermutasi dari waktu ke waktu dapat mendorong perubahan perilaku staf rumah sakit, seperti lebih berhati-hati untuk mencuci tangan dan mengkarantina pasien yang terinfeksi.

Tetapi bakteri dan jamur ini tidak hidup dalam ruang hampa. Mereka berinteraksi dengan mikroba lain seperti seorang pembunuh mungkin memiliki jaringan rekan konspirator dan pengamat yang membantu atau menghalangi tindakan mereka. Memahami hubungan ini dapat membantu menjelaskan keberhasilan atau kegagalan patogen.

“Apa yang baru—dan sangat penting dan menarik—adalah bahwa beberapa orang mencoba memahami seluruh ekosistem, bukan hanya dampak patogen,” jelas Jonathan Eisen, ahli biologi evolusi di University of California, Davis yang berspesialisasi dalam mikroba. di lingkungan binaan. “Jika kita ingin memahami mengapa MRSA menyebar di rumah sakit, kita mungkin harus memahami seluruh kumpulan mikroba di rumah sakit.”

Langkah Awal

Laboratorium Eisen mengawasi Microbiology of the Built Environment Network (microBEnet), sumber online yang melacak sekitar dua lusin kelompok yang bekerja untuk memahami mikroba tidak hanya di rumah sakit, tetapi juga di lingkungan binaan lainnya termasuk berbagai bangunan, mobil, dan pesawat terbang.

Meskipun kita menghabiskan sekitar 90 persen waktu kita di dalam ruangan, mikrobioma lingkungan buatan adalah salah satu yang terakhir dieksplorasi para ilmuwan. Seperti pekerjaan lain yang pernah dilakukan sebelumnya termasuk penelitian mikroba di laut, tanah, dan bahkan manusia Eisen dan rekan-rekannya telah mendapat manfaat dari kemajuan teknologi pengurutan genom, yang dapat mengidentifikasi kode genetik organisme dengan relatif cepat dan murah. Menyeka ruangan dan kemudian menjalankan sampel melalui mesin pengurutan dapat mengidentifikasi mikroba, dan melacak dari mana penyeka berasal dapat menunjukkan di mana mereka tinggal.

Sistem ventilasi yang berbeda dapat mempengaruhi kandungan mikroba ruangan.

Beberapa peneliti sudah menggunakan teknik ini untuk mengeksplorasi mikrobioma rumah sakit. Pada tahun 2012, para peneliti di Pusat Biologi dan Lingkungan Buatan (BioBE) di Universitas Oregon menerbitkan sebuah makalah yang melihat kandungan mikroba di udara di Rumah Sakit Providence Milwaukie di Oregon. Para peneliti mengambil sampel udara dari kamar rumah sakit yang berventilasi baik dengan jendela terbuka atau sistem mekanis dan menemukan bahwa yang pertama memiliki keragaman bakteri yang lebih besar. Tetapi ruangan yang berventilasi mekanis dan dengan demikian terkena sejumlah kecil udara luar juga memiliki lebih banyak bakteri yang terkait dengan patogen manusia. Meskipun ini tidak berarti bahwa jendela yang terbuka pasti akan bermanfaat bagi kesehatan pasien, penelitian tersebut menunjukkan bagaimana sistem ventilasi yang berbeda dapat memengaruhi kandungan mikroba ruangan.

Orang yang menghabiskan waktu di sebuah ruangan mungkin terpengaruh oleh mikrobiomanya, termasuk mikroba non-patogen. Awal tahun ini, sebuah tim yang dipimpin oleh para peneliti di University of California, Berkeley menerbitkan penelitian yang melihat hubungan antara mikroba lingkungan dan bayi di unit perawatan intensif neonatal di Magee-Womens Hospital dari University of Pittsburgh Medical Center.

Bayi biasanya dijajah dengan bakteri yang menjadi primadona mikrobioma mereka ketika mereka lahir. Tetapi bayi prematur di unit neonatal adalah kasus khusus mereka kurang berkembang dan seringkali harus diobati dengan antibiotik, yang berarti mikrobioma mereka mungkin memiliki permulaan yang lambat. Meskipun unit neonatus dijaga sesteril mungkin untuk membantu mencegah bayi jatuh sakit, para peneliti Berkeley menemukan bahwa mikroba di berbagai permukaan di unit Pittsburg sebagian besar terkait dengan kulit manusia secara genetik sangat mirip dengan yang ada di saluran pencernaan bayi. bayi prematur yang tinggal di unit selama bulan pertama kehidupan mereka. Mikroba lingkungan kemungkinan besar menjajah bayi, sama seperti mikroba ibu biasanya akan menyusup ke tubuh mereka selama kelahiran.

