Dengan berkumpul menjadi struktur besar, antibiotik plectasin menempel pada targetnya di permukaan sel bakteri. Hal ini sebanding dengan bagaimana kedua sisi Velcro membentuk ikatan. Kredit: Gloria Fuentes, diedit
Para peneliti menemukan mekanisme antibakteri baru dari plectasin, antibiotik yang berasal dari jamur. Studi ini mengungkapkan bahwa plectasin membentuk struktur mirip Velcro yang menjebak komponen penting bakteri, mencegah keluarnya bakteri dan meningkatkan efektivitas obat. Mekanisme ini dapat memandu pengembangan antibiotik baru untuk melawan resistensi antimikroba.
Plectasin, antibiotik kecil, menggunakan mekanisme inovatif untuk membunuh bakteri. Ia berkumpul untuk membentuk struktur besar yang menempel pada targetnya di permukaan sel bakteri, sebanding dengan bagaimana kedua sisi Velcro membentuk ikatan.
Sebuah tim peneliti memetakan bagaimana struktur Velcro terbentuk. Penemuan mereka mengungkap pendekatan baru yang dapat memiliki implikasi luas terhadap pengembangan antibiotik untuk memerangi resistensi antimikroba. Diterbitkan hari ini (23 Mei) di jurnal ilmiah Mikrobiologi Alampenelitian ini dipimpin oleh ahli biologi struktural Markus Weingarth dan ahli biokimia Eefjan Breukink di Universitas Utrecht.
Teknik Penelitian Inovatif
Tim peneliti menyelidiki cara kerja plectasin, antibiotik yang berasal dari jamur Pseudoplectania nigrella. Tim ini menggunakan teknik biofisik tingkat lanjut, termasuk NMR solid-state dan, bekerja sama dengan Wouter Roos dari Groningen, mikroskop kekuatan atom.
Secara tradisional, antibiotik berfungsi dengan menargetkan molekul tertentu di dalam sel bakteri. Namun, mekanisme di balik kerja plectasin belum sepenuhnya dipahami hingga saat ini. Penelitian sebelumnya menyarankan model konvensional di mana plectasin berikatan dengan molekul yang disebut Lipid II, yang penting untuk sintesis dinding sel bakteri, mirip dengan kunci yang dimasukkan ke dalam gembok.
Mike Derks, Eifjan Breukink, Shehrazade Miranda Jekhmane, dan Markus Weingarth (dari kiri ke kanan). Kredit: Universitas Utrecht
Struktur Seperti Velcro dalam Aksi Antibakteri
Studi baru mengungkapkan proses yang lebih rumit. Plectasin tidak hanya bertindak seperti kunci di gembok; sebaliknya, ia membentuk struktur padat pada membran bakteri yang mengandung Lipid II. Kompleks supramolekul ini menjebak target Lipid II mereka, mencegahnya keluar. Bahkan jika salah satu Lipid II terlepas dari plectasin, ia tetap berada di dalam struktur Velcro, tidak dapat melepaskan diri.
Weingarth membandingkan struktur ini dengan Velcro, di mana plektasin membentuk kait mikroskopis yang menempel pada ‘lingkaran’ bakteri. Pada Velcro normal, jika salah satu simpul terlepas dari pengaitnya, ia masih terjepit oleh seluruh struktur. Hal yang sama berlaku untuk bakteri yang terperangkap dalam superstruktur plektasin: mereka dapat melepaskan diri dari ikatan plektasin, namun tetap terjebak dalam superstruktur. Hal ini mencegah bakteri keluar dan menyebabkan infeksi lebih lanjut.
Peran Ion Kalsium dalam Efektivitas Plektasin
Selain itu, para peneliti menemukan bahwa kehadiran ion kalsium semakin meningkatkan aktivitas antibakteri plectasin. Ion-ion ini berkoordinasi dengan daerah tertentu pada plektasin, menyebabkan perubahan struktural yang secara signifikan meningkatkan efektivitas antibakteri. Ion memainkan peran penting dalam aksi plectasin ditemukan oleh mahasiswa PhD Shehrazade Miranda Jekhmane dan Maik Derks, penulis pertama studi ini. Mereka menyadari bahwa sampel plektasin memiliki warna yang aneh, yang mengisyaratkan adanya ion.
Implikasi terhadap Pengembangan Antibiotik di Masa Depan
Markus Weingarth, penulis utama studi ini, berharap temuan ini dapat membuka jalan baru untuk mengembangkan antibiotik yang unggul.
“Plectasin mungkin bukan kandidat antibiotik yang ideal karena masalah keamanan. Namun, dalam penelitian kami, kami menunjukkan bahwa ‘mekanisme Velcro’ tampaknya banyak digunakan pada antibiotik, namun sejauh ini diabaikan. Oleh karena itu, upaya perancangan obat di masa depan tidak hanya perlu berfokus pada cara mengikat target, namun juga bagaimana obat dapat dirakit sendiri secara efisien. Dengan demikian, penelitian kami menutup kesenjangan pengetahuan yang besar yang dapat berdampak luas pada desain obat yang lebih baik untuk memerangi meningkatnya ancaman resistensi antimikroba.”
Referensi: “Plectasin peptida pertahanan inang menargetkan prekursor dinding sel bakteri Lipid II melalui mekanisme supramolekul yang sensitif terhadap kalsium” 23 Mei 2024, Mikrobiologi Alam.
DOI: 10.1038/s41564-024-01696-9
