Daftar Isi:

Triliun mikroba dalam diri seseorang menentukan esensi kita
Triliun mikroba dalam diri seseorang menentukan esensi kita

Video: Triliun mikroba dalam diri seseorang menentukan esensi kita

Video: Triliun mikroba dalam diri seseorang menentukan esensi kita
Video: SADIS BANGET.!! Inilah Ilmuwan Paling Jahat yang Pernah Melakukan Eksperimen Tergila ke Manusia! 2024, Maret
Anonim

Semakin banyak ilmuwan mempelajari mikroba yang hidup dalam tubuh manusia, semakin mereka belajar tentang pengaruh kuat remah-remah ini terhadap penampilan, perilaku, bahkan cara berpikir dan perasaan kita.

Apakah virus, bakteri, jamur uniseluler dan organisme lain yang hidup di paru-paru dan usus, kulit dan bola mata benar-benar bergantung pada kesehatan dan kesejahteraan kita? Bukankah terlalu aneh untuk percaya bahwa makhluk mikroskopis yang kita bawa dalam diri kita sendiri dan pada diri kita sendiri, dalam banyak hal menentukan esensi kita?

Pengaruh mikrobioma - ini adalah nama kebun binatang mini ini - mungkin sudah mendasar pada tahap awal pengembangan.

Salah satu penelitian, yang hasilnya diterbitkan tahun lalu, menunjukkan bahwa bahkan kualitas bawaan seperti temperamen bayi dapat bergantung pada apakah sebagian besar bakteri di ususnya termasuk dalam genus yang sama: semakin banyak bifidobacteria, semakin ceria anak..

Kesimpulan yang dicapai oleh Anna-Katariina Aatsinki dan rekan-rekannya di Universitas Turku di Finlandia didasarkan pada analisis sampel tinja dari 301 bayi. Anak-anak yang memiliki lebih banyak bifidobacteria pada dua bulan lebih cenderung menunjukkan "emosi positif," seperti yang ditentukan para peneliti, pada enam bulan.

Studi tentang mikrobioma dimulai relatif baru-baru ini - sebenarnya, hanya 15 tahun yang lalu. Ini berarti bahwa sebagian besar penelitian yang dilakukan hingga saat ini bersifat pendahuluan dan cakupannya sederhana, hanya melibatkan lusinan tikus atau manusia. Para ilmuwan telah menemukan hubungan yang pasti antara keadaan mikrobioma dan berbagai penyakit, tetapi belum dapat mengidentifikasi hubungan sebab-akibat yang jelas antara penghuni tertentu dari "dunia batin" padat penduduk dan kesehatannya.

Bahkan jumlah penghuni ini luar biasa: hari ini diyakini bahwa sekitar 38 triliun (1012) mikroba hidup di tubuh seorang pemuda biasa - ini bahkan lebih dari sel manusia mereka sendiri. Jika kita belajar memahami cara membuang kekayaan ini - milik kita sendiri, prospek yang menarik akan terbuka di hadapan kita.

Menurut orang-orang yang optimis, dalam waktu dekat akan menjadi umum untuk menyuntikkan seseorang dengan kompleks mikroba yang sehat dalam bentuk prebiotik (senyawa yang bertindak sebagai substrat tempat bakteri menguntungkan dapat berkembang biak), probiotik (bakteri ini sendiri) atau melalui feses. transplantasi (transplantasi mikrobioma usus yang kaya dari donor) - sehingga dia bisa merasa sehat.

Ketika orang berbicara tentang mikrobioma, mereka terutama berarti penghuni saluran pencernaan, yang merupakan 90 persen dari mikroorganisme kita. Namun, organ lain penuh dengan kehidupan: mikroba mengisi setiap bagian tubuh yang berhubungan dengan dunia luar: mata, telinga, hidung, mulut, anus, sistem genitourinari. Selain itu, kuman ada di setiap bagian kulit, terutama di ketiak, perineum, di antara jari kaki dan di pusar.

Dan inilah yang benar-benar menakjubkan: masing-masing dari kita memiliki kumpulan mikroba unik yang tidak dimiliki orang lain. Hari ini, menurut Rob Knight dari Pusat Inovasi Mikrobioma di Universitas California (San Diego), sudah dapat dikatakan bahwa kemungkinan dua orang dengan kumpulan spesies yang sama dalam mikrobioma mendekati nol. Keunikan mikrobioma dapat dimanfaatkan dalam forensik, kata Knight. "Siapa pun yang menyentuh suatu objek dilacak oleh 'sidik jari' mikrobioma yang tertinggal di kulit seseorang," jelasnya. Nah, suatu hari nanti, penyelidik, mencari bukti, akan mulai mengumpulkan sampel mikroba yang hidup di kulit, seperti yang mereka lakukan hari ini untuk sidik jari.

