Mikrobiologi perubatan

Mikrobiologi perubatan, subset besar mikrobiologi digunakan untuk perubatan, ialah cabang sains perubatan yang berkaitan dengan pencegahan, diagnosis dan rawatan penyakit berjangkit. Selain itu, bidang sains ini mengkaji pelbagai aplikasi klinikal mikrob untuk peningkatan kesihatan. Terdapat empat jenis mikroorganisma yang menyebabkan penyakit berjangkit: bakteria, kulat, parasit dan virus, dan satu jenis protein berjangkit yang dipanggil prion.

Seorang ahli mikrobiologi perubatan mengkaji ciri-ciri patogen, cara penghantarannya, mekanisme jangkitan dan pertumbuhan. Kelayakan akademik sebagai Pakar Mikrobiologi Klinikal/Perubatan di hospital atau pusat penyelidikan perubatan secara amnya memerlukan ijazah Sarjana Muda, dan di sesetengah negara pula, Sarjana dalam Mikrobiologi bersama Ph.D. dalam mana-mana sains hayat diperlukan (biokimia, mikrobiologi, bioteknologi, genetik, dsb.). Pakar mikrobiologi perubatan selalunya berkhidmat sebagai perunding pakar perubatan, menyediakan pengenalpastian patogen dan mencadangkan pilihan rawatan. Melalui maklumat ini, rawatan boleh dibuat. Tugas lain mungkin termasuk mengenal pasti risiko kesihatan yang berpotensi kepada komuniti atau memantau evolusi strain mikrob yang berpotensi menular atau bertahan, mendidik masyarakat, dan membantu dalam reka bentuk amalan kesihatan. Mereka juga boleh membantu dalam mencegah atau mengawal wabak dan wabak penyakit. Tidak semua ahli mikrobiologi perubatan mengkaji patologi mikrob; sesetengah mengkaji spesies biasa bukan patogen untuk menentukan sama ada sifatnya boleh digunakan untuk membangunkan antibiotik atau kaedah rawatan lain.

Epidemiologi, kajian tentang corak, punca, dan kesan keadaan kesihatan dan penyakit dalam populasi ialah bahagian penting dalam mikrobiologi perubatan, walaupun aspek klinikal bidang tersebut tertumpu terutamanya pada kehadiran dan pertumbuhan jangkitan mikrob dalam individu, kesan terhadap tubuh manusia, dan kaedah merawat jangkitan tersebut. Dalam hal ini, keseluruhan bidang, sebagai sains gunaan, boleh dibahagikan secara konsep kepada subkepakaran akademik dan klinikal, walaupun pada hakikatnya terdapat kesinambungan bendalir antara mikrobiologi kesihatan awam dan mikrobiologi klinikal, sama seperti keadaan dalam makmal klinikal bergantung kepada penambahbaikan berterusan dalam perubatan akademik dan makmal penyelidikan.

Sejarah 

Pada 1676, Anton van Leeuwenhoek memerhati bakteria dan mikroorganisma lain menggunakan mikroskop kanta tunggal reka bentuknya sendiri.

Pada tahun 1796, Edward Jenner membangunkan kaedah menggunakan cacar lembu untuk berjaya mengimunkan kanak-kanak terhadap cacar.

Berikutan daripada ini, pada 1857, Louis Pasteur juga telah mereka bentuk vaksin terhadap beberapa penyakit seperti antraks, kolera ayam dan rabies serta pempasteuran untuk pengawetan makanan.

Dari 1876 hingga 1884, Robert Koch memberikan banyak pandangan tentang penyakit berjangkit. Beliau adalah salah seorang saintis pertama yang memberi tumpuan kepada pengasingan bakteria dalam kultur tulen. Ini menimbulkan teori kuman bahawa mikroorganisma tertentu yang bertanggungjawab untuk penyakit tertentu. Beliau membangunkan satu siri kriteria berkenaan ini yang telah dikenali sebagai postulat Koch.

Satu peristiwa penting dalam mikrobiologi perubatan ialah pewarnaan Gram. Pada 1884, Hans Christian Gram membangunkan kaedah pewarnaan bakteria untuk menjadikannya lebih tampak dan dibezakan di bawah mikroskop. Teknik ini digunakan secara meluas hari ini.

