Seiring bertambahnya usia, sel induk usus mulai kehilangan kemampuannya untuk beregenerasi. Sel-sel induk ini adalah sumber untuk semua sel-sel usus baru, sehingga penurunan ini dapat membuatnya lebih sulit untuk pulih dari infeksi gastrointestinal [saluran pencernaan mulai dari mulut sampai anus] atau kondisi lain yang mempengaruhi usus.
Kehilangan fungsi sel induk yang terkait usia ini dapat dibalik dengan cepat dalam 24 jam, menurut sebuah studi baru dari ahli biologi MIT. Para peneliti menemukan bahwa puasa secara dramatis meningkatkan kemampuan sel induk untuk beregenerasi, baik pada tikus tua maupun muda.
Pada tikus yang berpuasa, sel-sel mulai memecah asam lemak, bukan glukosa, perubahan yang merangsang sel-sel induk menjadi lebih regeneratif. Para peneliti menemukan bahwa mereka juga dapat meningkatkan regenerasi dengan molekul yang mengaktifkan sakelar metabolik yang sama. Intervensi semacam itu berpotensi membantu orang tua yang pulih dari infeksi gastrointestinal atau pasien kanker yang menjalani kemoterapi, kata para peneliti.
“Puasa memiliki banyak efek dalam usus, yang termasuk meningkatkan regenerasi serta penggunaan potensial dalam semua jenis penyakit yang menyerang usus, seperti infeksi atau kanker,” kata Omer Yilmaz, salah satu penulis senior studi ini. “Memahami bagaimana puasa meningkatkan kesehatan secara keseluruhan, termasuk peran sel induk dewasa dalam regenerasi usus, dalam perbaikan, dan penuaan, adalah minat mendasar laboratorium saya.”
David Sabatini, seorang profesor biologi MIT mengatakan, “Studi ini memberikan bukti bahwa puasa menginduksi saklar metabolik pada sel induk usus, dengan memanfaatkan karbohidrat untuk membakar lemak,”
“Menariknya, mengalihkan sel-sel ini ke oksidasi asam lemak meningkatkan fungsi mereka secara signifikan. Penargetan farmakologis dari jalur ini dapat memberikan kesempatan terapeutik untuk meningkatkan homeostasis [mekanisme pengaturan lingkungan kesetimbangan dinamis dalam tubuh organisme yang konstan] jaringan di patologi terkait usia.”
Meningkatkan regenerasi
Selama beberapa dekade, para ilmuwan telah mengetahui bahwa asupan kalori rendah dikaitkan dengan peningkatan umur panjang pada manusia dan organisme lain. Yilmaz dan rekan-rekannya tertarik untuk mengeksplorasi bagaimana puasa memberikan efeknya pada tingkat molekuler, khususnya pada usus.
Sel induk usus bertanggung jawab untuk menjaga lapisan usus, yang biasanya memperbarui dirinya sendiri setiap lima hari. Ketika cedera atau infeksi terjadi, sel punca adalah kunci untuk memperbaiki kerusakan. Seiring bertambahnya usia, kemampuan regeneratif sel-sel induk usus menurun, sehingga dibutuhkan waktu lebih lama bagi usus untuk pulih.
“Sel induk usus adalah pekerja usus yang menyebabkan lebih banyak sel induk dan semua jenis sel usus yang berbeda-beda. Khususnya, selama penuaan, fungsi batang usus menurun, yang mengganggu kemampuan usus untuk memperbaiki dirinya sendiri setelah kerusakan,” kata Yilmaz. “Dalam penelitian ini, kami berfokus pada pemahaman bagaimana selama 24 jam meningkatkan fungsi sel induk usus muda dan tua dengan cepat.”
Setelah tikus berpuasa selama 24 jam, para peneliti mengangkat sel induk usus dan menumbuhkannya dalam cawan kultur, memungkinkan mereka untuk menentukan apakah sel dapat menimbulkan “mini-intestines” yang dikenal sebagai organoids.
Para peneliti menemukan bahwa sel-sel induk dari tikus-tikus yang puasa menggandakan kapasitas regeneratif mereka.
“Sangat jelas bahwa puasa memiliki efek yang sangat besar pada kemampuan intestinal crypts untuk membentuk lebih banyak organoid, yang digerakkan oleh stem cell,” kata Mihaylova. “Ini adalah sesuatu yang kami lihat baik pada tikus muda dan tikus tua, dan kami benar-benar ingin memahami mekanisme molekuler yang mendorong ini.”
Saklar metabolik
Penelitian lebih lanjut, termasuk pengurutan RNA kurir sel induk dari tikus yang berpuasa, mengungkapkan bahwa puasa menginduksi sel untuk beralih dari metabolisme biasa mereka, yang membakar karbohidrat seperti gula, untuk memetabolisme asam lemak. Pergantian ini terjadi melalui aktivasi faktor transkripsi yang disebut PPARs, yang mengaktifkan banyak gen yang terlibat dalam metabolisme asam lemak.
Para peneliti menemukan bahwa jika mereka mematikan jalur ini, berpuasa tidak bisa lagi meningkatkan regenerasi. Mereka sekarang berencana untuk mempelajari bagaimana saklar metabolisme ini memprovokasi sel induk untuk meningkatkan kemampuan regeneratif mereka.
Mereka juga menemukan bahwa mereka dapat mereproduksi efek menguntungkan dari puasa dengan memperlakukan tikus dengan molekul yang meniru efek PPAR. “Itu juga sangat mengejutkan,” kata Cheng, penulis utama studi ini “Hanya mengaktifkan satu jalur metabolisme sudah cukup untuk membalikkan fenotip usia tertentu.”
Temuan menunjukkan bahwa terapi obat dapat merangsang regenerasi tanpa mengharuskan pasien berpuasa, yang sulit bagi kebanyakan orang. Satu kelompok yang bisa mendapat manfaat dari perawatan semacam itu adalah pasien kanker yang menjalani kemoterapi, yang sering merusak sel-sel usus. Itu juga bisa menguntungkan orang tua yang mengalami infeksi usus atau gangguan pencernaan lainnya yang dapat merusak lapisan usus.
Para peneliti berencana untuk mengeksplorasi keefektifan potensial dari perawatan melalui puasa, dan mereka juga berharap untuk mempelajari apakah puasa mempengaruhi kemampuan regeneratif pada sel punca di jenis jaringan lain.
