Gambar kredit: flickr

Para ilmuwan telah menemukan bahwa tuan rumah kelaparan mikroba mereka penghuni nutrisi, pada dasarnya memaksa mikroba dalam nyali kami untuk melakukan penawaran kami.

Masing-masing dari kita hanya setengah manusia. Setengah lainnya adalah mikroba. Triliunan virus, jamur, bakteri, dan organisme mikroskopis lainnya melapisi kulit kita dan melapisi organ vital kita. Kami bergantung pada komunitas mikroba ini untuk mencerna makanan, mensintesis vitamin, menyokong sistem kekebalan, dan bahkan menjaga kesehatan mental.

Temuan baru menunjukkan bahwa diet modern dan terlalu sering menggunakan antibiotik dapat merusak posisi kita sebagai tuan yang penuh kebaikan, menempatkan peluang dalam mendukung mikroba.

Surga nutrisi

"Tampaknya ada urutan pecking alami untuk bakteri dan kami," kata Lawrence A. David, asisten profesor genetika molekuler dan mikrobiologi di Duke University School of Medicine. "Dengan cara itu tidak mengherankan bahwa kita, tuan rumah, harus memegang lebih banyak kartu."

Per gram, ada lebih banyak bakteri yang berada di usus daripada di ekosistem lain di dunia.

Namun, David mengatakan pandangan yang berlaku dari microbiome, di usus khususnya, adalah surga kaya nutrisi "di mana ada banyak makanan dan sumber daya yang membanjiri, seperti Willy Wonka's Chocolate Factory." Per gram, ada lebih banyak bakteri yang berada di usus daripada di ekosistem lain di dunia.

Secara keseluruhan, mikroba usus itu memiliki berat sekitar tiga pon pada manusia, kira-kira sebanyak hati atau otak. Jadi tidak mengherankan bahwa banyak ilmuwan akan percaya mikroba ini sangat berlimpah karena usus adalah lingkungan yang ramah dan unik.

Namun baru-baru ini, beberapa peneliti mempertanyakan teori itu, termasuk Aspen Reese, seorang kandidat PhD di lab David yang baru-baru ini pindah menjadi peneliti utama di Universitas Harvard.

Semua jenis kotoran

Sebagai seorang ahli ekologi terlatih, Reese memahami bahwa hampir semua ekosistem di planet ini memiliki anggota yang bersaing untuk mendapatkan sumber daya. Kenapa perutnya berbeda? Nutrisi seperti nitrogen atau fosfor sering menghambat bakteri di sungai atau danau. Reese bertanya-tanya apakah nitrogen adalah sumber daya yang terbatas dalam usus juga.

Dia memutuskan untuk mengukur kadar nitrogen dalam mikrobioma usus. Karena mikroba usus hidup dalam kotoran, itu berarti mengumpulkan sampel tinja. Dengan bantuan dari rekan-rekan, terutama Rob Pringle di Princeton University, Reese berhasil mendapatkan bangku dari lebih dari 30 berbagai jenis mamalia, termasuk zebra liar, jerapah, dan gajah dari Kenya; domba domestik, sapi, dan kuda dari New Jersey; dan manusia dari Carolina Utara.

Dia membumikan sampel dan menghitung jumlah atom nitrogen dan karbon yang tersedia untuk mikroba.

"Bakteri adalah organisme individu, hanya mencoba untuk bertahan - dan hanya ada begitu banyak makanan untuk dibawa berkeliling."

Reese menemukan bahwa mikroba dalam usus manusia memiliki akses ke rata-rata hanya satu atom nitrogen untuk setiap sepuluh atom karbon, sedangkan sebagian besar mikroba hidup bebas menikmati diet yang terdiri dari satu nitrogen ke setiap empat karbon.

Untuk memverifikasi bahwa kadar nitrogen benar-benar dapat menjaga mikrobiom di cek, Reese juga memberi makan tikus yang kaya protein, yang secara alami mengandung banyak nitrogen. Ketika dia meningkatkan jumlah protein, jumlah bakteri di usus tikus tumbuh sepuluh kali lipat.

Hanya mencoba untuk bertahan

Terlebih lagi, ketika dia menyuntikkan nitrogen ke dalam aliran darah tikus, beberapa nitrogen itu berakhir di bakteri usus, menunjukkan bahwa tuan rumah dapat mengeluarkan nitrogen melalui sel-sel yang melapisi ususnya untuk menyelamatkan mikroba dari kelaparan. Temuan muncul di Mikrobiologi alam.

