Penelitian Proyek Mikrobioma Rumah Sakit
Penelitian Proyek Mikrobioma Rumah Sakit – Ahli biologi Daniel Smith berjongkok di ruang pasien yang kosong di rumah sakit Universitas Chicago yang baru dan menyeret kapas putih melintasi ubin yang berkilauan. Smith mempelajari ujung yang tercoreng debu sebelum memecahnya menjadi tabung plastik berlabel “lantai.”
Penelitian Proyek Mikrobioma Rumah Sakit
hospitalmicrobiome – “Sampel yang bagus untuk kita,” kata Smith, mengamankan botol kecil itu di dalam kotak yang didinginkan oleh es kering. “Meskipun Anda tidak dapat melihatnya, ada miliaran sel (bakteri) di permukaan ini.” Seperti ilmuwan yang mulai mengklasifikasikan tumbuhan dan hewan dunia berabad-abad yang lalu, Smith dan rekan-rekannya di Argonne National Laboratory memulai eksplorasi serupa, hanya di alam mikro.
Melansir chicagotribune, Selama tahun depan, mereka berencana untuk melacak pasang surut mikrobioma rumah sakit – hutan belantara yang luas dari virus, jamur dan, mungkin yang paling penting, bakteri – untuk lebih memahami bagaimana hal itu dapat mempengaruhi kesehatan manusia di lingkungan di mana sekitar 100.000 orang meninggal. nasional setiap tahun dari infeksi yang didapat.
Baca juga : Survei Mikrobioma Rumah Sakit Chicago Yang Baru Dibuka
Upaya tersebut, yang dikenal sebagai Proyek Mikrobioma Rumah Sakit, mengikuti survei serupa terhadap komunitas bakteri dalam tubuh manusia, di mana organisme sel tunggal melebihi jumlah sel manusia 10 banding 1. Ini juga merupakan bagian dari area penelitian mikroba yang sedang berkembang, didukung oleh penelitian baru-baru ini. kemajuan dalam biologi molekuler dan ilmu komputer, yang telah menyebabkan beberapa ilmuwan bertanya-tanya apakah kekuatan terkuat yang membentuk kehidupan manusia mungkin bukan manusia.
Atau, seperti yang dikatakan ahli mikrobiologi California Institute of Technology Sarkis Mazmanian kepada orang-orang, “Kita adalah 90 persen bakteri. “Jika Anda berpikir tentang cara kita berfungsi pada tingkat sel, semua aktivitas yang memberikan kesehatan dan penyakit tidak hanya dikodekan dalam DNA kita sendiri. Beberapa di antaranya dikodekan dalam DNA bakteri kita,” kata Mazmanian. “Jadi seberapa banyak cara kita berfungsi, bahkan mungkin cara berpikir kita, berasal dari perbuatan kita sendiri? Berapa banyak dari kita yang benar-benar manusia?”
Bakteri sebagai serangga
Setidaknya sejak akhir abad ke-17, ketika ilmuwan Belanda Anton van Leeuwenhoek mengikis sampah dari giginya dan mengamati “binatang” kecil dalam sampel plak di bawah mikroskopnya, manusia memiliki firasat tentang dunia mikroba di dalam dan di sekitar mereka. Tetapi pemahaman itu terlalu sederhana, menurut Jack Gilbert, ahli ekologi mikroba di Argonne dan kepala upaya mikrobioma laboratorium.
Manusia diselimuti oleh mikroba sejak mereka muncul ke dunia. Sebagian besar mikrobioma manusia, yang terdiri dari 10 triliun hingga 100 triliun sel, ribuan spesies, dan setidaknya 8 juta gen unik, tidak hanya tidak berbahaya, tetapi juga vital bagi kehidupan. Dengan memecah makanan, bakteri menghasilkan vitamin esensial, anti-inflamasi dan senyawa yang memicu metabolisme manusia.
Namun premis utama adalah bahwa mikroorganisme adalah musuh ekologis manusia, yang dimaksudkan hanya untuk dihancurkan. “Kami menyamakan bakteri dengan serangga kecil,” kata Gilbert selama wawancara baru-baru ini di kampus luas Argonne dekat Lemont. Penggunaan “kata ‘bug’ untuk bakteri, berasal dari ketakutan akan serangga kecil yang menyeramkan dan merangkak ini di segala hal,” katanya.