Pada 1910, Paul Ehrlich menguji pelbagai kombinasi bahan kimia berasaskan arsenik pada arnab yang dijangkiti sifilis. Ehrlich kemudian mendapati bahawa arsfenamina didapati berkesan terhadap spiroketa sifilis. Arsfenamina kemudiannya disediakan pada tahun 1910, dikenali sebagai Salvarsan.

Pada 1929, Alexander Fleming membangunkan bahan antibiotik yang paling biasa digunakan pada masa itu serta sekarang: penisilin.

Pada 1939, Gerhard Domagk menemui merah Prontosil berjaya melindungi tikus daripada streptokokus dan stafilokokus patogen tanpa ketoksikan. Domagk menerima Hadiah Nobel dalam fisiologi/perubatan bagi penemuan ubat sulfa.

Penjujukan DNA, kaedah yang dibangunkan oleh Walter Gilbert dan Frederick Sanger pada 1977, menyebabkan perubahan pesat pembangunan vaksin, rawatan perubatan dan kaedah diagnostik. Sebahagian daripada ini termasuk insulin sintetik yang dihasilkan pada tahun 1979 menggunakan DNA rekombinan dan vaksin kejuruteraan genetik pertama dicipta pada tahun 1986 untuk hepatitis B.

Pada tahun 1995, satu pasukan di Institut Penyelidikan Genomik menyusun genom bakteria pertama; Haemophilus influenzae. Beberapa bulan kemudian, genom eukariot pertama telah siap. Ini akan terbukti tidak ternilai dalam teknik diagnostik.

Pada tahun 2007, sebuah pasukan di syarikat makanan Denmark Danisco, dapat mengenal pasti tujuan sistem CRIPR-Cas sebagai keimunan adaptif terhadap faj. Sistem itu kemudiannya dengan cepat didapati dapat membantu dalam penyuntingan genom melalui keupayaannya untuk menjana pemisah helai berganda. Pesakit dengan penyakit sel sabit menjadi orang pertama yang dirawat untuk gangguan genetik dengan CRISPR pada Julai 2019.

Penyakit berjangkit lazim 
Bakteria

 Faringitis streptokokus
 Klamidia
 Demam kepialu
 Batuk kering

Virus

 Rotavirus
 Hepatitis C
 Papilomavirus manusia (HPV)

Parasit

 Malaria
 Giardia lamblia
 Toxoplasma gondii

Kulat

 Candida
 Histoplasmosis
 Kelemumur

Punca dan penularan penyakit berjangkit 
Jangkitan mungkin disebabkan oleh bakteria, virus, kulat dan parasit. Patogen yang menyebabkan penyakit ini mungkin eksogen (diperolehi daripada sumber luaran; alam sekitar, haiwan atau orang lain seperti influenza) atau endogen (daripada flora normal seperti kandidiasis).

Tapak di mana mikrob memasuki badan dirujuk sebagai portal kemasukan. Ini termasuk saluran pernafasan, saluran gastrousus, saluran genitourinari, kulit dan membran mukus. Portal kemasukan mikrob tertentu biasanya bergantung pada cara ia bergerak dari habitat semula jadi ke perumah.

Terdapat pelbagai cara penyakit boleh disebarkan antara individu. Ini termasuk:

 Sentuhan langsung - Menyentuh perumah yang dijangkiti, termasuk hubungan seksual
 Sentuhan tidak langsung - Menyentuh permukaan yang tercemar
 Sentuhan titisan - Batuk atau bersin
 Laluan tahi-mulut - Menelan makanan atau sumber air yang tercemar
 Melalui udara - Spora pembawa patogen
 Transmisi vektor - Organisma yang tidak menyebabkan penyakit itu sendiri tetapi menghantar jangkitan dengan menghantar patogen dari satu perumah kepada perumah yang lain
 Transmisi fomit - Objek atau bahan tidak bernyawa yang mampu membawa kuman atau parasit berjangkit
 Alam sekitar - Jangkitan yang diperoleh di hospital (jangkitan nosokomial)

Seperti patogen lain, virus menggunakan kaedah penghantaran ini untuk memasuki badan, tetapi virus berbeza kerana ia juga mesti masuk ke dalam sel sebenar hos. Sebaik sahaja virus telah mendapat akses kepada sel hos, bahan genetik virus (RNA atau DNA) mesti diperkenalkan ke dalam sel. Replikasi antara virus sangat berbeza dan bergantung pada jenis gen yang terlibat di dalamnya. Kebanyakan virus DNA berkumpul dalam nukleus manakala kebanyakan virus RNA berkembang semata-mata dalam sitoplasma.

