Tampaknya otak kita secara fisik jauh dari usus kita, tetapi dalam beberapa tahun terakhir, penelitian telah memberikan bukti kuat yang menunjukkan bahwa komunitas besar mikroba yang terkonsentrasi di saluran pencernaan kita menyediakan hubungan antara otak dan usus. Mikrobioma usus memengaruhi fungsi kognitif dan emosi, memengaruhi suasana hati dan masalah kesehatan mental, dan bahkan bagaimana informasi diproses. Tetapi sulit untuk memahami bagaimana mikroflora melakukan ini.
Sampai saat ini, penelitian tentang hubungan antara usus dan otak hanya menunjukkan korelasi antara keadaan mikroflora usus dan proses yang terjadi di otak. Tetapi penemuan baru membantu menciptakan gambaran yang lebih rinci berdasarkan penelitian yang menunjukkan keterlibatan mikrobioma dalam respons stres. Dengan berfokus pada respons seperti perasaan takut, dan khususnya pada bagaimana rasa takut menghilang seiring waktu, para peneliti sekarang memeriksa bagaimana perilaku tikus dengan mikroflora yang berkurang berbeda. Mereka mengidentifikasi perbedaan dalam jaringan saraf, aktivitas otak dan ekspresi gen, dan juga menemukan adanya jendela waktu singkat setelah kelahiran individu, ketika pemulihan mikroflora, yaitu kolonisasi bakteri,masih mampu mencegah timbulnya gangguan perilaku pada orang dewasa. Mereka bahkan mengidentifikasi empat zat spesifik yang dapat berkontribusi pada perubahan ini. Mungkin terlalu dini untuk memprediksi terapi apa yang mungkin ditawarkan setelah kita memahami hubungan antara mikroflora usus dan otak ini, tetapi perbedaan spesifik ini mendukung hipotesis tentang hubungan yang dalam antara kedua sistem.
Menentukan mekanisme interaksi ini dengan otak merupakan tantangan utama dalam penelitian mikrobioma, menurut Christopher Lowry, asisten profesor di Departemen Fisiologi Integratif di Universitas Colorado di Boulder. “Ilmuwan punya beberapa ide menarik,” katanya.
Coco Chu, penulis utama studi dan peneliti baru di Weill Cornell Medicine College, menjadi tertarik pada konsep bahwa mikroorganisme yang hidup di tubuh kita dapat memengaruhi perasaan dan tindakan kita. Beberapa tahun yang lalu, dia memutuskan untuk mempelajari interaksi ini dengan sangat rinci bekerja sama dengan psikiater, ahli mikrobiologi, ahli imunologi dan ilmuwan dari bidang lain.
Para peneliti melakukan latihan klasik untuk mengembangkan keterampilan perilaku dengan tikus, beberapa di antaranya diberi antibiotik untuk secara dramatis mengurangi jumlah mikroflora di tubuh mereka, dan beberapa di antaranya dibesarkan secara terpisah sehingga tidak memiliki mikroflora sama sekali. Semua tikus belajar sama baiknya untuk takut akan suara, diikuti dengan sengatan listrik. Ketika para ilmuwan berhenti menggunakan kejutan listrik pada tikus, tikus biasa secara bertahap belajar untuk tidak takut pada suara. Tetapi pada tikus "steril", di mana jumlah mikroflora berkurang atau tidak ada mikroflora sama sekali, rasa takut tidak hilang - saat mendengar sinyal, mereka, sebagai suatu peraturan, lebih sering jatuh pingsan daripada tikus biasa.
Melihat ke dalam korteks prefrontal medial, wilayah korteks serebral yang memproses respons rasa takut, para peneliti melihat perbedaan yang berbeda pada tikus mikroflora yang berkurang: beberapa aktivitas gen lebih rendah. Sel glial dari spesies yang sama tidak dikembangkan. Yang disebut duri dendritik - tonjolan pada neuron yang terkait dengan proses pemrosesan dan pembelajaran informasi, muncul lebih jarang dan lebih sering menghilang. Tingkat aktivitas saraf yang lebih rendah diamati dalam sel dari satu spesies. Kesannya adalah tikus tanpa mikrobioma yang sehat tidak dapat melupakan rasa takut dan belajar untuk tidak takut. Dan para peneliti dapat melihatnya di tingkat sel.
