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.”
