Oleh Drh. Pudjiatmoko, Ph.D, Medik Veteriner Ahli Utama, Direktorat Kesehatan Hewan, Ditjen PKH, Kementan
INIPASTI.COM, Resistensi antimikroba merupakan masalah besar bagi kesehatan masyarakat. Bahaya resistensi antimikroba (AMR), penyakit menjadi sulit diobati, risiko penyebaran dan keparahan penyakit meningkat, bahkan sampai menyebabkan kematian. Bakteri AMR dan gen AMR-nya dapat menyebar dengan menumpang di usus manusia. Perjalanan internasional dapat menjadi ancaman kesehatan masyarakat ketika para wisatawan memperoleh gen AMR yang endemik di tempat tujuan wisata dan membawa kembali ke negara asalnya.
AMR terutama diakibatkan dari penggunaan antimikroba yang tidak bijak dalam pengobatan manusia dan hewan. Masih ada beberapa negara yang menggunakan agen antimikroba sebagai pemacu pertumbuhan yang diberikan dalam dosis kecil, sebagian yang lain telah menghentikan penggunaan cara itu.
Penyalahgunaan atau penggunaan yang berlebihan baik pengobatan untuk manusia maupun hewan dapat memunculkan strain bakteri yang resisten. Untuk keperluan pengendalian bakteri resisten antimikroba maka perlu menentukan metode deteksi yang paling tepat. Dengan metoda deteksi ini diharapkan dapat dilakukan pengobatan infeksi bakteri resisten secara efektif.
Perkembangan teknologi terkini
Seiring dengan perkembangan sekuensing generasi baru, telah diperoleh database urutan DNA yang luas dari berbagai lingkungan. Pembacaan urutan DNA genom lengkap satu spesies makhluk hidup biasa dikerjakan. Genom dari ratusan spesies mikroba hingga manusia telah berhasil dibaca dan dipublikasikan. Langkah yang lebih maju saat ini, telah dikembangkan metagenomik yaitu membaca seluruh DNA dari komunitas mikroba dalam ekosistem kecil, misalnya sampel dari segenggam tanah, sesendok air sungai atau isi perut manusia.
Dengan membaca database DNA dari seluruh spesies organisme yang terdapat di suatu ekosistem, ilmuwan dapat mengetahui jenis mikroorganisme apa saja yang terdapat dalam ekosistem mikro tersebut, dan interaksi komunitas mikroba yang terjadi di dalamnya.
Penggunaan Metagenomik
Metagenomik baru-baru ini digunakan untuk mendeteksi dan mengarakterisasi patogen berasal dari makanan sekaligus gen resistensinya. Teknik ini dapat mengarakterisasi komunitas mikroba tanpa memerlukan pembiakan. Yang dimaksud komunitas mikroba adalah sekelompok beberapa organisme yang berbagi habitat yang sama. Dalam metagenomik ini dilakukan pengurutan materi genetik seluruh mikroba yang ada dalam habitat yang sama.
Metagenomik ini ternyata efisien dalam mengevaluasi ekologi mikroorganisme dan perubahannya selama pemrosesan produk asal hewan. Misalnya dalam rantai produksi, perubahan suhu dan ketersediaan substrat yang menimbulkan stres kemudian menyebabkan reorganisasi komunitas mikroba akhirnya terjadi resistensi mikroba.
Selain itu, dengan metagenomik dapat mengarakterisasi mikrobiota alami hewan untuk menemukan gen dan mikroorganisme baru. Termasuk mikroorganisme yang tidak dapat dikembangbiakkan.
Metagenomik mempunyai keuntungan lebih dibandingkan dengan metode amplifikasi gen konvensional. Metode konvensional ini mempunyai keterbatasan dibandingkan dengan metagenomik. Keterbatasan metode konvensional ini yaitu memerlukan keahlian pengembangbiakan mikroorganisme, dan penguasaan pengetahuan pembuatan primer untuk amplifikasi gen resistensi.
Manfaat metagenomik
Selain menjadi teknik yang berkontribusi pada pemahaman lengkap tentang hubungan ekologis, metagenomik membantu untuk memperluas pengetahuan tentang studi dinamika mikroba, juga gen resistensi antimikroba. Memahami dinamika mikroba ini berkontribusi pada kemajuan bioteknologi penemuan terapi baru, dan membantu identifikasi mikroba untuk mendukung kesehatan hewan dan manusia.
Studi berdasarkan metagenomik telah menjelaskan efek penggunaan antimikroba dalam pemuliaan hewan produksi karena teknik ini dapat mendeteksi perubahan yang terjadi pada mikrobiota ternak.
Tantangan
Karena metagenomik merupakan teknik pendekatan molekuler secara terbuka, teknik ini memiliki beberapa keterbatasan seperti kemungkinan tidak memberikan pengurutan genom suatu spesies secara mendalam, terutama jika sampel berasal dari komunitas mikroba kompleks seperti yang ditemukan di tanah. Tantangan lain yang dihadapi ketika studi berfokus pada kontaminasi DNA, tetapi ketika dikaitkan dengan inang, data yang diperoleh dalam pengurutan DNA mungkin sebagian besar berasal dari inang.
