Manusia Hidup Berdampingan dengan Bakteri dan Virus, 'Tetapi Ada Penyakit Tersembunyi dalam Es yang Mulai Bangkit'
LINGKUNGAN - Sepanjang sejarah, manusia hidup berdampingan dengan bakteria dan virus. Dari wabah pes hingga cacar air, kita telah berevolusi untuk melawan mereka, dan sebagai tanggapan, mereka juga mengembangkan cara baru untuk menginfeksi kita.
Kita sudah minum antibiotik selama hampir satu abad, sejak Alexander Fleming menemukan penisilin. Sebagai respons, bakteri juga mengembangkan resistensi antibiotik. Pertarungan ini tidak ada habisnya: karena kita menghabiskan begitu banyak waktu dengan mikroorganisme parasit ini, terkadang kita mengalami semacam kebuntuan alami.
Namun, apa yang akan terjadi jika kita tiba-tiba terkena bakteri dan virus mematikan yang telah absen selama ribuan tahun, atau yang belum pernah kita temui sebelumnya?
Kita mungkin akan segera tahu jawabannya. Perubahan iklim mencairkan lapisan es yang telah membeku selama ribuan tahun, dan karena tanahnya meleleh, mereka melepaskan virus dan bakteri purba yang dulu terbengkalai, bangkit kembali.
Pada Agustus 2016, di sebuah sudut terpencil tundra Siberia yang disebut Semenanjung Yamal di Lingkaran Arktik, seorang anak laki-laki berusia 12 tahun meninggal dan setidaknya dua puluh orang dirawat di rumah sakit setelah terinfeksi oleh antraks.
Teorinya adalah bahwa, lebih dari 75 tahun yang lalu, seekor rusa kutub yang terinfeksi antraks meninggal dan bangkai bekunya terjebak di bawah lapisan es, yang dikenal sebagai permafrost. Di sana ia bertahan sampai gelombang panas datang di musim panas 2016, saat lapisan es mencair.
Ini mengekspose jenazah rusa kutub dan melepaskan antraks ke air dan tanah di dekatnya, lalu masuk ke dalam persediaan makanan. Lebih dari 2.000 rusa penggembalaan di dekatnya menjadi terinfeksi, yang kemudian menyebabkan sejumlah kecil kasus manusia.
Ketakutannya adalah bahwa ini tidak akan menjadi kasus yang terisolasi.
Saat bumi memanas, lebih banyak lapisan es akan meleleh. Dalam keadaan normal, lapisan es dangkal sedalam 50 cm setiap musim panas mencair. Tapi sekarang pemanasan global secara bertahap memanaskan lapisan permafrost yang lebih tua.
Tanah permafrost beku adalah tempat yang tepat bagi bakteri untuk tetap hidup dalam jangka waktu yang sangat lama, mungkin selama satu juta tahun. Itu berarti mencairnya es berpotensi membuka kotak penyakit Pandora.
Suhu di Lingkaran Arktik meningkat dengan cepat, sekitar tiga kali lebih cepat daripada di bagian dunia lainnya. Jadi, seiring es dan lapisan es mencair, virus menular lain mungkin dilepaskan.
"Permafrost adalah pelestari mikroba dan virus yang sangat baik, karena dingin, tidak ada oksigen, dan gelap," kata ahli biologi evolusioner Jean-Michel Claverie di Universitas Aix-Marseille di Prancis. "Virus patogen yang dapat menginfeksi manusia atau hewan mungkin terawetkan di lapisan es yang lama, termasuk beberapa yang telah menyebabkan epidemi global di masa lalu."
Pada awal abad 20 saja, ada lebih dari satu juta rusa meninggal karena antraks. Tidak mudah menggali kuburan yang dalam, sehingga sebagian besar bangkai ini terkubur di dekat permukaan, tersebar di antara 7.000 tempat pemakaman di Rusia utara.
Namun, ketakutan yang lebih besar adalah kemungkinan lain yang mengintai di balik tanah yang membeku.
Manusia dan hewan telah terkubur di lapisan es selama berabad-abad, jadi bisa dibayangkan bahwa bakteri menular lainnya dapat dilepaskan. Misalnya, para ilmuwan telah menemukan fragmen RNA dari virus flu Spanyol tahun 1918 pada mayat di kuburan massal di tundra Alaska. Cacar dan wabah pes akan juga terkubur di Siberia.