Dalam artikel ini, kami akan membagikan beberapa penemuan penting yang dibuat oleh para ilmuwan yang telah mempelajari mikrobioma dan bagaimana pengaruhnya terhadap kita sejak bayi hingga usia tua.

Masa bayi

Janin dalam kandungan praktis steril. Meremas melalui jalan lahir, ia bertemu segudang bakteri. Selama persalinan normal, bayi "dicuci" oleh mikroba yang hidup di dalam vagina; di samping itu, bakteri usus ibu mendapatkannya. Mikroba ini segera mulai menghuni ususnya sendiri, memasuki semacam komunikasi dengan sistem kekebalan yang sedang berkembang. Jadi sudah pada tahap awal keberadaannya, mikrobioma mempersiapkan sistem kekebalan agar berfungsi dengan baik di masa depan.

Jika bayi lahir melalui operasi caesar, tidak ada kontak dengan bakteri ibu, dan mikroorganisme lain menjajah ususnya - dari kulit ibu dan dari ASI, dari tangan perawat, bahkan dari linen rumah sakit. Mikrobioma asing semacam itu dapat memperumit seluruh kehidupan masa depan seseorang.

Pada tahun 2018, Paul Wilms dari Center for Systems Medicine di University of Luxembourg menerbitkan hasil penelitian terhadap 13 bayi yang lahir secara alami dan 18 bayi yang lahir melalui pembedahan. Wilms dan rekan menganalisis tinja bayi yang baru lahir dan ibu mereka, serta usap vagina wanita dalam persalinan. Operasi caesar memiliki lebih sedikit bakteri yang memproduksi lipopolisakarida dan dengan demikian merangsang perkembangan sistem kekebalan tubuh. Ada beberapa mikroba yang tersisa setidaknya lima hari setelah kelahiran - ini, menurut Wilms, cukup untuk menyebabkan konsekuensi jangka panjang untuk kekebalan.

Setelah beberapa waktu, biasanya pada ulang tahun pertama, mikrobioma anak-anak di kedua kelompok memperoleh kesamaan. Namun, menurut Wilms, perbedaan yang diamati pada hari-hari awal kehidupan berarti bahwa dalam tubuh bayi yang lahir melalui operasi caesar, imunisasi primer mungkin tidak lulus, di mana sel-sel kekebalan belajar untuk merespon dengan benar terhadap pengaruh eksternal. Ini mungkin menjelaskan mengapa anak-anak ini lebih mungkin mengembangkan berbagai masalah yang berkaitan dengan fungsi sistem kekebalan, termasuk alergi, peradangan, dan obesitas. Menurut Wilms, di masa depan, mungkin, "Operasi caesar" akan diberikan probiotik, dibuat berdasarkan strain bakteri ibu, untuk mengisi sistem pencernaan mereka dengan mikroba yang bermanfaat.

Masa kanak-kanak

Alergi makanan telah menjadi begitu umum sehingga beberapa sekolah telah memberlakukan pembatasan makanan yang dapat dibawa anak-anak dari rumah (misalnya, mereka tidak diperbolehkan membawa selai kacang atau sandwich selai) sehingga beberapa teman sekelas tidak mengembangkan reaksi alergi. Di Amerika Serikat, 5,6 juta anak menderita alergi makanan, yaitu, setidaknya ada dua hingga tiga anak seperti itu di setiap kelas.

Berbagai alasan disebutkan yang dapat menyebabkan penyebaran alergi, termasuk peningkatan jumlah bayi yang lahir melalui operasi caesar, dan penggunaan antibiotik yang berlebihan yang dapat menghancurkan bakteri yang melindungi kita. Katherine Nagler dan rekan-rekannya di University of Chicago memutuskan untuk menguji apakah penyebaran alergi makanan di antara anak-anak terkait dengan komposisi mikrobioma mereka. Tahun lalu, mereka menerbitkan hasil penelitian yang melibatkan delapan anak berusia enam bulan, setengahnya alergi terhadap susu sapi. Ternyata mikrobioma dari perwakilan kedua kelompok sangat berbeda: di usus bayi yang sehat ada bakteri yang khas untuk anak-anak yang berkembang dengan baik seusia mereka, dan bakteri yang lebih khas orang dewasa ditemukan pada mereka yang menderita penyakit sapi. alergi susu.