Para peneliti juga mulai mencari tahu bagaimana keadaan mikroflora usus menyebabkan perubahan ini. Salah satu pilihan yang mungkin adalah mikroba mengirim sinyal ke otak melalui saraf vagus panjang, yang mentransmisikan sinyal sensorik dari saluran pencernaan ke batang otak. Namun setelah saraf vagus dipotong, perilaku tikus tidak berubah. Selain itu, tampaknya flora usus dapat memicu respons imun yang memengaruhi otak. Tetapi jumlah dan persentase sel imun pada semua tikus sama.
Namun, para peneliti menemukan empat jenis zat yang disekresikan oleh mikroorganisme usus yang mempengaruhi koneksi saraf, yang jauh lebih sedikit dalam serum, cairan serebrospinal dan tinja tikus dengan mikroflora yang tidak mencukupi. Beberapa zat ini telah dikaitkan dengan gangguan neurologis pada manusia. Menurut ahli mikrobiologi David Artis, direktur Institute for Inflammatory Bowel Disease Research di Weill Cornell Medicine College dan penulis utama studi tersebut, para ilmuwan yang bekerja di bawah kepemimpinannya telah menyarankan bahwa mikroflora dapat melepaskan zat tertentu dalam jumlah besar, dan beberapa molekul menembus ke dalam otak.
Video promosi:
Minat tumbuh di banyak laboratorium dalam mengidentifikasi zat tertentu yang disekresikan oleh bakteri yang terlibat dalam transmisi sinyal dari sistem saraf, kata Melanie Gareau, asisten profesor di departemen anatomi, fisiologi, dan sitologi di University of California, Davis. Banyak metabolit yang mungkin terlibat dalam proses tersebut dan jalur metabolisme juga terlibat.
Emeran Mayer, seorang profesor kedokteran di University of California, Los Angeles dan direktur Oppenheimer Center for the Neurobiology of Stress and Resilience to Stress, mencatat bahwa temuan penelitian tentang gangguan lain, seperti depresi, juga menunjukkan kaitan dengan zat tertentu yang dilepaskan oleh mikroba. Namun masih belum ada konsensus siapa di antara mereka yang berkontribusi terhadap terjadinya pelanggaran. Dan sementara banyak orang dengan gangguan otak telah mengubah mikroflora usus dengan jelas, seringkali tidak jelas apakah perubahan tersebut merupakan penyebab atau konsekuensi dari penyakit, katanya. Perubahan keadaan mikroflora dapat menyebabkan masalah neurologis, tetapi penyakit juga dapat menyebabkan perubahan keadaan mikrobioma.
Di daerah ini, muncul ketidaksepakatan tidak hanya tentang konsekuensi gangguan mikroflora, tetapi juga tentang mikroflora yang sehat. “Kami telah lama berfokus pada fakta bahwa kami dapat mengidentifikasi jenis bakteri tertentu yang dapat menimbulkan risiko gangguan dan penyakit terkait stres, atau memberikan resistensi terhadapnya, dan mungkin tidak harus berupa mikroba tertentu. Kata Lowry. Bahkan pada orang sehat, mikroflora sangat berbeda. Mikroba tertentu mungkin tidak menjadi masalah jika mikroflora cukup beragam - seperti halnya berbagai jenis hutan yang sehat, satu jenis pohon tertentu mungkin tidak diperlukan.
Namun, studi tentang efek mikroflora pada sistem saraf adalah bidang ilmu baru, dan bahkan ada ketidakpastian tentang apa efek ini. Kesimpulan yang diambil dari hasil percobaan sebelumnya tentang apakah perubahan mikroflora berkontribusi pada fakta bahwa hewan melupakan keterampilan yang dipelajari dan berhenti merasa takut tidak berdasar atau bertentangan. Adapun kesimpulan yang dicapai oleh Coco Chu dan rekan-rekannya sangat penting, karena para ilmuwan dapat memberikan bukti keberadaan mekanisme tertentu yang menyebabkan perilaku yang mereka amati. Penelitian pada hewan seperti itu sangat penting untuk memperkuat hubungan yang jelas antara sistem saraf dan mikroflora usus, bahkan jika mereka tidak ditujukan untuk menemukan cara untuk mengobati manusia, kata Kirsten Tillisch. Profesor Kedokteran di Sekolah Kedokteran David Geffen di Universitas California Los Angeles. “Cara proses 'memproses' emosi, sensasi fisik, dan pengetahuan terjadi di otak manusia sangat berbeda dari yang terjadi pada hewan sehingga sangat sulit untuk diterapkan,” katanya.
