Bagaimana Kondisi Mikroorganisme di Ruang Angkasa?

strain baru coronavirus
blank

Kita tahu bahwa semakin tinggi posisi kita dari pusat bumi, semakin kecil gaya tarik bumi terhadap massa. Keadaan ini disebut dengan kondisi mikrogravitasi. Kondisi ini menyebabkan perubahan pada fisiologis tubuh mahkluk hidup, mulai dari manusia sampai mikroba.

Kultur bakteri yang dibawa dari ISS (International Space Station) dari tempat-tempat seperti jendela, air conditioning, water recycling unit, dan tempat lainnya menunjukkan lebih resisten terhadap antibiotik ketika mereka dibawa ke bumi. Tapi, semakin kuat kondisi mikroba justru berbanding terbalik dengan kondisi penjelajah.

Mengapa hal tersebut terjadi?

blank

Dalam keadaan yang cukup lama pada kondisi mikrogravitasi tubuh akan mengalami perubahan, misalnya terjadi pengurangan massa tulang. Hal ini menyebabkan tulang menjadi rapuh dan mudah sekali patah. Kalsium tulang yang pindah ke darah juga memicu terjadinya pembentukan batu ginjal. Otot mengalami atropi atau kehilangan massa dan produksi sel serta peredaran darah menjadi berkurang. Kondisi seperti ini memaksa mereka untuk tetap berolahraga setiap hari.

Apa hubungannya dengan sistem imun? Karena produksi sel darah berkurang mengakibatkan produksi sel limfosit juga berkurang. Produksi limfosit menurun, usia sel menjadi lebih pendek karena adanya peningkatan apoptosis (sel bunuh diri) di bagian sirkulasi perifer tubuh. Sederhananya, farmakokinetik dan dinamik tubuh berubah pada kondisi tersebut. Kondisi radiasi kosmik dan stress psikologis menjadi pemicu menurunnya sistem imun para penjelajah luar angkasa.

Jika tubuh semakin rentan, berkebalikan dengan makhluk kecil sederhana ini—bakteri dan virus justru semakin kuat. Untuk membuktikan bahwa kondisi mikrogravitasi adalah penyebab resistensi bakteri. Dilakukanlah simulasi kondisi dengan sistem rotatingHigh Aspect Ratio Vessel Bioreactor“. Kurang lebih sistem ini membuat keadaan kultur ditempatkan dalam wadah berputar tegak lurus terhadap gaya gavitasi, karena bakteri sangat kecil maka tercipta gerakan brownian didalamnya. Kondisi ini membuat si mungil bakteri melayang-layang seperti di luar angkasa.

Hal-hal yang diamati dalam percobaan tersebut, lihat gambar dibawah ini:

Jenis bakteri dan jumlah kultur yang sama dalam lingkungan yang berbeda, mikroorganisme dalam kondisi mikrogravitasi akan membuat hewan coba lebih cepat mati dibandingkan mikroorganisme dalam gravitasi normal.

Berikutnya mengenai kondisi mikroba kadar garam tinggi untuk memicu terjadinya osmosis dan kondisi lingkungan asam. A adalah gambar fase eksponensial (fase pertumbuhan bakteri) dan B adalah keadaan stasioner (fase dimana bakteri yang hidup sama dengan jumlah bakteri mati). Pada kondisi eksponensial, pertumbuhan mikroorganisme jauh lebih banyak dibanding keadaan normal, dapat disimpulkan bahwa resistensi bakteri sudah terjadi sejak fase ini. Lalu, pada kondisi stasioner kekuatan bertahan hidup mikroorganisme yang dikembangkan dalam kondisi mikrogravitasi lebih tinggi, dalam kondisi normal hanya 40% yang mampu bertahan.

Paparan asam akan menyebabkan dekomposisi sitoplasma, kadar garam tinggi dapat menyebabkan dehidrasi, etanol menyebabkan kerusakan pada envelope. Bakteri yang di kultur di kondisi mikrogravitasi memiliki dosis letal yang lebih beresiko. Mengapa hal itu bisa terjadi?

Pada saat kondisi lingkungan tidak memungkinkan untuk hidup. Mekanisme untuk bertahan hidup akan aktif, pada mikroorganisme terdapat faktor sigma yang merespon stress, dimana materi genetik ini berperan mengubah kinerja sel. Sebuah promotor yang terletak di depan gen penyandi. Ia bertugas menginduksi molekul lain seperti DnaK yang dapat mencegah kerusakan dan memperbaiki denaturasi protein. Hal lain, misalnya PexB untuk melindungi kerusakan sel agar materi genetik tidak rusak. Protein lain seperti D-alanin karboksipeptidase dan PexAB ikut terpengaruh untuk meningkatkan ketahanan dari selubung sel.

Ketika dilakukan uji coba, faktor sigma mereka lebih tinggi dibanding dengan kultur normal. Sehingga membuat mereka lebih tahan karena faktor sigma mereka di fase stasioner lebih banyak yang aktif dibanding kultur normal.

Sintesis faktor sigma dipengaruhi oleh kombinasi proses transkripsi, translasi dan stabilitas protein. Sigma di kode oleh gen rpoS. Pada kondisi mikrogravitasi, saat fase eksponensial protein ini 3x kurang stabil dibanding kultur normal. Namun berbeda saat fase stasioner, efisiensi translasinya menjadi 2x lipat lebih kuat. Mikrogravitasi mempengaruhi perpaduan transkripsi dan translasi belum dapat dijelaskan dengan pasti. Kemungkinan besar dikarenakan mikrogravitasi dapat menyebabkan pola lipatan sigma pada fase eksponensial lebih mudah rusak dibanding kondisi normal.

Bagaimana pengaruh gravitasi terhadap biofilm?

Baca juga:

Biofilm merupakan matriks polisakarida pelindung segerombol mikroorganisme. Selain sebagai pelindung biofilm ini juga memiliki kontribusi nutrisi untuk bakteri tetap bertahan hidup. Biofilm ini memikiki peran penting dalam resistensi bakteri.

Mikroorganisme yang pernah ditemukan dalam sistem air pesawat ulang-alik, P. aeruginosa yang sengaja dikembangkan dalam percobaan pesawat ulang-alik, dan bakteri di permukaan ISS ditemukan memiliki lapisan biofilm. Kondisi mikrogravitasi memicu pembentukan biofilm yang lebih tahan. Belum bisa dijelaskan lebih detail karena keterbatasan pada penelitian. Dugaan besar yaitu dari pengaruh faktor sigma dan mutasi gen rapA yang berpengaruh terhadap ketahanan biofilm. Perlu diketahui bahwa gen rapA juga berperan dalam pompa resisten multidrug.

Respon alami mikroorganisme untuk bertahan hidup adalah menghasilkan antibiotik untuk membunuh mikroba lain atau membentuk spora dalam kondisi lingkungan kurang nutrisi. Menjadi fakta menarik bahwa produksi antibiotik di lingkungan mikrogravitasi lebih banyak dibanding kondisi normal. Dilihat dari percobaan selama 17 hari pada space shuttle dengan spesies Streptomyces plicatus yang memproduksi actinomycin-D. Jangan berharap banyak produksi antibiotik pada lingkungan mikrogravitasi, selain biaya mahal untuk maintenance kondisi. Produksi juga menurun setelah 12 hari dibanding dengan kondisi kontrolnya (lama percobaan 72 hari). Bahkan eksperimen lain menunjukkan tidak ada pengaruh pada produksi antibiotiknya. Demikian juga dengan pembentukan spora, pada kondisi kontrol dan perlakuan tidak memberikan hasil yang berbeda signifikan.

Sumber:

Ririn Pratiwi
Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:

Yuk Ajukan Pertanyaaan atau Komentar