Ketika para manusia purba berpindah dari Afrika, mereka membawa serta mikroba usus mereka. Ternyata, mikroba ini juga ikut berevolusi bersama mereka.
Mikrobioma yang berada pada usus manusia terdiri dari ratusan hingga ribuan spesies bakteri dan arkea). Dalam satu spesies mikroba tertentu, galur yang berbeda membawa gen yang berbeda yang dapat mempengaruhi kesehatan dan penyakit yang kita idap.
Terdapat variasi yang jelas dalam komposisi mikroba dan keragaman mikrobioma usus di antara orang-orang yang tinggal di berbagai negara di seluruh dunia. Meskipun para peneliti mulai memahami faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi komposisi mikrobioma, seperti pola makan, masih ada pemahaman yang terbatas tentang mengapa kelompok yang berbeda memiliki galur yang berbeda dari spesies mikroba yang sama dalam usus mereka.
Kami adalah peneliti yang mempelajari evolusi mikroba dan mikrobioma. Penelitian kami yang baru saja terbit menemukan bahwa mikroba tidak hanya mendiversifikasi diri dalam inang manusia modern awal saat mereka melakukan perjalanan ke seluruh dunia, tetapi juga mengikuti evolusi manusia dengan membatasi diri mereka pada kehidupan di dalam usus.
Mikroba berevolusi di dalam usus manusia
Kami berhipotesis bahwa ketika manusia menyebar ke seluruh dunia dan mengalami diversifikasi genetik, begitu pula spesies mikroba dalam usus mereka. Dengan kata lain, mikroba usus dan inang manusianya “mengalami kodifikasi” dan berevolusi bersama - seperti halnya manusia yang mengalami diversifikasi sehingga orang-orang di Asia terlihat berbeda dengan orang-orang di Eropa, demikian pula mikrobioma mereka.
Untuk mengetahui hal ini, kami perlu memasangkan data genom dan mikrobioma manusia dari orang-orang di seluruh dunia. Namun, kumpulan data yang menyediakan data mikrobioma dan informasi genom untuk individu masih terbatas ketika kami memulai penelitian ini. Sebagian besar data yang tersedia untuk umum berasal dari Amerika Utara dan Eropa Barat, dan kami membutuhkan data yang lebih mewakili populasi di seluruh dunia.
Jadi tim peneliti kami menggunakan data yang ada dari Kamerun, Korea Selatan, dan Inggris, dan juga merekrut ibu dan anak kecil mereka di Gabon, Vietnam, dan Jerman. Kami mengumpulkan sampel air liur dari orang dewasa untuk memastikan genotipe, atau karakteristik genetik, dan sampel tinja untuk mengurutkan genom mikroba usus mereka.
Untuk analisis kami, kami menggunakan data dari 839 orang dewasa dan 386 anak-anak. Untuk menilai sejarah evolusi manusia dan mikroba usus, kami membuat pohon filogenetik untuk setiap orang dan juga untuk 59 jenis spesies mikroba yang paling umum dimiliki bersama.
Ketika kami membandingkan pohon manusia dengan pohon mikroba, kami menemukan gradien seberapa baik kecocokannya. Beberapa pohon bakteri sama sekali tidak cocok dengan pohon manusia, sementara beberapa lainnya sangat cocok, yang menunjukkan bahwa spesies-spesies ini mengalami kodifikasi dengan manusia. Beberapa spesies mikroba, pada kenyataannya, telah mengikuti perjalanan evolusi selama lebih dari ratusan ribu tahun.
Kami juga menemukan bahwa mikroba yang berevolusi bersama-sama dengan manusia memiliki seperangkat gen dan sifat yang unik dibandingkan dengan mikroba yang tidak melakukan kodiversifikasi dengan manusia. Mikroba yang bermitra dengan manusia memiliki genom yang lebih kecil dan sensitivitas oksigen serta suhu yang lebih besar, sebagian besar mikroba tidak dapat mentolerir kondisi di bawah suhu tubuh manusia.
Sebaliknya, mikroba usus dengan ikatan yang lebih lemah dengan evolusi manusia memiliki sifat dan gen yang khas dari bakteri yang hidup bebas di lingkungan luar. Temuan ini menunjukkan bahwa mikroba yang berevolusi sangat bergantung pada kondisi lingkungan tubuh manusia dan harus ditularkan dengan cepat dari satu orang ke orang lain, baik secara turun-temurun maupun di antara orang-orang yang tinggal di komunitas yang sama.
Dengan mengkonfirmasi cara penularan ini, kami menemukan bahwa ibu dan anak-anak mereka memiliki jenis mikroba yang sama di dalam usus mereka. Sebaliknya, mikroba yang tidak mengalami kodifikasi, lebih mungkin bertahan hidup dengan baik di luar tubuh dan dapat ditularkan secara lebih luas melalui air dan tanah.
Gut microbes and obat khusus pribadi
Penemuan kami yang menyatakan bahwa mikroba usus berevolusi bersama dengan inang manusianya memberikan cara lain untuk memahami mikrobioma usus manusia. Mikroba usus telah berpindah dari satu orang ke orang lain selama ratusan hingga ribuan generasi, sehingga ketika manusia berubah, begitu juga dengan mikroba usus mereka. Akibatnya, beberapa mikroba usus berperilaku seolah-olah mereka adalah bagian dari genom manusia: mereka adalah paket gen yang diwariskan antar generasi dan dimiliki bersama oleh individu-individu terkait.
Obat-obatan pribadi (personalized medicine) dan pengujian genetik mulai membuat pengobatan menjadi lebih spesifik dan efektif bagi masing-masing individu. Mengetahui mikroba mana yang memiliki hubungan jangka panjang dengan manusia dapat membantu para peneliti mengembangkan pengobatan berbasis mikrobioma yang spesifik untuk setiap populasi. Para dokter sudah menggunakan probiotik lokal yang berasal dari mikroba usus anggota masyarakat tersebut untuk mengobati malnutrisi.
Temuan kami juga membantu para ilmuwan untuk lebih memahami bagaimana mikroba bertransisi secara ekologis dan evolusioner dari “hidup bebas” di lingkungan menjadi bergantung pada kondisi usus manusia. Mikroba yang telah terdiversifikasi memiliki ciri-ciri dan gen yang mengingatkan kita pada simbion bakteri yang hidup di dalam inang serangga. Ciri-ciri yang sama ini menunjukkan bahwa inang hewan lain mungkin juga memiliki mikroba usus yang mengalami kodiversifikasi selama evolusi.
Memberikan perhatian khusus pada mikroba yang memiliki sejarah evolusi yang sama dengan manusia dapat membantu meningkatkan pemahaman tentang peran mereka dalam kesejahteraan manusia.
Demetrius Adyatma Pangestu dari Universitas Bina Nusantara menerjemahkan artikel ini dari bahasa Inggris