Dalam sebuah studi tahun 2011, Boris Revich dan Marina Podolnaya menulis: "Sebagai konsekuensi dari pencairan es, vektor-vektor infeksi mematikan pada abad ke-18 dan 19 mungkin akan kembali, terutama di dekat pemakaman di mana korban infeksi ini dimakamkan."
Misalnya, pada tahun 1890-an ada epidemi besar cacar di Siberia. Satu kota kehilangan 40% populasi. Mayat mereka dikuburkan di bawah lapisan paling atas permafrost di tepi Sungai Kolyma. 120 tahun kemudian, banjir Kolyma mulai mengikis tepi sungai, dan pencairan lapisan es telah mempercepat proses erosi ini.
Dalam sebuah proyek yang dimulai pada 1990-an, para ilmuwan dari Pusat Penelitian Virologi dan Bioteknologi di Novosibirsk menguji sisa-sisa orang Zaman Batu yang ditemukan di Siberia selatan, di wilayah Gorny Altai. Mereka juga telah menguji sampel dari mayat orang-orang yang telah meninggal selama epidemi virus pada abad ke-19 dan dimakamkan di permafrost Rusia.
Para periset mengatakan bahwa mereka telah menemukan mayat dengan ciri khas yang ditinggalkan oleh penyakit cacar. Walau mereka tidak menemukan virus cacar, mereka berhasil mendeteksi fragmen DNA-nya.
Pastinya, ini bukan pertama kalinya bakteri beku di es hidup kembali.
Dalam penelitian di tahun 2005, ilmuwan NASA berhasil menghidupkan kembali bakteri di kolam beku Alaska selama 32.000 tahun. Mikroba yang disebut Carnobacterium pleistocenium, dibekukan sejak periode Pleistosen, saat mammoth wol masih berkeliaran di Bumi. Begitu es mencair, mereka mulai berenang-renang, tampaknya tidak terpengaruh.
Dua tahun kemudian, para ilmuwan berhasil menghidupkan kembali bakteri berusia 8 juta tahun yang terbaring tidak aktif di es, di bawah permukaan gletser di lembah Beacon dan Mullins di Antartika. Dalam studi yang sama, sebuah bakteri juga dihidupkan kembali dari es yang berusia lebih dari 100.000 tahun.
Namun, tidak semua bakteri bisa kembali hidup setelah dibekukan di lapisan es. Bakteri Anthrax bisa melakukannya karena mereka membentuk spora, yang sangat keras dan bisa bertahan beku selama lebih dari satu abad.
Bakteri lain yang bisa membentuk spora, sehingga bisa bertahan di permafrost, termasuk tetanus dan Clostridium botulinum, patogen yang bertanggung jawab untuk botulisme: penyakit langka yang dapat menyebabkan kelumpuhan dan bahkan berakibat fatal. Beberapa jamur juga bisa bertahan di permafrost untuk waktu yang lama.
Beberapa virus juga bisa bertahan untuk jangka waktu yang panjang.
Dalam sebuah studi tahun 2014, tim yang dipimpin oleh Claverie menghidupkan kembali dua virus yang terjebak di lapisan es Siberia selama 30.000 tahun. Dikenal sebagai Pithovirus sibericum dan Mollivirus sibericum, keduanya adalah "virus raksasa", karena tidak seperti kebanyakan virus mereka begitu besar sehingga bisa terlihat di bawah mikroskop biasa. Mereka ditemukan 100 kaki di bawah tanah di tundra pesisir.
Begitu mereka dihidupkan kembali, virus tersebut dengan cepat menular. Untungnya bagi kita, virus khusus ini hanya menginfeksi amuba bersel tunggal. Namun, penelitian tersebut menunjukkan bahwa virus lain, yang benar-benar dapat menginfeksi manusia, dapat dihidupkan kembali dengan cara yang sama.
Terlebih lagi, pemanasan global tidak harus melelehkan permafrost untuk menimbulkan ancaman. Karena es laut Arktik mencair, pantai utara Siberia menjadi lebih mudah diakses melalui laut. Akibatnya, eksploitasi industri, termasuk penambangan emas dan mineral, dan pengeboran minyak dan gas alam, kini menjadi menguntungkan.
