Prediksi Perilaku Mikroba Usus dengan Model Dinamis

Sebuah studi baru menyediakan platform untuk memprediksi bagaimana komunitas usus mikroba bekerja dan merupakan langkah pertama menuju pemahaman bagaimana memanipulasi sifat-sifat ekosistem usus.

Usus manusia penuh dengan mikroba, masing-masing berinteraksi satu sama lain dalam jaringan pertukaran positif dan negatif yang membingungkan. Beberapa menghasilkan zat yang berfungsi sebagai makanan bagi mikroba lain, sementara yang lain menghasilkan racun - antibiotik - yang membunuh tetangga mereka.

Para ilmuwan telah ditantang untuk mencoba memahami bagaimana kumpulan mikroba usus yang dikenal sebagai microbiome terbentuk, bagaimana ia berubah seiring waktu dan bagaimana ia dipengaruhi oleh gangguan seperti antibiotik yang digunakan untuk mengobati penyakit. Sebuah studi baru dari Ophelia Venturelli, profesor biokimia di University of Wisconsin-Madison, dan rekan-rekannya di Universitas California, Berkeley, dapat membantu meringankan sebagian dari kesulitan itu.

Sebagaimana dilansir dari jurnal Molecular Systems Biology, pekan lalu, penelitian ini menyediakan platform untuk memprediksi bagaimana komunitas usus mikroba bekerja dan merupakan langkah pertama menuju pemahaman bagaimana memanipulasi sifat-sifat ekosistem usus. Ini dapat memungkinkan para ilmuwan untuk, misalnya, merancang probiotik yang bertahan di usus atau menyesuaikan diet untuk secara positif mempengaruhi kesehatan manusia.

"Kami tahu, sangat sedikit tentang interaksi ekologi mikrobioma usus. Banyak penelitian telah memfokuskan pada katalogisasi semua mikroba yang ada, yang sangat berguna, tetapi kami ingin mencoba memahami aturan yang mengatur perakitan mereka ke masyarakat, bagaimana stabilitas tercapai, dan bagaimana mereka menanggapi gangguan juga," kata Venturelli.

Dengan mempelajari aturan-aturan ini, para peneliti mengatakan mereka dapat memprediksi lebih baik interaksi antara mikroba menggunakan alat komputasi daripada melakukan eksperimen laboratorium yang melelahkan dan memakan waktu.

Data juga dapat mulai menjawab pertanyaan tentang bagaimana patogen menyebabkan kerusakan ketika mereka menyerang masyarakat, dan bagaimana mencegahnya.

Untuk penelitian, para peneliti memilih 12 jenis bakteri yang ada di usus manusia. Mereka mewakili keragaman mikrobioma usus dan mayoritas telah terbukti secara signifikan mempengaruhi kesehatan manusia. Mereka memiliki asosiasi dengan penyakit seperti diabetes, sindrom iritasi usus, penyakit Crohn dan kanker usus besar.

Interaksi Lebih Positif

Pada bagian yang sama, tim mengumpulkan data tentang apa yang disebut interaksi berpasangan, yang berarti setiap spesies bakteri dipasangkan hanya dengan satu sama lain untuk mempelajari bagaimana keduanya berinteraksi, tanpa mengkhawatirkan apa yang dilakukan oleh yang lain. Ini dilakukan untuk setiap pasangan yang mungkin dalam komunitas 12 anggota tersebut.

Para peneliti memberi data tentang interaksi pasangan, bersama dengan data pada masing-masing spesies, menjadi model dinamis untuk menguraikan bagaimana semua bakteri kemungkinan akan berinteraksi ketika digabungkan. Mereka menemukan bahwa data pasangan saja sudah cukup untuk memprediksi bagaimana komunitas yang lebih besar berkumpul.