Mekanisme jangkitan, percambahan, dan pengekalan virus dalam sel perumah adalah penting bagi kemandiriannya. Sebagai contoh, sesetengah penyakit seperti campak menggunakan strategi di mana ia mesti merebak ke beberapa siri perumah. Dalam bentuk jangkitan virus ini, penyakit ini selalunya dirawat oleh tindak balas imun badan sendiri, dan oleh itu, virus diperlukan untuk merebak ke perumah baru sebelum ia dimusnahkan oleh rintangan imunologi atau kematian perumah. Sebaliknya, beberapa agen berjangkit seperti virus leukemia kucing mampu menahan tindak balas imun, dan mampu mencapai kediaman jangka panjang dalam hos individu, di samping mengekalkan keupayaan untuk merebak ke hos berturut-turut.

Ujian diagnosis 
Pengenalpastian agen berjangkit bagi penyakit kecil mungkin semudah persembahan klinikal; seperti penyakit gastrousus dan jangkitan kulit. Dalam melakukan anggaran tepat tentang mikrob mana yang boleh menyebabkan penyakit, faktor epidemiologi perlu dipertimbangkan; seperti kemungkinan pesakit terdedah kepada organisma yang disyaki dan kehadiran dan kelaziman strain mikrob dalam komuniti.

Diagnosis penyakit berjangkit hampir selalu dimulakan dengan merujuk sejarah perubatan pesakit dan menjalankan pemeriksaan fizikal. Teknik pengecaman yang lebih terperinci melibatkan kultur mikrob, mikroskopi, ujian biokimia dan genotip. Teknik lain yang kurang biasa (seperti sinar-X, imbasan CAT, imbasan PET atau NMR) digunakan untuk menghasilkan imej keabnormalan dalaman yang terhasil daripada pertumbuhan agen berjangkit.

Kultur mikrob 

Kultur mikrobiologi ialah kaedah utama yang digunakan untuk mengasingkan penyakit berjangkit untuk kajian di makmal. Sampel tisu atau cecair diuji untuk kehadiran patogen tertentu, yang ditentukan oleh pertumbuhan dalam medium terpilih atau pembezaan.

3 jenis media utama yang digunakan untuk pengujian ialah: 

 Kultur pepejal: Permukaan pepejal dicipta menggunakan campuran nutrien, garam dan agar-agar. Satu mikrob pada plat agar-agar kemudiannya boleh tumbuh menjadi koloni (klon di mana sel-sel adalah sama antara satu sama lain) yang mengandungi beribu-ribu sel. Ini digunakan terutamanya untuk membiak bakteria dan kulat.
 Kultur cecair: Sel ditanam di dalam media cecair. Pertumbuhan mikrob ditentukan oleh masa yang diambil untuk cecair membentuk ampaian koloid. Teknik ini digunakan untuk mendiagnosis parasit dan mengesan mikobakteria.
 Kultur sel: Kultur sel manusia atau haiwan dijangkiti mikrob yang dikaji. Kultur ini kemudiannya diperhatikan untuk menentukan kesan mikrob terhadap sel. Teknik ini digunakan untuk mengenal pasti virus.

