Mari belajar bahasa sandi bakteri untuk mendeteksi penyakit lebih dini

Bakteri itu saling "berbicara", berkirim informasi kimia untuk mengoordinasi serangan. Bagaimana jika kita bisa mendengarkan percakapan mereka? Nanofisikawan Fatima AlZahra’a Alatraktchi menciptakan sebuah alat untuk menguping percakapan bakteri dan menerjemahkan komunikasi rahasia mereka ke bahasa manusia. Karya beliau bisa membuka jalan untuk diagnosa dini penyakit -- bahkan sebelum kita jatuh sakit.

Anda tidak mengenal mereka.

Anda tidak melihat mereka.

Tetapi mereka selalu ada
di sekeliling kita,

berbisik,

membuat rencana rahasia,

membangun pasukan dengan jutaan tentara.

Saat memutuskan untuk menyerang,

mereka menyerang secara bersamaan.

Saya bicara tentang bakteri.

(Suara Tawa)

Anda pikir
siapa yang saya bicarakan?

Bakteri hidup dalam komunitas
seperti manusia.

Mereka memiliki keluarga,

mereka mengobrol,
dan merencanakan aktivitas mereka.

Dan sama seperti manusia,
mereka menipu, memperdaya,

dan beberapa bahkan mungkin
saling mengelabui.

Bagaimana kalau saya bilang bahwa
kita bisa mendengar obrolan bakteri

dan menerjemahkan informasi rahasia mereka
ke bahasa manusia?

Bagaimana jika menerjemahkan
obrolan bakteri bisa menyelamatkan hidup?

Saya bergelar Ph.D di bidang nanofisika,

dan saya menggunakan nanoteknologi untuk
mengembangkan alat penerjemah waktu nyata

yang bisa mengintai komunitas bakteri

dan memberi kita rekaman
rencana kegiatan bakteri.

Bakteri hidup di mana-mana.

Mereka ada di tanah, di perabotan kita,

dan di dalam tubuh kita.

Bahkan, 90 persen dari sel hidup
di dalam teater ini adalah bakteri.

Beberapa bakteri baik bagi kita;

mereka membantu mencerna makanan
atau menghasilkan antibiotik.

Beberapa bakteri buruk bagi kita;

mereka penyebab penyakit dan kematian.

Untuk mengoordinasi semua fungsi bakteri,

mereka harus bisa mengorganisasi aksinya.

Mereka melakukannya sama seperti kita --

dengan berkomunikasi.

Alih-alih menggunakan kata,

mereka memakai molekul sinyal
untuk saling berkomunikasi.

Saat jumlah bakteri sedikit,

molekul sinyal ini
cuma mengalir lalu hilang,

ibarat teriakan orang
yang sendirian di gurun.

Tetapi, ketika jumlah bakteri banyak,
molekul sinyal terakumulasi,

dan bakteri mulai merasa
jika mereka tidak sendirian.

Mereka saling mendengarkan.

Dengan begini, mereka melacak
berapa jumlah mereka

dan kapan jumlahnya cukup banyak
untuk memulai aksi baru.

Ketika molekul sinyal
mencapai ambang tertentu,

semua bakteri langsung merasa
bahwa mereka harus bertindak

dengan tindakan yang sama.

Jadi obrolan bakteri berisi
prakarsa dan reaksi,

yaitu produksi suatu molekul
dan respons terhadapnya.

Dalam penelitian, saya berfokus untuk
mengintai komunitas bakteri

di dalam tubuh manusia.

Bagaimana cara kerjanya?

Kami punya sampel dari satu pasien.

Bisa berupa sampel darah atau ludah.

Kami tembakkan elektron ke sampel,

elektron akan berinteraksi dengan
molekul pembawa pesan yang ada di sana,

dan interaksi ini
memberikan kita informasi

tentang identitas bakteri,

tipe komunikasi,

dan seberapa intensif
percakapan bakteri itu.

Tetapi, seperti apa
jika bakteri berkomunikasi?

Sebelum saya mengembangkan
alat penerjemah ini,

perkiraan awal saya adalah
bakteri punya bahasa yang primitif,

seperti bayi yang kata dan kalimatnya
belum berkembang.

Saat tertawa, mereka bahagia;
saat menangis, mereka sedih.

Sesederhana itu.

Tetapi, ternyata bakteri
tidak seprimitif yang saya kira.

