Studi Cacing: Gas Oksida Nitrat yang Dihasilkan Bakteri Dapat Memperpanjang Usia

Usia C. elegans rata-rata meningkat hampir 15 persen, atau menjadi sekitar dua minggu, saat para peneliti memberinya makanan berupa bakteri B. subtilis.

Oksida nitrat, gas serbaguna yang membantu meningkatkan aliran darah, mengirimkan sinyal saraf, dan mengatur fungsi kekebalan tubuh, tampaknya memiliki satu lagi manfaat biologis: Memperpanjang usia dan membentengi organisme dari tekanan lingkungan.

Penelitian ini mengungkapkan bahwa cacing gelang yang disebut Caenorhabditis elegans, hewan yang sering digunakan dalam laboraturium untuk meneliti proses penuaan, hidupnya menjadi jauh lebih panjang saat diberi makanan berupa bakteri yang mampu memproduksi oksida nitrat. Pengamatan yang cukup menggoda ini menitikberatkan pada salah satu mekanisme di mana microbiome, atau triliunan sel mikroba yang mendiami tubuh kita, mungkin berperan penting bagi kesehatan kita.

Tingkat nitrat oksida kita sendiri menurun seiring bertambahnya usia. Penurunan inilah yang menyebabkan penuaan secara normal, kata Evgeny Nudler, PhD, Profesor Biokimia di NYU Langone Medical Center, yang memimpin studi ini. Ia berspekulasi bahwa bakteri-bakteri pelengkap mungkin memberi dorongan kesehatan dengan menyediakan beberapa senyawa yang hilang pada manusia.

“Pada cacing, kita kini tahu bahwa bakteri dapat menggunakan oksida nitrat tidak hanya untuk keuntungan mereka sendiri, tapi juga memberi respon yang menguntungkan bagi inang mereka, dan hal yang sama mungkin bisa menjadi terwujud dalam usus manusia,” tutur Dr. Nudler, “Mungkin bisa saja terjadi bahwa bakteri yang satu makanan dengan kita (bakteri komensal) mengontrol beberapa gen kita, setidaknya dalam usus, untuk melindungi sel-selnya dari tekanan dan penurunan yang terkait usia.” Bakteri komensal memberi keuntungan bagi organisme yang mereka huni.

Gambar ini menunjukkan cacing yang memancarkan sinar neon dalam menanggapi NO. Ini mengekspresikan salah satu dari gen stres/anti-penuaan, hsp16, dalam merespon oksida nitrat. (Kredit: Evgeny Nudler, Ph.D.)

Meskipun manusia dan kebanyakan organisme lainnya memiliki enzim yang diperlukan untuk memproduksi oksida nitrat, namun C. elegans tidak memilikinya. Sebaliknya, cacing itu bisa “membajak” senyawa dari bakteri tanah Bacillus subtilis yang tidak hanya merupakan makanan favoritnya tapi juga penghuni utama dalam usus cacing tersebut. Dr. Nudler berpendapat bahwa ”pembajakan” ini sebagian menjelaskan mengapa cacing yang mengkonsumsi B. subtilis bisa mencapai usia sekitar 50 persen lebih panjang dibanding rekan-rekannya yang mengkonsumsi Escherichia coli, sejenis bakteri yang tidak memproduksi senyawa tersebut.

Dalam studi yang dipublikasikan dalam jurnal Cell edisi 14 Februari ini, memperlihatkan usia C. elegansyang rata-rata meningkat hampir 15 persen, atau menjadi sekitar dua minggu, saat para peneliti memberinya makanan berupa bakteri B. subtilis. Perpanjangan rentang usia ini tidak terjadi pada cacing yang diberi makanan berupa B. subtilis mutan di mana gen penghasil nitrat oksida-nya sudah dihapus. Tim riset juga menggunakan sensor neon untuk menunjukkan bahwa C. elegans tidak menghasilkan gas nitrat oksida untuk dirinya sendiri. Namun saat cacing ini diberi makan bakteri B. subtilis, sinyal neon seketika muncul dalam ususnya.

Pelabelan neon dan beberapa tes lainnya juga menunjukkan bahwa oksida nitrat yang dihasilkan B. subtilis menembus hingga ke dalam jaringan cacing, di mana gas ini kemudian mengaktifkan serangkaian 65 gen. Beberapa dari gen ini sebelumnya terlibat dalam melawan tekanan, merespon kekebalan, dan memperpanjang usia, meskipun beberapa gen lainnya memiliki fungsi yang tidak diketahui. Namun yang penting, para peneliti menunjukkan bahwa terdapat dua protein regulasi yang sangat penting untuk mengaktifkan semua gen tersebut.

“Apa yang kami temukan, gas oksida nitrat yang diproduksi bakteri dalam cacing ini menyebar ke seluruh jaringan dan mengaktifkan seperangkat gen yang sangat spesifik untuk bertindak melalui dua regulator utama, HSF-1 dan daf-16, sehingga menghasilkan resistensi yang tinggi terhadap tekanan dan hidup menjadi lebih panjang,” jelas Dr. Nudler. “Sungguh mengejutkan bahwa satu molekul kecil yang dihasilkan oleh satu organisme ini secara dramatis dapat mempengaruhi fisiologi dan bahkan mempengaruhi usia organisme lain melalui pengiriman langsung sinyal sel.”

Sebagai bagian dari peran oksida nitrat yang luas, laboraturium Dr. Nudler sebelumnya telah menunjukkan betapa bahayanya patogen jika dapat memanfaatkan molekul tersebut untuk melawan antibiotik. Terlepas dari kapabilitasnya yang luas, penelitian baru ini menunjukkan bahwa oksida nitrat hanyalah satu dari beberapa molekul menguntungkan yang diproduksi B. subtilis. Laboratorium Dr. Nudler berencana untuk mengamati lebih dekat mekanisme-mekanisme potensial lainnya di mana bakteri komensal dapat meningkatkan kesehatan dan memperpanjang usia, dengan menggunakan model berupa manipulasi sistem C. elegans yang mudah dan ampuh.

Kredit: NYU Langone Medical Center
Jurnal: Ivan Gusarov, Laurent Gautier, Olga Smolentseva, Ilya Shamovsky, Svetlana Eremina, Alexander Mironov, Evgeny Nudler. Bacterial Nitric Oxide Extends the Lifespan of C. elegans. 14 February 2013, Cell; DOI: 10.1016/j.cell.2012.12.043