- Ditemukannya komunitas bakteri hidup di otak salmon dan trout yang sehat menambah dasar baru bagi kemungkinan bahwa otak manusia yang sehat juga memiliki mikrobioma
- Tim peneliti University of New Mexico membandingkan jaringan otak, darah, usus, dan mikrobioma seluruh tubuh sekaligus, lalu menghilangkan darah dari kapiler otak untuk mengurangi kemungkinan kontaminasi, serta mengulang eksperimen selama 5 tahun
- Sebagian bakteri mungkin masuk pada tahap perkembangan awal sebelum sawar darah-otak terbentuk sepenuhnya, dan bakteri lain memiliki ciri yang menguntungkan untuk menembus sawar serta menghindari sistem imun melalui molekul seperti poliamina
- Mikrobioma otak manusia masih belum terbukti, dan karena sulit memperoleh jaringan otak manusia yang sehat tanpa kontaminasi, eksperimen pada tikus disebut sebagai jalur verifikasi berikutnya
- Jika bakteri di dalam otak benar-benar menetap, meski jumlahnya sedikit, mereka dapat memengaruhi metabolisme otak dan sistem imun, sehingga cara kita memahami pengaturan saraf bisa berubah
Apakah mikroba bisa hidup di otak yang sehat
- Bakteri ditemukan di hampir semua lingkungan, termasuk ventilasi hidrotermal laut dalam, awan, telinga, mulut, hidung, dan usus, tetapi otak manusia selama ini dianggap sebagian besar terlindungi dari penyusup luar berkat sawar darah-otak yang kuat
- Selama 10 tahun terakhir, studi awal tentang kemungkinan adanya mikrobioma pada otak manusia sehat menghasilkan bukti yang saling bertentangan, dan masih ada keterbatasan karena sulit memperoleh jaringan otak manusia yang sehat dan tidak terkontaminasi
- Studi yang dimuat di Science Advances memberikan bukti kuat bahwa mikrobioma dapat ada di otak ikan, yakni vertebrata yang sehat
- Tim University of New Mexico menemukan komunitas bakteri di otak salmon dan trout, dan banyak spesies memiliki adaptasi yang membantu mereka bertahan hidup di jaringan otak atau melewati sawar darah-otak
Cara mereka menemukan bakteri di otak ikan
- Irene Salinas menyoroti bahwa jarak antara hidung dan otak sangat pendek, lalu mengajukan hipotesis bahwa bakteri dari hidung dapat masuk ke bulbus olfaktorius, yang memproses informasi penciuman
- Tim peneliti mengekstraksi DNA dari bulbus olfaktorius ikan yang ditangkap di alam liar serta trout dan salmon yang dibesarkan di laboratorium untuk mengidentifikasi spesies mikroba
- Sampel dapat dengan mudah terkontaminasi oleh bakteri laboratorium atau bakteri dari bagian lain tubuh ikan, sehingga berbagai analisis kontrol dilakukan bersamaan
- Bagian otak lain, usus, darah, dan mikrobioma seluruh tubuh juga diambil
- Darah dalam kapiler otak dihilangkan untuk memastikan apakah bakteri yang ditemukan berada di jaringan otak itu sendiri
- Eksperimen diulang berkali-kali, dan keseluruhan proyek memakan waktu 5 tahun
- Berlawanan dengan dugaan Salinas, bukan hanya bulbus olfaktorius, tetapi bagian lain otak juga mengandung lebih banyak bakteri, sampai-sampai sel bakteri dapat ditemukan dalam hitungan menit melalui mikroskop
- Tim peneliti memastikan bahwa bakteri yang ditemukan bukan dalam keadaan dorman atau mati, melainkan hidup dan aktif
Jalur untuk menembus sawar darah-otak
- Sawar darah-otak pada vertebrata dianggap berperan sebagai penjaga gerbang yang hanya membiarkan molekul tertentu keluar-masuk otak, sekaligus menghalangi penyusup besar seperti bakteri
- Tim peneliti membandingkan DNA mikroba yang diperoleh dari otak dengan DNA dari organ lain, dan mengidentifikasi beberapa spesies yang tidak terlihat di bagian tubuh lain
- Salinas mengusulkan bahwa spesies ini mungkin menjajah otak pada tahap perkembangan awal, sebelum sawar darah-otak terbentuk sepenuhnya
- Banyak spesies mikroba juga ditemukan di seluruh tubuh, dan Salinas menilai sebagian besar mikrobioma otak ikan mungkin berasal dari darah dan usus lalu terus-menerus masuk ke otak