Gudang perang mikroba — antibiotik, vaksin, dan sabun dan air sederhana — telah menyelamatkan jutaan nyawa, dan Gilbert dan sejenisnya tidak merekomendasikan penghentian senjata vital semacam itu. Sebaliknya, misi mereka lebih bernuansa: Dengan memilah-milah genom mikroba, mereka berharap untuk memilah interaksi kompleks yang membuat beberapa lanskap bermanfaat sementara mengubah yang lain lebih merusak.
Pekerjaan, sebagian, dibangun di atas Proyek Mikrobioma Manusia, yang dimulai pada tahun 2007 untuk mengurutkan DNA mikroba pada manusia yang sehat dan mereka yang menderita berbagai kondisi medis seperti penyakit refluks gastroesofagus dan sindrom iritasi usus besar. Proyek, yang didanai oleh National Institutes of Health, menyimpulkan bahwa mikrobioma tertentu tampaknya terkait dengan atau bahkan mendahului penyakit tertentu.
“Bukan hanya manusia di sisi ini dan mikroba di sisi lain,” kata koordinator proyek NIH Lita Proctor. “Ini membantu kami berpikir tentang mikroba bukan sebagai entitas tunggal, bukan sebagai kuman atau patogen tunggal, tetapi sebagai seluruh komunitas yang berinteraksi satu sama lain dan lingkungan mereka.”
Ekosistem manusia
Para ilmuwan masih mendefinisikan hubungan itu, tetapi penelitian terbaru menunjukkan bahwa perubahan mikrobioma dapat berdampak pada kesehatan dengan berbagai cara. Untuk menggarisbawahi hal itu, Dr. Alexander Khoruts sering menyebutkan seorang pasien yang tertular infeksi Clostridium difficile yang persisten pada tahun 2009. Bakteri berbentuk batang biasanya tinggal di usus besar setelah bakteri normal dibasmi oleh antibiotik. Jika dibiarkan, bakteri tersebut dapat menyebabkan diare, radang usus besar dan, pada sekitar 14.000 kasus per tahun, kematian.
Pada saat pasien datang kepadanya, kata Khoruts, dia sudah kehilangan lebih dari 60 pon dan harus menggunakan kursi roda. “Dia, pada dasarnya, sekarat secara perlahan,” kata Khoruts, ahli gastroenterologi di University of Minnesota Medical Center, Fairview. Dengan pilihan yang semakin menipis, Khoruts merekomendasikan agar suami pasien memberikan sampel bakteri dari usus besar kepada istrinya.
Tak lama setelah prosedur, yang disebut transplantasi tinja, pengujian menunjukkan pasien memiliki komposisi spesies bakteri yang berkembang di usus besarnya. Infeksi telah hilang. Di bidang penelitian mikrobioma, transplantasi tinja telah menjadi hal yang tidak disukai — secara elegan menunjukkan bagaimana mikroba usus memengaruhi kesehatan. Tetapi hasil awal yang menarik telah muncul di seluruh spektrum ilmiah.
Misalnya, ketika para ilmuwan memberi tikus mikroba usus dari tikus gemuk, tikus penerima mengemas lebih banyak lemak. Dalam penelitian lain, tikus yang diberi molekul yang diproduksi oleh bakteri usus Bacteroides fragilis terlindungi dari penyakit seperti multiple sclerosis dan penyakit radang usus. Dan, dalam sebuah makalah 2011, para ilmuwan menemukan bahwa tikus bebas mikroba terlibat dalam perilaku berisiko daripada rekan-rekan mereka yang sehat dan memiliki mikrobioma.
“Jika kita dapat memahami (mikrobioma),” kata Mazmanian, yang sedang menyelidiki bagaimana mikroba dapat meningkatkan sistem kekebalan tubuh. “Saya pikir kita benar-benar bisa mendapatkan pijakan untuk memahami banyak penyakit yang berbeda.” Para ahli mengingatkan bahwa penelitian mikrobioma dan penggunaan probiotik – atau bakteri hidup yang diyakini bermanfaat bagi manusia – masih sangat baru.
