Makan lebih dari sekedar mendapatkan cukup kalori. Tubuh juga perlu mendapatkan nutrisi yang seimbang, terutama asam amino esensial, yang merupakan bahan penyusun protein yang tidak dapat diproduksi sendiri oleh tubuh.
Kini, para peneliti telah menemukan sistem komunikasi tersembunyi antara usus dan otak yang membantu hewan mendeteksi ketika protein hilang dan mendorong mereka mencari nutrisi yang mereka butuhkan.
Sebuah tim yang dipimpin oleh Direktur SUH Seong-Bae dari Pusat Fisiologi Mikrobioma-Tubuh-Otak Institut Ilmu Pengetahuan Dasar (IBS), bekerja sama dengan para ilmuwan dari Universitas Nasional Seoul dan Universitas Wanita Ewha, telah mengidentifikasi jaringan sinyal usus-otak yang sebelumnya tidak diketahui yang dengan cepat mengubah perilaku makan ketika kadar protein turun.
Hasilnya dipublikasikan di jurnal Sains pada tanggal 21 Mei.
Bagaimana usus mendeteksi kekurangan protein
Protein sangat penting karena mengandung asam amino yang tidak dapat dibuat sendiri oleh hewan. Para ilmuwan telah lama mengetahui bahwa hewan cenderung mendambakan makanan kaya protein ketika kekurangan makanan tersebut, namun bagaimana tepatnya tubuh mendeteksi kekurangan ini masih belum jelas.
Para peneliti telah menemukan bahwa usus merespons kekurangan protein menggunakan dua jalur komunikasi yang berbeda namun terkoordinasi.
Sebuah jalur bekerja dengan cepat melalui sistem saraf, dengan cepat mengingatkan otak akan tidak adanya asam amino esensial. Jalur kedua bekerja lebih lambat karena hormon yang beredar di dalam tubuh membantu mempertahankan perilaku mencari protein dalam jangka waktu yang lebih lama.
Untuk mengungkap mekanismenya, tim mempelajari lalat buah, yang biasa digunakan untuk mempelajari sirkuit saraf yang terlibat dalam perilaku makan. Dengan menggunakan pencitraan otak, tes perilaku, dan eksperimen genetik, para ilmuwan telah memetakan sirkuit spesifik yang terlibat.
Ketika lalat kekurangan protein dalam makanannya, sel-sel khusus di usus melepaskan hormon peptida yang disebut CNMa. Hormon ini mengaktifkan neuron enterik yang terhubung ke usus, yang kemudian dengan cepat mengirimkan sinyal ke otak melalui jalur saraf langsung dari usus ke otak.
Pada saat yang sama, CNMa juga melakukan perjalanan melalui aliran darah sebagai hormon, mencapai otak secara lebih bertahap dan memperkuat dorongan untuk mencari asam amino esensial.
“Studi kami menunjukkan bahwa usus bukan hanya organ pencernaan, namun sistem sensorik aktif yang terus memantau status gizi dan secara langsung memandu keputusan perilaku,” kata Direktur SUH Seong-Bae.
Sinyal usus mencegah keinginan mengidam makanan manis
Sistem yang baru diidentifikasi ini tidak hanya menyebabkan hewan makan lebih banyak. Sebaliknya, hal itu secara khusus mengubah apa yang ingin mereka makan.
Para peneliti menemukan bahwa kekurangan protein meningkatkan ketertarikan terhadap nutrisi terkait protein sekaligus mengurangi ketertarikan terhadap gula.
Sinyal CNMa menekan aktivitas di sel otak sensitif gula yang disebut neuron DH44. Akibatnya, preferensi makanan beralih dari karbohidrat ke nutrisi kaya protein.
Penelitian tersebut juga menunjukkan bahwa bakteri usus berperan penting dalam proses ini. Lalat buah yang kekurangan mikroba usus normal menunjukkan aktivasi neuron otak yang lebih kuat dalam mencari asam amino, menunjukkan bahwa mikrobioma membantu mengatur ketersediaan nutrisi dan perilaku makan.
Perilaku mencari protein serupa ditemukan pada tikus
Para peneliti telah menemukan bahwa mekanisme dasar yang sama juga terjadi pada mamalia.
Percobaan pada tikus menunjukkan bahwa hewan yang kekurangan protein mengembangkan preferensi yang kuat terhadap asam amino esensial, serupa dengan perilaku yang diamati pada lalat buah.
Salah satu penemuan mengejutkan melibatkan FGF21, hormon yang sebelumnya dianggap penting untuk nafsu makan protein mamalia. Bahkan tikus yang kekurangan FGF21 masih menunjukkan perilaku mencari asam amino yang kuat.
Para peneliti mengatakan hal ini menunjukkan bahwa hewan memiliki sistem penginderaan nutrisi tambahan yang belum diidentifikasi oleh para ilmuwan.
Secara keseluruhan, hasil penelitian menunjukkan bahwa hewan tidak hanya merasa lapar ketika nutrisinya kurang. Sebaliknya, otak tampaknya secara selektif memprioritaskan makanan yang mengandung nutrisi yang kurang dimiliki tubuh.
Potensi Implikasi Obesitas dan Gangguan Makan
Para ilmuwan yakin penemuan ini dapat membantu meningkatkan pemahaman tentang obesitas, penyakit metabolik, dan gangguan makan.
“Sebagian besar obat yang ada saat ini untuk mengendalikan obesitas dan nafsu makan bergantung pada sinyal hormon usus, namun kita masih relatif sedikit mengetahui bagaimana sinyal usus yang diproduksi secara alami memengaruhi otak dan perilaku,” kata direktur SUH, Seong-Bae. “Studi ini mengungkapkan prinsip dasar pemilihan nutrisi oleh poros usus-otak dan memberikan dasar untuk strategi terapi masa depan yang menargetkan gangguan metabolisme dan pola makan.”
