Mikrobioma usus manusia memainkan peran penting dalam tubuh, berkomunikasi dengan otak dan menjaga sistem kekebalan melalui sumbu usus-otak. Jadi tidak sepenuhnya aneh untuk menyarankan bahwa mikroba bisa memainkan peran yang lebih besar dalam neurobiologi kita.
Memancing untuk Mikroba
Selama bertahun-tahun, Irene Salinas tertarik dengan fakta fisiologis sederhana: Jarak antara hidung dan otak sangat kecil. Imunolog evolusioner, yang bekerja di University of New Mexico, mempelajari sistem kekebalan mukosa pada ikan untuk lebih memahami bagaimana versi manusia dari sistem-sistem ini, seperti lapisan usus dan rongga hidung kita, bekerja. Dia tahu, hidung penuh dengan bakteri, dan mereka “benar-benar dekat” dengan otak – hanya beberapa milimeter dari bulb olfaktori, yang memproses bau. Salinas selalu punya firasat bahwa bakteri mungkin bocor dari hidung ke bulb olfaktori. Setelah bertahun-tahun rasa ingin tahu, dia memutuskan untuk menghadapi kecurigaannya pada organisme model favoritnya: ikan.
Salinas dan timnya mulai dengan mengekstraksi DNA dari bulb olfaktori trout dan salmon, beberapa ditangkap di alam liar dan beberapa dibesarkan di laboratoriumnya. (Kontribusi penting untuk penelitian ini dibuat oleh Amir Mani, penulis utama makalah tersebut.) Mereka berencana untuk mencari urutan DNA dalam database untuk mengidentifikasi spesies mikroba apa pun.
Jenis sampel seperti itu, bagaimanapun, mudah terkontaminasi – oleh bakteri di laboratorium atau dari bagian-bagian tubuh ikan lainnya – itulah sebabnya para ilmuwan telah berjuang untuk mempelajari subjek ini secara efektif. Jika mereka menemukan DNA bakteri di bulb olfaktori, mereka harus meyakinkan diri sendiri dan peneliti lain bahwa itu benar-benar berasal dari otak.
Untuk menutupi dasar-dasar mereka, tim Salinas mempelajari microbiome seluruh tubuh ikan juga. Mereka mengambil sampel otak, usus, dan darah ikan; mereka bahkan menguras darah dari banyak kapiler otak untuk memastikan bahwa bakteri yang mereka temukan berada di jaringan otak itu sendiri.
“Kami harus kembali dan mengulang [eksperimen] banyak, banyak kali hanya untuk memastikan,” kata Salinas. Proyek ini memakan waktu lima tahun – tetapi bahkan di awal sudah jelas bahwa otak ikan tidak steril.
Seperti yang diharapkan Salinas, bulb olfaktori menjadi tuan rumah beberapa bakteri. Tetapi dia terkejut melihat bahwa bagian lain dari otak bahkan lebih banyak. “Saya pikir bagian-bagian lain dari otak tidak akan memiliki bakteri,” katanya. “Tapi ternyata hipotesis saya salah.” Otak ikan menjadi tuan rumah begitu banyak sehingga hanya butuh beberapa menit untuk menemukan sel bakteri di bawah mikroskop. Sebagai langkah tambahan, timnya mengonfirmasi bahwa mikroba tersebut aktif hidup di otak; mereka tidak tidur atau mati.
Olm terkesan dengan pendekatan mereka yang teliti. Salinas dan timnya mengelilingi “pertanyaan yang sama, dari semua cara yang berbeda ini, menggunakan semua metode yang berbeda – yang semuanya menghasilkan data yang meyakinkan bahwa sebenarnya ada mikroba yang hidup di otak salmon,” kata Olm.
Tapi jika begitu, bagaimana mereka sampai ke sana?
Menyerang Benteng
Para peneliti telah lama skeptis bahwa otak bisa memiliki microbiome karena semua vertebrata, termasuk ikan, memiliki penghalang darah-otak. Pembuluh darah dan sel otak yang mengelilingi terfortifikasi untuk bertindak sebagai penjaga pintu yang memungkinkan hanya beberapa molekul masuk dan keluar dari otak dan menjaga penyerang, terutama yang lebih besar seperti bakteri, keluar. Jadi Salinas secara alami bertanya-tanya bagaimana otak dalam penelitiannya telah terkolonisasi.
Dengan membandingkan DNA mikroba dari otak dengan yang dikumpulkan dari organ lain, laboratoriumnya menemukan sekelompok spesies yang tidak muncul di tempat lain di tubuh. Salinas berspekulasi bahwa spesies ini mungkin telah mengkolonisasi otak ikan sejak awal perkembangan mereka, sebelum penghalang darah-otak mereka sepenuhnya terbentuk. “Pada awalnya, apa pun bisa masuk; itu bebas,” katanya.