Menguraikan diabetes: bagaimana mikrobiota usus memengaruhi risiko penyakit

Dalam studi terkini yang diterbitkan dalam jurnal Nature Medicine, tim ilmuwan memeriksa lebih dari 8.000 urutan metagenomik dari orang-orang dengan pradiabetes, diabetes tipe 2, dan status glikemik normal untuk menentukan bagaimana fitur dan fungsi mikroba spesifik subtipe dan strain berkontribusi terhadap mekanisme patologis diabetes tipe 2.

Diabetes tipe 2 merupakan masalah kesehatan global yang berkembang pesat, yang memengaruhi lebih dari 500 juta orang di seluruh dunia. Massa dan fungsi sel β pankreas menurun seiring waktu pada pasien dengan diabetes tipe 2, dengan resistensi insulin yang sering kali disertai dengan peradangan sistemik tingkat rendah.

Ada bukti bahwa mikrobioma usus memainkan peran penting dalam metabolisme dan kesehatan manusia, sering kali berinteraksi dengan faktor genetik dan lingkungan. Penelitian juga telah mengidentifikasi tanda-tanda mikroba usus yang berbeda yang terkait dengan diabetes tipe 2.

Namun, banyak dari penelitian ini dilakukan pada sampel kecil atau tidak mengendalikan faktor-faktor seperti obesitas atau penggunaan metformin.

Memahami peran fungsi mikrobioma usus spesifik subtipe dan strain pada tingkat molekuler dalam patologi diabetes tipe 2 memerlukan data standar dari populasi besar.

Dalam studi ini, para peneliti menganalisis data metagenomik dari 10 kelompok individu dari Eropa, Amerika Serikat, dan Cina dengan status glikemik normal, pradiabetes, atau diabetes tipe 2 untuk menguraikan fungsi spesifik strain dan fitur molekuler mikrobiota usus yang berkontribusi secara mekanistis terhadap patologi diabetes tipe 2.

Meskipun penelitian sebelumnya telah mengidentifikasi spesies mikroba dan komunitas mikroba tertentu yang meningkatkan risiko metabolik diabetes tipe 2, penelitian tersebut tidak memperhitungkan fakta bahwa mekanisme patogenik mikroba bersifat spesifik terhadap strain. Misalnya, strain K12 dari Escherichia coli tidak berbahaya, sedangkan strain O157 bersifat patogenik.

Para peneliti memperoleh lebih dari 8.000 data pengurutan metagenomik dari enam kumpulan data yang diterbitkan dan empat kumpulan data baru yang mencakup sepuluh kelompok orang dengan status glikemik yang berbeda.

Data fenotipik dari kohort dan urutan metagenomik pertama kali diproses untuk standarisasi, dan populasi studi akhir terdiri dari 1.851 pasien dengan diabetes tipe 2, 2.770 individu dengan pradiabetes, dan 2.277 peserta dengan status glikemik normal.

Kriteria diagnostik Asosiasi Diabetes Amerika, yang meliputi uji toleransi glukosa oral, kadar glukosa plasma puasa, penggunaan obat-obatan dan faktor risiko seperti indeks massa tubuh, serta tes laboratorium untuk faktor inflamasi dan metabolik, digunakan untuk menyelaraskan kumpulan data.

Hubungan antara status diabetes tipe 2 dan konfigurasi mikrobioma usus secara keseluruhan dinilai terlebih dahulu. Model regresi kemudian digunakan untuk mengidentifikasi tanda-tanda tingkat spesies dan perbedaan dalam distribusi ciri mikroba antara kelompok menurut status glikemik.

Para peneliti juga melakukan meta-analisis spesifik kelompok untuk memeriksa hubungan antara fungsi mikroba tingkat komunitas, seperti enzim dan jalur biokimia, dan diabetes tipe 2.

Selain itu, analisis sensitif dilakukan untuk memastikan bahwa tanda-tanda mikroba yang teridentifikasi terkait dengan diabetes tipe 2 tidak sebagian disebabkan oleh penyakit penyerta.

Studi ini mengidentifikasi 19 spesies filogenetik yang berbeda dalam disbiosis pada pasien diabetes tipe 2. Mikrobioma usus pada pasien diabetes tipe 2 menunjukkan kelimpahan Clostridium bolteae yang lebih tinggi dan kelimpahan Butyrivibrio crossotus yang lebih rendah.

Lebih jauh lagi, perubahan fungsional yang terjadi pada tingkat komunitas mikroba akibat disbiosis ini telah dikaitkan dengan gangguan metabolisme glukosa dan patologi diabetes tipe 2.

Jalur lain yang terkait dengan diabetes tipe 2 yang dikaitkan dengan perubahan fungsional pada tingkat komunitas mikroba meliputi penurunan fermentasi butirat dan peningkatan sintesis komponen struktural imunogenik bakteri.

Ketika analisis diselesaikan untuk jenis bakteri tertentu, penelitian juga menemukan bahwa hubungan antara patologi diabetes tipe 2 dan mikrobioma usus menunjukkan heterogenitas dalam spesies.

Fungsi spesifik strain seperti transfer gen horizontal, biosintesis asam amino rantai cabang, dan yang terkait dengan peradangan dan stres oksidatif berkontribusi secara signifikan terhadap heterogenitas ini.

Variasi risiko diabetes tipe 2 di antara individu juga dikaitkan dengan keragaman intra-spesies untuk 27 spesies mikrobiota usus, termasuk Eubacterium rectale, yang menunjukkan spesifisitas strain pada tingkat populasi.

Secara keseluruhan, penelitian menunjukkan bahwa disbiosis mikrobioma usus memainkan peran fungsional dalam patogenesis diabetes tipe 2, dengan keterlibatan langsung dalam mekanisme seperti metabolisme glukosa dan fermentasi butirat.

Lebih jauh lagi, hasil penelitian menunjukkan bahwa fungsi spesifik strain berasosiasi secara heterogen dengan patologi diabetes tipe 2, memberikan wawasan baru mengenai mekanisme yang melaluinya mikrobioma usus berasosiasi dengan diabetes tipe 2.