“Temuan kami mendukung gagasan bahwa kami telah berevolusi cara untuk menjaga bakteri kita pada tali dengan meninggalkan mereka kelaparan untuk nitrogen,” kata David. “Ini juga menjelaskan mengapa diet Barat mungkin buruk bagi kita. Ketika orang makan terlalu banyak protein, itu merendam kemampuan tuan rumah untuk mengambil nitrogen itu di usus kecil, dan lebih dari itu akhirnya membuat jalan menuju usus besar, menghilangkan kemampuan kita untuk mengendalikan komunitas mikroba kita. ”

Situasi ini analog dengan apa yang disebut oleh para ahli ekologi eutrofikasi, sebuah fenomena yang disebabkan ketika pupuk mengalir ke kolam atau danau, meningkatkan konsentrasi nitrogen atau fosfor dari air dan menstimulasi pertumbuhan alga yang berlebihan, atau mekar alga.

"Mungkin akan lebih mudah untuk membayangkan bahwa usus kurang 'merah di gigi dan cakar' daripada bagian lain dari alam, karena mikrobiota dapat sangat bermanfaat bagi manusia," kata Reese, yang adalah seorang junior di Harvard Society of Fellows . “Tapi bakteri itu adalah organisme individual, hanya mencoba untuk bertahan — dan hanya ada begitu banyak makanan untuk dibawa berkeliling.”

Berapa angka yang benar?

Jika teori menyatakan bahwa tuan rumah manusia kehilangan kendali dari bawahan mikroba kita, mungkin tampak seperti menggunakan antibiotik untuk menghapus seluruh populasi mikroba akan menjadi cara yang bagus untuk menunjukkan kepada mereka siapa bosnya. Tetapi studi lain oleh Reese dan David menunjukkan bahwa taktik itu akan keliru.

Tim tersebut memberi 10 tikus perawatan antibiotik selama 5 hari dan menganalisis sampel tinja mereka setiap hari. Temuan mereka, diterbitkan pada bulan Juni di eHidup, menunjukkan bahwa banyak sumber dari mikroba energi bergantung pada — seperti bahan kimia nitrat atau sulfat — mulai terakumulasi ketika mikroba itu habis.

“Kami tidak benar-benar memahami jumlah bakteri yang 'tepat' di usus. Pasti nol terlalu sedikit, dan menjadi penuh hanya bakteri akan terlalu banyak. ”

Tak lama setelah kursus antibiotik berakhir, lingkungan kimia di usus tikus kembali ke status quo, dan mikroba mulai berkembang lagi.

"Kami tidak benar-benar memiliki rasa tentang jumlah bakteri yang 'tepat' di usus," kata Reese. "Pasti nol terlalu sedikit, dan menjadi penuh hanya bakteri akan terlalu banyak."

David menambahkan peringatan bahwa banyak dari lebih dari seribu spesies bakteri usus yang disapu habis oleh antibiotik kemungkinan tidak akan pernah kembali. Dalam eksperimen mereka, timnya menemukan bahwa satu-satunya cara agar mikroba itu berhasil menemukan jalan mereka kembali ke perut tikus adalah dengan membiarkan tikus melakukan apa yang biasanya mereka lakukan, yang saling memakan kotoran satu sama lain. "Orang-orang mungkin tidak ingin melakukan itu," katanya.

Banyak penelitian telah menunjukkan bahwa setelah perawatan antibiotik, mikrobiom orang dapat diubah selama berbulan-bulan, jika tidak bertahun-tahun. Perubahan itu dapat menciptakan tempat berkembang biak yang menguntungkan bagi patogen.

“Biasanya, patogen akan mengalami kesulitan untuk menjajah usus,” kata David. “Ada triliunan bakteri lain yang harus mereka kalahkan untuk bertahan hidup. Tetapi jika kita tiba-tiba mengambil persaingan mikroba untuk sumber daya, kita kehilangan kontrol, dan bakteri jahat yang menyebabkan penyakit jahat seperti C. difficile radang usus besar memiliki jalur yang lebih jelas. ”

David dan timnya sedang menyelidiki bagaimana pilihan makanan kita — termasuk prebiotik dan probiotik — dapat mempertahankan hubungan kita dengan microbiome kita, dan akhirnya, kesehatan kita.

"Selama sejarah evolusi, tubuh kita memiliki kesempatan untuk memikirkan ini semua, dan membangun sistem untuk menjaga mikrobiota di cek," kata Reese. "Tapi sebagai peneliti yang hidup di era modern, saya pikir kita masih mencoba untuk memahami apa hak di antara nilai itu, dan bagaimana membuat kita tetap di sana."

National Science Foundation, Hartwell Foundation, Alfred P. Sloan Foundation, Program Searle Scholars, European Research Council, dan Austrian Science Fund mendukung pekerjaan ini.

Sumber: Duke University

Buku terkait

at Pasar InnerSelf dan Amazon