SigitDalam film fiksi ilmiah Fantastic Voyage (1966), sebuah kapal selam dikecilkan sampai ke ukuran mikro, kemudian disuntikkan masuk ke dalam tubuh seorang peneliti untuk memperbaiki penggumpalan darah di otaknya. Kali ini bukan film fiksi ilmiah; tim peneliti dari Caltech mengembangkan sesuatu yang mirip. Untuk pertama kalinya didesain bakteri yang mampu memantulkan gelombang suara, menyerupai kemampuan kapal selam memantulkan sonar untuk menunjukkan lokasi mereka.
Tujuan utama riset ini adalah untuk bisa menyuntikkan bakteria terapeutik ke tubuh pasien. Misalnya, memasukkan probiotik untuk mengatasi penyakit pencernaan, atau sebagai terapi target untuk tumor. Kemudian digunakan mesin ultrasound, untuk mendeteksi keberadaan bakteri tersebut di dalam tubuh. Gambar yang muncul memungkinkan dokter mengetahui jika terapi berada di area target organ dan bekerja dengan benar atau tidak.
“Kami mendesain sel-sel bakterial sehingga dapat memantulkan kembali gelombang suara, untuk mengungkapkan lokasi mereka,” ujar Mikhail Shapiro, assistant professor di Schlinger Scholar and Heritage Medical Research Institute Investigator. “Kami ingin bisa bertanya pada bakteria tersebut, di mana kamu dan bagaimana keadaanmu? Langkah pertama adalah dengan memvisualisasikan dan menemukan lokasi mereka. Langkah berikutnya berkomunikasi dengan mereka.” Hasil riset ini dipublikasikan di jurnal Nature edisi Januari 2018.
Ide pemanfaatan bakteri sebagai bagian dari tatalaksana medis, bukan barang baru. Probiotik telah digunakan pada kasus irritable bowel disease (IBD). Beberapa studi awal menunjukkan bahwa bakteri bisa digunakan sebagai terapi target; menghancurkan sel kanker. Namun memvisualisasikan bakteri tersebut kemudian berkomunikasi – mengumpulkan informasi tentang apa yang terjadi di dalam tubuh, kemudian memberi instruksi pada bakteri – belum pernah terjadi sebelumnya.
Teknik imaging yang bergantung pada cahaya, seperti mengambil foto sel yang sudah ditandai dengan protein fluorescent hijau, hanya bekerja pada jaringan sampel. Ini disebabkan cahaya tidak bisa menembus lapisan dalam organ, seperti di pencernaan, di mana bakteri hidup. Shapiro, dkk., berniat memecahkan masalah ini menggunakan teknik gelombang suara, karena kemampuannya merambat menembus tubuh.
Ia memahami konsep ini sekitar 6 tahun lalu, saat mempelajari struktur protein yang berisi gas pada bakteri yang hidup di air, untuk membantu mengatur gaya apung bakteri tersebut. Shapiro menyimpulkan bahwa struktur tersebut (disebut gas vesicles), bisa memantulkan gelombang suara dan membuat mereka dapat dibedakan dari sel-sel lainnya.
Sasaran penelitian berikutnya adalah untuk menransfer gen bakteri dengan gas visicles ke bakteri lain, yakni ke Escherichia coli, yang lazim dipakai sebagai terapeutik mikrobial. “Kami ingin mengajari bakteri E. coli untuk memproduksi gas vesicles,” ungkap Shapiro.
Satu tantangan dihadapi tim peneliti, saat mentransfer kode genetik gas visicles ke E.coli. Awalnya mereka mencoba memindahkan gen gas visicles yang terisolasi dari bakteri asal (Anabaena flos-aquae), namun tidak berhasil. Bakteri E. coli gagal membentuk gas visicles. Percobaan diulang memakai gen gas visicles dari bakteri keluarga dekat E.coli, yakni Bacillus megaterium. Gagal juga. Akhirnya peneliti menggabungkan gen dari kedua spesies tersebut, dan berhasil.
Kode genetik gas visicles untuk protein, berperan seperti tembok atau derekdalam sebuah struktur bangunan. Sebagian protein akan membentuk tembok, sementara yang lainnya membantu menyusun struktur tembok tersebut. “Akhirnya, kami memahami bahwa kami membutuhkan ‘tembok’ dari Anabaena flos-aquae dan ‘derek’ dari Bacillus megaterium, agar E.coli bisa membuat gas vesicles-nya sendiri,” papar pemimpin penelitian Raymond Bourdeau.
Eksperimen berikutnya menunjukkan, E.coli yang sudah dimodifikasi tersebut mampu mencitrakan (menunjukkan lokasinya) di usus tikus, menggunakan gelombang suara. Tim peneliti mengatakan, teknologi tersebut dapat segera diakses walau masih sebatas penelitian pada hewan. Pada manusia masih membutuhkan pengembangan dan penyempurnaan.(jie)
