Para ilmuwan mengisolasi sebuah molekul, yang diekstraksi dari daun pohon kastanye Eropa, dengan kekuatan untuk menetralkan bakteri staph yang kebal obat dan berbahaya. Frontiers in Pharmacology menerbitkan temuan tersebut, yang dipimpin oleh para ilmuwan di Emory University.
Para peneliti menjuluki molekul Castaneroxy A, setelah genus kastanye Eropa, Castanea. Penggunaan daun kastanye dalam pengobatan tradisional di pedesaan Italia menginspirasi penelitian.
“Kami mampu mengisolasi molekul ini, baru dalam sains, yang hanya terjadi dalam jumlah yang sangat kecil di daun kastanye,” kata Cassandra Quave, penulis senior makalah dan profesor di Pusat Studi Kesehatan Manusia dan Sekolah Emory. Departemen Kedokteran Dermatologi. “Kami juga menunjukkan bagaimana itu melucuti Staphylococcus aureus yang resisten Methicillin dengan melumpuhkan kemampuan bakteri untuk menghasilkan racun.”
Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) menyebabkan infeksi yang sulit diobati karena resistensinya terhadap antibiotik. Ini adalah salah satu masalah penyakit menular yang paling serius di seluruh dunia, diberi label sebagai “ancaman serius” oleh Pusat Pengendalian dan Pencegahan Penyakit. Di Amerika Serikat saja, hampir 3 juta infeksi resisten antibiotik terjadi di AS setiap tahun, menewaskan lebih dari 35.000 orang.
Antibiotik bekerja dengan membunuh bakteri staph, yang dapat menyebabkan resistensi yang lebih besar di antara beberapa bakteri yang bertahan, memunculkan “serangga super”. Laboratorium Quave telah mengidentifikasi senyawa dari peppertree Brasil, selain pohon kastanye Eropa, yang hanya menetralkan efek berbahaya dari MRSA, memungkinkan sel dan jaringan sembuh secara alami dari infeksi tanpa meningkatkan resistensi.
“Kami mencoba mengisi saluran untuk penemuan obat antimikroba dengan senyawa yang bekerja secara berbeda dari antibiotik tradisional,” kata Quave. “Kami sangat membutuhkan strategi baru ini.” Dia mencatat bahwa infeksi antimikroba membunuh sekitar 700.000 secara global setiap tahun, dan jumlah itu diperkirakan akan tumbuh secara eksponensial jika metode pengobatan baru tidak ditemukan.
Penulis pertama makalah Perbatasan dalam Farmakologi adalah Akram Salam, yang melakukan penelitian sebagai mahasiswa PhD di lab Quave melalui Program Pascasarjana Sistem Molekuler dan Farmakologi Emory.
Quave adalah ahli etnobotani medis, meneliti pengobatan tanaman tradisional untuk menemukan petunjuk menjanjikan untuk obat baru. Meskipun banyak obat utama berbasis tanaman, dari aspirin (kulit pohon willow) hingga Taxol (kulit pohon yew Pasifik), Quave adalah salah satu dari sedikit ahli etnobotani yang berfokus pada resistensi antibiotik.
Kisah di balik makalah saat ini dimulai lebih dari satu dekade yang lalu, ketika Quave dan rekan-rekannya meneliti laporan tertulis dan melakukan ratusan wawancara lapangan di antara orang-orang di pedesaan Italia selatan. Itu mengarahkan mereka ke pohon kastanye Eropa, atau manis, asli Eropa Selatan dan Asia Kecil. “Dalam pengobatan tradisional Italia, kompres daun rebus dioleskan ke kulit untuk mengobati luka bakar, ruam, dan luka yang terinfeksi,” kata Quave.
Quave membawa spesimen kembali ke labnya untuk dianalisis. Pada tahun 2015, labnya menerbitkan temuan bahwa ekstrak dari daun melucuti bahkan strain MRSA yang sangat ganas yang mampu menyebabkan infeksi serius pada atlet yang sehat. Eksperimen juga menunjukkan ekstrak tersebut tidak mengganggu bakteri normal dan sehat pada sel-sel kulit.
Akhirnya, para peneliti mendemonstrasikan cara kerja ekstrak, dengan menghambat kemampuan bakteri MRSA untuk berkomunikasi satu sama lain, sebuah proses yang dikenal sebagai penginderaan kuorum. MRSA menggunakan sistem sinyal penginderaan ini untuk membuat racun dan meningkatkan virulensinya.
Untuk makalah saat ini, para peneliti ingin mengisolasi bahan aktif ini dari ekstrak tumbuhan. Prosesnya melelahkan bila dilakukan secara manual, karena ekstrak tumbuhan biasanya mengandung ratusan bahan kimia yang berbeda. Setiap bahan kimia harus dipisahkan dan kemudian diuji kemanjurannya. Pengumpul fraksi skala besar, yang digabungkan dengan sistem kromatografi cair kinerja tinggi, mengotomatiskan proses pemisahan ini, tetapi dapat menghabiskan biaya puluhan ribu dolar dan tidak memiliki semua fitur yang dibutuhkan lab Quave.
Marco Caputo, seorang spesialis penelitian di lab, memecahkan masalah tersebut. Menggunakan perangkat lunak dari mainan anak-anak, pembuat robot LEGO MINDSTORMS, beberapa bata LEGO, dan beberapa komponen dari toko perangkat keras, Caputo membuat pemisah cairan otomatis yang disesuaikan dengan kebutuhan lab seharga $500. Anggota lab menjuluki penemuan itu sebagai Kolektor Fraksi LEGO MINDSTORMS. Mereka menerbitkan instruksi tentang cara membuatnya dalam jurnal sehingga peneliti lain dapat memanfaatkan teknologi yang sederhana namun efektif.
Laboratorium Quave pertama-tama memisahkan sekelompok molekul dari ekstrak tumbuhan, cycloartane triterpenoids, dan menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa kelompok ini secara aktif memblokir virulensi MRSA. Para peneliti kemudian menyelam lebih dalam, memisahkan molekul tunggal paling aktif dari kelompok ini, yang sekarang dikenal sebagai Castaneroxy A.
“Peralatan buatan kami benar-benar membantu mempercepat laju penemuan kami,” kata Quave. “Kami mampu mengisolasi molekul ini dan mendapatkan kristal murninya, meskipun hanya 0,0019 persen dari daun kastanye.”
Tes pada kulit tikus yang terinfeksi MRSA, yang dilakukan di laboratorium rekan penulis Alexander Horswill di University of Colorado, mengkonfirmasi kemanjuran molekul dalam mematikan virulensi MRSA, memungkinkan kulit untuk sembuh lebih cepat.
Rekan penulis John Bacsa, direktur Pusat Kristalografi Sinar-X Departemen Kimia Emory, mengkarakterisasi bentuk kristal Castaneroxy A. Memahami konfigurasi tiga dimensi kristal penting untuk studi masa depan guna menyempurnakan dan mengoptimalkan molekul sebagai terapi potensial .
“Kami meletakkan dasar bagi strategi baru untuk melawan infeksi bakteri di tingkat klinis,” kata Quave. “Alih-alih terlalu khawatir tentang mengobati patogen, kami berfokus pada cara untuk merawat pasien dengan lebih baik. Tujuan kami bukan untuk membunuh mikroba tetapi untuk menemukan cara untuk melemahkannya sehingga sistem kekebalan atau antibiotik lebih mampu membersihkannya. keluar infeksi.”