Mikrobiota usus sapi potong dapat menjadi reservoir patogen dan AMR. Lingkungan mikrobiota ini dapat dipengaruhi oleh manajemen pola makan hewan. Para peneliti ini paling tidak telah menemukan 204 gen yang terkait dengan resistensi dan patogenisitas. Gen resistensi antibiotik yang paling umum adalah yang dapat melawan kloramfenikol dan mikrosin. Hal ini menunjukkan bahwa pola pemberian dan jenis pakan dapat mengganggu keberadaan gen AMR.
Gen resistensi baru
Metagenomik telah digunakan untuk mengidentifikasi gen AMR dan gen virulensi dalam mikrobiota rumen kerbau India. Untuk mengkarakterisasi keragaman mikrobioma kerbau digunakan teknologi Pyrosequencing yaitu teknik pemetaan DNA yang berdasarkan deteksi terhadap pirofosfat yang dilepaskan selama sintesis DNA. Ditemukan lebih dari 6% sekuens yang dianalisis dapat dianggap sebagai gen resisten dan virulen. Ini menunjukkan bahwa metoda ini merupakan cara yang sangat penting untuk melacak gen AMR serta gen yang terkait dengan virulensi mikrobioma. Selain itu, data tersebut dapat digunakan untuk membuat profil gen AMR, dan memfasilitasi pemahaman tentang ekologi mikroorganisme di habitatnya.
Telah diteliti dampak pada mikrobiota usus sapi yang dihasilkan dari penggunaan antibiotik sebagai imbuhan pakan. Menggunakan metagenomik, hasilnya menunjukkan bahwa penggunaan imbuhan pakan tidak menyebabkan perubahan nyata pada tingkat filum bakteri tetapi menurunkan jumlah bakteri gram positif pada tingkat genus. Jumlah Ruminococcus, Erysipelotrichaceae dan Lachnospiraceae berkurang saat dianalisis pada sapi. Namun, tidak ada hubungan yang ditunjukkan antara keberadaan gen AMR dan pemberian antibiotik sebagai imbuhan pakan pada hewan yang diteliti.
Sebaliknya, terdapat studi lain yang menganalisis metagenomik secara komprehensif untuk mengidentifikasi perubahan mikrobiota dan variasi gen AMR pada feses ayam broiler yang diobati dengan dosis terapeutik chlortetracycline. Bahkan pada dosis terapeutik, pengobatan menghasilkan peningkatan gen resistensi tetrasiklin. Efek chlortetracycline pada resistensi mikrobiota terkait dengan jenis gen resistensi tertentu dan bukan gen resistensi umum. Studi ini berkontribusi untuk meningkatkan regimen pengobatan, menjadikannya lebih efektif selama pengobatan patogen resisten di peternakan.
Ma dkk. (2016) menganalisis gen resistensi dan berbagi resistensi antara ayam dan manusia dalam sampel tinja menggunakan metagenomik. Selain gen multi-resistensi, juga ditemukan gen resistensi tingkat tinggi tetrasiklin, eritromisin, dan aminoglikosida.
Praktik di lapangan
Daging ayam mentah merupakan makanan utama dengan kandungan mikroba yang relatif tinggi. Li dkk. (2020) membandingkan produk kemasan vakum versus kemasan mengandung udara. Hasilnya, ternyata bakteri dominan pada produk kemasan vakum lebih beragam, termasuk genus seperti Aeromonas, Enterobacter, Lactococcus. Sebagai perbandingan, sampel dari kemasan yang dapat ditembus udara didominasi oleh Pseudomonas.
Hasil penting lainnya adalah pengamatan resistensi terhadap 10 kelas antibiotik dengan 132 gen AMR pada mikrobioma dada ayam. Sebagian besar gen AMR yang terdeteksi termasuk dalam kelas aminoglikosida dan beta-laktam (53,8%). Selain itu, jumlah gen AMR pada sampel dalam kemasan vakum sebanyak 4,5 kali lebih besar daripada sampel dalam kemasan yang dapat ditembus udara.
Pada studi kelayakan metoda penelitian AMR, metagenomik merupakan pilihan terbaik untuk pengujian bakteri dalam jumlah yang sangat besar. Kazimierczak dkk. (2009) [7] menganalisis 9.000 klon kromosom bakteri, hasilnya menunjukkan bahwa dalam sistem ternak organik, gen yang diketahui menghasilkan resistensi terhadap obat antimikroba seperti tetrasiklin dan doksisiklin dapat ditemukan dalam populasi bakteri. Hal ini terjadi karena terdapat unsur genetik yang mudah berpindah.
Lamendella dkk. (2011) menganalisis pembacaan 637.722 urutan DNA untuk lebih memahami keanekaragaman mikrobioma usus ternak organik. Kelompok peneliti ini membuktikan bahwa gen yang terkait AMR homolog dengan gen yang terkait metabolisme karbohidrat. Dan menyimpulkan bahwa mikrobioma usus ternak tersebut terbentuk dari praktik manajemen beternak.
Kesimpulan
Karena kemampuannya untuk mengurutkan seluruh mikrobioma, metagenomik dapat menjadi alat yang efektif dalam mempelajari dan menemukan gen resistensi baru. Teknik ini merupakan teknik terkini dan sangat efektif yang harus lebih dieksplorasi dalam penelitian yang melibatkan rantai produksi bahan pangan asal hewan termasuk daging.
