Mikrobioma usus sebagai faktor kunci dalam perkembangan penyakit neurodegeneratif

Penyakit neurodegeneratif (NDD), yang belum diketahui obatnya dan penyebabnya masih belum jelas, menyebabkan kerusakan permanen pada otak dan sistem saraf. Penelitian terhadap penyakit ini biasanya difokuskan pada otak, tetapi penelitian pada tikus selama beberapa tahun terakhir menunjukkan bahwa mikrobioma juga berperan dalam timbulnya dan perkembangan beberapa NDD.

"Hasil ini menunjukkan bahwa mikrobioma usus berperan penting dalam timbulnya dan perkembangan setidaknya beberapa penyakit neurodegeneratif," kata Chris Ellis, peneliti utama tim mikrobiologi multi-institusional dari Netellis, Universitas Tennessee di Knoxville, dan Universitas North Carolina di Chapel Hill.

Di ASM Microbe, pertemuan tahunan American Society for Microbiology, para peneliti ini memaparkan kaitan baru antara metabolit yang diproduksi oleh mikroba usus dan tiga NDD pada manusia. Analisis mereka menunjukkan bahwa metabolit DHPS (2,3-dihydroxypropane-1-sulfonate) dapat membantu menjawab pertanyaan utama tentang bagaimana jalur metabolisme sulfur dapat menghubungkan mikrobioma dengan penyakit ini.

DHPS sebelumnya belum pernah terdeteksi pada manusia, dan para peneliti mencatat bahwa metabolit yang diproduksi oleh mikroba usus pada pasien NDD dapat memberikan petunjuk berharga untuk pemahaman yang lebih baik, yang dapat mengarah pada alat diagnostik yang lebih baik atau bahkan perawatan.

Dalam penelitian sebelumnya, para ilmuwan telah menemukan bahwa transplantasi tinja dapat meringankan perkembangan penyakit seperti Alzheimer pada tikus, dan ketika transplantasi tinja dari orang yang menderita penyakit tersebut diberikan kepada tikus, hewan tersebut mengalami gangguan memori.

Para peneliti melakukan studi baru untuk menentukan profil bakteri dan metabolik yang khas dari mikrobioma usus pada orang yang didiagnosis dengan salah satu dari tiga NDD: amiotrofik lateral sklerosis (ALS), penyakit Alzheimer (AD), dan penyakit Parkinson (PD). Untuk memperoleh data penyakit awal, mereka mengumpulkan sampel tinja dari pasien yang didiagnosis selama dua kunjungan pertama ke dokter spesialis dan membandingkan hasil sampel ini dengan sampel yang dikumpulkan dari individu yang sehat.

Analisis mereka mengidentifikasi 19 biomarker metabolik neurodegenerasi di ketiga kelompok NDD; mereka juga menemukan 20 penanda unik untuk ALS, 16 penanda unik untuk AD, dan sembilan penanda unik untuk PD. Biomarker umum ini mencakup metabolit yang terkait dengan dishomeostasis dalam jalur metabolisme sulfur.

Selain itu, pada ketiga kelompok penyakit, mereka menemukan hubungan dengan taksa bakteri Bilophila dan Desulfovibrio, yang berperan dalam sintesis dan degradasi DHPS. Peningkatan kadar Bilophila sesuai dengan pengamatan bahwa pasien dengan AD, ALS, dan PD memiliki lebih sedikit DHPS dalam sampel tinja mereka dibandingkan dengan subjek yang sehat.

Bilophila dapat mendegradasi DHPS menjadi hidrogen sulfida, dan akumulasi hidrogen sulfida dikaitkan dengan disfungsi mitokondria, yang diketahui berkontribusi terhadap perkembangan NDD. Hidrogen sulfida dikaitkan dengan ciri-ciri NDD yang diketahui, termasuk peradangan, stres oksidatif, dan disbiosis usus.

Para penulis menyarankan bahwa studi baru ini menyoroti DHPS sebagai “mata rantai yang hilang” dalam pemahaman kita saat ini tentang mekanisme yang menghubungkan NDD dengan metabolisme sulfur, disfungsi mitokondria, dan neuroinflamasi.