Kotoran bukanlah keajaiban ilmiah. Ini membantu para peneliti memahami diet dinosaurus, melacak penyebaran penyakit purba dan mengenali infeksi parasit. Kotoran manusia yang segar juga memberikan jendela langsung ke perut kita dan miliaran makhluk mikroskopis di dalamnya, yang membantu mencerna makanan kita, melindungi kita dari penyakit dan bahkan memengaruhi suasana hati kita.
Konten terkait
- Semuanya. Beberapa Hewan Memakannya. Mengapa?
- Bagaimana Mikroba Ajaib Membantu Kita Berkembang Lebih Baik, Lebih Cepat, Lebih Kuat
Itulah ide yang memicu Rob Knight, salah satu pendiri penelitian microbiome usus, untuk memulai Proyek Usus Amerika pada tahun 2012. Knight menggunakan platform crowdfunding FundRazr untuk membujuk lebih dari 9.000 sukarelawan menjadi yang pertama menyumbangkan uang, dan kemudian mengirim sampel dari kotoran mereka melalui surat. Sebuah tim peneliti menyelidiki sampel-sampel ini untuk DNA bakteri untuk menciptakan sensus pertama dari sekitar 40 triliun bakteri yang menyebut nyali kita sebagai rumah mereka.
Apa yang dia pelajari adalah mengungkapkan. Tetapi tidak peduli seberapa informatif, menerangi dan benar-benar kotoran dingin itu, masih ada sesuatu yang hilang: Dari mana semua triliunan bakteri itu berasal? Ternyata, untuk sebagian besar, kita secara sukarela menempatkan mereka di mulut kita sekitar tiga kali sehari. “Anda mendapatkan input mikroba dari lingkungan Anda — mikroba yang Anda makan dari makanan itu sendiri, ” kata Knight, yang memimpin Pusat Inovasi Microbiome di University of California di San Diego.
Salah satu misteri yang dipicu oleh Proyek Usus Amerika adalah mengapa dua orang yang mengaku mengikuti diet yang sama dapat memiliki komunitas mikroba usus yang berbeda. Untuk penelitian tersebut, para sukarelawan telah melaporkan sendiri diet mereka, dengan sebagian besar mengikuti diet omnivora, dan masing-masing kurang dari 3 persen mengidentifikasi sebagai "vegetarian" atau "vegan." Namun, ketika para peneliti menghitung angka-angkanya, mereka tidak menemukan korelasi yang terlihat antara komunitas-komunitas usus dan mereka yang memiliki diet yang tampaknya serupa.
"Kategori diet sama sekali tidak berguna dan tidak berkorelasi dengan komunitas microbiome sama sekali, " kata Knight.
Dengan kata lain, bakteri dalam kotoran menceritakan kisah diet yang berbeda dari orang-orang yang membuat kotoran itu. "Kamu bisa menjadi vegan yang kebanyakan makan kangkung, atau kamu bisa menjadi vegan yang kebanyakan makan kentang goreng, " Knight menjelaskan. "Itu memiliki konsekuensi yang sama sekali berbeda untuk microbiome Anda." Siapa pun dapat mengklaim sebagai penganut Paleo Diet, tampaknya sulit, tetapi data menunjukkan bahwa microbiome mengingat semua pelanggaran es krim tengah malam itu.
Knight menyadari bahwa hasil Proyek Usus Amerika kehilangan sesuatu yang penting: Menyelam lebih dalam ke makanan yang kita makan. Mengisi celah itu berarti menganalisis semua makanan yang masuk, dan melihat bagaimana itu berkorelasi dengan pola dalam apa yang keluar. Tetapi sementara mengumpulkan kotoran, dalam beberapa hal, langsung - setiap orang "mengajukan sampel" dengan cara yang sama - menghitung semua makanan yang dimakan orang akan jauh lebih ambisius.
Setiap kali Anda menelan, Anda mengubah lanskap interior Anda. Karena sebagian besar bakteri dalam mikrobiome hidup di usus, ketika kita memberi makan diri kita sendiri, kita memberi makan mereka juga. Kimiawi dari apa yang kita makan, baik itu kentang goreng atau kangkung, mengubah lanskap kimia usus, menjadikannya lebih nyaman bagi sebagian orang dan kurang ramah bagi orang lain.
Itu menjadi lebih hidup. Karena mikroba ada di mana-mana — di atas meja, di udara, di permukaan muffin yang Anda tinggalkan di meja — Anda juga menambahkan mikroba baru ke dalam campuran. Beberapa berjalan melalui tubuh Anda seperti turis yang sopan. Yang lain bertahan dan berinteraksi dengan penduduk setempat. Setiap gigitan memiliki potensi untuk mengubah microbiome, dan selanjutnya kesehatan manusia. Tetapi para peneliti belum menemukan caranya.
Itu karena, sampai sekarang, kami tidak memiliki platform untuk memulai upaya besar-besaran mengumpulkan dan menganalisis sampel makanan dari seluruh dunia. Berkat American Gut Project, Knight dan timnya tidak memulai dari awal. Awalnya, para peneliti berencana untuk mengumpulkan 1.000 sampel dari setiap batu bata piramida makanan yang akrab, dan kemudian mereka akan membukanya untuk umum untuk mengirimkan makanan apa pun yang mereka ingin tahu.
Bersama Knight, proyek microbiome makanan dipimpin oleh ahli mikrobiologi Rachel Dutton, yang menggunakan keju sebagai sistem model untuk memahami komunitas mikroba dan fermentasi, dan Pieter Dorrestein, yang mempelajari kimia interaksi biologis antara mikroba, keduanya di Pusat Inovasi Microbiome . Mereka bertujuan untuk meluncurkan inisiatif yang bersumber dari kerumunan ini sebelum akhir tahun.
"Kami tahu tentang jumlah kalori, dan tentang berbagai kelompok makanan, tetapi seluruh dunia molekul dan mikroba dalam makanan kami adalah kotak hitam, " kata Julia Gauglitz, seorang peneliti pasca-doktoral di pusat yang akan mengarahkan proyek. Seperti pepatah lama, "kita adalah apa yang kita makan, " katanya. Namun, ketika Anda turun ke tingkat mikroskopis, "kami tahu sedikit tentang apa yang kami konsumsi."
Peneliti "kotak hitam" lainnya yang ingin diselidiki adalah komposisi kimia makanan. Ternyata ada jauh lebih banyak dari apa yang tercantum pada label Fakta Gizi: Dengan teknik konvensional, hanya lemak, gula dan vitamin yang dapat diukur, "tetapi itu hanya sebagian kecil dari total berat makanan, " kata Dorrestein. Kita bisa mengabaikan antioksidan baru, senyawa pencegah kanker atau bahkan antibiotik yang disembunyikan.
Dengan menggunakan spektrometer massa — pada dasarnya skala mewah yang cukup tepat untuk menimbang molekul individu — Dorrestein dapat menyimpulkan komposisi kimia makanan pada tingkat yang belum pernah dicapai sebelumnya. Saat sampel makanan masuk, Gauglitz akan menunggu di lab. Dia akan mengambil, katakanlah, sebatang granola, mengekstraksi semua materi genetik dari mikroba yang berkolonisasi, dan kemudian menggunakan sekuensing DNA untuk mencari tahu identitas makhluk itu.
Dia kemudian akan menggigit granola bar melalui spektrometer massa untuk memisahkan setiap molekul yang terbuat dari mana. Pada akhirnya, dia akan dibiarkan dengan resep granola bar yang sangat, sangat rinci. Molekul-molekul itu membentuk lanskap tempat mikroba makanan hidup, dan kemungkinan memengaruhi siapa yang ada di sana dan apa yang mereka lakukan.
Saya bertanya kepada Gauglitz bagaimana dia akan membedakan antara komposisi kimia mikroba yang hidup di granola bar dan bahan kimia yang dibuat oleh mikroba. "Aku akan mengubah pemikiranmu sedikit, " kata Gauglitz, suaranya semakin filosofis. "Apa yang secara intrinsik di dalam granola bar adalah juga metabolit mikroba." Dengan kata lain, granola bar adalah mikroba.
Semua yang kami makan adalah produk kumulatif kimia dan mikroba di tanah tempat ia tumbuh, pabrik tempat ia diproses, dan apa pun yang Anda sentuh tepat sebelum Anda memakannya. Mengapa itu penting? Pada akhirnya, tim berharap, demistifikasi pola mikroba dalam makanan kita akan membantu kita merancang diet kita dengan lebih baik untuk meningkatkan kesehatan kita dan menangkal penyakit.
Knight menarik sejarah paralel dengan penemuan nutrisi penting. Pada abad terakhir, para peneliti menemukan bahwa makanan olahan industri telah menjadi habis nutrisi. Dengan menambahkan vitamin dan mineral secara buatan, penyakit defisiensi seperti rakhitis dan beri-beri sebagian besar dihilangkan dari dunia Barat. Demikian pula, memahami efek kesehatan dari microbiome dapat memungkinkan kita untuk merekayasa mikroba yang hilang kembali ke makanan kita.
"Sangat mungkin bahwa gaya hidup modern kita menghilangkan banyak mikroba hidup yang kita butuhkan untuk menjaga kesehatan, " kata Knight. "Mendapatkan pemahaman tentang hal itu bisa sama pentingnya dengan pemahaman bahwa vitamin C diperlukan dan memastikan bahwa semua orang sudah cukup."
Tim telah memilih 1.000 makanan untuk survei awal mereka, termasuk makanan pokok seperti roti dan keju. "Kami ingin memasukkan bahan makanan mentah, segala jenis buah atau sayuran, daging, camilan, makanan bayi, " kata Gauglitz. Tetapi mereka juga ingin membandingkan komunitas mikroba dalam makanan yang diproduksi oleh pertanian organik dan konvensional, serta melihat lebih dalam pada produk-produk yang bergantung pada fermentasi mikroba, seperti kopi, cokelat, dan sosis.
Proyek ini juga dapat memecahkan beberapa misteri medis yang diangkat oleh penelitian microbiome sebelumnya. Sebagai contoh, beberapa tes di Proyek Usus Amerika menyaring setiap sampel tinja untuk sejumlah kecil antibiotik. Anehnya, dari orang-orang yang memiliki antibiotik yang terdeteksi dalam sampel mereka, hampir setengah dari mereka melaporkan tidak menggunakan antibiotik dalam setahun terakhir.
Dorrestein percaya ini adalah antibiotik bekas yang kita serap dari makanan yang kita makan, zat tambahan atau hal-hal yang tersisa dari pakan ternak. Ini mengkhawatirkan, karena kehadiran mereka dapat menyebabkan penyebaran bakteri yang kebal antibiotik. Dengan memisahkan kimia dari masing-masing sampel, tim akan dapat mengetahui apakah dia benar, dan mulai mencari tahu apa yang dapat dilakukan obat-obatan sisa ini terhadap nyali kita.
Penghargaan atas kekuatan microbiome meningkat, sebagian berkat inisiatif seperti Proyek Usus Amerika dan buku-buku seperti Ed Yong's I Contain Multitudes . Bahkan ada bidang berkembang yang didedikasikan untuk microbiome lingkungan buatan dan bagaimana teman sekamar mikroskopis kita hidup di udara dan pada benda mati berinteraksi dengan kita. Manusia tidak unik dalam hal ini; studi tentang mikrobioma pada makhluk dari terumbu karang ke lebah madu menunjukkan bahwa kesehatan setiap organisme terkait erat dengan mikroba yang menyebutnya rumah.
Akibatnya, mikroba mulai membalikkan reputasi mereka. Mereka tidak lagi sekadar ancaman dalam budaya yang tidak menyukai kuman. Dalam dekade terakhir, "ahli gizi mengakui pentingnya kesehatan usus dan kesehatan manusia untuk memiliki mikroba sehat di usus besar dan kecil kami, " kata Helena Pachón, ilmuwan nutrisi senior di Emory University yang tidak terlibat dalam proyek microbiome makanan.
Pachón menunjukkan bahwa, hari ini, penyakit-penyakit defisiensi bersejarah yang disebut Knight telah dilampaui oleh penderitaan abad ke-21 seperti obesitas, diabetes, dan penyakit jantung. "Ada istilah yang disebut 'bola dunia', " kata Pachón. "Potensi bahwa mikroba mungkin ada hubungannya dengan ini benar-benar belum dieksplorasi, dan bisa jadi mereka sangat terkait."
Knight setuju. “Sungguh luar biasa untuk menemukan cara melalui makanan untuk menghilangkannya dengan cara yang sama seperti penyakit kronis seabad yang lalu, ” katanya. Untuk melakukannya, "kita membutuhkan bantuan ribuan orang untuk menyatukan semuanya."