Pemindaian serupa di kamar rumah sakit lain, dari tempat pasien tidur hingga tempat mereka dirawat, dapat mengungkapkan cara serupa bahwa orang dan lingkungan binaan bertukar mikroba.

Sampel Besar

Proyek yang lebih besar sedang dalam perjalanan. Proyek Mikrobioma Rumah Sakit , misalnya, baru-baru ini menyelesaikan data selama satu tahun di Pusat Perawatan dan Penemuan, sebuah rumah sakit baru yang terkait dengan Universitas Chicago. Sampel dikumpulkan setiap hari di sepuluh ruangan yang hampir identik dalam hal tata letak dan ventilasi.

“Ini adalah 15.000 sampel dalam satu lingkungan dengan resolusi harian dalam setahun,” kata Jack Gilbert, ahli ekologi mikroba di University of Chicago dan salah satu pemimpin proyek, “Ini akan menjadi salah satu lingkungan yang paling bercirikan mikroba di Bumi.”

Tim Gilbert dapat memulai pengumpulan data setelah rumah sakit dibangun tetapi sebelum pasien tiba, untuk melihat bagaimana orang-orang mengubah lingkungan. Kelompok ini juga bekerja dengan ilmuwan bangunan termasuk Brent Stephens dari Institut Teknologi Illinois, yang mengkarakterisasi fitur utama bangunan dan merancang cara untuk mengumpulkan berbagai data lingkungan yang mungkin berperan dalam kehidupan mikroba.

“Apa yang perlu kita ketahui tentang bangunan yang kita sampel dari perspektif mikroba? Ada banyak bukti yang menunjukkan manusia adalah sumber bakteri yang sangat besar, dan banyak di antaranya yang cukup baru, ”kata Stephens. “Jadi mungkin jumlah orang di lingkungan ini penting. Dan sejauh bertahan hidup di permukaan, kita tahu bahwa suhu dan kelembaban memiliki pengaruh besar pada komunitas mikroba.”

Untuk mengumpulkan semua informasi itu, tim Stephens menempatkan beberapa jenis data logger di setiap ruang belajar untuk mengukur suhu, kelembaban, tekanan, dan cahaya. Mereka juga menambahkan sensor inframerah ke setiap pintu yang, bersama dengan sensor karbon dioksida, dapat memperkirakan bagaimana orang yang berbeda memasuki ruangan setiap hari.

Hasil awal menunjukkan peningkatan besar dalam keragaman mikroba setelah rumah sakit mulai menerima pasien. Digabungkan dengan informasi genetik yang akan mengidentifikasi spesies bakteri tertentu dan lokasinya, data lingkungan dapat mengungkapkan bagaimana faktor-faktor ini memengaruhi keberadaan dan pertumbuhan mikroba.

Meskipun sebuah makalah tentang penelitian ini kemungkinan tidak akan diterbitkan hingga setidaknya tahun 2015, Gilbert mengatakan hasil awal menunjukkan peningkatan besar dalam keragaman mikroba setelah rumah sakit mulai menerima pasien, yang tidak mengherankan. Hasil awal juga menunjukkan bahwa mikroba di kamar rumah sakit mungkin tidak hanya bergantung pada berapa lama pasien tinggal di kamar, tetapi juga pada perawatan apa yang diterima pasien—bagaimana mereka diobati dengan antibiotik, misalnya, atau apakah mereka menjalani kemoterapi. Ekosistem mikroba yang berbeda ini dapat mempengaruhi bagaimana infeksi yang didapat di rumah sakit menyebar.

“Kami berpikir bahwa komunitas mikroba lainnya di rumah sakit berdampak pada bagaimana patogen dipindahkan dengan cara yang sama seperti ketika patogen yang menemukan jalannya ke sungai tiba-tiba menemukan dirinya dikelilingi oleh bakteri tanah dan sering kali kalah bersaing dan tidak dapat bertahan hidup, kata Gilbert. “Kami pikir hal yang sama terjadi di lingkungan rumah sakit. Jika ada mikroflora yang kaya, patogen tidak dapat bersaing. Tetapi jika mikroflora itu tidak ada karena sterilisasi fasilitas, misalnya, ia dapat bertahan lebih lama.”