Molekul yang dihasilkan
bukan molekul biasa.

Artinya bisa beragam
tergantung dari konteksnya,

sama seperti tangisan bayi
yang artinya bisa beragam:

kadang si bayi lapar,

kadang mengompol,

kadang merasa sakit atau takut.

Orangtua bisa mengartikan tangisan itu.

Alat penerjemah sejati

harus bisa mengartikan molekul sinyal itu

dan menerjemahkannya
sesuai dengan konteks.

Dan siapa tahu,

Google Translate mungkin
segera memakainya.

(Suara Tawa)

Mari saya beri contoh.

Saya membawa data bakteri

yang mungkin agak rumit untuk dipahami
bila Anda belum terlatih.

Tetapi, mari coba lihat.

(Suara Tawa)

Ini adalah keluarga bakteri bahagia
yang menginfeksi seorang pasien.

Sebut saja mereka keluarga Montague.

Mereka berbagi sumber daya,
bereproduksi, dan tumbuh.

Suatu hari, ada tetangga baru,

keluarga bakteri Capulet.

(Suara Tawa)

Segalanya baik-baik saja,
selama mereka bekerja sama.

Tetapi, terjadi hal
yang tidak direncanakan.

Romeo dari Montague punya hubungan
dengan Juliet dari Capulet.

(Suara Tawa)

Mereka berbagi materi genetik.

(Suara Tawa)

Transfer gen ini bisa berbahaya bagi
keluarga Montagues

yang berambisi jadi satu-satunya keluarga
dalam tubuh pasien yang terinfeksi,

dan berbagi gen membuat

Capulet menjadi
resisten terhadap antibiotik.

Jadi, pihak Montagues mulai melakukan
pembicaraan untuk menyingkirkan pihak lain

dengan melepaskan molekul ini.

(Suara Tawa)

Terjemahannya:

[Mari mengoordinasi serangan.]

(Suara Tawa)

Mari mengoordinasi serangan.

Lalu semuanya langsung merespons

dengan melepaskan racun yang
akan membunuh keluarga yang lain.

[Musnahkan]

(Suara Tawa)

Capulet merespons dengan
menyerukan serangan balasan.

[Serangan balasan!]

Lalu mereka berperang.

Ini adalah video bakteri yang berduel
dengan organel berbentuk pedang.

Mereka berusaha saling membunuh

dengan benar-benar saling menusuk
dan menebas.

Keluarga yang menang perang
menjadi bakteri dominan.

Yang bisa saya lakukan adalah mendeteksi
percakapan bakteri

yang mengarah ke beragam perilaku kolektif

seperti pertempuran tadi.

Dan yang saya lakukan adalah mengintai
komunitas bakteri

di dalam tubuh manusia

pada pasien di rumah sakit.

Saya mengikuti 62 pasien
dalam sebuah eksperimen

dengan menguji sampel pasien
yang menderita suatu infeksi tertentu,

tanpa mengetahui
hasil tes diagnosis tradisionalnya.

Pada diagnosis bakteri,

sampel dioles ke cawan.

Jika bakteri tumbuh dalam waktu lima hari,

maka pasien didiagnosis terinfeksi.

Ketika saya menyelesaikan studi
dan membandingkan hasil alat

dengan tes diagnosis tradisional
dan tes validasi,

saya terkejut.

Ini lebih mengejutkan
dari yang saya sangka.

Sebelum memberi tahu hasil dari alat itu,

saya ingin bercerita tentang
seorang pasien yang saya ikuti,

seorang gadis muda.

Dia menderita fibrosis sistik,

penyakit genetik yang membuat paru-parunya
rentan terinfeksi bakteri.

Gadis ini bukan bagian dari uji klinis.

Saya mengikutinya sebab
dari rekam medisnya

dia belum pernah menderita infeksi.

Gadis ini ke rumah sakit sebulan sekali

untuk menyerahkan
sampel dahaknya dalam botol sampel.

Sampel ini lalu dikirimkan
untuk analisis bakteri

di laboratorium pusat

jadi dokter bisa segera bertindak
bila ditemukan infeksi.

Saya diizinkan untuk
menguji alat saya ke sampelnya juga.

Dua bulan pertama mengukur sampelnya,
tidak ditemukan apa-apa.

