Bakteriofag adalah: Pengertian, fungsi, peranan dalam kesehatan

Pengertian Bakteriofag:

Bakteriofag adalah virus yang menginfeksi dan bereplikasi hanya dalam sel bakteri. Juga dikenal sebagai fag, mereka ada di mana-mana di lingkungan dan diakui sebagai agen biologis paling berlimpah di bumi. Bakteriofag sangat beragam dalam ukuran, morfologi, dan organisasi genom.

Namun, semua terdiri dari genom asam nukleat yang terbungkus dalam cangkang protein kapsid yang disandikan bakteriofag, yang melindungi bahan genetik dan memediasi pengirimannya ke dalam sel inang berikutnya. Mikroskop elektron memungkinkan visualisasi terperinci dari ratusan jenis bakteriofag, beberapa di antaranya tampak memiliki “kepala”, “kaki”, dan “ekor”. Terlepas dari penampilan ini, bakteriofag tidak bergerak dan bergantung pada gerakan Brown untuk mencapai target mereka.

Seperti semua virus, bakteriofag sangat spesifik-spesies terkait dengan inangnya dan biasanya hanya menginfeksi spesies bakteri tunggal, atau bahkan strain spesifik dalam suatu spesies. Setelah bakteriofag menempel pada inang yang rentan, bakteri tersebut mengejar salah satu dari dua strategi replikasi: litik atau lisogenik.

Selama siklus replikasi litik, bakteriofag menempel pada bakteri inang yang rentan, memasukkan genomnya ke dalam sitoplasma sel inang, dan memanfaatkan ribosom inang untuk memproduksi proteinnya. Sumber daya sel inang cepat dikonversi menjadi genom virus dan protein kapsid, yang berkumpul menjadi beberapa salinan bakteriofag asli.

Ketika sel inang mati, sel itu secara aktif atau pasif dilisiskan, melepaskan bakteriofag baru untuk menginfeksi sel inang lain. Dalam siklus replikasi lisogenik, fag juga menempel pada bakteri inang yang rentan dan memasukkan genomnya ke dalam sitoplasma sel inang.

Namun, genom bakteriofag bukannya diintegrasikan ke dalam kromosom sel bakteri atau dipertahankan sebagai elemen episom di mana, dalam kedua kasus, itu direplikasi dan diteruskan ke sel bakteri anak tanpa membunuh mereka. Genom bakteriofag terintegrasi disebut profag, dan bakteri yang mengandungnya disebut lisogen. Profag dapat dikonversi kembali ke siklus replikasi litik dan membunuh inangnya, paling sering sebagai respons terhadap perubahan kondisi lingkungan.

Fungsi Bakteriofag

Meskipun bakteriofag tidak dapat menginfeksi dan mereplikasi dalam sel manusia, mereka merupakan bagian penting dari mikrobioma manusia dan mediator kritis pertukaran genetik antara bakteri patogen dan non-patogen.

Pemindahan gen dari satu strain bakteri ke yang lain oleh bakteriofag disebut transduksi dan dapat terjadi secara umum atau khusus. Dalam transduksi “umum”, potongan acak DNA genom bakteri dikemas di dalam kapsago bakteriofag sebagai pengganti DNA genom fag karena sel inang terurai dari replikasi litik.

Jika bakteriofag yang membawa DNA bakteri ini menyuntikkannya ke dalam sel inang yang sehat, ia dapat berintegrasi ke dalam kromosom bakteri itu, mengubah genomnya dan sel anak-anaknya. Dalam transduksi “khusus”, diperkirakan bakteriofag lisogenik, yang telah diamplifikasi dalam populasi bakteri, mengeluarkan beberapa DNA bakteri dengan genomnya ketika memulai siklus replikasi litik. Karena lisogen berbagi situs integrasi yang sama, semua bakteriofag progeni mentransduksi gen bakteri yang sama ke inang baru mereka.

Selain pertukaran genetik, bakteriofag dapat mengubah populasi mikroba karena mereka memangsa spesies bakteri tertentu sementara membiarkan yang lain tidak terluka. Selama lebih dari 100 tahun, penelitian telah berusaha untuk menggunakan sifat ini sebagai sarana untuk mengobati infeksi bakteri patogen pada manusia dan hewan.

Sementara bakteriofag liar mungkin memiliki efek sementara pada populasi bakteri liar, banyak hambatan untuk penggunaan klinis bakteriofag litik sebagai terapi antimikroba (terapi fag) pada manusia ada. Untuk satu, strain bakteri liar sangat beragam, dan banyak yang resisten terhadap satu atau beberapa bakteriofag.

Banyak mekanisme resistensi diketahui, dengan satu contoh terkenal, sistem CRISPR-Cas9 sekarang direkayasa sebagai alat untuk manipulasi genetik di laboratorium, berasal sebagai mekanisme pertahanan bakteri melawan infeksi bakteriofag.

Selain itu, bakteriofag jauh lebih imunogenik daripada obat antimikroba dan dengan cepat dibersihkan dari darah oleh sistem endotel reticular.

