Spons adalah cara yang sangat sederhana untuk menerapkan porsi bertingkat untuk meningkatkan komunitas mikroba secara keseluruhan," kata Lingchong You. "Mungkin itu sebabnya spons sangat kotor—struktur spons menjadi rumah yang sempurna bagi mikroba.

Spons dapur Anda adalah inkubator yang lebih baik untuk komunitas bakteri yang beragam daripada cawan Petri laboratorium, lapor para peneliti.

Bukan hanya sisa makanan yang terperangkap yang membuat banyaknya mikroba yang berkerumun begitu bahagia dan produktif, tetapi struktur spons itu sendiri.

“Struktur spons menjadi rumah yang sempurna bagi mikroba.”

Dalam serangkaian percobaan, peneliti menunjukkan betapa beragamnya spesies mikroba dapat mempengaruhi dinamika populasi satu sama lain tergantung pada faktor lingkungan struktural mereka seperti kompleksitas dan ukuran.

Beberapa bakteri berkembang dalam komunitas yang beragam sementara yang lain lebih suka keberadaan yang menyendiri. Dan lingkungan fisik yang memungkinkan kedua jenis untuk menjalani kehidupan terbaik mereka mengarah ke tingkat keanekaragaman hayati yang paling kuat. Tanah menyediakan lingkungan perumahan campuran yang optimal ini, dan begitu juga spons dapur Anda.

Spesies bakteri yang berbeda ini—masing-masing direkayasa untuk memancarkan warna berbeda sehingga peneliti dapat melacak pertumbuhannya—berkembang selaras satu sama lain berkat lingkungan yang terstruktur. (Sumber: Andrea Weiss, Zach Holmes, dan Yuanchi Ha)

Komunitas mikroba yang selamat

Temuan studi baru menunjukkan bahwa lingkungan struktural harus diperhitungkan oleh industri yang menggunakan bakteri untuk menyelesaikan tugas-tugas seperti membersihkan polusi atau memproduksi produk komersial, kata para peneliti.

“Bakteri sama seperti orang yang hidup melalui pandemi — beberapa merasa sulit diisolasi sementara yang lain berkembang,” kata Lingchong You, profesor teknik biomedis di Duke University.

“Kami telah menunjukkan bahwa dalam komunitas kompleks yang memiliki interaksi positif dan negatif antara spesies, ada integrasi antara yang akan memaksimalkan koeksistensi secara keseluruhan.”

Komunitas mikroba bercampur dalam berbagai tingkat di seluruh alam. Tanah menyediakan banyak sudut dan celah bagi populasi yang berbeda untuk tumbuh tanpa banyak interaksi dari tetangga mereka. Hal yang sama dapat dikatakan untuk tetesan air individu di atas daun.

Tetapi ketika manusia membuang banyak spesies bakteri bersama-sama ke dalam lingkaran tanpa struktur untuk menghasilkan komoditas seperti alkohol, biofuel, dan obat-obatan, biasanya di piring atau bahkan di tong besar. Dalam eksperimen mereka, Anda dan rekan menunjukkan mengapa upaya industri ini mungkin bijaksana untuk mulai mengambil pendekatan struktural untuk upaya manufaktur mereka.

Para peneliti membuat barcode sekitar 80 strain yang berbeda dari E. coli sehingga mereka dapat melacak pertumbuhan populasi mereka. Kemudian mereka mencampur bakteri dalam berbagai kombinasi pada pelat pertumbuhan laboratorium dengan berbagai potensi ruang hidup mulai dari enam sumur besar hingga 1,536 sumur kecil.

Sumur-sumur besar mendekati lingkungan di mana spesies mikroba dapat bercampur dengan bebas, sedangkan sumur-sumur kecil menirukan ruang di mana spesies dapat menjaga dirinya sendiri.

“Porsi kecil benar-benar melukai spesies yang bergantung pada interaksi dengan spesies lain untuk bertahan hidup, sedangkan porsi besar menghilangkan anggota yang menderita dari interaksi ini (penyendiri),” kata You. "Tetapi porsi menengah memungkinkan keragaman maksimum yang selamat dalam komunitas mikroba."

Spons Dapur: Rumah Nyaman untuk Mikroba

Hasilnya menciptakan kerangka kerja bagi para peneliti yang bekerja dengan komunitas bakteri yang beragam untuk mulai menguji lingkungan struktural apa yang paling cocok untuk pengejaran mereka, kata You. Mereka juga menunjukkan mengapa spons dapur sangat berguna habitat untuk mikroba. Ini meniru berbagai tingkat pemisahan yang ditemukan di tanah yang sehat, memberikan lapisan pemisahan yang berbeda dikombinasikan dengan ukuran ruang komunal yang berbeda.

Untuk membuktikan hal ini, para peneliti juga menjalankan eksperimen mereka dengan sepotong spons rumah tangga biasa. Hasilnya menunjukkan bahwa itu adalah inkubator keragaman mikroba yang lebih baik daripada peralatan laboratorium mana pun yang mereka uji.

“Ternyata, spons adalah cara yang sangat sederhana untuk menerapkan porsi bertingkat untuk meningkatkan komunitas mikroba secara keseluruhan,” kata You. “Mungkin itu sebabnya ini sangat kotor—struktur spons menjadi rumah yang sempurna bagi mikroba.”

Hasilnya muncul di Biologi Kimia Alam.

Tentang Penulis

National Institutes of Health, National Science Foundation, Office of Naval Research, dan Army Research Office mendanai pekerjaan tersebut.

Sumber: Duke University