Maka, mungkin saja ruangan yang kurang steril dapat mengurangi prevalensi mikroba berbahaya. “Lebih banyak pekerjaan harus dilakukan untuk memvalidasi hipotesis, tetapi setidaknya sekarang kita memiliki konteks rumah sakit yang sangat kaya,” kata Gilbert.

Masa Depan Desain Rumah Sakit?

Tentu saja, beberapa bagian rumah sakit akan selalu membutuhkan sterilisasi yang cermat, seperti ruang operasi. Dan secara umum, pengendalian infeksi merupakan tujuan utama di setiap rumah sakit. “Kami mencoba membunuh semua patogen,” kata Nancy Iversen, Direktur Keselamatan Pasien dan Pengendalian Infeksi di Klinik Billings di Montana. “Itulah yang kami kejar di rumah sakit, kami mencoba membunuh mereka semua dan menjauhkan mikroorganisme dari udara dan menyediakan lingkungan yang terlindungi bagi pasien kami yang berisiko, sebagian besar karena wabah.”

Sementara Iverson tertarik dengan implikasi dari mikrobioma yang dibangun dan peran bakteri menguntungkan, dia khawatir tentang keselamatan pasien. Selain itu, ia menambahkan, ada banyak hambatan potensial yang melibatkan pedoman peraturan: “Bagaimana Anda membuat pasien mendaftar dalam studi di mana Anda tidak mendisinfeksi secara tradisional di bawah standar regulator apa yang dibutuhkan oleh Pusat Pengendalian Penyakit, apa yang dibutuhkan oleh badan-badan lain ini mengenai tindakan yang Anda ambil selama konstruksi dan pembersihan serta aliran udara?”.

Namun, penelitian tentang mikrobioma yang dibangun sudah mempengaruhi bagaimana beberapa arsitek berpikir tentang desain bangunan. “Lensa yang saya gunakan dalam melihat bangunan telah memperoleh dimensi baru sejak menjadi bagian dari penelitian ini,” kata Jeff Kline, peneliti arsitektur dan ilmuwan bangunan di BioBE Center di University of Oregon. “Sekarang saya mengerti, setidaknya sedikit, tentang bagaimana keputusan arsitektur tentang bentuk bangunan, organisasi, bahan, dan sistem, terutama ventilasi, menyediakan mekanisme yang memengaruhi komposisi mikrobioma dalam ruangan.”

Kehidupan Ekologi Mikroba Yang Sangat Beragam
Informasi

Kehidupan Ekologi Mikroba Yang Sangat Beragam

Kehidupan Ekologi Mikroba Yang Sangat Beragam – Kehidupan mikroba sangat beragam dan mikroorganisme secara harfiah menutupi planet ini. Faktanya, telah diperkirakan bahwa ada 100.000.000 kali lebih banyak sel mikroba di planet ini daripada jumlah bintang di alam semesta yang dapat diamati! Mikroba hidup di semua bagian biosfer di mana terdapat air cair, termasuk tanah, mata air panas, dasar laut, danau asam, gurun, geyser, batu, dan bahkan usus mamalia.

Kehidupan Ekologi Mikroba Yang Sangat Beragam

hospitalmicrobiome – Berdasarkan kemahahadirannya, mikroba berdampak pada seluruh biosfer memang, proses metabolisme mikroba (termasuk fiksasi nitrogen, metabolisme metana, dan metabolisme belerang) secara kolektif mengontrol siklus biogeokimia global. Kemampuan mikroba untuk berkontribusi secara substansial terhadap fungsi setiap ekosistem merupakan cerminan keanekaragaman hayati yang luar biasa.

Mikroba sangat penting untuk setiap ekosistem di Bumi dan sangat penting di zona di mana cahaya tidak dapat mendekat (yaitu, di mana fotosintesis tidak dapat menjadi sarana dasar untuk mengumpulkan energi). Mikroorganisme berpartisipasi dalam sejumlah proses ekologi mendasar termasuk produksi, dekomposisi, dan fiksasi. Mereka juga dapat memiliki efek tidak langsung tambahan pada ekosistem melalui hubungan simbiosis dengan organisme lain. Selain itu, proses mikroba dapat dikooptasi untuk biodegradasi atau bioremediasi limbah domestik, pertanian, dan industri, membuat studi ekologi mikroba sangat penting untuk aplikasi bioteknologi dan lingkungan.

