Bakteriofag—virus yang menginfeksi bakteri—mendapat perhatian baru sebagai senjata potensial melawan infeksi yang kebal antibiotik. Namun entitas kecil ini, yang penting untuk melawan bakteri di berbagai bidang mulai dari kedokteran hingga pertanian, sangatlah kompleks. Struktur rumit dan kebiasaan pertumbuhannya telah menghambat kemajuan ilmu pengetahuan hingga sekarang. Sebuah studi baru yang diterbitkan dalam Science Advances oleh para peneliti di Institut Sains dan Teknologi Okinawa (OIST) dan Universitas Otago memberikan tingkat detail yang inovatif tentang salah satu fag tersebut, Bas63, yang membuka pintu bagi desain rasional dan mengantarkan era baru terapi dan aplikasi berbasis fag.
Tantangan Mempelajari Bakteriofag
Bakteriofag sangat melimpah di bumi dan pertama kali ditemukan lebih dari satu abad yang lalu. Para pionir awal melihat potensi antibiotik sebagai pembunuh bakteri alami, namun munculnya antibiotik menutupi peluang menjanjikan ini. Kini, dengan meningkatnya resistensi antibiotik dan krisis kesehatan global, minat terhadap bakteri fag pun melonjak. Namun, merancang terapi fag yang efektif menghadapi kendala yang signifikan.
Memahami struktur dan fungsi virus-virus ini pada tingkat molekuler sangat penting untuk memanipulasinya secara efektif. Bakteriofag bersifat kompleks, seringkali dengan struktur yang beragam dan cara unik dalam berinteraksi dengan inang bakterinya. Kompleksitas ini membuat sulit untuk mempelajarinya secara komprehensif, sehingga menghambat pengembangan pengobatan berbasis fag yang ditargetkan.
Page Yang Berbeda Dari Yang Lain: Bas63 Menjadi Pusat Panggung
Untuk mengatasi tantangan ini, tim peneliti berfokus pada Bas63, bakteriofag yang dipilih dari koleksi BASEL—gudang yang menampung data genetik dan fenotipik lebih dari 100 fag yang diketahui menginfeksi E. E.coli. Bas63 menonjol karena strukturnya yang sangat rumit, terlihat bahkan melalui mikroskop dasar. Arsitektur unik ini menjadikannya kandidat ideal untuk analisis struktur mendalam menggunakan teknologi mutakhir.
Cryo-EM: Jendela Menuju Dunia Mikroskopis
Para peneliti menggunakan mikroskop cryo-elektron (cryo-EM), sebuah teknik canggih yang memungkinkan para ilmuwan memvisualisasikan molekul dalam detail mendekati atom dengan membekukannya secara kilat dan menangkap gambarnya dengan berkas elektron. Mereka menggunakan teknik “panning” baru dalam cryo-EM, yang pada dasarnya menurunkan struktur fag selangkah demi selangkah sambil menyempurnakan rekonstruksi pada setiap tahap.
Menggabungkan informasi struktural resolusi tinggi dengan data genetik (urutan asam amino) memberi mereka gambaran arsitektur Bas63 yang belum pernah ada sebelumnya. Hal ini memungkinkan mereka mengidentifikasi dan memetakan setiap protein penting dengan sangat rinci. Hasilnya mengungkapkan fitur-fitur menarik, seperti protein unik yang menghiasi kapsid fag (cangkang protein yang membungkus materi genetiknya) dan struktur kumis dan kerah langka yang menghubungkan kepala ke ekornya—elemen yang tidak umum terlihat pada fag lain jenis ini.
Di Luar Pengobatan: Phage untuk Segala Tujuan?
Peta rinci Bas63 membuka kemungkinan menarik selain mengobati infeksi bakteri. Mengidentifikasi wilayah tertentu dalam fag yang berikatan dengan bakteri memungkinkan para ilmuwan merekayasa fag dengan ketepatan penargetan yang lebih baik, memastikan fag hanya menyerang bakteri berbahaya dan tidak melukai bakteri menguntungkan.
Selain itu, para peneliti menyoroti bahwa penerapannya jauh melampaui bidang kedokteran:
- Pertanian: Mengendalikan patogen tanaman dan meningkatkan hasil panen
- Akuakultur: Memerangi penyakit bakteri pada ikan dan kerang yang dibudidayakan
- Bioteknologi: Memanfaatkan fag untuk bioremediasi (membersihkan polusi) atau proses industri seperti produksi makanan dan pengolahan air limbah
Cetak Biru untuk Masa Depan
Profesor Matthias Wolf, pemimpin Unit Mikroskop Krio-Elektron Molekuler di OIST, menekankan implikasi yang lebih luas: “Dengan memberikan tingkat wawasan struktural dan pemahaman biologis, kita dapat memungkinkan desain fag yang rasional dan mengubah cara pengobatan penyakit.”
Cetak biru rinci Bas63 menyediakan alat yang ampuh bagi para peneliti untuk menyesuaikan fag dengan kebutuhan spesifik, mengantarkan era terapi fag yang dipersonalisasi dan aplikasi inovatif di berbagai industri. Temuan ini menunjukkan potensi transformatif dari analisis struktural yang cermat, membuka jalan untuk membuka gudang mikroskopis alam demi kepentingan umat manusia dan seterusnya.