"Sekarang ini, daerah itu sepi dan lapisan permafrost yang dalam tidak terusik," kata Claverie. "Namun, lapisan kuno ini bisa terekspos akibat penggalian dalam operasi penambangan dan pengeboran. Jika virion bagus masih ada di sana, ini bisa berarti bencana."
Virus raksasa mungkin merupakan penyebab utama wabah.
"Sebagian besar virus dilemahkan dengan cepat di luar sel inang, karena pengeringan atau degradasi biokimia spontan," kata Claverie. "Misalnya, jika DNA mereka rusak tak bisa diperbaiki, virion tidak akan lagi menular. Namun, di antara virus yang diketahui, virus raksasa cenderung sangat sulit dan hampir tidak mungkin bisa dibuka."
Claverie mengatakan virus dari manusia pertama yang sampai ke Arktik bisa muncul. Kita bahkan bisa melihat virus dari spesies hominin yang sudah punah seperti Neanderthal dan Denisovans, keduanya menetap di Siberia dan penuh dengan berbagai penyakit virus. Sisa-sisa Neanderthal dari 30-40.000 tahun yang lalu telah terlihat di Rusia. Populasi manusia telah tinggal di sana, sakit dan meninggal selama ribuan tahun.
"Kemungkinan bahwa kita bisa menderita akibat virus dari Neanderthal yang sudah punah menunjukkan bahwa gagasan bahwa virus dapat 'diberantas' dari planet ini adalah salah, dan memberi kita rasa aman yang salah," kata Claverie. "Inilah sebabnya stok vaksin harus disimpan, untuk jaga-jaga."
Sejak tahun 2014, Claverie telah menganalisis kandungan DNA lapisan permafrost, mencari tanda genetik virus dan bakteri yang bisa menginfeksi manusia. Dia telah menemukan bukti banyak bakteri yang mungkin berbahaya bagi manusia. Bakteri tersebut memiliki DNA yang memiliki faktor virulensi: molekul yang dihasilkan oleh bakteri dan virus patogen, yang meningkatkan kemampuannya untuk menginfeksi inang.
Tim Claverie juga menemukan beberapa rangkaian DNA yang tampaknya berasal dari virus, termasuk herpes. Namun, mereka belum menemukan jejak cacar. Untuk alasan yang jelas, mereka belum berusaha menghidupkan kembali patogen mana pun.
Kini tampaknya patogen yang terputus dari manusia juga akan muncul dari tempat lain, bukan hanya es atau lapisan es.
Pada Februari 2017, ilmuwan NASA mengumumkan bahwa mereka menemukan mikroba berusia 5-10 tahun di dalam kristal di tambang Meksiko.
Bakteri itu terletak di Gua Kristal, bagian dari tambang di Naica di utara Meksiko. Gua ini berisi banyak kristal putih susu dari selenite mineral, yang terbentuk selama ratusan ribu tahun.
Bakteri itu terjebak di dalam kantong kristal kecil yang berisi cairan, tapi begitu mereka dikeluarkan, mereka kembali dan mulai berlipat ganda. Mikroba ini secara genetis unik, dan mungkin merupakan spesies baru, namun para periset belum mempublikasikan temuan mereka.
Bahkan bakteri yang lebih tua ditemukan di Gua Lechuguilla di New Mexico, 1.000 kaki di bawah tanah. Mikroba ini belum pernah sampai ke permukaa selama lebih dari 4 juta tahun.
Gua itu tidak merasakan sinar matahari, dan sangat terisolasi sehingga dibutuhkan sekitar 10.000 tahun agar air dari permukaan masuk ke dalam gua.
Meskipun demikian, bakteri tersebut entah bagaimana menjadi resisten terhadap 18 jenis antibiotik, termasuk obat-obatan yang dianggap sebagai "upaya terakhir" untuk melawan infeksi. Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan pada Desember 2016, para peneliti menemukan bahwa bakteri tersebut, yang dikenal sebagai Paenibacillus sp. LC231, resisten terhadap 70% antibiotik dan dapat benar-benar menonaktifkan banyak darinya.
Karena bakteri tersebut benar-benar terisolasi di dalam gua selama empat juta tahun, mereka belum pernah bersentuhan dengan orang atau obat antibiotik yang digunakan untuk mengobati infeksi manusia. Itu berarti resistansi antibiotiknya pasti muncul dengan cara lain.
