Bagaimana dan mengapa tubuh kita kelaparan bakteri usus
Apakah bakteri memiliki suplai nutrisi yang tidak terbatas di usus? Di masa lalu, para ilmuwan cenderung percaya bahwa usus adalah semacam surga bagi mikroorganisme ini; tetapi, ternyata, anggapan itu salah - yang merupakan kabar baik bagi kami.
Menurut penelitian terbaru, tubuh kita mungkin menampung lebih banyak bakteri daripada yang kita bayangkan.
Faktanya, setidaknya setengah dari sel-sel dalam tubuh adalah mikroba, dan sejumlah besar dari sel-sel ini mengisi usus kita.
Kami memiliki hubungan simbiosis dengan bakteri kami. Mikroorganisme ini memiliki pengaruh yang kuat terhadap kondisi kesehatan kita secara keseluruhan - baik fisik maupun mental.
Namun, bakteri juga bergantung pada tubuh kita untuk memberi makan, hidup, dan tumbuh, dan ternyata tubuh kita cukup mahir dalam mengendalikan mikroorganisme ini.
Bagaimana ini bisa terjadi? Dengan mengontrol berapa banyak nutrisi yang dapat diakses mikroba. Inilah yang ditemukan oleh studi baru yang dilakukan oleh para ilmuwan dari Fakultas Kedokteran Universitas Duke di Durham, NC.
“Tampaknya ada aturan alami bagi bakteri dan kami. Dengan cara yang tidak mengherankan bahwa kami, tuan rumah, harus memegang lebih banyak kartu, ”kata rekan penulis studi Lawrence A. David, Ph.D.
Hal ini bertentangan dengan gagasan sebelumnya tentang mikrobioma usus manusia, yang memandangnya sebagai lingkungan "di mana terdapat banyak makanan dan sumber daya yang membanjiri, seperti Pabrik Cokelat Willy Wonka", seperti yang dikatakan David.
David dan rekan melaporkan temuan mereka dalam makalah studi yang muncul di jurnal Mikrobiologi Alam.
Usus menguasai bakteri
Premis untuk penelitian ini berasal dari Aspen Reese, yang sekarang berbasis di Universitas Harvard di Cambridge, MA, ketika dia terdaftar sebagai Ph.D. kandidat di Duke University.
Berkat latar belakang ekologi, Reece memikirkan bakteri usus dalam konteks persaingan alam untuk sumber daya. Di hampir semua ekosistem, menurutnya, penghuninya cenderung bersaing memperebutkan sumber daya yang terbatas.
Jadi, dia bertanya-tanya apakah itu mungkin sama untuk penghuni usus mikroba. Bakteri di perairan, ia beralasan lebih lanjut, dibatasi oleh akses terbatas ke nutrisi seperti nitrogen atau fosfor. Mungkinkah nitrogen tersedia dalam jumlah terbatas di usus juga?
Untuk menemukan jawaban atas pertanyaan ini, Reese dan rekannya mempelajari sampel tinja yang mereka kumpulkan dari banyak hewan dan manusia. Mereka mempelajari kotoran zebra, jerapah, gajah, domba, dan kuda, untuk menyebutkan beberapa. Sampel feses manusia berasal dari sukarelawan yang berbasis di North Carolina.
Hasil analisis Reese dan rekannya mengungkapkan bahwa bakteri berada dalam ikatan pendek di usus manusia: mereka memiliki akses ke sekitar 1 atom nitrogen per setiap 10 atom karbon. Ini jauh lebih sedikit daripada yang didapat mikroba yang hidup bebas: rata-rata 1 atom nitrogen untuk setiap 4 atom karbon.
Untuk memastikan bahwa tingkat nitrogen yang terbatas di lingkungan memang mengendalikan "kebebasan" bakteri, para peneliti melakukan percobaan pada tikus. Mereka memberi makan tikus makanan tinggi protein, karena ini memiliki tingkat nitrogen yang tinggi.
Semakin banyak protein yang diberikan para peneliti kepada tikus, semakin banyak jumlah bakteri usus yang meningkat. Selain itu, ketika Reese menyuntik hewan dengan nitrogen, dia melihat bahwa bagian dari nitrogen mencapai bakteri usus.