"Model ini memungkinkan kita untuk lebih memahami dan membuat prediksi tentang microbiome usus dengan pengukuran yang lebih sedikit. Kita tidak perlu mengukur setiap kemungkinan komunitas, katakanlah, tiga, empat atau lima dari sekumpulan spesies. Kita hanya perlu mengukur semua pasangan, yang masih mewakili jumlah yang sangat besar, untuk dapat memprediksi dinamika keseluruhan usus," jelas Venturelli.

Meskipun ini masih merupakan tantangan, Venturelli mengatakan akan secara signifikan mengurangi jumlah pengukuran yang perlu dilakukan oleh para ilmuwan.

Para peneliti juga melihat spesies mana yang tampaknya paling penting di masyarakat dengan mengukur zat yang dihasilkan mikroba, yang disebut metabolit. Yang mengejutkan mereka. "Data metabolit tidak dapat memprediksi peran spesies penting di masyarakat," kata Venturelli.

Dia dan tim peneliti kemudian menguji daya prediksi model dengan mencoba memperkirakan karakteristik kombinasi yang berbeda dari 12 bakteri pilihan mereka. Meski tidak sempurna, model ini berhasil memprediksi perilaku dinamis.

Selain itu, tim menemukan interaksi yang lebih positif antara mikroba di komunitas daripada yang mereka harapkan berdasarkan penelitian lain yang menunjukkan sebagian besar interaksi negatif.

"Kami menemukan ada keseimbangan antara interaksi positif dan negatif dan interaksi negatif semacam memberikan kekuatan stabilisasi bagi masyarakat. Kami mulai memahami prinsip-prinsip desain stabilitas mikroba usus dan apa yang memungkinkan masyarakat untuk pulih dari gangguan," jelas Venturelli.

Model ini memungkinkan ilmuwan sekarang mulai bertanya tentang komposisi dan dinamika ribuan komunitas mikroba.

"Tanpa model, kita pada dasarnya hanya menguji secara membabi buta sesuatu tanpa benar-benar mengetahui apa yang kita lakukan dan apa konsekuensinya ketika kita, misalnya, mencoba merancang intervensi. Memiliki model adalah langkah pertama untuk dapat memanipulasi ekosistem usus dengan cara yang dapat bermanfaat bagi kesehatan manusia," pungkasnya. pur/R-1

Mencermati Peranan Gut

Pernahkah Anda mendengar bahwa di dalam usus terdapat bakteri yang bernama Gut? Bakteri ini biasanya hidup dan berkembang di dalam usus manusia. Gut merupakan jenis bakteri yang bisa dibilang memiliki kemampuan yang unik karena kabarnya bakteri ini mampu merespon obat kanker.

Para periset dari Prancis dan AS mengatakan bahwa mikroorganisme yang hidup di dalam sistem pencernaan ini tampaknya mempengaruhi penyusutan tumor pada pasien yang mengidap kanker selama menjalani terapi kanker.

Mereka telah melakukan pengujian terhadap mikroba, yaitu kumpulan dari spesies mikroskopis yang hidup di dalam tubuh manusia, yang dilakukan tepatnya pada pasien kanker untuk menemukan jawaban atau kebenaran dari peranan yang sebenarnya dari mikroorganisme yang berukuran kecil ini.

Sebelumnya dua penelitian, menghubungkan spesies mikroba tertentu dan keragaman dari spesies mikrobioma terhadap keefektivitasan obat imunoterapi. Dan ternyata hasil yang didapatkan dari penelitian tersebut sangat mengagumkan dan menjanjikan pastinya.

Kedua penelitian yang tadi pernah dilakukan pada pasien yang tengah menerima atau melakukan imunoterapi, yang beguna untuk meningkatkan pertahanan tubuh untuk melawan tumor. Hasilnya menunjukkan bahwa ternyata pengujian terhadap bakteri ini tidak selalu bekerja dengan baik pada setiap pasien kanker.

Tapi meskipun demikian, di dalam beberapa kasus tertentu, diketahui bahwa penelitian terhadap mikroba yang satu ini dipercaya bisa membersihkan kanker, bahkan pada kanker stadium akhir sekalipun. pur/R-1