Para ilmuwan terlibat percaya bahwa bakteri, yang tidak membahayakan manusia, adalah salah satu dari banyak yang secara alami telah berevolusi melawan antibiotik. Ini menunjukkan bahwa resistensi antibiotik telah ada selama jutaan atau bahkan milyaran tahun.
Jelas, resistensi antibiotik kuno seperti itu tidak dapat berevolusi di klinik akibat penggunaan antibiotik.
Alasannya adalah bahwa banyak jenis jamur, dan bahkan bakteri lainnya, secara alami menghasilkan antibiotik untuk mendapatkan keunggulan kompetitif dibanding mikroba lainnya. Begitulah Fleming pertama kali menemukan penisilin: bakteri dalam cawan petri meninggal setelah terkontaminasi jamur ekskresi antibiotik.
Di gua-gua, di mana ada sedikit makanan, organisme harus kejam jika mereka ingin bertahan. Bakteri seperti Paenibacillus mungkin harus mengembangkan resistensi antibiotik untuk menghindari terbunuh oleh organisme lain yang bersaing.
Ini akan menjelaskan mengapa bakteri hanya tahan terhadap antibiotik alami, yang berasal dari bakteri dan jamur, dan membentuk sekitar 99,9% dari semua antibiotik yang kita gunakan. Bakteri tidak pernah menemukan antibiotik buatan manusia, jadi tidak punya resistensi terhadapnya.
"Pekerjaan kami, dan karya orang lain, menunjukkan bahwa resistensi antibiotik bukanlah konsep baru," kata ahli mikrobiologi Hazel Barton dari University of Akron, Ohio, yang memimpin penelitian ini. "Organisme kami telah diisolasi dari spesies permukaan dari 4-7 juta tahun, namun ketahanan yang mereka miliki secara genetis sama dengan yang ditemukan pada spesies permukaan. Ini berarti gen ini setidaknya setua itu, dan tidak muncul dari penggunaan antibiotik manusia untuk pengobatan."
Meskipun Paenibacillus sendiri tidak berbahaya bagi manusia, namun teori ini bisa meneruskan resistensi antibiotiknya terhadap patogen lain. Namun, karena terisolasi di bawah 400m batu, ini sepertinya tidak mungkin.
Meskipun demikian, resistensi antibiotik alami mungkin sangat umum sehingga banyak bakteri yang muncul dari lapisan es yang meleleh mungkin sudah memilikinya. Sejalan dengan itu, dalam sebuah penelitian tahun 2011 para ilmuwan mengekstrak DNA dari bakteri yang ditemukan di permafrost berusia 30.000 tahun di wilayah Beringian antara Rusia dan Kanada. Mereka menemukan gen yang mengkodekan ketahanan terhadap antibiotik beta-laktam, tetrasiklin dan glikopeptida.
Jadi haruskah kita khawatir dengan ini?
Salah satu argumennya adalah bahwa risiko patogen permafrost secara inheren tidak dapat diketahui, jadi mereka seharusnya tidak terlalu menjadi kekhawatiran kita. Sebaliknya, kita harus fokus pada ancaman pasti dari perubahan iklim. Misalnya, karena Bumi menghangat, negara-negara utara akan menjadi lebih rentan terhadap wabah penyakit "selatan" seperti malaria, kolera dan demam berdarah, karena patogen ini berkembang pada suhu yang lebih hangat.
Perspektif alternatifnya adalah bahwa kita seharusnya tidak mengabaikan risiko hanya karena kita tidak dapat mengukurnya.
"Memperhatikan pekerjaan kami dan pekerjaan orang lain, sekarang ada kemungkinan bahwa mikroba patogen dapat dihidupkan kembali, dan menginfeksi kita," kata Claverie. "Seberapa besar kemungkinan itu tidak diketahui, tapi kemungkinan itu bisa menjadi bakteri yang bisa disembuhkan dengan antibiotik, atau bakteri resisten, atau virus. Jika patogen belum pernah berhubungan dengan manusia untuk waktu yang lama, maka sistem kekebalan tubuh kita belum siap untuk itu. Jadi ya, itu bisa berbahaya". (*)