Ini, jelasnya, menunjukkan bahwa mamalia inang dapat mengeluarkan nitrogen melalui sel yang melapisi ususnya untuk memberi makan bakteri.
“Temuan kami,” kata David, “mendukung gagasan bahwa kami telah mengembangkan cara untuk menjaga bakteri kami tetap terikat dengan membiarkan mereka kelaparan nitrogen.”
Menciptakan keseimbangan yang rumit
David menjelaskan bahwa ini “juga menjelaskan mengapa pola makan Barat mungkin buruk bagi kita. Ketika orang makan terlalu banyak protein, kemampuan inang untuk mengambil nitrogen di usus kecil berkurang, dan lebih banyak dari itu akhirnya masuk ke usus besar, menghilangkan kemampuan kita untuk mengontrol komunitas mikroba kita. "
“Mungkin lebih mudah,” kata Reese, “untuk membayangkan bahwa usus kurang 'merah pada gigi dan cakar' dibandingkan bagian lain dari alam, karena mikrobiota dapat sangat bermanfaat bagi manusia," mengomentari gagasan sebelumnya yang menunjukkan bahwa usus adalah surga bagi bakteri.
“Tetapi bakteri adalah organisme individu, hanya mencoba bertahan - dan hanya ada begitu banyak makanan untuk dibagikan,” catatnya.
Namun, para ilmuwan juga menyelidiki bahaya mencoba mengendalikan bakteri dengan melawan mereka dengan antibiotik. Untuk melakukannya, mereka kembali melakukan percobaan pada tikus, yang hasilnya mereka terbitkan di jurnal eLife awal tahun ini.
Sebagai bagian dari penelitian itu, para ilmuwan memberikan antibiotik kepada 10 tikus selama 5 hari, dan mereka mengumpulkan sampel tinja - yang mereka analisis - setiap hari dari hewan tersebut.
Eksperimen ini menunjukkan bahwa, dengan tidak adanya bakteri untuk "memakan" mereka, zat seperti nitrat atau sulfat terakumulasi secara berlebihan di dalam usus.
Ketika mereka berhenti memberi makan antibiotik tikus, usus mereka mengembalikan keseimbangan mikroba; meskipun, Reese menjelaskan, "Kami tidak benar-benar tahu berapa jumlah bakteri yang 'tepat' untuk dimiliki di usus.”
“Jelas nol terlalu sedikit, dan penuh dengan bakteri saja akan terlalu banyak,” lanjutnya. Selain itu, meskipun tikus mungkin dapat pulih dengan cukup mudah bahkan setelah terpapar secara agresif dengan obat penghapus bakteri, itu tidak sama untuk manusia, jelas David.
Pentingnya persaingan
Itu karena, sebagian, hewan pengerat memperoleh kembali bakteri tertentu dengan memakan kotoran satu sama lain. David mencatat, "Orang mungkin tidak ingin melakukan itu."
Ketika mikrobioma seseorang tidak stabil, ini sebenarnya dapat memungkinkan patogen untuk bertahan lebih mudah, para peneliti mengingatkan.
“Biasanya, patogen akan kesulitan menjajah usus. Ada triliunan bakteri lain yang harus mereka kalahkan untuk bertahan hidup. Tetapi jika kita tiba-tiba menyingkirkan persaingan mikroba untuk mendapatkan sumber daya, kita kehilangan kendali, dan bakteri jahat yang menyebabkan penyakit parah […] memiliki jalur yang lebih jelas. ”
Lawrence A David, Ph.D.
Mungkin ada cara untuk membantu menjaga keseimbangan bakteri yang rapuh, catat para penulis. Saat ini, tim sedang mempelajari bagaimana diet - terutama keberadaan prebiotik dan probiotik - dapat berkontribusi pada kesehatan usus.
“Selama sejarah evolusi, tubuh kita memiliki kesempatan untuk memikirkan ini semua, dan membangun sistem untuk menjaga mikrobiota tetap terkendali,” kata Reese.
“Tapi sebagai peneliti yang hidup di era modern, saya pikir kita masih mencoba untuk memahami apa yang tepat di antara nilai itu, dan bagaimana agar kita tetap di sana,” tambahnya.
