Holobion: cara rasional melihat tubuh manusia (Homo sapiens) sebagai organisme minoritas dalam dunia mikrobioma

 

Oleh: Arsel Arianto Pau Riwu

 

Konsep holobion

“I do not walk alone on this earth and I am a minority in my own body”. Kalimat ini merupakan deskripsi sederhana dari konsep baru eksistensi manusia (organisme) sebagai bagian dari komunitas biologis. Ilmu biologi abad ke-21 dan teknologi modern telah menunjukkan bahwa manusia sejak awal kehadiran jutaan tahun yang lalu tidak sendiri, namun merupakan bagian dari jaringan kompleks sel eukariotik dan prokariotik dunia mikrobioma. Hal ini merujuk pada komunitas ekologi mikroorganisme komensal, simbion atau patogen yang secara langsung menempati suatu ruang di tubuh. Interaksi tubuh manusia dengan mikroorganisme simbiotik yang mengganggu batas-batas definisi awal individu biologis, memperjelas status tubuh manusia sebagai entitas yang tidak otonom baik secara genetik, imunologi, evolusi, anatomi, dan fisiologi. Keberadaan manusia dilihat sebagai simbiosis antara tubuh sebagai inang (host) dengan semua mikroorganisme yang merupakan mikrobioma termasuk bakteri, jamur, dan virus. Tingkat individualitas baru ini disebut "holobion", dan semua informasi genetik dalam holobion disebut “hologenome”. Istilah “Holobiont” pertama kali diperkenalkan tahun 1991 oleh Lynn Margulis yang mana pada awalnya ditujukan pada entitas biologis sederhana yang terdiri atas organisme induk (host) dan simbiont atau komunitas mikroorganisme.

Perkembangan teknologi seperti mikroskop yang sudah sampai pada tahap mikroskop elektron telah berhasil mengungkap dunia baru yaitu dunia mikrobial dari bakteri, protista, dan jamur. Selama dekade terakhir, penemuan instrument canggih dan metode yang lebih modern telah memungkinkan penemuan organel subseluler, virus, dan maromolekul. Teknologi  baru seperti polymerase chain reaction (PCR), analisis asam nukleat, pengurutan genomik, high-throughput RNA analysis, dan genomic sequencing, telah secara dramatis mengubah pemahaman manusia terhadap biosfer planet ini. Hal ini tidak saja mengungkap dunia mikroba dengan keberagaman yang mengagumkan, tetapi juga mengungapkan simbiosis yang kompleks antara kehidupan mikroskopik dan makroskopik.

Tubuh manusia sebagai holobion merupakan inang bagi sekitar 39 triliun mikroorganisme dimana masing-masing memiliki susunan genetik yang unik dengan fungsi kolektif yang membuat keseluruhannya tetap hidup. Dalam pemahaman konvensional yang bertahan sejak perkiraan ahli mikrobiologi Thomas Luckey pada tahun 1972, diketahui bahwa jumlah bakteri dalam tubuh manusia lebih banyak dari jumlah sel manusia dengan rasio minimal 10:1. Namun, pada tahun 2016 para peneliti di Weizmann institute of science dari Israel dan Hospital for Sick Children - Canada dalam Journal bioRxiv melaporkan bahwa rata-rata tubuh manusia mengandung sekitar 30 triliun sel manusia dan 39 triliun bakteri. Studi ini dilakukan pada pria (referensi) dengan bobot 70 kilogram, berusia 20-30 tahun dan tinggi 1,7 meter. Konsentrasi bakteri tertinggi pada tubuh manusia dilaporkan terdapat dalam usus besar (10¹¹ bakteri/mL), sementara konsentrasi bakteri dalam air liur dan plak gigi mewakili kurang dari 1% dari kandungan bakteri usus besar. Konsentrasi dari bakteri di lambung dan 2/3 bagian atas usus kecil (duodenum dan jejunum) hanya mencapai 10³-10⁴ bakteri/ml.

Lingkungan mikroba di dalam tubuh manusia merupakan lingkungan yang mendukung karena suasana yang hangat dan stabil. Mikrobioma yang hidup dan tinggal di dalam tubuh manusia sebagian besar terdiri atas bakteri, eukariotik, archaea, dan sebagian kecil adalah virus. Jumlah mikrobioma pada setiap individu memiliki perbedaan besar dibandingkan dengan variasi genom. Setiap genom manusia memiliki kemiripan 99%, namun mikrobioma di setiap individu memiliki perbedaan 80-90% seperti mikrobiota yang terdapat di tangan atau usus. Mikrobioma yang berada di kulit, sistem gastrointestinal, saluran napas, dan saluran urogenital dapat terpapar langsung oleh faktor eksternal, seperti makanan, udara, dan obat-obatan. Konsentrasi mikrobioma juga sangat dipengaruhi oleh berbagai faktor misalnya gaya hidup, prosedur medis, diet, infeksi, dan stres.

 

Mikroorganisme dan fungsi tubuh

Konsep holobion berkaitan dengan simbiosis antara organisme yang saling mempengaruhi secara signifikan. Relasi antara manusia dan mikroba sangat berpengaruh pada beberapa fungsi dasar termasuk proses fisiologis seperti metabolisme dan pertahanan imunologis. Banyak bakteri yang hidup di dalam tubuh manusia merupakan koloni yang bermanfaat seperti membantu mencerna makanan, mengatur sistem imun, dan perlindungan terhadap bakteri patogen. Sebagai contoh, mikrobiota usus manusia dikenal karena perannya dalam sistem pencernaan baik pada individu yang sehat maupun sakit untuk memecah racun dari zat makanan, membuat vitamin tertentu, hingga melatih sistem kekebalan tubuh. Beberapa koloni bakteri melindungi manusia dari kerusakan sel epitel akibat bakteri jahat (enteropatogen), meregulasi metabolisme lemak, memengaruhi penyerapan berbagai zat nutrisi dan mengoptimalkan pencernaan. Dengan fakta tersebut terlihat jelas bahwa mikrobiota dan inang saling mempengaruhi dan bergantung satu sama lain.

