Sebuah penelitian terhadap tikus yang menyelidiki makanan terapeutik untuk anak-anak yang kekurangan gizi mengungkap beragam fungsi enzim bakteri usus yang baru diidentifikasi.
Untuk memerangi kekurangan gizi pada masa kanak-kanak, yang mempengaruhi 200 juta anak di seluruh dunia, para peneliti di Fakultas Kedokteran Universitas Washington di St. Louis telah mengembangkan makanan terapeutik yang dirancang untuk memberi nutrisi pada mikroba usus yang bermanfaat dan meningkatkan pertumbuhan dan kesehatan anak-anak secara keseluruhan. Untuk mengungkap cara kerja terapi makanan ini, tim yang dipimpin oleh dokter-ilmuwan Jeffrey I. Gordon, MD, fokus mempelajari respons mikrobioma usus anak-anak terhadap pengobatan tersebut.
Dalam studi terbaru mereka, para peneliti menemukan potensi dampak jangka panjang dari bakteri usus tertentu yang dikaitkan dengan pertumbuhan yang lebih baik pada anak-anak Bangladesh yang menerima makanan terapeutik yang dirancang untuk memelihara mikroba usus yang sehat. Makanan terapeutik yang diarahkan mikrobiota ini disebut MDCF-2. Strain bakteri yang tersimpan dalam komunitas mikroba usus anak-anak memiliki gen yang sebelumnya tidak diketahui yang mampu memproduksi dan memetabolisme molekul kunci yang terlibat dalam mengatur banyak fungsi penting mulai dari nafsu makan, respon imun, fungsi saraf, dan kemampuan bakteri patogen untuk menghasilkan penyakit.
ADVERTISEMENT
SCROLL TO RESUME CONTENT
Hasilnya dipublikasikan pada 25 Oktober di jurnal Sains.
“Saat kami menerapkan terapi baru untuk mengatasi kekurangan gizi pada masa kanak-kanak dengan memperbaiki mikrobioma usus mereka, kami memiliki kesempatan untuk mempelajari cara kerja mitra mikroba kami,” kata Gordon, Profesor Universitas Terhormat Dr. Robert J. Glaser dan direktur Keluarga Edison. Pusat Ilmu Genom & Biologi Sistem di WashU Medicine. “Kami menemukan bagaimana mikroba usus mempengaruhi berbagai aspek fisiologi kita. Studi ini menunjukkan bahwa mikroba usus adalah ahli biokimia yang memiliki kemampuan metabolisme yang tidak kita sadari.”
Pemahaman yang lebih baik tentang dampak mikroba usus terhadap tubuh kita dapat mengarah pada strategi baru untuk menjaga kesehatan manusia dan membantu memandu pengembangan terapi untuk berbagai macam penyakit selain malnutrisi, menurut para peneliti.
Temuan Kunci Dari Uji Klinis
Dalam dua uji klinis terkontrol secara acak mengenai makanan terapeutik pada anak-anak Bangladesh yang kekurangan gizi, para peneliti mengidentifikasi kumpulan mikroba yang kelimpahan dan fungsinya berkorelasi dengan peningkatan pertumbuhan peserta penelitian. Salah satu organisme bermanfaat ini adalah bakteri yang disebut Faecalibacterium prausnitzii.
Rekan penulis pertama makalah ini — Jiye Cheng, PhD, asisten profesor patologi & imunologi, dan Sid Venkatesh, PhD, mantan peneliti pascadoktoral di laboratorium Gordon yang kini bekerja di tim Universitas Washington — mempelajari tikus yang lahir dalam kondisi steril dan kemudian dikolonisasi dengan komunitas mikroba tertentu yang dikultur dari mikrobioma anak-anak Bangladesh. Mereka menemukan bahwa kadar dua molekul yang disebut oleoyletanolamide (OEA) dan palmitoyletanolamide (PEA) jauh lebih rendah di usus hewan yang telah dikolonisasi dengan komunitas mikroba yang mengandung strain spesifik virus. F.prausnitziidibandingkan dengan hewan yang tidak memiliki strain ini. Hal ini penting mengingat OEA dan PEA adalah molekul pemberi sinyal lipid alami yang diketahui memainkan peran penting dalam mengatur peradangan, metabolisme, dan nafsu makan.
Tim Gordon menggunakan serangkaian alat bioinformatika dan biokimia untuk mengidentifikasi enzim – lemak asam amide hydrolase (FAAH) — yang diproduksi oleh strain bakteri dan bertanggung jawab untuk menurunkan OEA dan PEA. FAAH versi manusia dikenal luas karena kemampuannya untuk memecah jenis neurotransmiter tertentu yang disebut endocannabinoid, dan dengan demikian, mengatur aspek fisiologi manusia di seluruh tubuh. Faktanya, enzim versi manusia ini menjadi target sejumlah obat yang sedang diteliti karena berperan dalam nyeri kronis, kecemasan, suasana hati, dan kondisi neurologis lainnya.