Mikroskopi 
Teknik kultur selalunya akan menggunakan pemeriksaan mikroskopik untuk membantu dalam pengecaman mikrob. Instrumen seperti mikroskop cahaya kompaun boleh digunakan untuk menilai aspek kritikal organisma. Ini boleh dilakukan serta-merta selepas sampel diambil daripada pesakit dan digunakan bersama dengan teknik pewarnaan biokimia, membolehkan resolusi ciri selular. Mikroskop elektron dan mikroskop pendarfluor juga digunakan untuk memerhati mikrob dengan lebih terperinci untuk penyelidikan. Dua jenis utama mikroskop elektron ialah mikroskopi elektron pengimbasan dan mikroskop elektron penghantaran. Mikroskopi elektron penghantaran menghantar elektron melalui keratan rentas sel nipis yang dikaji, dan kemudiannya mengalihkan elektron ke skrin pendarfluor. Kaedah ini berguna untuk melihat bahagian dalam sel, dan struktur dalam, terutamanya dinding sel dan membran. Mikroskopi elektron pengimbasan mengesan elektron yang dipantulkan dari permukaan sel. Imej 3 dimensi kemudian dibuat yang menunjukkan saiz dan struktur luar sel. Kedua-dua teknik membantu memberikan maklumat yang lebih terperinci tentang struktur mikrob. Ini menjadikannya berguna dalam banyak bidang perubatan seperti diagnosis dan biopsi banyak bahagian badan, kebersihan dan virologi. Ia memberikan maklumat kritikal tentang struktur patogen yang membolehkan doktor merawatnya dengan lebih banyak pengetahuan.

Ujian biokimia 
Ujian biokimia yang pantas dan agak mudah boleh digunakan untuk mengenal pasti agen berjangkit. Bagi pengecaman bakteria, penggunaan ciri metabolisme atau enzim adalah biasa disebabkan oleh keupayaan mereka untuk menapai karbohidrat dalam corak ciri genus dan spesies mereka. Asid, alkohol dan gas biasanya dikesan dalam ujian ini apabila bakteria tumbuh dalam medium cecair atau pepejal terpilih seperti yang dinyatakan di atas. Untuk melaksanakan ujian ini secara pukal, mesin automatik digunakan. Mesin ini melakukan pelbagai ujian biokimia secara serentak, menggunakan kad dengan beberapa telaga yang mengandungi bahan kimia nyahhidrat yang berbeza. Mikrob yang dikaji akan bertindak balas dengan setiap bahan kimia dengan cara tertentu, membantu dalam pengecamannya.

Tindak balas berantai polimerase 
Ujian tindak balas berantai polimerase (PCR) ialah teknik molekul yang paling biasa digunakan untuk mengesan dan mengkaji mikrob. Berbanding dengan kaedah lain, penjujukan dan analisis adalah muktamad, boleh dipercayai, tepat dan pantas. Hari ini, PCR kuantitatif ialah teknik utama yang digunakan, kerana kaedah ini menyediakan data yang lebih pantas berbanding ujian PCR standard. Sebagai contoh, teknik PCR tradisional memerlukan penggunaan elektroforesis gel untuk menggambarkan molekul DNA yang diperkuatkan selepas tindak balas selesai. PCR kuantitatif tidak memerlukan ini kerana sistem pengesanan menggunakan pendarfluor dan prob untuk mengesan molekul DNA semasa ia sedang dikuatkan. Di samping itu, PCR kuantitatif juga menghapuskan risiko pencemaran yang boleh berlaku semasa prosedur PCR standard (membawa produk PCR ke PCR berikutnya). Satu lagi kelebihan menggunakan PCR untuk mengesan dan mengkaji mikrob ialah urutan DNA mikrob atau strain berjangkit yang baru ditemui boleh dibandingkan dengan yang telah disenaraikan dalam pangkalan data, yang seterusnya membantu meningkatkan pemahaman tentang organisma mana yang menyebabkan penyakit berjangkit dan dengan itu apa kaedah rawatan yang mungkin boleh digunakan. Teknik ini ialah piawai semasa untuk mengesan jangkitan virus seperti AIDS dan hepatitis.

Rawatan 
Sebaik sahaja jangkitan telah didiagnosis dan dikenal pasti, pilihan rawatan yang sesuai mesti dinilai oleh doktor dan berunding dengan ahli mikrobiologi perubatan. Sesetengah jangkitan boleh ditangani oleh sistem imun badan sendiri, tetapi jangkitan yang lebih serius dirawat dengan ubat antimikrob. Jangkitan bakteria dirawat dengan antibakteria (sering dipanggil antibiotik) manakala jangkitan kulat dan virus dirawat dengan antikulat dan antivirus masing-masing. Kelas luas ubat yang dikenali sebagai antiparasit digunakan untuk merawat penyakit parasit.