Pada anak-anak yang alergi, kata Nagler, transisi yang biasanya lambat dari mikrobioma masa kanak-kanak ke dewasa "terjadi pada tingkat yang tidak normal."

Nagler dan rekan-rekannya mentransplantasikan (menggunakan transplantasi tinja) bakteri usus bayi "mereka" ke tikus, yang lahir melalui operasi caesar dan dibesarkan dalam kondisi steril, yaitu, benar-benar bebas dari mikroba. Ternyata hanya tikus yang ditransplantasikan dari bayi sehat yang tidak menunjukkan reaksi alergi terhadap susu sapi. Yang lain, seperti donor mereka, menjadi alergi.

Studi lebih lanjut menunjukkan bahwa peran utama dalam perlindungan kelompok pertama tikus, tampaknya, dimainkan oleh bakteri dari satu spesies, yang hanya ditemukan pada anak-anak: Anaerostipes caccae dari kelompok Clostridia. Clostridia juga mencegah alergi kacang, Nagler dan rekan-rekannya menemukan dalam satu penelitian.

Image
Image

Nagler, presiden dan salah satu pendiri perusahaan rintisan farmasi yang berbasis di Chicago, ClostraBio, berharap untuk menguji potensi terapeutik Anaerostipes caccae pada tikus laboratorium dan kemudian pada orang yang alergi. Tugas pertama adalah menemukan tempat di usus di mana sekelompok bakteri menguntungkan bisa mendarat. Bahkan dalam mikrobioma yang tidak sehat, kata Nagler, semua relung sudah terisi; sehingga agar Clostridia berakar di tempat baru, Anda harus mengusir penghuni sebelumnya. Oleh karena itu, ClostraBio telah menciptakan obat yang membersihkan ceruk tertentu di mikrobioma. Nagler dan rekan-rekannya "meresepkannya" untuk tikus, dan kemudian menyuntikkan mereka dengan beberapa jenis Clostridia, serta serat makanan yang mempromosikan reproduksi mikroba. Nagler berharap untuk memulai uji klinis Clostridia pada manusia dalam dua tahun ke depan, dan akhirnya membuat obat untuk anak-anak dengan alergi makanan.

Mikroba usus juga dapat dikaitkan dengan penyakit lain pada anak-anak, termasuk diabetes tipe I. Di Australia, para ilmuwan menganalisis sampel tinja dari 93 anak-anak yang kerabatnya menderita diabetes, dan menemukan bahwa mereka yang kemudian mengembangkan penyakit itu memiliki peningkatan kadar enterovirus A dalam tinja mereka. Namun, salah satu peneliti, W. Ian Lipkin dari Meilmanovskaya School of Public Health di Columbia University, memperingatkan rekan-rekannya agar tidak melompat ke kesimpulan bahwa penyebab penyakit tertentu semata-mata disebabkan oleh perbedaan mikrobioma. "Yang kami tahu pasti," katanya, "adalah bahwa mikroba tertentu entah bagaimana terkait dengan penyakit tertentu."

Namun, Lipkin tetap antusias dengan masa depan ilmu mikrobioma. Menurut ramalannya, selama lima puluh tahun ke depan, para ilmuwan akan mengungkapkan mekanisme efek mikrobioma pada tubuh dan memulai uji klinis pada manusia untuk menunjukkan bagaimana kesehatan dapat ditingkatkan dengan "mengedit" mikrobioma.

Anak muda

Banyak remaja memiliki kecenderungan untuk berjerawat - dan tampaknya ada fenomena yang disebut "mikrobioma sebaceous." Kulit pria sangat ramah terhadap dua jenis bakteri Cutibacterium acnes yang terkait dengan jerawat. Kebanyakan strain bakteri ini aman atau bahkan menguntungkan karena menghambat pertumbuhan mikroba patogen; sebenarnya, bakteri ini merupakan komponen utama dari mikrobioma wajah dan leher normal.

Namun, strain yang buruk dapat melakukan banyak kerusakan: kehadirannya, menurut Amanda Nelson, seorang dokter kulit di University of Pennsylvania College of Medicine, adalah salah satu prasyarat untuk pengembangan peradangan. Di antara alasan lain untuk perkembangan penyakit ini, para ilmuwan menyebut sebum (diproduksi oleh kelenjar sebaceous untuk melembabkan kulit), yang berfungsi sebagai tempat berkembang biaknya C. acnes, folikel rambut dan kecenderungan peradangan. Semuanya bekerja sama, dan menurut Nelson, kita belum tahu mana yang lebih penting.

