Virus di Dalam Usus Melindungi Tubuh dari Infeksi; Fag yang Ada di Dalam Mukus Membantu Sistem Imun Dengan Cara Membunuh Bakteria yang Masuk

“Mukus (lendir) ada di mana-mana,” kata ahli mikrobiologi Jeremy Barr. Hampir setiap binatang menggunakan mukus sebagai alat perlindungan untuk melindungi tisu-tisu dalam tubuh mereka yang terekspos kepada lingkungan sekitarnya, seperti usus (gut) atau paru-paru. Kini, Barr dan sebuah tim peneliti telah menemukan bahwa mukus juga merupakan kunci bagi sebuah persahabatan kuno antara hewan dan virus.

Barr dan para koleganya, yang berbasis di San Diego State University di California, menunjukkan bahwa mukus hewan—dari manusia, ikan atau koral—penuh dengan virus pembunuh bakteria yang disebut fag (phages). Phages ini melindungi tuan rumah mereka dari berbagai infeksi dengan cara menghancurkan setiap bakteria yang masuk. Sebagai balasannya, phages tersebut terekspos pada aliran  mikroba secara terus menerus yang mereka perlukan untuk melakukan reproduksi. “Ini adalah bentuk simbiosis yang unik, antara hewan dan virus,” kata Rotem Sorek, seorang ahli genetika mikrobial pada Weizmann Institute of Science in Rehovot, Israel, yang tidak terlibat dalam penelitian tersebut.

“Ini merupakan terobosan ,” kata Frederic Bushman, seorang ahli mikrobiologi dari Universitas Pennsylvania di Philadelphia. “Ide bahwa phage bisa dianggap sebagai bagian dari sistem imun bawaan adalah original dan menarik.” Hasil-hasil penelitian tersebut diterbitkan dalam  Proceedings of the National Academy of Sciences¹.

Kepala penelitian tersebut, seorang ahli ekologi mikrobial Forest Rohwer, telah mengumpulkan mukus dari berbagai kerajaaan hewan selama bertahun-tahun, dan dia memperhatikan bahwa sampel-sampel mukus tersebut mengandung phages sebanyak empat kali lipat lebih daripada lingkungan sekitarnya. “Salah satu aspek yang paling menarik tentang hubungan yang simbiotik ini adalah bahwa hubungan jenis ini tampaknya terjadi pada semua permukaan mukus, dan telah mengalami evolusi semenjak mukus pertama kali diproduksi,” kata Barr.

Botolbrush yang lengket 

Mukus terutama terdiri dari molekul kompleks yang besar yang disebut mucins, yang terbuat dari ribuan gula glycan yang menyatu dengan tulang punggung protein pusat (central protein backbone). Tim tersebut menunjukkan bahwa phages menyatu dengan gula-gula glycan ini, yang oleh Barr disamakan dengan sebuah “bottlebrush (nama sejenis tanaman) biologis yang besar.” 

Glycans tersebut terus menerus berubah dan sangat bervariasi, namun phages mempunyai protein-protein yang sama beragam di dalam lapisannya, yang memungkinkan mereka untuk menyatu dengan  lingkungan yang tidak nyaman ini. Tim peneliti tersebut memperlihatkan bahwa kehadiran phages bisa mengurangi jumlah bakteria yang bisa menyatu dengan mukus sebanyak lebih dari 10.000 kali.

Barr mengatakan dia mengira aliran phages yang ditemukan paling sering di dalam mukus akan menjadi phages yang paling sering menjadi target bakteria, yang dengan demikian menciptakan semacam sejenis ‘mucus memory’ untuk melawan mikroba-mikroba lokal yang paling relevan. Namun karena mukus secara terus menerus menghilang dan berganti dengan yang baru, maka hubungan ini jadi berlangsung secara konstan. Barr, Rohwer dan tim tersebut kini mencoba untuk menstimulasi  dinamika evolusioner di dalam realm mukus ini.

Para peneliti kini juga sedang mengeksplorasi implikasinya bagi kesehatan manusia. Sebagai contoh, Barr bertanya-tanya apakah manusia bisa secara sengaja melapisi usus mereka dengan mukus yang mengandung phages yang khusus untuk melawan bakteria penyebab penyakit. “Hal ini bisa meningkatkan level dasar imunitas melawan infeksi serupa itu,” katanya.

Sorek menambahkan, dalam beberapa tahun terakhir ini, para ilmuwan mulai mengapresisi bagaimana phages biasa bisa berada di dalam usus (gut) dan bagaimana phages tersebut bisa mempengaruhi kesehatan manusia dengan cara membentuk komunitas mikroba yang residen. Dia ingin tahu apakah hewan bisa merekrut mukus yang mengandung phages dengan cara yang ‘smart.’ Untuk mencari bakteria yang mengutungkan di antara bakteria-bakteria yang bisa menyebabkan penyakit tersebut.

Barr mengira hal ini bisa saja terjadi. Dia mencatat bahwa phages kadang-kadang memasukkan material genetik mereka ke dalam genome dari bakteri daripada membunuh bakteri tersebut secara langsung—sebuah proses yang sebenarnya bisa melindungi bakteri tersebut dari phages lainnya. Barr berspekulasi bahwa dengan cara demikian, phages yang ada dalam mukus sejak awal bisa melindungi bakteria, yang dengan demikian menguntungkan bagi hewan yang mengandung mukus tersebut, sekaligus bisa menghancurkan bakteria-bakteria yang bisa menyebabkan kerusakan. (Ed Yong)

Nature, doi:10.1038/nature.2013.13023

References

1.      Barr, J. J. et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1305923110 (2013).

Show context

http://www.nature.com/news/viruses-in-the-gut-protect-from-infection-1.13023