Ukuran bakteriofag yang besar relatif terhadap obat antimikroba juga kemungkinan akan membatasi penggunaannya pada aplikasi topikal jika koktail fage yang efektif ditemukan. Beberapa peneliti telah menyarankan bahwa menggunakan enzim bakteriofag yang dapat menembus dinding sel bakteri mungkin merupakan strategi yang lebih sederhana.

Sampai saat ini, belum ada uji coba acak, terkontrol, double-blind yang menunjukkan kemanjuran dari kedua strategi bakteriofag tersebut pada manusia.

Pentingnya bakteriofag Klinis

Bakteriofag secara klinis signifikan karena beberapa alasan. Pertama, banyak toksin bakteri yang sangat patogen dikodekan oleh genom bakteriofag, sehingga bakteri inang hanya patogen ketika dilisogenkan oleh fag penyandi racun. Contohnya adalah toksin kolera dalam Vibrio cholerae, toksin difteri dalam Corynebacterium diphtheriae, botulinum neurotoxin dalam Clostridium botulinum, toksin biner Clostridium difficile, dan toksin Shiga dari spesies Shigella.

Tanpa racun yang dikodekan bakteriofag , spesies bakteri ini jauh lebih sedikit patogen atau tidak patogen sama sekali. Mengapa fag mengkode racun ini tidak diketahui.

Sementara toksin kolera bisa dibilang membantu bakteriofag dan inangnya mencapai korban berikutnya dengan menyebabkan diare yang banyak dan berair, kelumpuhan akibat toksin botulinum tampaknya memiliki efek sebaliknya.

Kedua, bakteriofag adalah vektor untuk transfer gen horizontal, yang mungkin termasuk gen resistensi antimikroba. Mereka juga telah direkayasa untuk memperkenalkan gen ke strain spesifik untuk efek klinis, meskipun penggunaan ini saat ini dalam tahap pengujian.

Aspek ketiga yang relevan secara klinis dari bakteriofag adalah deteksi mereka dapat digunakan sebagai biomarker untuk keberadaan inang mereka dalam sampel lingkungan yang kompleks. Ini paling umum digunakan sebagai pengganti untuk kontaminasi tinja dari sumber air.

Jika bakteriofag ada, host kemungkinan besar juga. Atau, fag telah direkayasa untuk menghasilkan molekul yang dapat dideteksi, seperti luciferase, ketika mereka menginfeksi inangnya sebagai sarana untuk mendeteksi bakteri dalam sampel lingkungan campuran.

Sementara sebagian besar digantikan oleh teknologi yang lebih baru, bakteriofag juga secara klinis relevan karena kemampuan mereka untuk membedakan strain dari spesies bakteri yang sama. Sebagian besar spesies bakteri yang diteliti memiliki banyak patogen bakteriofag, sama seperti manusia sebagai spesies yang rentan terhadap banyak virus.

Strain yang berbeda dalam suatu spesies tahan terhadap beberapa bakteriofag dan bukan yang lain. Dengan menginfeksi setiap galur secara sistematis dengan panel fag standar untuk spesies itu, masing-masing galur dapat diidentifikasi dengan pola kerentanan dan ketahanan terhadap masing-masing jenis bakteriofag.

Bakteriofag dari Staphylococcus aureus, misalnya, menggunakan panel bakteriofag standar yang dibagikan secara internasional untuk membedakan strain S. aureus. Sebelum pengembangan metode molekuler untuk tujuan ini, seperti mengetik urutan multilokus dan elektroforesis gel bidang-berdenyut, mengetik fag adalah standar kriteria untuk melacak galur untuk tujuan epidemiologis.

Akhirnya, bakteriofag adalah jenis virus pertama yang ditemukan dan merupakan bagian dari banyak penemuan mendasar biologi molekuler. Sebagai contoh, bukti bahwa DNA adalah molekul yang mentransmisikan informasi genetik, mekanisme dasar pengaturan gen, dan kode genetik untuk menyebutkan beberapa, semuanya ditemukan menggunakan bakteriofag.

Peranan bakteriofag dalam Kesehatan

Resistensi Antibiotik dan Pengendalian Infeksi

Bakteriofag adalah pendorong evolusi bakteri dalam microbiome manusia (bukti Level II). Profag dapat diinduksi untuk beralih ke siklus replikasi litik oleh stres sel inang, termasuk obat antimikroba. Oleh karena itu, perawatan antibiotik, terutama yang menargetkan flora mikroba usus, dapat diharapkan untuk mengubah mikrobioma virus (fag). Bakteriofag tidak mudah diinaktivasi seperti sel bakteri vegetatif, tetapi mereka rentan terhadap inaktivasi UV, autoklaf, dan prosedur disinfeksi standar rumah sakit.

Penyakit Mediasi Bakteri Toksin

Penting bagi semua anggota tim yang merawat pasien dengan penyakit yang dimediasi toksin yang ditanggung oleh fag, seperti kolera atau shigella, bahwa prosedur desinfeksi harus dipilih karena kemampuannya untuk menonaktifkan virus dan juga bakteri. Meskipun bakteriofag tidak menginfeksi sel manusia secara langsung, mereka dapat memediasi transfer gen virulensi dari strain bakteri patogen ke non-patogen.



Add a Comment

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *