Sebuah terobosan yang menata ulang cara usus dan otak berkomunikasi

Dalam sebuah studi terobosan yang merombak cara usus dan otak berkomunikasi, para peneliti telah menemukan apa yang mereka sebut "indra neurobiotik" — sebuah sistem baru yang memungkinkan otak merespons sinyal dari mikroba yang hidup di usus kita secara langsung.

Sebuah studi baru oleh ahli saraf dari Fakultas Kedokteran Universitas Duke, Diego Bojorquez, PhD, dan M. Maya Kelberer, PhD, yang diterbitkan dalam jurnal Nature, berfokus pada neuropoda, sel sensorik kecil yang melapisi epitel usus besar. Sel-sel ini mengenali protein mikroba umum dan mengirimkan sinyal cepat ke otak yang membantu menekan nafsu makan.

Namun, itu baru permulaan. Tim peneliti yakin indra neurobiotik ini dapat berfungsi sebagai landasan yang lebih luas untuk memahami bagaimana usus mendeteksi mikroba, memengaruhi berbagai hal mulai dari kebiasaan makan hingga suasana hati — dan bahkan bagaimana otak dapat membentuk mikrobioma sebagai responsnya.

"Kami tertarik untuk mengetahui apakah tubuh dapat mengenali sinyal mikroba secara langsung — bukan hanya sebagai respons imun atau inflamasi, tetapi sebagai respons saraf yang langsung memengaruhi perilaku,"
kata Diego Bojorquez, PhD, profesor kedokteran dan neurobiologi di Fakultas Kedokteran Universitas Duke dan penulis utama studi tersebut.

Bahan utamanya adalah flagelin, protein purba yang membentuk flagel bakteri, struktur mirip ekor yang digunakan bakteri untuk bergerak. Saat kita makan, beberapa bakteri usus melepaskan flagelin. Neuropoda mendeteksinya melalui reseptor yang disebut TLR5 dan mengirimkan sinyal melalui saraf vagus, jalur komunikasi utama antara usus dan otak.

Tim yang didukung oleh Institut Kesehatan Nasional AS ini mengajukan hipotesis yang berani: flagelin dari bakteri di usus besar dapat mengaktifkan neuropoda dan memicu sinyal penekan nafsu makan ke otak – pengaruh mikroba langsung terhadap perilaku.

Para peneliti menguji hal ini dengan membuat tikus berpuasa semalaman, lalu menyuntikkan dosis kecil flagelin langsung ke usus besar mereka. Tikus-tikus ini makan lebih sedikit.

Ketika para peneliti mengulangi percobaan yang sama pada tikus yang tidak memiliki reseptor TLR5, tidak ada yang berubah. Tikus-tikus tersebut terus makan dan bertambah berat badan—sebuah petunjuk bahwa jalur tersebut membantu mengatur nafsu makan. Temuan ini menunjukkan bahwa flagelin mengirimkan sinyal "cukup" melalui TLR5, yang memungkinkan usus memberi tahu otak bahwa sudah waktunya untuk berhenti makan. Tanpa reseptor ini, pesan tersebut tidak tersampaikan.

Penemuan ini dimungkinkan oleh penulis utama studi ini, Winston Liu, MD, PhD, Emily Olway, keduanya mahasiswa pascasarjana dalam Program Pelatihan Ilmuwan Kesehatan, dan peneliti pascadoktoral Naama Reicher, PhD. Eksperimen mereka menunjukkan bahwa gangguan pada jalur pensinyalan ini mengubah perilaku makan tikus, menunjukkan adanya hubungan yang lebih dalam antara mikroba usus dan perilaku.

"Ke depannya, saya pikir penelitian ini akan sangat bermanfaat bagi komunitas ilmiah yang lebih luas dalam menjelaskan bagaimana mikroba memengaruhi perilaku kita," ujar Bojorquez.
"Langkah selanjutnya yang jelas adalah mempelajari bagaimana pola makan tertentu mengubah komposisi mikroba di usus. Ini bisa menjadi elemen kunci dalam memecahkan masalah seperti obesitas atau gangguan mental."