- Sebagian bakteri memiliki ciri yang menguntungkan untuk melewati sawar
- Mereka dapat menghasilkan poliamina untuk membuka dan menutup sambungan yang bertindak seperti pintu kecil pada sawar
- Mereka dapat menghasilkan molekul yang membantu menghindari respons imun atau bersaing dengan bakteri lain
- Pengamatan mikroskopis juga menangkap gambar bakteri yang berada dalam keadaan peralihan saat melintasi sawar darah-otak
Masih belum pasti apakah bakteri hidup bebas di otak
- Matthew Olm menilai data tentang adanya mikroba hidup di otak ikan cukup meyakinkan, tetapi mengatakan bahwa ia memang sejak awal skeptis terhadap konsep mikrobioma otak
- Salah satu interpretasinya adalah bahwa mikroba itu mungkin tidak hidup bebas di dalam jaringan otak, melainkan tertangkap di dalam sel imun
- Jika bakteri hidup bebas, mereka mungkin dapat mengatur sebagian fisiologi ikan sebagaimana mikrobioma usus mengatur sistem pencernaan dan sistem imun
- Fisiologi ikan dan manusia serupa dalam banyak hal, tetapi juga memiliki perbedaan penting, sehingga hasil pada ikan saja tidak dapat membuktikan adanya mikrobioma otak manusia
Perdebatan tentang mikrobioma otak manusia
- Bakteri telah ditemukan di hampir semua sistem organ manusia, tetapi bagi banyak ilmuwan, otak nyaris merupakan pengecualian
- Ketika mikroba ditemukan di otak manusia, biasanya hal itu dikaitkan dengan infeksi aktif atau kerusakan sawar akibat penyakit seperti Alzheimer’s
- Pada 2013, ilmuwan yang meneliti dampak neurologis HIV/AIDS menemukan jejak genetik bakteri di otak orang sakit maupun sehat, dan ini menjadi bukti awal bahwa mikrobioma otak manusia mungkin ada bahkan tanpa adanya penyakit
- Setelah itu, studi lanjutan tidak banyak dan kesimpulannya juga belum jelas
- Olm menilai bahwa karena DNA mikroba pada dasarnya ada di mana-mana, sangat mudah keliru mengira mikroba benar-benar ada, dan dibutuhkan banyak bukti untuk menerima keberadaan mikrobioma otak manusia
Jalur verifikasi berikutnya dan maknanya
- Memastikan keberadaan mikrobioma otak manusia tanpa membahayakan orang sehat nyaris mustahil
- Christopher Link mengusulkan agar eksperimen pada ikan diulang pada hewan pengerat, dan tim Salinas juga mulai melakukan verifikasi pada tikus sehat
- Sebagai petunjuk awal, tampak kemungkinan adanya mikroba di bulbus olfaktorius tikus sehat
- Petunjuk pada tingkat yang lebih rendah juga muncul di seluruh otak
- Link mengatakan bahwa jika mikroba ada pada ikan, tidak ada alasan untuk menganggap manusia atau tikus sama sekali tidak memilikinya, meski ia menilai kemungkinan keberadaannya pada tingkat yang sama seperti pada ikan adalah rendah
- Jika mikroba penghuni otak memang benar-benar ada, jumlah yang sedikit pun dapat memengaruhi metabolisme otak dan sistem imun
- Mikroba usus sudah diketahui memengaruhi aktivitas otak melalui sumbu usus-otak, dengan menghasilkan metabolit yang kemudian dideteksi oleh sel saraf usus
- Kemungkinan bahwa bakteri di dalam otak secara langsung memengaruhi fisiologi masih belum terbukti, tetapi para peneliti kini lebih terbuka pada gagasan bahwa mikroba mungkin juga ada di otak manusia yang sehat
1 komentar
Komentar Hacker News
Menarik bahwa hingga sekarang mikrobioma otak dianggap sebagai gagasan yang konyol
Melihat apa yang kita ketahui sekarang tentang mikrobioma dan mikrobiologi, dari sudut pandang non-ahli, asumsi bahwa sawar darah-otak memblokir 100% semua bakteri justru tampak lebih ekstrem
Sebaliknya, rasanya lebih masuk akal bahwa sebagian bakteri memang masuk, tetapi pada umumnya bersifat komensal
Terutama organ penting seperti otak, bahkan sistem imun kita tidak bisa mengaksesnya secara langsung, dan ada sel-sel tersendiri yang menjalankan peran itu
