Bagaimana mikrob usus membantu tikus memadamkan kenangan ketakutan?
Penyelidikan baru pada tikus menunjukkan bagaimana mikroba dalam usus dapat mempengaruhi kemampuan untuk tidak mendapat tindak balas ketakutan. Kajian ini menghasilkan petunjuk terperinci mengenai mekanisme selular dan molekul yang menghubungkan usus dan otak.
Selama 10-20 tahun kebelakangan ini, para saintis telah memerhatikan bagaimana bakteria yang hidup di dalam dan di atas tubuh manusia mempengaruhi kesihatan.
Bukti telah muncul mengenai bagaimana gangguan terhadap komuniti mikroba ini berkaitan dengan penyakit dan juga perubahan tingkah laku.
Perkaitan ini juga jelas dalam hubungan antara gangguan autoimun tertentu dan keadaan psikiatri.
Orang yang menderita sklerosis berganda atau penyakit radang usus (IBD), misalnya, mungkin telah mengganggu bakteria usus dan mengalami gangguan mood, kegelisahan, dan kemurungan.
Namun, walaupun penyelidikan ini telah mengesahkan adanya sumbu otak-otak, mekanisme yang menyokongnya tidak jelas.
Kajian baru, yang muncul baru-baru ini Alam semula jadi kertas, menawarkan perincian proses selular dan molekul yang belum pernah terjadi sebelumnya yang menghubungkan mikroba usus dan sel otak.
"Tidak ada yang memahami bagaimana IBD dan keadaan gastrointestinal kronik yang lain mempengaruhi tingkah laku dan kesihatan mental," kata pengarang kajian kanan David Artis, seorang profesor imunologi dan pengarah penyelidikan IBD di Weill Cornell Medicine di New York City.
"Kajian kami adalah permulaan cara baru untuk memahami keseluruhan gambaran," tambahnya.
Belajar dan lupa
Untuk kajian itu, Prof Artis dan rakan-rakannya menggunakan tikus untuk mengetahui bagaimana gangguan mikroba usus mempengaruhi sel-sel otak.
Mereka menggunakan kepakaran mereka dalam perilaku haiwan, penjujukan gen, dan kimia sel.
Penyelidikan difokuskan pada seberapa baik haiwan dapat belajar dan melupakan pencetus ketakutan menggunakan eksperimen yang para saintis sebut sebagai "pembelajaran ketakutan dan kepupusan."
Dalam eksperimen tersebut, tikus belajar mengaitkan kejutan elektrik di kaki dengan bunyi nada serentak.
Akhirnya, nada dengan sendirinya dapat menimbulkan tindak balas ketakutan yang sama dengan kejutan elektrik.
Setelah terdedah berulang kali pada nada tanpa kejutan elektrik, tikus cenderung melupakan hubungannya. Ini kerana otak mereka mengemas kini fakta bahawa ancaman itu tidak lagi wujud.
Walau bagaimanapun, para penyelidik mendapati bahawa tikus yang ususnya bebas dari kuman sejak lahir, atau yang mikroba usus telah berkurang dengan banyak kerana rawatan antibiotik, menunjukkan penurunan kemampuan untuk mengetahui bahawa ancaman itu tidak lagi ada. Dengan kata lain, otak mereka tidak mengemas kini keadaan baru.
Gen yang berubah pada mikroglia
Penyelidikan genetik mikroglia di otak haiwan memberi penerangan mengenai mekanisme molekul di sebalik kesan ini.
Para penyelidik melihat ekspresi gen di korteks prefrontal medial (mPFC), "kawasan otak yang diketahui penting untuk pembelajaran kepupusan."
Microglia adalah sel imun yang hidup di otak dan memainkan banyak peranan dalam perkembangan dan fungsinya.
Salah satu tugas mereka adalah membantu merangsang dan memangkas hubungan antara neuron, atau sel saraf, untuk merombak rangkaian otak.
Para penyelidik mendapati bahawa ketiadaan mikroba usus mengubah ekspresi gen mikroglia dalam mPFC tikus sedemikian rupa sehingga mengganggu bagaimana neuron biasanya membentuk dan menghilangkan hubungan semasa belajar dan lupa.
Pasukan ini juga menemui perubahan besar dalam bahan kimia otak pada tikus yang kekurangan mikroba usus, seperti tahap molekul yang berubah yang berperanan dalam keadaan neuropsikiatrik seperti autisme dan skizofrenia.
Memulihkan bakteria usus hanya berfungsi pada peringkat awal kehidupan
Para penyelidik juga menjalankan eksperimen di mana mereka memulihkan bakteria usus pada tikus bebas kuman pada pelbagai usia.
Mereka mendapati bahawa tikus-tikus ini tidak dapat memperoleh tindak balas ketakutan yang terkondisi, tetapi hanya jika mereka memulihkan bakteria usus mereka sebaik sahaja dilahirkan.
Mereka melihat ini sebagai penemuan penting, kerana banyak keadaan psikiatri yang berkaitan dengan autoimun juga mempunyai kaitan dengan masalah yang terjadi pada peringkat awal perkembangan otak.
"Paksi otak-otak memberi kesan kepada setiap manusia, setiap hari dalam hidup mereka," kata Prof Artis.
Walaupun terlalu awal untuk dipastikan, penyelidik utama Dr Conor Liston menunjukkan bahawa dengan kajian lebih lanjut, penemuan ini akhirnya akan membawa kepada sasaran rawatan baru.
"Itu sesuatu yang perlu kita uji ke depan," katanya.
"Kami mulai memahami lebih banyak tentang bagaimana usus mempengaruhi penyakit yang beragam seperti autisme, penyakit Parkinson, gangguan tekanan pasca-trauma, dan kemurungan."
Prof David Artis