Simbiosis antara inang dan biont seharusnya secara ideal berada pada keadaan keseimbangan yang stabil dan homeostasis. Akan tetapi, gangguan keseimbangan di luar batas ketahanan dapat mendorong sistem menuju keadaan non-stabil dan lebih rentan terhadap perkembangan penyakit kronis. Fenomena ketidakseimbangan mikrobiota-inang yang terus meningkat di masyarakat dapat menjelaskan terjadinya ledakan perkembangan penyakit kronis seperti radang usus, obesitas, dan penyakit radang lainnya. Lebih lanjut, disfungsi mikrobioma dapat menimbulkan masalah autoimun (diabetes, rheumatoid arthritis, distrofi otot, multiple sclerosis, dan fibromialgia).  Lebih lanjut, beberapa mikroba berbahaya (kurang dari 1% bakteri) dapat menyerang tubuh manusia (inang). Akumulasi mikroba penyebab penyakit akan menyebabkan perubahan aktivitas gen dan metabolik. Akibat perubahan tersebut dapat menyebabkan abnormalitas sistem imun sehingga akan menyerang jaringan normal di dalam tubuh.

Tubuh manusia sebagai inang memiliki mekanisme tersendiri untuk melindungi dirinya dari serangan mikroba jahat (patogen). Secara umum terdapat tiga mekanisme pertahanan tubuh terhadap mikroorganisme jahat yaitu menghambat akses, proses fagositosis, dan respon imun. Pada mekanisme pertama - menghambat akses mikroba, tubuh memproduksi beberapa zat antimikroba yang membunuh atau menghentikan pertumbuhan mikroba. Misalnya enzim dalam air mata dan air liur memecah bakteri, lambung menghasilkan asam yang menghancurkan banyak mikroba yang masuk ke dalam tubuh, urin yang mengalir melalui sistem saluran kemih mengeluarkan mikroba dari kandung kemih dan uretra, kulit dan selaput lendir bertindak sebagai penghalang bagi penetrasi mikroba, hidung dan saluran paru-paru menghasilkan cairan lengket yang menjebak mikroba, sementara rambut kecil (silia) menangkap mikroba untuk dikeluarkan melalui bersin atau feses. Pada mekanisme kedua - fagositosis, sel darah putih dengan mekanisme amoeboid mengirimkan pseudopodia yang memungkinkan mereka mengelilingi, menelan, dan mencerna mikroba yang terperangkap. Pada mekanisme ketiga - respon imun, terdapat antibodi  yang bertugas melawan antigen (patogen). Jenis sel darah putih yang disebut limfosit mengenali antigen sebagai benda asing dan menghasilkan antibodi dengan bentuk situs pengikatan yang spesifik untuk mengunci dan menghancurkan antigen (patogen) yang kemudian ditelan dan dicerna oleh makrofag.

 Pandangan holistik terkait manusia sebagai holobion serta pemahaman terhadap hubungan mikrobiota-inang tidak saja dapat menjadi dasar pendekatan terpadu untuk mengobati atau mencegah penyakit, tetapi juga mengatasi ketidakseimbangan antara inang dan mikrobiota secara lebih tepat dan bijak. Salah satu upaya manusia untuk membunuh atau menghambat mikroba (patogen) dalam inang (tubuh manusia) ialah dengan menggunakan antibiotik. Akan tetapi, efek antibiotik pada mikroorganisme (bakteri baik) lain yang hidup bersama dalam tubuh manusia jarang dipertimbangkan. Selain menyerang bakteri jahat penyebab infeksi, antibiotik juga dapat membunuh bakteri baik seperti yang berada di dalam saluran pencernaan. Oleh karena itu, pemahaman terhadap keberadaan mikroorganisme beserta ragam fungsi/sifatnya dalam tubuh diperluan manusia untuk menghadirkan solusi yang lebih baik. Selain itu, pemahaman lebih lanjut mengenai variasi mikroba pada mikrobioma manusia memberikan pengetahuan baru mengenai metode pengobatan, misalnya mengobati infeksi bakteri dengan menumbuhkan bakteri baru pada pasien yang mengalami infeksi bakteri jahat.

- Sekian -

References:

1.      Scott F. Gilbert, Alfred I. Tauber, Jan Sapp. (2012). A symbiotic view of life: we have never been individuals. The Quarterly Review of Biology, December 2012, Vol. 87, No. 4. Copyright © 2012 by The University of Chicago Press.

2.      JaVier suárez & Vanessa triViño. (2019). A metaphysical approach to holobiont individuality: Holobionts as emergent individuals. Quaderns de filosofia vol. vi núm. 1 (2019): 59-76 eissn: 2341-3042, doi: 10.7203/qfia. 6.1.14825

3.      Ron Sender, Shai Fuchs, Ron Milo (2017). Revised estimates for the number of human and bacteria cells in the body. bioRxiv: https://doi.org/10.1101/036103

4.      Pratiwi P. Sudarmono. (2016). Mikrobioma: Pemahaman Baru tentang Peran Mikroorganisme dalam Kehidupan Manusia. DOI: 10.23886/ejki.4.6291.71-5

5.       https://nusantics.com/id/holobiont