Setiap spesies dalam suatu ekosistem dianggap menempati ceruk unik yang terpisah. Relung ekologi suatu mikroorganisme menggambarkan bagaimana ia menanggapi distribusi sumber daya dan spesies yang bersaing, serta cara-cara di mana ia mengubah faktor-faktor yang sama pada gilirannya. Intinya, ceruk adalah deskripsi kompleks tentang cara spesies mikroba menggunakan lingkungannya.

Relung ekologi yang tepat dari suatu mikroba terutama ditentukan oleh sifat metabolisme spesifik organisme itu. Misalnya, organisme mikroba yang dapat memperoleh energi dari oksidasi senyawa anorganik (seperti bakteri pereduksi besi ) kemungkinan akan menempati relung yang berbeda dari organisme yang memperoleh energi dari cahaya (seperti cyanobacteria). Bahkan di antara bakteri fotosintetik, ada berbagai spesies yang mengandung pigmen fotosintetik yang berbeda (seperti klorofil dan karotenoid) yang memungkinkan mereka memanfaatkan bagian spektrum elektromagnetik yang berbeda oleh karena itu, bahkan mikroba dengan sifat metabolik yang sama dapat menghuni relung yang unik.

Baca Juga : Analisis Mikroorganisme di Lingkungan Rumah Sakit dan Potensi Risiko

Organisasi Ekosistem

Meskipun ahli ekologi cenderung menganggap ekosistem sebagai unit struktural dasar, mungkin sulit (jika bukan tidak mungkin) untuk secara formal mendefinisikan batas-batas ekosistem tertentu. Dengan demikian, ekosistem lebih baik dianggap sebagai konseptual daripada lokasi geografis yang sebenarnya. Jarang ekosistem terisolasi satu sama lain melainkan, mereka harus dianggap sebagai bagian dari keseluruhan fungsi yang lebih besar yang bersama-sama membentuk biosfer (“tempat di permukaan bumi di mana kehidupan tinggal”).

Terlepas dari kenyataan bahwa batas-batas yang jelas antara ekosistem mungkin sulit untuk diidentifikasi, berbagai interaksi yang terjadi dalam komunitas ekologi sering dapat diamati dan didefinisikan. Interaksi ini mungkin paling baik dijelaskan dengan merinci hubungan makan (apa makan apa) di antara biota dalam suatu ekosistem, sehingga menghubungkan ekosistem ke dalam sistem pertukaran terpadu.

Dalam ekosistem, faktor biotik yang terdiri dari kategori di atas dapat diatur ke dalam rantai makanan di mana produsen autotrofik menggunakan bahan dan nutrisi yang didaur ulang oleh pengurai untuk membuat makanan mereka sendiri produsen pada gilirannya dimakan oleh konsumen heterotrofik. Dalam ekosistem dunia nyata, ada beberapa rantai makanan untuk sebagian besar organisme (karena sebagian besar organisme memakan lebih dari satu jenis makanan atau dimakan oleh lebih dari satu jenis pemangsa).

Selain itu, pergerakan nutrisi mineral dalam rantai makanan bersifat siklik daripada linier. Akibatnya, jaringan rumit dari rantai makanan yang berpotongan dan tumpang tindih untuk suatu ekosistem lebih sering direpresentasikan sebagai jaring makanan. Sebuah jaring makanan menggambarkan kumpulan konsumen heterotrofik yang jaringan dan siklus aliran energi dan nutrisi dari basis produktif autotrof makan sendiri.
Selain itu, pergerakan nutrisi mineral dalam rantai makanan bersifat siklik daripada linier. Akibatnya, jaringan rumit dari rantai makanan yang berpotongan dan tumpang tindih untuk suatu ekosistem lebih sering direpresentasikan sebagai jaring makanan. Sebuah jaring makanan menggambarkan kumpulan konsumen heterotrofik yang jaringan dan siklus aliran energi dan nutrisi dari basis produktif autotrof makan sendiri.

Mikroorganisme memainkan peran penting dalam setiap komunitas ekologi dengan melayani baik sebagai produsen maupun sebagai pengurai. Meskipun tanaman adalah produsen utama yang paling umum, mikroba fotosintesis autotrofik (seperti cyanobacteria dan alga) dapat memanfaatkan energi cahaya untuk menghasilkan bahan organik.

Selain itu, di zona di mana cahaya tidak dapat menembus (dan dengan demikian fotosintesis tidak dapat menjadi sarana dasar untuk menghasilkan energi), mikroba kemosintetik menyediakan energi dan karbon untuk organisme lain dalam ekosistem. Mikroba lain adalah pengurai, dengan kemampuan untuk mendaur ulang nutrisi dari bahan organik mati dan produk limbah organisme lain.

