Informasi

Ekologi Mikroba di Lingkungan Buatan

Ekologi Mikroba di Lingkungan Buatan – Mikroorganisme (makhluk hidup yang terlalu kecil untuk dilihat tanpa bantuan) ditemukan di setiap sudut bumi, dari bermil-mil di bawah permukaan hingga mata air panas yang mendidih hingga es Antartika. Juga disebut sebagai mikroba, mikroorganisme termasuk bakteri, jamur, dan virus yang sudah dikenal, serta beberapa jenis yang kurang dikenal.

Ekologi Mikroba di Lingkungan Buatan

hospitalmicrobiome – Ahli mikrobiologi memperkirakan bahwa ratusan juta spesies mikroba menghuni dunia kita, yang sebagian besar, paling-paling, kurang dipahami. Meskipun mikroba paling dikenal sebagai penyebab penyakit, mereka juga memainkan peran penting di hampir semua sistem fisik, mengubah kimia atmosfer, memungkinkan pencernaan pada organisme yang lebih besar, dan memecah bahan organik. Mikroba mempengaruhi siklus geokimia global dan tentu saja, membantu kita dalam pembuatan bir dan anggur.

Di lab, kami sering mempelajari satu jenis mikroba, “membiakkannya” dengan menumbuhkannya secara terpisah dalam cawan atau labu. Kultur adalah metode yang ampuh untuk memahami biologi satu jenis mikroba, memungkinkan banyak eksperimen terkontrol. Kultur juga memiliki keterbatasan.

Di alam, mikroba tidak hidup dalam isolasi, tetapi merupakan komponen komunitas dinamis yang kompleks, sering kali termasuk “makroorganisme” seperti tumbuhan dan hewan, juga. Komunitas mikroba ini berinteraksi dengan lingkungan mereka dalam berbagai cara, mempengaruhi, dan dipengaruhi oleh lingkungan mereka. Misalnya, lumut (sebenarnya komunitas alga dan jamur) perlahan-lahan mendegradasi batuan yang mereka huni melalui pelepasan asam karbonat.

Apa itu Ekologi Mikroba?

Bidang “ekologi mikroba” berusaha memahami bagaimana mikroba berinteraksi dengan organisme lain (termasuk makroorganisme dan mikroba lain) dan dengan lingkungan. Seperti lingkungan lainnya, bangunan dan benda buatan manusia lainnya menyediakan habitat yang kaya bagi mikroba. Bangunan menyediakan ruang dan nutrisi bagi mikroba, dan orang-orang (dan berbagai hewan dan tumbuhan) yang lewat terus-menerus membawa spesies baru ke komunitas.

Baca Juga : Mapping Mikroorganisme di Balik Infeksi

Secara tradisional, studi tentang mikroba di gedung-gedung telah difokuskan pada patogen yang diketahui atau pada mikroba yang dapat merusak struktur – hal-hal seperti jamur hitam di dinding, bakteri Legionella (dinamakan untuk wabah mematikan infeksi pernapasan yang disebabkannya pada konferensi American Legion) di air, dan patogen di udara. Para peneliti telah menekankan yang paling terlihat atau ganasagen yang terkait dengan wabah yang meluas atau paparan alergen.

Secara khusus mereka telah mencari hubungan antara keberadaan mikroba tertentu dan beberapa efek kesehatan yang terukur pada manusia. Mikroba ini sering dipelajari di laboratorium, di luar konteks di mana mereka menyebabkan masalah, dan tanpa memperhatikan komunitas dari mana mereka berasal. Organisme ini diisolasi dalam kultur dan dinilai hanya risikonya terhadap kesehatan manusia, atau membangun integritas. Ini bisa menjadi masalah karena perilaku banyak mikroba sangat bergantung pada organisme lain yang ada dalam suatu komunitas.

Mempelajari komunitas alami mikroba

Namun, studi mikroba di habitat asli mereka telah menantang karena berbagai alasan. Mikroba, menurut definisi, sulit untuk diamati secara langsung, dan pengamatan langsung dapat bernilai terbatas. Penampilan fisik mikroba umumnya bukan merupakan indikator yang berguna tentang apa mikroba itu (mikroba yang sangat berbeda dapat terlihat sangat, sangat mirip) atau potensinya untuk menyebabkan masalah (misalnya, bentuk bakteri patogen dapat terlihat identik dengan bentuk non patogen).

Dengan demikian, banyak peneliti menggunakan cara tidak langsung untuk mengkarakterisasi mikroba di habitat aslinya, misalnya dengan mempelajari produk sampingan dari aktivitas mikroba. Pada akhir 1980-an, Norm Pace dan rekan-rekannya memelopori pendekatan baru terhadap ekologi mikroba.

Para peneliti mulai meneliti mikroba di habitat aslinya dengan mengisolasi DNA atau RNA dari sampel lingkungan, dan mempelajarinya di laboratorium. Analisis DNA/RNA memungkinkan peneliti untuk memeriksa cara kerja mikroba, dan membuat kesimpulan yang lebih akurat tentang jenis mikroba yang ada di suatu lokasi serta potensi biologis (apa yang dapat mereka lakukan) dari mikroba tersebut.