Pakar mikrobiologi perubatan sering membuat cadangan rawatan kepada doktor pesakit berdasarkan strain mikrob dan rintangan antibiotiknya, tapak jangkitan, potensi ketoksikan ubat antimikrob dan sebarang alahan ubat yang dimiliki pesakit.

Selain ubat yang khusus untuk jenis organisma tertentu (bakteria, kulat dll.), sesetengah ubat adalah khusus bagi genus atau spesies tertentu, dan tidak akan berfungsi pada organisma lain. Oleh kerana kekhususan ini, ahli mikrobiologi perubatan mesti mempertimbangkan keberkesanan ubat antimikrob tertentu semasa membuat cadangan. Selain itu, strain organisma mungkin tahan terhadap ubat atau kelas ubat tertentu, walaupun ia biasanya berkesan terhadap spesies tersebut. Strain ini, yang dipanggil strain bertahan, memberikan kebimbangan kesihatan awam yang serius yang semakin penting kepada industri perubatan apabila penyebaran rintangan antibiotik semakin teruk. Rintangan antimikrob ialah isu yang semakin bermasalah yang membawa kepada berjuta-juta kematian setiap tahun.

Walaupun rintangan dadah biasanya melibatkan mikrob yang menyahaktifkan ubat antimikrob secara kimia atau sel yang menghentikan pengambilan ubat secara mekanikal, satu lagi bentuk rintangan dadah boleh timbul daripada pembentukan biofilem. Sesetengah bakteria mampu membentuk biofilem dengan melekat pada permukaan pada peranti yang diimplan seperti kateter dan mencipta matriks ekstrasel. Ini memberikan mereka persekitaran yang stabil, di mana bakteria boleh tersebar dan menjangkiti bahagian lain perumah. Selain itu, matriks ekstrasel dan lapisan luar padat sel bakteria boleh melindungi sel bakteria dalaman daripada ubat antimikrob.

Terapi faj ialah teknik yang ditemui sebelum antibiotik, tetapi terpinggir ketika mana antibiotik menjadi lebih dominan. Ia kini dianggap sebagai penyelesaian yang berpotensi untuk meningkatkan rintangan antimikrob. Bakteriofaj, virus yang hanya menjangkiti bakteria boleh menyasarkan bakteria sasaran secara khusus dan menyuntik genomnya. Proses ini menyebabkan bakteria menghentikan pengeluarannya sendiri untuk mencipta lebih banyak fag, dan ini berterusan sehingga bakteria mati secara dirinya sendiri lalu melepaskan fag ke persekitaran sekeliling. Terapi faj tidak membunuh mikrobiota kerana ia bersifat khusus, dan ia boleh membantu mereka yang mempunyai alahan antibiotik. Beberapa kelemahan adalah bahawa ia adalah proses yang memakan masa kerana bakteria tertentu perlu dikenal pasti. Setakat kini, ia juga tidak mempunyai badan penyelidikan yang menyokong kesan dan keselamatannya seperti antibiotik. Bakteria juga akhirnya dapat bertahan melalui sistem seperti CRISPR/Cas9. Meskipun begitu, banyak ujian klinikal memperoleh keputusan meyakinkan, menunjukkan bahawa ia berpotensi membantu masalah rintangan antimikrob. Ia juga boleh digunakan bersama dengan antibiotik bagi kesan kumulatif. 

Mikrobiologi perubatan bukan sahaja mendiagnosis dan merawat penyakit, ia juga melibatkan kajian mikrob yang bermanfaat. Mikrob telah terbukti membantu dalam memerangi penyakit berjangkit dan menggalakkan kesihatan. Rawatan boleh dibangunkan daripada mikrob, seperti yang ditunjukkan oleh penemuan penisilin Alexander Fleming serta pembangunan antibiotik baharu daripada genus bakteria Streptomyces, antara yang lain. Bukan sahaja mikroorganisma merupakan sumber antibiotik tetapi sesetengahnya juga boleh bertindak sebagai probiotik untuk memberikan manfaat kesihatan kepada hos, seperti menyediakan kesihatan gastrousus yang lebih baik atau menghalang patogen.

Rujukan

Pautan luar 

 Mikrobiologi Perubatan

Patologi
Mikrobiologi
Mikrobiologi gunaan
Patologi klinikal