Secara teori, keberadaan zat tertentu yang dikeluarkan oleh mikroflora bisa membantu menentukan siapa yang paling rentan terhadap gangguan seperti gangguan stres pascatrauma (PTSD). Eksperimen seperti ini bahkan dapat mengidentifikasi jalur interaksi antara otak dan mikrobioma yang dapat dipengaruhi oleh pengobatan. “Eksperimen dengan tikus ini selalu memberi kami harapan besar bahwa kami mendekati tahap penelitian intervensi,” kata Emeran Meyer, dan melalui penggunaan metode yang tepat, studi ini sering kali menghasilkan hasil yang luar biasa. Tetapi proses yang terjadi di otak tikus tidak sepenuhnya sesuai dengan aktivitas otak manusia. Selain itu, pada manusia dan tikus, proses interaksi antara otak dan mikroflora usus berbeda, dan perbedaan ini diperparah oleh fakta bahwamikroflora usus mereka berbeda karena perbedaan makanan yang dikonsumsi.
Pada manusia, intervensi untuk mengubah mikroflora usus mungkin paling efektif selama masa bayi dan anak usia dini, ketika mikroflora usus masih berkembang dan program awal sedang berlangsung di otak, kata Mayer. Dalam studi terbaru mereka, para peneliti melihat jendela waktu tertentu pada masa bayi, ketika tikus membutuhkan mikroflora umum untuk mengembangkan kemampuan menekan rasa takut di masa dewasa. Tikus yang selama tiga minggu pertama benar-benar diisolasi dari pengaruh mikroba, kemudian ditempatkan pada kondisi di mana mereka bersama dengan tikus yang memiliki mikroflora usus biasa. Tikus "steril" mengambil mikroba dari tikus lain, dan sebagai hasilnya mereka mengembangkan mikroflora yang kaya. Tapi ketika mereka dewasa, dan dengan mereka percobaan yang sama dilakukan pada "menyapih dari rasa takut",hasil mereka masih rendah. Di usia yang baru menginjak beberapa minggu, mereka semua terlalu dini untuk memperoleh keterampilan normal untuk mempelajari cara menekan rasa takut mereka.
Tetapi ketika mikroflora dipulihkan pada tikus yang baru lahir, yang menerima mikrobioma kaya setelah ditempatkan bersama orang tua angkat, tikus tersebut tumbuh dan berperilaku normal. Ternyata dalam beberapa minggu pertama setelah lahir, mikroflora sangat penting - dan pengamatan ini sepenuhnya sesuai dengan konsep yang lebih universal bahwa sirkuit saraf yang mengatur kemampuan untuk mengalami rasa takut sensitif pada usia dini, kata Tillisch.
Kemampuan untuk "menyapih dari rasa takut," yang dipelajari para peneliti, secara evolusioner merupakan keterampilan fundamental, kata Artis. Mengetahui apa yang memicu rasa takut dan kemampuan untuk beradaptasi ketika tidak lagi menjadi ancaman dapat menjadi sangat penting untuk kelangsungan hidup. Kegagalan untuk menekan rasa takut juga terlihat pada orang dengan PTSD dan terkait dengan gangguan otak lainnya, sehingga memperdalam pengetahuan ilmiah tentang mekanisme yang memengaruhi jaringan saraf ini dapat membantu memahami perilaku dasar manusia dan mengatur pilihan pengobatan.
Dalam skala evolusi, flora usus manusia telah berubah seiring dengan pertumbuhan populasi perkotaan, dan kerusakan otak menjadi lebih menonjol. Banyak mikroba yang hidup di dalam diri kita masing-masing telah berevolusi bersama spesies kita, dan sangat penting bagi kita untuk memahami bagaimana mereka memengaruhi kesehatan fisik dan mental, kata Lowry. Melalui mikroflora, lingkungan juga dapat mempengaruhi sistem saraf kita, yang semakin memperumit proses mempelajari kesehatan dan penyakit otak.
Elena Renken
