Mikrobiota usus ayah memengaruhi generasi berikutnya

Sebuah penelitian oleh kelompok Hackett di Laboratorium Biologi Molekuler Eropa (EMBL) di Roma menemukan bahwa mengganggu mikrobioma usus pada tikus jantan meningkatkan risiko penyakit pada keturunannya di masa depan.

Mikrobioma usus adalah komunitas mikroba yang menghuni saluran pencernaan. Mikrobioma ini bertanggung jawab untuk memproduksi enzim, metabolit, dan molekul lain yang penting bagi metabolisme dan respons inang terhadap lingkungan.

Oleh karena itu, mikrobioma usus yang seimbang penting bagi kesehatan mamalia, membantu mengatur sistem imun dan endokrin. Hal ini, pada gilirannya, memengaruhi fisiologi jaringan di seluruh tubuh. Namun, sedikit yang diketahui tentang pengaruh mikrobioma usus pada fungsi reproduksi inang dan apakah mikrobioma paternal yang berubah dapat memengaruhi kesehatan keturunannya.

Kelompok Hackett di EMBL di Roma, bersama dengan kelompok Bork dan Zimmermann di EMBL di Heidelberg, berupaya menjawab pertanyaan ini. Hasil penelitian mereka, yang dipublikasikan dalam jurnal Nature, menunjukkan bahwa mengganggu mikrobioma usus pada tikus jantan meningkatkan kemungkinan keturunannya akan lahir dengan berat badan lahir rendah dan akan berisiko lebih tinggi mengalami kematian dini.

Menyampaikan informasi ke generasi berikutnya

Untuk mempelajari dampak mikrobioma usus pada reproduksi jantan dan keturunannya, para peneliti mengubah komposisi mikroba dalam usus tikus jantan dengan mengobatinya menggunakan antibiotik umum yang tidak masuk ke aliran darah. Hal ini menyebabkan kondisi yang disebut disbiosis, yaitu saat ekosistem mikroba dalam usus menjadi tidak seimbang.

Para ilmuwan kemudian menganalisis perubahan dalam komposisi metabolit testis yang penting. Mereka menemukan bahwa disbiosis pada tikus jantan memengaruhi fisiologi testis, serta komposisi metabolit dan sinyal hormonal. Setidaknya sebagian dari efek ini disebabkan oleh perubahan kadar hormon utama leptin dalam darah dan testis laki-laki dengan disbiosis yang diinduksi.

Pengamatan ini menunjukkan bahwa mamalia memiliki "sumbu garis keturunan-usus" yang merupakan hubungan penting antara usus, mikrobiota, dan garis keturunan.

Untuk memahami pentingnya "sumbu garis keturunan-usus" ini bagi heritabilitas, para ilmuwan mengawinkan jantan yang tidak diobati atau yang disbiotik dengan betina yang tidak diobati. Anak-anak anjing dari ayah yang disbiotik memiliki berat lahir yang jauh lebih rendah dan peningkatan angka kematian setelah lahir. Berbagai kombinasi antibiotik, serta pengobatan dengan pencahar yang menyebabkan disbiosis (yang juga mengganggu mikrobiota), memiliki efek yang sama pada keturunannya.

Yang penting, efek ini bersifat reversibel. Setelah antibiotik dihentikan, mikrobioma sang ayah akan pulih kembali. Ketika tikus dengan mikrobioma yang pulih dikawinkan dengan tikus betina yang tidak diobati, keturunannya akan lahir dengan berat badan normal dan berkembang secara normal.

"Kami mengamati bahwa efek antargenerasi menghilang setelah mikrobioma normal dipulihkan. Ini berarti bahwa setiap perubahan dalam mikrobioma usus yang dapat menyebabkan efek antargenerasi dapat dicegah pada ayah di masa depan," kata Peer Bork, direktur EMBL Heidelberg, yang terlibat dalam penelitian tersebut.

"Langkah selanjutnya adalah memahami secara rinci bagaimana berbagai faktor lingkungan, seperti obat-obatan termasuk antibiotik, dapat memengaruhi garis keturunan ayah dan perkembangan embrio."

Aile Denboba, penulis pertama makalah tersebut dan mantan peneliti pascadoktoral di kelompok Hackett, yang kini menjadi pemimpin kelompok di Institut Max Planck untuk Imunologi dan Epigenetika di Freiburg, Jerman, menambahkan: "Studi ini muncul dari keinginan untuk memahami pengaruh lingkungan terhadap ayah dengan mempertimbangkan mikrobioma usus sebagai jembatan antara interaksi inang-lingkungan, yang menciptakan model penyebab yang cukup untuk menilai risiko kesehatan antargenerasi dalam sistem ekologi yang kompleks."

Pengaruh Ayah terhadap Risiko Penyakit Selama Kehamilan

Dalam penelitian mereka, Hackett dan rekan-rekannya juga menemukan bahwa cacat plasenta, termasuk vaskularisasi yang buruk dan pertumbuhan yang lambat, lebih umum terjadi pada kehamilan yang melibatkan laki-laki disbiotik. Plasenta yang cacat menunjukkan tanda-tanda komplikasi kehamilan yang umum terjadi pada manusia yang disebut preeklamsia, yang menyebabkan pertumbuhan yang buruk pada keturunan dan merupakan faktor risiko untuk berbagai macam penyakit di kemudian hari.

"Studi kami menunjukkan adanya saluran komunikasi antara mikrobioma usus dan sistem reproduksi pada mamalia. Selain itu, faktor lingkungan yang mengganggu sinyal-sinyal ini pada calon ayah meningkatkan risiko kesehatan keturunan yang buruk dengan mengubah perkembangan plasenta," kata Jamie Hackett, koordinator proyek penelitian dan pemimpin kelompok EMBL Roma.

"Ini menyiratkan bahwa pada tikus, lingkungan paternal sebelum pembuahan dapat memengaruhi sifat keturunan tanpa dipengaruhi oleh faktor pewarisan genetik."

"Pada saat yang sama, kami menemukan bahwa efek ini hanya terjadi dalam satu generasi, dan saya harus menekankan bahwa diperlukan lebih banyak penelitian untuk memeriksa seberapa luas efek ini dan apakah efek tersebut relevan bagi manusia. Ada perbedaan mendasar yang perlu dipertimbangkan saat menerapkan temuan tikus pada manusia."

Hackett melanjutkan: "Namun mengingat meluasnya penggunaan praktik diet dan antibiotik dalam budaya Barat yang diketahui mengganggu mikrobioma usus, penting untuk mencermati lebih dekat pengaruh antargenerasi dari ayah dan bagaimana pengaruh tersebut dapat memengaruhi hasil kehamilan dan risiko penyakit dalam populasi."