Bagaimana mikroba usus membantu tikus memadamkan ingatan ketakutan?
Penelitian baru pada tikus menunjukkan bagaimana mikroba di usus dapat memengaruhi kemampuan untuk melupakan respons ketakutan. Studi ini menghasilkan petunjuk rinci tentang mekanisme seluler dan molekuler yang menghubungkan usus dan otak.
Selama 10-20 tahun terakhir, para ilmuwan telah mengamati bagaimana bakteri yang hidup di dalam dan di tubuh manusia memengaruhi kesehatan.
Bukti telah muncul tentang bagaimana gangguan pada komunitas mikroba ini terkait dengan penyakit dan bahkan dengan perubahan perilaku.
Asosiasi ini juga terbukti dalam hubungan antara gangguan autoimun tertentu dan kondisi kejiwaan.
Orang dengan multiple sclerosis atau penyakit radang usus (IBD), misalnya, mungkin telah mengganggu bakteri usus dan mengalami gangguan mood, kecemasan, dan depresi.
Namun, meskipun penyelidikan ini telah mengkonfirmasi keberadaan poros otak-usus, mekanisme yang mendukungnya masih belum jelas.
Studi baru, yang ditampilkan baru-baru ini Alam kertas, menawarkan detail yang belum pernah terjadi sebelumnya dari proses seluler dan molekuler yang menghubungkan mikroba usus dan sel otak.
“Belum ada yang mengerti bagaimana IBD dan kondisi gastrointestinal kronis lainnya mempengaruhi perilaku dan kesehatan mental,” kata penulis studi senior David Artis, seorang profesor imunologi dan direktur penelitian IBD di Weill Cornell Medicine di New York City.
“Studi kami adalah awal dari cara baru untuk memahami gambaran keseluruhan,” tambahnya.
Belajar dan melupakan
Untuk penelitian tersebut, Prof Artis dan koleganya menggunakan tikus untuk mengetahui bagaimana gangguan mikroba usus memengaruhi sel-sel otak.
Mereka memanfaatkan keahlian mereka dalam perilaku hewan, pengurutan gen, dan kimia sel.
Penyelidikan difokuskan pada seberapa baik hewan mampu belajar dan melupakan pemicu rasa takut menggunakan eksperimen yang oleh para ilmuwan disebut "pengondisian rasa takut dan pembelajaran kepunahan".
Dalam percobaan tersebut, tikus belajar mengaitkan sengatan listrik pada kaki dengan pembacaan nada secara bersamaan.
Pada akhirnya, nada itu sendiri dapat menimbulkan respons ketakutan yang sama seperti sengatan listrik.
Setelah berulang kali terpapar nada tanpa disertai sengatan listrik, tikus cenderung melupakan asosiasi tersebut. Ini karena otak mereka memperbarui diri mereka sendiri dengan fakta bahwa ancaman sudah tidak ada lagi.
Namun, para peneliti menemukan bahwa tikus yang ususnya bebas kuman sejak lahir, atau yang mikroba ususnya telah berkurang drastis karena pengobatan antibiotik, menunjukkan penurunan yang nyata dalam kemampuan untuk mengetahui bahwa ancaman itu tidak lagi ada. Dengan kata lain, otak mereka tidak memperbarui ke kondisi baru.
Gen yang diubah dalam mikroglia
Investigasi genetik mikroglia di otak hewan menjelaskan mekanisme molekuler di balik efek ini.
Para peneliti melihat ekspresi gen di medial prefrontal cortex (mPFC), "area otak yang dikenal penting untuk pembelajaran kepunahan."
Mikroglia adalah sel kekebalan yang hidup di otak dan memainkan banyak peran dalam perkembangan dan fungsinya.
Salah satu tugas mereka adalah membantu merangsang dan memangkas hubungan antara neuron, atau sel saraf, untuk merombak sirkuit otak.
Para peneliti menemukan bahwa ketiadaan mikroba usus mengubah ekspresi gen mikroglia dalam mPFC tikus sedemikian rupa sehingga mengganggu bagaimana neuron biasanya membentuk dan menghilangkan koneksi selama belajar dan melupakan.
Tim juga menemukan perubahan substansial dalam bahan kimia otak pada tikus yang kekurangan mikroba usus, seperti perubahan tingkat molekul yang berperan dalam kondisi neuropsikiatri seperti autisme dan skizofrenia.
Mengembalikan bakteri usus hanya bekerja di awal kehidupan
Para peneliti juga menjalankan eksperimen di mana mereka memulihkan bakteri usus pada tikus bebas kuman pada berbagai usia.
Mereka menemukan bahwa tikus-tikus ini mungkin tidak mempelajari respons rasa takut yang terkondisi, tetapi hanya jika mereka memulihkan bakteri usus mereka tepat setelah lahir.
Mereka melihat ini sebagai temuan penting, karena banyak kondisi kejiwaan yang terkait dengan autoimunitas juga memiliki kaitan dengan masalah yang terjadi pada tahap awal perkembangan otak.
“Poros usus-otak berdampak pada setiap manusia, setiap hari dalam hidup mereka,” komentar Prof. Artis.
Meskipun terlalu dini untuk memastikan, peneliti utama Dr. Conor Liston menyarankan bahwa dengan penelitian lebih lanjut, temuan ini pada akhirnya akan mengarah pada target pengobatan baru.
“Itu adalah sesuatu yang perlu kami uji kedepannya,” katanya.
“Kami mulai memahami lebih banyak tentang bagaimana usus memengaruhi berbagai penyakit seperti autisme, penyakit Parkinson, gangguan stres pasca-trauma, dan depresi.”
Prof. David Artis