Terlepas dari klaim yang melekat pada berbagai merek yogurt, para ilmuwan masih mencoba memahami bagaimana tepatnya, berbagai bakteri dapat berfungsi saat dicerna. Dan meskipun transplantasi tinja tampaknya berhasil untuk beberapa infeksi, bakteri hidup tertentu sebenarnya dapat membahayakan pasien yang memiliki sistem kekebalan yang lemah.
“Ini masih hari-hari super awal,” kata Proctor. “Kami benar-benar berada di tingkat sensus. Apa yang benar-benar ingin kami ketahui dari perspektif biomedis adalah, apa yang dilakukan mikroba? Dan kapan Anda memiliki mikrobioma yang baik? Dan kapan Anda memiliki mikrobioma yang hilang? Kami’ masih berjuang dengan mencoba untuk mencari tahu bahkan bagaimana mengukur” itu.
Manusia abad mikroba
Namun, semakin banyak ilmuwan sekarang mencari jawaban atas pertanyaan-pertanyaan itu. Dari kantor cadangannya di Argonne, Gilbert memimpin Earth, Home, dan proyek mikrobioma Rumah Sakit yang baru diluncurkan. Dia juga mempelopori upaya mikroba lainnya, mengeksplorasi apakah semprotan bakteri dan produk lain dapat meningkatkan hasil panen atau membantu tentara menutupi keberadaan mereka dari nyamuk.
“Ini adalah abad mikroba,” kata Gilbert, yang meluncurkan Proyek Mikrobioma Bumi pada Juli 2010. Dorongan dari upaya tersebut, yang oleh rekan-rekannya dengan hangat dianggap sebagai “proyek besar dan gila”, adalah untuk mengidentifikasi dan menentukan fungsi semua mikroba Bumi, “untuk kepentingan planet dan umat manusia.”
Dengan memahami mikroorganisme di berbagai lingkungan, Gilbert, 35, berharap dapat memahami dari mana asal mikroba yang hidup pada manusia. “Anda tidak bisa, secara harfiah, hanya mengisolasi manusia dan berkata, ‘Saya ingin tahu tentang kesehatan manusia,'” kata Gilbert. “Anda harus melihat lingkungan yang berinteraksi dengan manusia.”
Namun, banyak orang menghabiskan lebih banyak waktu di dalam ruangan daripada di luar ruangan. Jadi, Gilbert juga memulai Studi Mikrobioma Rumah, mengintip ke pos-pos mikroba di rumah dan apartemen, dan, yang terbaru, Proyek Mikrobioma Rumah Sakit.
Selama 13 bulan ke depan, Daniel Smith dan yang lainnya akan mengumpulkan sekitar 15.000 sampel dari dua lantai teratas rumah sakit baru Universitas Chicago, Pusat Perawatan dan Penemuan, yang dijadwalkan dibuka pada Februari. Mereka akan menggesek penyeka steril di lantai, konter, faucet dan pasien dan staf dan mengumpulkan ratusan filter udara.
DNA mikroba akan dibawa ke lab Gilbert di Argonne, di mana para ilmuwan akan menjalankannya melalui mesin pengurutan bertenaga tinggi yang mampu membaca ratusan miliar pasangan basa – blok pembangun DNA – setiap beberapa hari. Hanya lima tahun yang lalu, dibutuhkan lebih dari satu tahun untuk melakukan jumlah pekerjaan yang sama, menurut Gilbert.
Lari pendahuluan telah menunjukkan bahwa jenis permukaan yang serupa mengandung bakteri yang serupa dan bakteri yang tinggal di rumah sakit secara teratur melompat ke sepatu pengunjung, yang kemudian melacaknya di luar.
Apakah itu baik, buruk atau bahkan relevan dengan kesehatan manusia masih harus dilihat. Tetapi dengan membangun pengetahuan itu dalam beberapa bulan dan tahun mendatang, Gilbert ingin dapat memberikan informasi kepada rumah sakit yang dapat digunakan untuk mencegah infeksi tertentu, dan pada akhirnya, kematian terkait.
“Harapan kami,” kata Gilbert, “adalah bahwa data ini akan dapat memberi tahu kami bagaimana patogen terkait perawatan kesehatan memengaruhi orang-orang di gedung-gedung ini dan seberapa sementara mereka, seberapa gigihnya mereka, dan apa yang dapat kita lakukan untuk menghentikannya. “
