Peneliti menggunakan pembelajaran mesin menemukan bahwa variasi jumlah mikroba di usus, yang dipengaruhi oleh usia, jenis kelamin, pola makan, dan banyak lagi, memainkan peran penting dalam keberadaan bakteri terkait penyakit.
Wawasan baru ini menantang keyakinan konvensional bahwa mikroba tertentu secara langsung menyebabkan penyakit seperti IBD atau kanker kolorektal. Sebaliknya, gejala seperti diare dan sembelit lebih terkait erat dengan perubahan jumlah mikroba. Temuan ini, berdasarkan kumpulan data metagenomik yang luas, dapat mengubah pendekatan untuk mendiagnosis dan memahami penyakit gastrointestinal.
ADVERTISEMENT
SCROLL TO RESUME CONTENT
Beban Mikroba dan Penyakit
Banyak penyakit yang berhubungan dengan bakteri, seperti penyakit radang usus dan kanker kolorektal, sering kali dikaitkan dengan pertumbuhan berlebihan bakteri usus tertentu yang dianggap berbahaya. Namun, ketika para peneliti menggunakan algoritme pembelajaran mesin untuk memprediksi kepadatan mikroba (dikenal sebagai beban mikroba) dari sampel mikrobioma usus, mereka menemukan bahwa perubahan beban mikroba itu sendiri—bukan penyakitnya—dapat mendorong keberadaan bakteri yang terkait dengan penyakit ini.
Diterbitkan hari ini (13 November 2024) di jurnal Selpenelitian ini menunjukkan bahwa variasi jumlah mikroba—yang dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti usia, jenis kelamin, pola makan, negara asal, dan penggunaan antibiotik—memainkan peran penting dalam jenis dan jumlah bakteri yang ditemukan dalam sampel tinja, bahkan di antara pasien dengan penyakit ini. penyakit.
Wawasan Mengejutkan Dari Penelitian Mikroba
“Kami terkejut menemukan begitu banyak mikroba jenisyang sebelumnya diyakini berhubungan dengan penyakit, lebih kuat dijelaskan oleh perubahan jumlah mikroba,” kata Peer Bork dari European Molecular Biology Laboratory (EMBL) Heidelberg, salah satu penulis senior studi tersebut. “Hal ini menunjukkan bahwa spesies ini terutama terkait dengan gejala seperti diare dan sembelit, dibandingkan secara langsung dengan kondisi penyakit itu sendiri.”
Jumlah mikroba telah lama dikenal sebagai faktor penting dalam penelitian mikrobioma, namun analisis skala besar masih terbatas karena tingginya biaya dan sifat padat karya dari metode eksperimental, yang diatasi oleh para peneliti dengan pendekatan pembelajaran mesin. Mereka mengembangkan model prediksi jumlah mikroba tinja berdasarkan komposisi mikrobioma relatif dan menerapkannya pada kumpulan data metagenomik skala besar untuk mengeksplorasi variasinya dalam kesehatan dan penyakit.
Memanfaatkan Data untuk Penelitian yang Lebih Luas
“Mengukur jumlah mikroba dalam sampel tinja membutuhkan banyak usaha dan kami senang memiliki akses ke dua kumpulan data metagenomik besar yang jumlah mikrobanya telah diukur secara eksperimental,” kata Michael Kuhn, juga dari EMBL dan penulis senior lainnya dalam penelitian ini. “Dengan pendekatan kami, kami ingin menggeneralisasi data ini untuk kepentingan bidang yang lebih luas dan dengan alat yang kami sediakan, jumlah mikroba dapat diprediksi untuk semua studi mikrobioma usus manusia dewasa.”
Kumpulan data yang dihasilkan tim untuk penelitian ini adalah ribuan metagenom dan beban mikroba yang diukur secara eksperimental di GALAXY (Gut-and-Liver Axis in Alcoholic Liver Fibrosis) yang didanai Uni Eropa dan proyek MicrobLiver dari Novo Nordisk Foundation. Mereka juga menggunakan metagenom dan data beban mikroba dari populasi penelitian MetaCardis yang sebelumnya bersifat publik. Untuk kumpulan data eksplorasi, mereka menggunakan puluhan ribu metagenom dari penelitian sebelumnya termasuk populasi dari Jepang dan Estonia.
Tantangan dan Keterbatasan
Tim mengakui keterbatasan pekerjaan. Karena analisisnya hanya didasarkan pada asosiasi, maka analisis tersebut tidak mampu menetapkan arah kausalitas yang jelas, juga tidak dapat memberikan wawasan mekanistik. Selain itu, metode yang dikembangkan hanya berlaku untuk mikrobioma usus manusia: diperlukan kumpulan data pelatihan yang berbeda untuk memprediksi jumlah mikroba di habitat lain.
Arah Masa Depan dalam Penelitian Beban Mikroba
Penelitian di masa depan akan fokus pada spesies mikroba yang lebih terkait langsung dengan penyakit, tidak bergantung pada jumlah mikroba, untuk lebih memahami peran mereka dalam etiologi penyakit dan potensi penggunaannya sebagai biomarker. Selain itu, mengadaptasi model prediksi ini ke lingkungan lain, seperti mikrobioma laut dan tanah, dapat memberikan wawasan lebih lanjut mengenai ekologi mikroba dalam skala global.
Referensi: “Beban mikroba tinja merupakan penentu utama variasi mikrobioma usus dan perancu dalam hubungan penyakit” oleh Nishijima dkk., 13 November 2024, Sel.
DOI: 10.1016/j.cell.2024.10.022
RakyatPos.ID Network