Sejarah studi berbasis DNA/RNA

Pada 1980-an dan 1990-an, studi mikroba berbasis DNA dimulai, dan mengungkapkan detail menakjubkan tentang komunitas mikroba. Sebagai contoh, penelitian berbasis DNA menemukan bahwa ada lebih banyak jenis mikroba yang ada di sebagian besar sampel daripada yang dapat ditumbuhkan oleh siapa pun di laboratorium.

Dengan kata lain, sebagian besar jenis mikroba yang ada dalam sampel adalah “tidak berbudaya” dan pada dasarnya kami tidak tahu apa-apa tentang mereka. Studi berbasis DNA juga menyoroti skala besar keragaman mikroba – beberapa sampel (misalnya, beberapa gram tanah) mengandung ribuan spesies, yang sebagian besar belum pernah ditanam di laboratorium, atau dipelajari dengan cara apa pun.

Selama bertahun-tahun, fokus studi ekologi mikroba berbasis DNA adalah pada survei skala kecil dari jenis mikroba yang ada dalam sampel tertentu, karena keterbatasan dalam metode karakterisasi DNA. Survei skala besar (baik memeriksa banyak sampel atau mencirikan sampel individu secara mendalam) tidak pernah terdengar sebelumnya. Ini berubah dengan kemajuan teknologi pengurutan DNA, sebagian besar didorong oleh proyek “genom” seperti Proyek Genom Manusia , dan kegiatan terkait.

Sekuensing DNA melibatkan membaca urutan basa nukleotidaditemukan dalam potongan DNA tertentu. Proyek genom bertujuan untuk membaca seluruh “urutan” basa nukleotida untuk organisme tertentu. Inovasi teknologi yang didorong oleh program genom menyebabkan penurunan biaya secara eksponensial, dan peningkatan besar-besaran dalam kecepatan, pengurutan DNA.

Meskipun fokus umum dari orang-orang yang mengembangkan teknologi ini adalah pada manusia, teknologi tersebut dapat digunakan untuk sampel DNA apa pun, dan bantuan untuk bidang lain merupakan manfaat sampingan yang besar.

Sebuah revolusi dalam ekologi mikroba

Dengan demikian, pada tahun-tahun awal abad ke-21, sebuah revolusi baru dimulai dalam ekologi mikroba dengan penerapan sekuensing DNA berbiaya tinggi dan berbiaya rendah untuk mempelajari mikroba di lingkungan. Ini bahkan mengarah pada pendekatan umum baru yang disebut “metagenomik”, di mana seseorang mengambil sampel dari suatu lingkungan, mengumpulkan semua DNA yang ada, dan kemudian mengurutkan bagian-bagian dari DNA itu. Dengan pengurutan DNA yang murah, kami dapat mengurutkan lebih banyak dan lebih banyak lagi DNA lingkungan, dan mendekati sampel yang mewakili mikroba yang ada dalam sampel asli.

Dalam beberapa tahun terakhir, metagenomik, dan studi terkait komunitas mikroba telah dilakukan di berbagai ekosistem, dari lautan, sumber air panas mendidih, hingga “planet” tubuh manusia. Studi-studi ini mengubah pemahaman kita tentang ekosistem ini dan mengungkapkan tidak hanya “siapa yang ada” dalam sistem ini, tetapi juga membantu menentukan “apa yang mereka lakukan” di komunitas mereka. Kami telah menemukan enzim dan jalur biologis baru, mengukur kelimpahan alami relatif dari banyak spesies dan untuk pertama kalinya, telah mampu membandingkan komunitas mikroba yang berbeda dalam skala besar.

Meskipun sebagian besar studi awal berbasis DNA atau metagenomik komunitas mikroba berfokus pada apa yang disebut ekosistem “alami”, baru-baru ini, beberapa peneliti telah mengalihkan fokus ke lingkungan buatan. Hasil dari studi awal ini menarik, menunjukkan, misalnya, bahwa organisme yang ada di pancuran adalah bagian yang sangat berbeda, dan berpotensi mengkhawatirkan, dari organisme yang ada di sistem air kota.

Sloan Foundation dan microBEnet

Sejumlah laboratorium penelitian terlibat dalam pekerjaan “mikrobiologi lingkungan binaan” . Program Lingkungan Dalam Ruangan Yayasan Alfred P. Sloan mendanai sebagian dari pekerjaan ini dan mendukung pengembangan alat yang dapat diterapkan secara lebih luas di lingkungan dalam ruangan.

Sebagai bagian dari upayanya untuk memfasilitasi hubungan antara ahli ekologi mikroba dan ilmuwan udara dalam ruangan, Sloan Foundation mendanai proyek microBEnet . Dipimpin oleh Jonathan Eisen dari UC Davis dan Hal Levin dari Building Ecology Research Group, microBEnet mengumpulkan informasi tentang pekerjaan yang relevan dari penerima hibah Sloan, dan sumber daya lainnya, untuk mendorong pertukaran informasi antara dan di antara ahli ekologi mikroba dan ilmuwan udara dalam ruangan.