Agar bakteri bisa melewati sawar darah-otak, mereka harus terlebih dahulu berada di dalam darah, padahal secara normal tidak ada bakteri dalam darah, dan kalau ada akan langsung diserang
Bakteri usus jauh lebih jelas dan masuk akal
Namun ini bisa berubah jika integritas sawar terdampak oleh penyakit atau masalah kesehatan lain
Mudah dibayangkan bahwa suatu bakteri, baik berbahaya maupun bermanfaat, bisa memiliki protein permukaan yang tepat sehingga ditafsirkan sebagai sinyal izin
Ulasan/tulisan ini tampaknya membahas sebagian besar mekanisme yang diketahui tentang bagaimana patogen menembus sawar darah-otak: https://asm.org/articles/2020/april/how-pathogens-penetrate-...
Ketika terlihat, bentuknya adalah meningitis bakteri, jadi wajar saja muncul sikap skeptis
Saya tidak begitu paham biologi, tetapi saya kira pertumbuhan bakteri di dalam tubuh umumnya dianggap buruk
Secara topologis, saluran pencernaan bisa dianggap sebagai bagian luar tubuh
Beberapa tahun lalu, tim kami melakukan apa yang menurut saya saat itu merupakan pencarian berskala terbesar untuk menemukan hal ini dalam data volume jaringan otak mikroskop elektron [1]
Saya sangat yakin bahwa mikrobioma sistem saraf pusat cukup nyata, tetapi sebagai spoiler, pencarian itu tidak menemukan bukti
Jika penelitian ini menarik bagi Anda, seluruh dataset tersedia gratis di BossDB [2], dengan skala lebih dari 12 petavoxel
Saya benar-benar penasaran apakah model-model saat ini bisa menemukan sesuatu yang kami lewatkan
[1]: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.07.12.499807v1
[2]: https://bossdb.org
Kalau kita melihat irisan otak dengan mikroskop, rasanya bioma itu akan terlihat cukup cepat; jadi kalau setelah hasil negatif pun masih optimistis, sepertinya ada banyak alasan mengapa ia ada tetapi sulit dideteksi
Menentukan apa yang harus dicari saja memakan waktu lama, dan kita secara harfiah bahkan belum menggores permukaannya
Pencarian itu pasti menarik, dan pada akhirnya rasanya kita akan menemukan sesuatu
Michelson-Morley pergi mencari eter, dan Einstein menemukan teori relativitas
Terutama pada tumor yang tidak bersentuhan dengan dunia luar
Dua bulan lalu topik yang hampir sama juga muncul di HN, dan saya mengajukan pertanyaan yang tidak mendapat jawaban
Dalam konteks lain saya menyebut “Scariest [Podcast] Episode Yet” dari Adam Savage[0], dan seingat saya di sana Joe DeRisi mengatakan bahwa otak dan cairan tulang belakang individu sehat itu “sepenuhnya bersih” dalam hal ada tidaknya mikrobioma
Maksudnya, kalau ada mikrobioma di sana, itu benar-benar menjadi masalah
Sebagai non-ahli, saya perlu penjelasan bagaimana ini bisa diselaraskan dengan kalimat seperti “materi abu-abu penuh dengan bakteri, virus, dan jamur”
[0] https://news.ycombinator.com/item?id=41765112
Lalu wartawan memakai kata sensasional seperti “teeming” tanpa menyadari bahwa apa yang ia tulis bahkan tidak lolos pemeriksaan dasar
Alasan makalah-makalah seperti ini tersimpan bertahun-tahun dan tidak lolos peer review di jurnal yang ketat juga kemungkinan serupa
Sangat mengejutkan bahwa baru pada 2023 ditemukan seluruh lapisan membran tipis yang menutupi otak, yang sebelumnya tidak kita ketahui
Membran tipis yang ditemukan tahun lalu itu disebut Subarachnoid Lymphatic-like Membrane(SLYM), dan tampaknya berfungsi sebagai sawar pelindung yang memisahkan cairan serebrospinal “bersih” dan cairan serebrospinal “kotor”
Ada begitu banyak hal yang tidak kita ketahui
https://news.ycombinator.com/item?id=41517059
Rasanya gila membayangkan bagian penting anatomi otak pada dasarnya bersembunyi di depan mata selama bertahun-tahun
Jika ini juga benar pada manusia, saya penasaran bagaimana antibiotik akan memengaruhi perilaku
Apakah ini cara orang mengalami penyakit mental?
Ini topik yang sangat menarik, semoga mendapat dana riset yang diperlukan
Di setiap bagian tubuh kita tersebar virus dan jamur, dan kalau dilihat cukup mendetail, kemungkinan juga ada bakteri
Mungkin hanya sulit terdeteksi karena konsentrasinya rendah
Bisa saja itu kontaminasi kebetulan yang sedang dibersihkan tubuh
Kalau mikrobioma, kita akan mengharapkan adanya kuorum spesies yang beragam dan beradaptasi dengan baik, yang mencari suatu bentuk simbiosis
Tanpa bukti seperti itu, biologi adalah soal probabilitas; karena kebetulan dan statistik, selalu ada sesuatu yang terjadi di suatu tempat, tetapi itu tidak berarti ia punya fungsi
Virus biasanya lebih kecil dan sepenuhnya tidak aktif tanpa sel inang
Bakteri bukan hanya lebih besar, tetapi juga punya proses metabolisme sendiri dan struktur yang dapat dibedakan, sehingga koloninya juga bisa ditumbuhkan lewat kultur laboratorium agar jauh lebih mudah terlihat
Kalau virus saja sudah bisa diidentifikasi, mencari bakteri tampaknya lebih mudah
Tentu ada juga virus yang lebih besar daripada bakteri terkecil berukuran 200 nm seperti Mycoplasma, tetapi secara umum virus lebih kecil
Bukankah ada jenis ameba yang bisa menembus sawar darah-otak dan menetap di otak?
Ada juga infeksi jamur, atau mungkin saya hanya teringat plot film horor?
Ameba bisa masuk melalui hidung dari air yang terkontaminasi
https://en.wikipedia.org/wiki/Naegleriasis
Secara harfiah ia memakan otak, jadi ini benar-benar sesuatu yang tidak ingin dialami siapa pun
Masuk melalui hidung dan lempeng kribriform
https://en.wikipedia.org/wiki/Naegleria_fowleri
Saya skeptis, tetapi ada banyak patogen bakteri intraseluler
Mungkin saja ada bakteri simbiotik atau simbion yang hidup di dalam sel
Kalau berada di luar sel, sepertinya mereka akan lebih sering terlihat dalam cairan serebrospinal yang cukup sering diambil dalam praktik medis, dan juga akan terdeteksi dengan irisan serta pewarnaan histologi/patologi umum
Bisa dibayangkan adanya bakteri simbiotik intraseluler yang kecil dan hampir tidak dapat dibedakan dari organel sel seperti mitokondria atau lisosom
Mitokondria juga dulunya bakteri, jadi mungkinkah ada endosimbion lain?
Mitokondria punya DNA sirkular dan polimerase mirip fag, jadi mungkin simbion tersembunyi juga bisa ditemukan lewat studi DNA
Contoh patogen bakteri intraseluler antara lain Brucella abortus, Listeria spp., Chlamydia spp., Rickettsia spp., Ehrlichia spp., Anaplasma spp., Coxiella spp., Mycobacterium tuberculosis, Salmonella spp., dan sebagainya
Apa implikasinya terhadap penggunaan antibiotik?
Apakah sawar darah-otak akan menghalangi antibiotik?
Antibiotik adalah molekul, dan sawar itu membiarkan molekul semacam itu masuk
Dr Salinas luar biasa
Ia pernah diwawancarai tentang ikan paru di “The Children's Hours”, dan itu sangat menarik
Penelitian ikannya banyak berujung pada pemahaman tentang imunologi manusia