Biosensor dan One Health: Alat Deteksi dan Intervensi Penyakit Dini

Kesehatan dunia merupakan isu yang memerlukan perhatian khusus, terbukti dari pandemi COVID-19 yang muncul tiga tahun lalu. Adanya ancaman bagi kesehatan manusia ini menekankan pentingnya memiliki alat yang dapat mendeteksi, mendiagnosis, dan surveilans penyakit dengan cepat dan akurat. Technological advancement seperti biosensor dapat menjadi salah satu jawaban atas permasalahan tersebut. Biosensor merupakan perangkat yang digunakan untuk melakukan uji kualitatif dan kuantitatif dari berbagai sampel, baik sampel klinis maupun lingkungan. Dibandingkan alat uji konvensional, biosensor memiliki sensitivitas dan spesifisitas yang lebih tinggi, portabel, dan dapat menghasilkan data dengan lebih cepat. Prinsip kerja biosensor adalah dengan memanfaatkan agen biologis sebagai reseptornya. Contoh agen biologis yang bisa digunakan adalah enzim, sel utuh, asam nukleat (DNA atau RNA), dan antibodi monoklonal. Bioreseptor akan bekerja mendeteksi analit target dan menginduksi adanya reaksi antara kedua senyawa tersebut. Setelahnya, transduser akan mengubah sinyal biokimia tersebut menjadi sinyal listrik. Adapun besarnya sinyal listrik yang dihasilkan ditentukan oleh konsentrasi analit.

Alat ini dapat dimanfaatkan dalam pengimplementasian konsep One Health, secara spesifik pada ranah penelitian, diagnostik, dan surveilans penyakit menular, termasuk zoonosis. Contoh spesifik dalam kesehatan hewan, biosensor dapat dimanfaatkan untuk mendeteksi patogen Salmonella, Listeria monocytogenes, dan Toxoplasma gondii pada hewan ternak dan produk hasil hewan ternak. Beberapa saintis telah berhasil membuat alat biosensor yang dapat mendeteksi patogen secara langsung (real time) di rumah pemotongan hewan, yaitu biosensor berbasis aptamer untuk mendeteksi S. enteritidis.

Biosensor juga dapat diaplikasikan untuk mendeteksi senyawa kimia volatil dari hembusan nafas hewan ternak. Contohnya, senyawa keton dan etanol yang tinggi menandakan menandakan kadar glukosa darah yang tinggi pula. Metode ini dikenal mampu untuk mendeteksi penyakit mulut dan kuku (PMK), tuberkulosis sapi, dan brucellosis. Biosensor yang digunakan adalah biosensor imunokromatografi yang bekerja mendeteksi antibodi terhadap protein penyakit.

Terlebih dari itu, biosensor juga berpotensi untuk membantu pemecahan masalah resistensi antimikroba (AMR), salah satu jenis ancaman kesehatan masyarakat global yang disebabkan oleh penggunaan berlebihan dan penyalahgunaan antibiotik dalam perawatan kesehatan manusia dan hewan. Biosensor dapat mendeteksi keberadaan bakteri resisten antibiotik pada spesimen dari hewan, manusia, atau lingkungan.

Pengaplikasian biosensor tidak terbatas pada penyakit infeksius saja, alat ini juga dapat digunakan untuk membantu memecahkan masalah penyakit diabetes melitus. Melalui riset panjang, sekelompok saintis berhasil membuat perangkat smart toilet yang dilengkapi dengan biosensor yang dapat mendeteksi kadar glukosa dalam urin. Perangkat tersebut memiliki tingkat spesifisitas 96%, dan hanya membutuhkan sekitar 11 menit untuk keseluruhan proses, sehingga dianggap sebagai temuan baru yang menjanjikan. Harapannya, biosensor tersebut dapat membantu masyarakat dalam memperhatikan kadar gula darahnya, dan bisa memberikan peringatan bagi mereka untuk dapat segera ke dokter apabila didapati kadar gula darah yang tinggi. Dari sini, dapat dilihat potensi besar dari biosensor untuk membantu permasalahan kesehatan masyarakat dan hewan.

Meskipun aplikasinya luas, terdapat beberapa tantangan untuk diatasi. Pertama, dibutuhkan penelitian dan pengembangan lebih lanjut untuk bisa menghasilkan biosensor yang lebih baik. Contoh pengembangan yang dapat dilakukan adalah meningkatkan kemampuan deteksi analit yang ada dalam sampel kompleks (mengandung berbagai macam polutan, serta zat organik dan anorganik). Biosensor juga dapat didesain menjadi lebih durable dan lebih tahan terhadap kondisi lingkungan yang berubah-ubah dan ekstrim. Meskipun biosensor bersifat cost-effective secara jangka panjang biosensor, proses pembuatan alat tersebut membutuhkan biaya, tenaga, dan waktu yang sangat besar. Oleh karena itu, diperlukan alternatif yang lebih efektif, misalnya mengurangi cost dengan mengganti material komponen dengan bahan yang lebih sustainable. Mengembangkan alat biosensor membutuhkan kolaborasi interdisipliner antar berbagai bidang keilmuan, seperti teknik, kimia, lingkungan, biologi, dan obat-obatan hewan dan manusia. Harapannya, dapat dihasilkan perangkat yang efektif, akurat, dan dapat digunakan di berbagai jenis laboratorium.

Potensi biosensor dalam proses deteksi dan surveilans penyakit tidak bisa diabaikan. Dengan kelebihan yang dimiliki, dapat disimpulkan bahwa biosensor memiliki peran penting dalam lingkup laboratorium untuk implementasi One Health. Dengan kemampuan deteksi penyakit yang lebih cepat dan akurat, biosensor dapat membantu menyelamatkan nyawa, melindungi ekosistem, dan meningkatkan kesehatan dan kesejahteraan semua spesies.

Referensi:

Andryukov, B.G., et al. (2020). Biosensor Technologies in Medicine: from Detection of Biochemical Markers to Research into Molecular Targets (Review). Sovrem Tekhnologii Med., 12(6), 70–83. doi:10.17691/stm2020.12.6.09.

Efendić, H., et al. (2022). Biosensors in monitoring public health: Industry 4.0 applications – a review. IFAC-PapersOnLine, 55(4), 38-44. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2022.06.006.

Pandey, C. M., Malhotra, B. D. (2019). Biosensors: Fundamentals and Applications. Jerman: De Gruyter.