Mengenal komunikasi pada bakteri

Selalu menarik dan menyenangkan bila kita bisa mencari tahu dan mempelajari suatu bahasa baru yang memudahkan kita berinteraksi satu sama lain. Melalui interaksi dengan sesama, maka akan memungkinkan pertukaran informasi tentang berbagai hal menarik. Interaksi  menggunakan bahasa antarvirus dengan meninggalkan sejumlah jejak kimiawi telah Warstek bahas pada kesempatan yang lalu. Sempat kami sebutkan pula bahwa bakteri yang hidup miliaran tahun lebih awal dari manusia ini dapat berkomunikasi menggunakan bahasa antar sesamanya melalui sebuah mekanisme yang dinamakan “Quorum Sensing”. Agar lebih memahami apa yang juga terjadi dalam keseharian bakteri ketika berkomunikasi, mari cari tahu bersama Warstek lebih lanjut.

Mekanisme komunikasi pada bakteri pertama kali ditemukan oleh dua peneliti dari Universitas Harvard, yaitu J. Woodland Hastings bersama mahasiswa postdoc-nya Kenneth Nealson pada akhir tahun 1960-an ketika mereka mempelajari tentang Bioluminesensi pada bakteri gram negatif Vibrio fischeri yang hidup di laut. Bioluminesensi sendiri adalah suatu kemampuan organisme dalam memancarkan cahaya, seperti pada kunang-kunang, yang dihasilkan melalui suatu proses reaksi kimia. Studi bioluminesensi pada bakteri tersebut kemudian mengarah pada temuan mekanisme komunikasi pada bakteri. Hastings pertama kali menyebut proses komunikasi yang terjadi melalui pertukaran sinyal kimiawi antar bakteri tersebut dengan istilah Autoinduction, kemudian lebih dikenal dengan istilah Quorum sensing yang diperkenalkan oleh Dr. Steven Winans di tahun 1994.

Pembentukan dan pengaturan komponen protein menjadi kunci untuk menjelaskan terjadinya fenomena quorum sensing. Mekanisme quorum sensing bakteri ini merupakan serangkaian jalur pengambilan-keputusan, baik dalam menentukan suatu respon atas kondisi lingkungan, berkomunikasi, mengolah informasi hingga menentukan jalur regulasi yang dapat terjadi setelah bakteri mencapai jumlah populasi tertentu. “Bahasa” yang digunakan pada kelompok bakteri ini melibatkan pembentukan dan pelepasan suatu komponen zat kimia spesifik yang disebut sebagai auto inducer. Komponen zat kimia spesifik yang dihasilkan sangat bervariasi bergantung pada jenis bakteri, untuk dikeluarkan ke lingkungan sehingga sinyal komponen dapat ditangkap oleh bakteri lain yang sejenis yang berada di sekitar. Bakteri dapat mengenali satu sama lain termasuk jumlahnya berdasarkan jenis dan konsentrasi dari auto inducer ini. Jika jenis dan konsentrasi suatu auto inducer sudah mencukupi, maka mereka akan melakukan tindakan tertentu.

Lebih detail, mekanisme komunikasi antar bakteri ini  lebih rumit dibanding virus,  karena quorum sensing pada bakteri setidaknya terbagi menjadi dua mekanisme umum yang berbeda, yaitu quorum sensing pada bakteri gram negatif dan gram positif.

Mekanisme secara umum pada bakteri gram negatif dan gram positif ditunjukkan pada gambar diatas. Pada bakteri gram negatif, komponen sinyal spesifik atau auto inducer  yang dihasilkan secara umum adalah acyl-homoserine (AHL). Pembentukan AHL ini diinisiasi oleh homolog Luxl dan LuxR. Mudahnya, Luxl dan LuxR ini adalah “bahasa” yang nantinya akan diproses untuk mendapat respon dari bakteri gram negatif lainnya. Bakteri yang diketahui melepaskan sinyal bahasa berupa komponen AHL antara lain: Vibrio fischeri, Agrobacterium tumefaciens, Erwinia carotovora dan Pseudomonas aeruginosa. Sementara pada bakteri gram positif, mereka berbahasa dengan menghasilkan peptida (protein dengan rantai pendek) yang bervariasi pula sebagai auto inducer atau Autoinducing Peptide (AIP). Peptida yang digunakan sebagai auto inducer pada quorum sensing bakteri gram positif disekresi dalam suatu pengangkut ATP Binding Cassette (ABC). Bakteri gram positif memanfaatkan dua komponen protein, yaitu protein untuk deteksi peptida auto inducer dan protein untuk fosforilasi/ defosforilasi. Bakteri yang diketahui melepaskan sinyal bahasa berupa komponen AIP antara lain: Bacillus substilis, Streptococcus pneumonia, Staphylococcus aureus dan Enterococcus faecalis.

Pemahaman mekanisme komunikasi melalui “bahasa antarbakteri” yang melibatkan beragamnya komponen protein yang dihasilkan dari beragamnya pula spesies bakteri ini menjadi penting, karena melalui quorum sensing jugalah bakteri yang bersifat patogen dapat menginisiasi timbulnya suatu penyakit pada manusia. Bonnie Bassler, seorang ahli biologi molekuler,  menyatakan dalam kuliah tamunya di TED Talk bahwa dengan memahami bahasa yang digunakan oleh bakteri dalam berinteraksi, para ilmuan bisa mendapatkan pemahaman lebih mendalam tentang bagaimana sel pada organisme multiseluler bisa berinteraksi, karena mekanisme quorum sensing juga ditemukan pada semut dan lebah. Lebih lanjut, dalam kaitannya dengan bidang penyakit menular, quorum sensing dapat membawa para ilmuan pada jawaban atas resistensi antibiotik pada bakteri yang saat ini banyak terjadi dengan dimungkinkannya pembuatan suatu anti-quorum sensing yang mampu menghambat komunikasi antarbakteri patogen dalam menginisiasi suatu penyakit. Disamping itu pula, menurut Dr. Bassler, alih-alih hanya membuat anti-quorum sensing, para ilmuan pun juga bisa membuat suatu pro-quorum sensing yang ditujukan untuk populasi bakteri yang bermanfaat untuk kesehatan manusia yang diharapkan dapat meningkatkan daya tahan tubuh manusia lebih baik.

Jadi, tertarikkah pembaca Warstek mempelajari ragam rumpun bahasa para Bakteri ini?

Baca juga: Virus berkomunikasi saat melakukan invasi

Sumber:

[1] Papenfort, K. & Bassler, B. Nature Reviews Microbiology 14, 2016, 576-588

[2] Taga, M. E & Bassler, B, pnas 100, 2003, 14549-14554

[3] Video Talk J. Woodland Hastings, Autoinduction: The Discovery of Quorum Sensing in Bacteria (diakses pada tanggal 06/ 03/ 2017)

[4] Vijayalakshmi, M. Quorum Sensing in Gram-negative and Gram-positive Bacterial Systems, Lecture note

 

[/um_loggedin]