Tetapi, di bulan ke tiga,

saya menemukan
obrolan bakteri di sampelnya.

Bakteri sedang berkoordinasi untuk
merusak jaringan paru-parunya.

Tetapi, diagnosis tradisional sama sekali
tidak menunjukkan adanya bakteri.

Saya mengukur lagi bulan berikutnya,

bisa saya lihat bahwa obrolan bakteri
makin agresif.

Tetapi, diagnosis tradisional
tetap tidak menunjukkan apa-apa.

Studi saya berakhir,
tetapi setengah tahun kemudian,

saya mengikuti statusnya untuk melihat

apakah bakteri,
yang cuma saya yang tahu,

sudah hilang tanpa intervensi medis.

Ternyata tidak.

Gadis itu sekarang didiagnosis
menderita infeksi parah

akibat bakteri mematikan.

Bakteri itu sama dengan yang ditemukan
oleh alat saya sebelumnya.

Bahkan pengobatan agresif
menggunakan antibiotik

mustahil bisa membasmi infeksi itu.

Dokter beranggapan dia tak bisa
melewati usia 20-an tahun.

Saat saya mengukur sampel gadis ini,

alat saya masih di tahap awal.

Saya bahkan tak tahu
apakah metode ini akan berhasil,

karenanya saya dan para dokter bersepakat
untuk tidak memberi tahu hasil alat saya

agar tidak membahayakan terapi mereka.

Jadi, ketika melihat hasil yang bahkan
belum divalidasi ini,

saya tak berani memberi tahu.

Sebab, mengobati pasien
tanpa infeksi yang nyata

juga punya konsekuensi negatif
terhadap pasien.

Tetapi, kini kami lebih paham,

dan ada banyak pemuda dan gadis yang
masih bisa diselamatkan.

Sebab, sayangnya,
skenario ini sering terjadi.

Pasien terinfeksi,

entah kenapa bakteri tidak tampak
pada tes diagnosis tradisional,

dan mendadak, infeksi merebak
pada pasien dengan gejala yang parah.

Dan saat itu, sudah sangat terlambat.

Hasil mengejutkan dari
62 pasien yang saya ikuti

adalah alat saya menangkap
percakapan bakteri

pada lebih dari setengah sampel pasien

yang didiagnosis negatif
oleh metode tradisional.

Artinya, lebih dari setengah pasien
pulang dan mengira

mereka bebas dari infeksi,

walau sebenarnya mereka membawa
bakteri berbahaya.

Di tubuh pasien yang salah diagnosis ini,

bakteri sedang mengoordinasi
serangan serempak.

Mereka saling berbisik.

Yang saya sebut "bakteri berbisik"

adalah bakteri yang tidak terdiagnosis
oleh metode tradisional.

Sejauh ini, hanya alat penerjemah ini
yang bisa menangkap bisikan itu.

Saya yakin jangka waktu ketika bakteri
masih saling berbisik

adalah jendela kesempatan untuk
pengobatan yang ditargetkan.

Andaikan gadis itu diobati selama
jendela kesempatan ini,

kemungkinan kita bisa membunuh bakteri

di tahap awal mereka,

sebelum infeksi jadi tidak terkendali.

Pengalaman dengan gadis ini membuat saya
memutuskan untuk melakukan segalanya

untuk memasukkan
teknologi ini ke rumah sakit.

Bersama para dokter, saya mulai
menerapkan alat ini di klinik-klinik

untuk mendiagnosis infeksi dini.

Meski masih belum diketahui
bagaimana harusnya dokter merawat pasien

pada fase berbisik,

alat ini bisa membantu dokter
untuk mengawasi pasien yang berisiko.

Alat ini membantu dokter memastikan
apakah pengobatannya berhasil,

dan bisa membantu menjawab
pertanyaan sederhana:

Apakah pasien terinfeksi?

Apa yang sedang dilakukan bakteri?

Bakteri bicara,

mereka membuat rencana rahasia,

dan saling mengirimkan informasi rahasia.

Kita tak sekadar bisa mendapati
mereka berbisik-bisik,

bahkan kita bisa mempelajari
bahasa rahasia mereka

dan menjadi pengendali bakteri.

Akhirnya, dalam bahasa bakteri,

"3-oxo-C12-aniline."

[Tamat]

(Suara Tawa)

(Suara Tepuk Tangan)

Terima kasih.