Para peneliti di Fakultas Kedokteran Universitas Washington memeriksa mikrobioma kelenjar sebaceous dan menemukan bahwa satu-satunya pengobatan jerawat yang tahan lama, isotretinoin (dikenal dengan berbagai nama dagang), bekerja sebagian dengan mengubah mikrobioma kulit, meningkatkan keragaman keseluruhan mikroba, di antaranya lebih sulit bagi galur berbahaya untuk berakar.

Sekarang para ilmuwan telah mengetahui bahwa isotretinoin bekerja dengan mengubah komposisi mikrobioma, mereka mungkin mencoba membuat obat lain dengan efek yang sama, tetapi semoga lebih aman - bagaimanapun, isotretinoin dapat menyebabkan cacat lahir pada anak-anak jika ibu meminum obat tersebut selama kehamilan. selama masa kehamilan.

Kematangan

Bagaimana jika Anda dapat melakukan lebih banyak dengan latihan Anda hanya dengan meminjam mikroba usus seorang atlet? Pertanyaan ini diajukan oleh para ilmuwan dari Universitas Harvard. Selama dua minggu, mereka mengumpulkan sampel tinja setiap hari dari 15 pelari yang ikut serta dalam Marathon Boston 2015 - dimulai seminggu sebelum perlombaan dan selesai seminggu kemudian - dan membandingkannya dengan sampel tinja yang dikumpulkan dari sepuluh orang dalam kelompok kontrol juga lebih dari dua orang. minggu. tidak berjalan. Para peneliti menemukan bahwa beberapa hari setelah maraton, sampel yang diambil dari pelari mengandung lebih banyak bakteri Veillonella atypica dibandingkan dengan kelompok kontrol.

“Penemuan ini menjelaskan banyak hal, karena Veilonella memiliki metabolisme yang unik: sumber energi favoritnya adalah laktat, garam dari asam laktat,” kata Aleksandar Kostić dari Joslin Diabetes Research Center dan Harvard Medical School. "Dan kami berpikir: mungkin Veilonella menguraikan laktat otot di tubuh atlet?" Dan, jika memang demikian, apakah mungkin, dengan memperkenalkan ketegangannya kepada orang-orang yang jauh dari olahraga profesional, untuk meningkatkan daya tahan mereka?

Kemudian para ilmuwan menangani tikus laboratorium: Veilonella, diisolasi dari kotoran salah satu pelari, disuntikkan ke 16 tikus dengan mikrobioma normal yang diuji untuk patogen. Subyek kemudian ditempatkan di atas treadmill dan dipaksa untuk berlari sampai kelelahan. Hal yang sama dilakukan dengan 16 tikus kontrol; hanya mereka yang disuntik dengan bakteri yang tidak mengkonsumsi laktat. Ternyata, tikus yang "terinfeksi" Veilonella berlari lebih lama daripada hewan kontrol, yang berarti, para peneliti percaya, mikrobioma dapat memainkan peran penting dalam mempertahankan kinerja.

Menurut Kostich, eksperimen ini adalah "contoh luar biasa dari apa yang diberikan simbiosis kepada kita." Veilonella tumbuh subur ketika seseorang, pembawanya, sebagai akibat dari aktivitas fisik menghasilkan laktat, yang dia makan, dan, pada gilirannya, menguntungkan orang tersebut dengan mengubah laktat menjadi propionat, yang mempengaruhi kinerja inang, karena, antara lain, meningkatkan frekuensi kontraksi jantung dan meningkatkan metabolisme oksigen, dan juga, mungkin, mencegah perkembangan peradangan pada otot.

"Hubungan semacam ini tampaknya mendasari sebagian besar interaksi antara manusia dan mikrobioma," jelas Kostich. “Pada akhirnya, hubungan di antara mereka sangat saling menguntungkan.”

Mikrobioma mungkin juga bertanggung jawab atas sifat manusia yang kurang menyenangkan, termasuk kondisi mental seperti kecemasan dan depresi. Pada tahun 2016, para ilmuwan dari Universitas Nasional Irlandia di Cork menerbitkan hasil studi tentang pengaruh mikrobioma terhadap perkembangan depresi. Para peneliti membagi 28 tikus laboratorium menjadi dua kelompok. Kelompok eksperimen menerima transplantasi mikroflora usus dari tiga pria yang menderita depresi berat, dan kelompok kontrol - dari tiga pria sehat.