Peran Mikroba dalam Siklus Biogeokimia

Nutrisi bergerak melalui ekosistem dalam siklus biogeokimia. Siklus biogeokimia adalah jalur di mana unsur kimia (seperti karbon atau nitrogen) bersirkulasi melalui faktor biotik (hidup) dan abiotik (tidak hidup) suatu ekosistem. Unsur-unsur yang bergerak melalui faktor-faktor ekosistem tidak hilang tetapi malah didaur ulang atau terakumulasi di tempat yang disebut reservoir (atau “tenggelam”) di mana mereka dapat ditahan untuk jangka waktu yang lama. Unsur, senyawa kimia, dan bentuk materi lainnya diteruskan dari satu organisme ke organisme lain dan dari satu bagian biosfer ke bagian lain melalui siklus biogeokimia ini.

Ekosistem memiliki banyak siklus biogeokimia yang beroperasi sebagai bagian dari sistem. Contoh yang baik dari molekul yang didaur ulang dalam suatu ekosistem adalah air, yang selalu didaur ulang melalui siklus air. Air mengalami penguapan, kondensasi, dan kemudian jatuh kembali ke Bumi sebagai hujan (atau bentuk presipitasi lainnya). Ini melambangkan siklus yang diamati untuk semua elemen utama kehidupan.

Meskipun siklus biogeokimia dalam ekosistem tertentu dikoordinasikan oleh organisme hidup yang lengkap dan faktor abiotik yang membentuk sistem itu, mikroorganisme memainkan peran utama dalam mengatur sistem biogeokimia di hampir semua lingkungan planet kita.

Ini termasuk lingkungan ekstrim seperti danau asam dan ventilasi hidrotermal, dan bahkan termasuk sistem kehidupan seperti usus manusia. Proses metabolisme kolektif utama mikroba (termasuk fiksasi nitrogen, fiksasi karbon, metabolisme metana, dan metabolisme belerang) secara efektif mengontrol siklus biogeokimia global. Luar biasa, produksi oleh mikroba begitu besar sehingga biogeokimia global kemungkinan besar tidak akan berubah bahkan jika kehidupan eukariotik sama sekali tidak ada!

Siklus Karbon

Karbon sangat penting untuk kehidupan karena merupakan blok bangunan penting dari semua senyawa organik. Tumbuhan dan hewan memanfaatkan karbon untuk menghasilkan karbohidrat, lemak, dan protein, yang kemudian dapat digunakan untuk membangun struktur internal mereka atau untuk memperoleh energi.

Karbon dalam bentuk karbon dioksida (CO 2 ) mudah diperoleh dari atmosfer, tetapi sebelum dapat dimasukkan ke dalam organisme hidup harus diubah menjadi bentuk organik yang dapat digunakan. Proses transformatif dimana karbon dioksida diambil dari reservoir atmosfer dan “difiksasi” menjadi zat organik disebut fiksasi karbon. Mungkin contoh fiksasi karbon yang paling terkenal adalah fotosintesis, sebuah proses di mana energi yang berasal dari sinar matahari dimanfaatkan untuk membentuk senyawa organik. Fotosintesis tergantung pada aktivitas mikroorganisme seperti cyanobacteria memang, fakta bahwa ada oksigen di atmosfer bumi adalah konsekuensi dari aktivitas fotosintesis mikroba purba.

Siklus Nitrogen

Nitrogen sangat penting untuk semua bentuk kehidupan karena diperlukan untuk sintesis bahan dasar kehidupan (misalnya, DNA, RNA, dan asam amino). Atmosfer bumi terutama terdiri dari nitrogen, tetapi nitrogen atmosfer (N 2 ) relatif tidak dapat digunakan untuk organisme biologis. Akibatnya, proses kimia nitrogen (atau fiksasi nitrogen) diperlukan untuk mengubah gas nitrogen menjadi bentuk yang dapat digunakan organisme hidup.

Hampir semua fiksasi nitrogen yang terjadi di planet ini dilakukan oleh bakteri yang memiliki enzim nitrogenase, yang menggabungkan N2 dengan hidrogen untuk menghasilkan bentuk nitrogen yang berguna (seperti amonia). Dengan demikian, mikroorganisme sangat penting untuk bentuk kehidupan tumbuhan dan hewan, yang tidak dapat memfiksasi nitrogen sendiri.

1 2 3