Cheng dan Venkatesh mencatat bahwa penemuan tersebut F.prausnitzii Enzim FAAH merupakan contoh pertama dari enzim mikroba jenis ini dan mengungkapkan peran mikroba dalam mengatur kadar molekul penting yang disebut N-acylethanolamides, termasuk OEA dan PEA, di usus.
Implikasi terhadap Pengobatan Malnutrisi
Analisis sampel tinja anak-anak kekurangan gizi yang dikumpulkan dalam uji klinis makanan terapeutik mengungkapkan bahwa perlakuan makanan menyebabkan penurunan tingkat OEA sekaligus meningkatkan kelimpahan makanan. F.prausnitzii dan ekspresi enzimnya. Hasil ini menunjukkan bahwa enzim bakteri usus ini dapat mengurangi OEA usus – senyawa penekan nafsu makan – yang diinginkan pada anak-anak dengan malnutrisi.
Selain memberikan wawasan baru mengenai efek menguntungkan dari makanan terapeutik, makalah ini menjelaskan bagaimana enzim bakteri memiliki kemampuan yang jauh lebih luas dibandingkan FAAH manusia. Ini termasuk kemampuan unik untuk mensintesis lipid yang dimodifikasi asam aminotermasuk sejumlah molekul baru yang menurut tim berfungsi sebagai modulator reseptor manusia yang terlibat dalam penginderaan lingkungan eksternal sel, serta berfungsi sebagai pengatur respons imun di usus.
Selain mensintesis pengatur penting fungsi sel, enzim bakteri dapat mengontrol kadar molekul pemberi sinyal yang mengandung lipid lainnya termasuk neurotransmitter yang terlibat dalam komunikasi antar neuron, dan apa yang disebut molekul penginderaan kuorum yang digunakan oleh bakteri patogen untuk mengoordinasikan infeksi dan mengganggu. respon imun tuan rumah.
“Struktur enzim FAAH manusia dan bakteri sangat berbeda; obat yang diteliti yang menghambat enzim manusia ternyata tidak mempengaruhi enzim bakteri,” kata Gordon. “Hal ini membuka pintu untuk mengembangkan terapi baru untuk secara selektif memanipulasi aktivitas dan produk yang dihasilkan oleh enzim bakteri. Ini adalah contoh bagaimana mikroba telah mengembangkan fungsi yang tidak dikodekan dalam genom manusia, namun tetap penting untuk fungsi normal tubuh manusia. Kami sekarang tahu bahwa kami memiliki dua versi berbeda dari enzim ini di dua lokasi berbeda – sel manusia dan mikrobioma usus kami.”
Gordon dan rekannya, Michael Barratt, PhD, seorang profesor patologi & imunologi dan salah satu penulis makalah tersebut, menyoroti bahwa identifikasi enzim bakteri usus ini menawarkan peluang baru untuk menyelidiki efek menguntungkan dari pengobatan makanan terapeutik. Barratt juga mencatat bahwa selain memproses komponen makanan normal, enzim seperti ini di usus dapat membantu menjelaskan perbedaan respons yang terlihat antara individu terhadap obat-obatan tertentu yang diberikan secara oral.
“Sungguh menakjubkan seberapa besar kemampuan versi mikroba dari enzim ini,” kata Gordon. “Dalam penelitian kami di masa depan, kami tertarik untuk menyelidiki apakah sepupu enzim ini yang mungkin dikodekan dalam genom bakteri lain dapat melengkapi FAAH atau melakukan aktivitas yang sama sekali berbeda. Organisme ini adalah ahli kimia ulung, dan kami baru mulai mengeksplorasi apa yang dapat mereka lakukan.”
Referensi: “Usus manusia Faecalibacterium prausnitzii asam lemak amide hidrolase” oleh Jiye Cheng, Siddarth Venkatesh, Ke Ke, Michael J. Barratt dan Jeffrey I. Gordon, 25 Oktober 2024, Sains.
DOI: 10.1126/science.ado6828
Pekerjaan ini didanai oleh Institut Kesehatan Nasional (NIH), nomor hibah DK30292. Konten tersebut sepenuhnya merupakan tanggung jawab penulis dan tidak mewakili pandangan NIH.
Cheng, Venkatesh, Barratt dan Gordon adalah penemu aplikasi pasien yang diajukan oleh Universitas Washington di St. Louis yang mencakup aplikasi terapeutik dari F.prausnitzii FAAH.
RakyatPos.ID Network