Ternyata mikrobioma usus orang yang menderita depresi jatuh ke dalam depresi dan tikus. Dibandingkan dengan hewan kontrol, mereka menunjukkan hilangnya minat pada aktivitas yang mendatangkan kesenangan (pada tikus hal ini ditentukan oleh seberapa sering mereka ingin minum air manis), dan peningkatan kecemasan, yang diekspresikan dalam keinginan mereka untuk menghindari area laboratorium yang terbuka atau tidak dikenal. labirin.

Mengingat perbedaan besar antara tikus dan manusia, para peneliti mencatat penelitian mereka memberikan bukti baru bahwa mikrobioma usus mungkin berperan dalam depresi. Cepat atau lambat, kata mereka, akan tiba saatnya depresi dan gangguan serupa lainnya akan dilawan, termasuk dengan menargetkan bakteri tertentu dalam tubuh manusia.

Image
Image

Usia tua

Mikrobioma bersifat ulet dan cair pada saat yang bersamaan. Struktur uniknya sebagian besar terbentuk pada usia empat tahun, dan hanya faktor yang sangat signifikan yang benar-benar dapat memengaruhinya - misalnya, perubahan pola makan, intensitas aktivitas fisik atau waktu yang dihabiskan di luar ruangan, pindah ke tempat tinggal baru, penggunaan antibiotik dan beberapa obat lain. Namun, dalam arti tertentu, mikrobioma terus berubah, berubah secara halus setiap kali makan. Pada orang dewasa, perubahan ini sangat dapat diprediksi sehingga usia Anda dapat ditentukan secara kasar hanya dengan membiasakan diri Anda dengan kumpulan bakteri yang hidup di usus.

Teknik ini, yang dikenal sebagai "menentukan usia dengan jam mikrobioma penuaan", membutuhkan bantuan kecerdasan buatan, seperti dalam eksperimen yang baru-baru ini dilakukan oleh perusahaan rintisan Insilico Medicine yang berbasis di Hong Kong. Para ilmuwan telah mengumpulkan informasi tentang mikrobioma dari 1165 orang dari Eropa, Asia dan Amerika Utara. Sepertiga dari mereka berusia 20-30 tahun, sepertiga lainnya - 40-50, dan yang terakhir - 60-90 tahun.

Para ilmuwan, dengan menandai usia pembawa mereka, menggunakan data pada 90 persen mikrobioma untuk "interpretasi komputer", dan kemudian menerapkan pola yang diidentifikasi oleh kecerdasan buatan ke mikrobioma dari sepuluh persen orang yang usianya tidak ditandai. Dimungkinkan untuk menetapkan usia mereka dengan kesalahan hanya empat tahun.

Apa artinya "mengedit" mikrobioma Anda dan hidup dalam damai? Sayangnya, bahkan penggemar ilmu mikrobioma terbesar mengatakan bahwa sulit untuk menarik kesimpulan yang akurat tentang hubungan antara mikrobioma dan kesehatan manusia sejauh ini, dan bersikeras bahwa perhatian besar harus diberikan dalam transisi ke pengobatan dengan cangkok bakteri.

Banyak yang sekarang mengoceh tentang potensi mikrobiota untuk digunakan sebagai obat, kata Paul Wilms dari University of Luxembourg, mencatat bahwa perusahaan farmasi sedang mengembangkan probiotik baru untuk menyeimbangkan mikrobioma.

“Sebelum kita benar-benar dapat melakukannya dengan benar dan cerdas,” kata Wilms, “kita perlu memahami secara rinci apa itu mikrobioma yang sehat dan bagaimana pengaruhnya terhadap tubuh manusia. Saya pikir kami masih sangat jauh dari itu."

Mikroba di dalam diri kita

  • usus besar - 38 triliun
  • plakat - 1 triliun
  • kulit - 180 miliar
  • air liur - 100 miliar
  • usus kecil - 40 miliar
  • perut - 9 juta

Lihat mikrobioma

Semua gambar dalam artikel ini diambil oleh Martin Eggerly menggunakan mikroskop elektron pemindaian: sampel dikeringkan, atom emas disemprotkan padanya dan ditempatkan di ruang vakum. Panjang gelombang berkas elektron mikroskop lebih pendek dari cahaya tampak, sehingga berkas "menyoroti" objek terkecil, tetapi di luar spektrum warna. Mikroba yang diwarnai dengan telur, yang warnanya diketahui, dalam warna-warna ini, dalam kasus lain ia memilih gamut yang berbeda sehingga mikroba dan ciri khasnya dapat dibedakan.

Direkomendasikan: