Penggunaan antibiotik mendorong epidemi resistensi antibiotik, meski terdapat bakteri yang rentan terbunuh dengan jumlah yang banyak, tetapi strain bakteri yang mampu bertahan hidup dan berkembang biak tanpa terpengaruh pun tidak sedikit.
Berdasarkan penelitian para ilmuwan di Salk Institute, beberapa kandungan bermanfaat dari makanan bisa menjadi jawabannya, menjadikan penggunan antibiotik bukanlah satu-satunya solusi akhir untuk sebuah penyakit menular.
Para peneliti Salk Institute melaporkan bahwa pemberian suplemen zat besi pada tikus memungkinkannya untuk bertahan hidup dari infeksi bakteri yang biasanya mematikan dan mengakibatkan generasi selanjutnya dari bakteri tersebut yang berkembang menjadi kurang ganas.
Sebuah pendekatan yang muncul dalam jurnal Cell, menunjukkan dalam studi praklinis bahwa strategi berbasis non-antibiotik -seperti intervensi makanan bergizi- dapat menggeser hubungan antara pasien dengan patogennya jauh dari kesan antagonisme tapi menuju pada sebuah kerjasama.
“Antibiotik dan antimikroba adalah salah satu kemajuan terpenting dalam dunia kedokteran, dan kita pasti perlu melanjutkan upaya yang difokuskan pada pengembangan kelas antimikroba baru,” kata Associate Professor Janelle Ayres, penulis senior. “Tetapi kita perlu belajar dari sejarah dan memikirkan cara lain untuk mengobati penyakit menular. Pekerjaan kami menunjukkan bahwa alih-alih membunuh bakteri, jika kita mempromosikan kesehatan pasien, kita dapat menjinakkan perilaku bakteri sehingga mereka tidak menyebabkan penyakit, dan kita benar-benar dapat mendorong evolusi strain yang kurang berbahaya. ”
Ayres, pelopor dalam meneliti interaksi antara mikroba dan inangnya, menemukan semakin banyak bukti bahwa selain sistem kekebalan tubuh kita, yang membunuh patogen, kita memiliki apa yang dia sebut sebagai sistem pertahanan kerja sama, yang mendorong kesehatan selama interaksi antara mikroba dan penderitanya.
Sebagai contoh, pada tahun 2017 timnya menemukan bahwa bakteri Salmonella dapat mengatasi keengganan alami pasien terhadap makanan ketika sakit, yang menghasilkan lebih banyak nutrisi untuk bakteri dan infeksi yang lebih ringan bagi penderitanya. Dan pada tahun 2015 , laboratorium Ayres menemukan strain bakteri E. coli pada tikus yang mampu meningkatkan toleransi hewan terhadap infeksi paru-paru dan usus dengan mencegah “malnutrisi akut” – hilangnya jaringan otot yang umum dan berpotensi mematikan yang terjadi pada infeksi serius.
Untuk pekerjaan saat ini, tim Ayres mempelajari infeksi gastrointestinal yang terjadi secara alami pada tikus yang disebabkan oleh Citrobacter rodentium (CR), yang menyebabkan diare, penurunan berat badan dan, dalam kasus yang ekstrim, kematian.
Untuk menjelaskan mekanisme baru dari sistem pertahanan kerja sama, tim Salk menggunakan pendekatan inovatif yang disebut dosis mematikan 50 (LD50), yang merupakan dosis bakteri yang membunuh 50 persen dari populasi penderitanya, sementara separuh lainnya dari populasi bertahan hidup. Menggunakan apa yang dikenal sebagai pendekatan sistem biologi, mereka menganalisis aktivitas gen yang diinduksi pada populasi sehat yang terinfeksi dibandingkan dengan populasi sakit yang terinfeksi, serta tikus sehat yang tidak terinfeksi. Dari analisis ini, mereka menemukan bahwa metabolisme zat besi inang meningkat pada populasi sehat yang terinfeksi.
Untuk menguji pentingnya metabolisme zat besi dalam mempromosikan sistem pertahanan kerja sama selama infeksi, Ayres dan rekan penulisnya Karina Sanchez, memberi populasi tikus dosis LD100 Citrobacter (yang dipastikan membunuh 100 persen dari populasi) dan memberi makan setengah populasi pola makan normal dan separuh lagi pola makan yang disuplementasi dengan zat besi hanya selama 14 hari, setelah itu pola makannya kembali normal. Pada hari ke-20, semua tikus yang terinfeksi dalam kelompok tanpa-zat besi telah menyerah pada infeksi. Namun, dalam kelompok zat besi tambahan, 100 persen tikus yang terinfeksi masih hidup dan sehat, bahkan pada hari ke 30. Para peneliti menemukan bahwa bahkan jika mereka memperlakukan hewan dengan 1000 kali dosis LD100 patogen, dengan penambahan zat besi membuat binatang hidup dan sehat selama dua minggu.
Analisis jaringan selama percobaan menunjukkan bahwa kedua kelompok tikus yang terinfeksi memiliki tingkat bakteri yang sebanding, namun kelompok penambahan zat besi tampak sehat sementara kelompok non-zat besi menjadi lebih sakit. Ayres dan timnya menggunakan besi makanan sebagai alat untuk menyelidiki mekanisme di mana metabolisme zat besi menyembuhkan infeksi. Mereka menemukan bahwa pola makan jangka pendek dari zat besi menyebabkan keadaan akut resistensi insulin pada tikus. Ini mengurangi jumlah glukosa (gula) yang diserap dari usus, sehingga jumlah gula di usus bertambah terhadap patogen untuk bermetabolismenya. Metabolisme glukosa yang meningkat mencegah patogen untuk mengubah gen-gennya yang menyebabkan penyakit. Selain itu, tim menemukan mereka dapat melakukan tanpa zat besi dan menggunakan suplementasi glukosa sebagi gantinya, tapi mencapai hasil yang sama persis.
Menariknya, Ayres dan timnya menemukan bahwa setahun kemudian hewan yang terinfeksi Citrobacter dan telah menerima satu minggu pola makan zat besi masih hidup dan sehat, dan secara mengejutkan masih terdapat patogen di saluran pencernaan mereka. “Ini sangat menarik bagi kami karena diperkirakan jika kami pada dasarnya telah mendorong evolusi pada strain patogen yang melemah,” kata Ayres.
Untuk menentukan apakah kasus tersebut benar, tim mengurutkan genom Citrobacter yang diisolasi dari hewan-hewan ini dan menemukan bahwa di dalam gen yang diperlukan untuk menyebabkan penyakit, bakteri tersebut telah mengakumulasi mutasi, membuat gen-gen patogen terssebut tidak berfungsi.
Ini menyiratkan bahwa, dengan meningkatkan jumlah glukosa yang tersedia untuk patogen, tim mencegah bakteri mengubah gen yang menyebabkan lebih banyak gejala penyakit pada inangnya. Dan, seiring waktu, dengan memenuhi kebutuhan nutrisinya, patogen menjadi kurang antagonis dan lebih kooperatif.
Sementara timnya menemukan pola makan zat besi untuk menjadi pengobatan yang efektif bagi infeksi diare dalam studi praklinis mereka, Ayres memperingatkan bahwa zat besi tidak akan menjadi solusi untuk semua penyakit menular.
“Ada beberapa infeksi, seperti malaria, di mana memberikan zat besi akan menjadi ide yang buruk, karena parasit berkembang pada zat besi,” kata Ayres. “Namun, saya benar-benar semangat oleh temuan kami karena mereka telah menyarankan bahwa memanipulasi keadaan metabolik dari inang dan patogen dengan unsur makanan umum bisa sangat efektif dalam menyembuhkan infeksi. Ini berarti kita dapat mengobati infeksi dengan strategi yang lebih dapat diakses secara global,” kata Ayres.
Kelompok berikutnya berencana untuk mengeksplorasi apakah strain bakteri yang dilemahkan dapat digunakan sebagai jenis vaksin hidup atau apakah (dan dalam kondisi tertentu) strain bakteri yang melemah dapat kembali ke virulensi atau mematikan.
