Susu lebih dari sekedar makanan untuk bayi. ASI telah berevolusi untuk menghasilkan ribuan molekul yang beragam termasuk faktor pertumbuhan, hormon dan antibodi, serta mikroba.

Elizabeth Johnson, ahli gizi molekuler di Cornell University, mempelajari efek pola makan bayi terhadap mikrobioma usus. Studi-studi ini dapat memberikan petunjuk terhadap pertanyaan-pertanyaan sulit dalam bidang kesehatan masyarakat untuk anak-anak dan orang dewasa. Dalam episode podcast “The Joy of Why” kali ini, pembawa acara Steven Strogatz mewawancarai Johnson tentang komponen mikroba yang menjadikan ASI sebagai salah satu biofluida paling menakjubkan yang ditemukan di alam.

Dengarkan Podcast Apple, Spotify,  TuneIn atau aplikasi podcasting favorit Anda, atau Anda bisa streaming dari Quanta.

Salinan

[Tema diputar]

STEVEN STROGATZ: Susu adalah zat yang nyaman dan familier sehingga mungkin tampak terlalu biasa untuk menyimpan misteri apa pun. Namun kenyataannya, susu dan tindakan menyusui merupakan inovasi biologis luar biasa yang masih coba dipahami oleh para peneliti.

Sudah diketahui umum bahwa ASI dapat membantu menjamin kesehatan bayi yang menyusui, namun manfaat tersebut bukan hanya disebabkan oleh kandungan nutrisi dalam susu. Selain sebagai sumber nutrisi, susu juga memberikan perlindungan terhadap kuman, menstimulasi perkembangan bayi, dan memungkinkan ibu dan bayi melakukan berbagai macam percakapan kimia. ASI mengandung ribuan molekul berbeda, termasuk faktor pertumbuhan, hormon, antibodi, dan mikroba. Semua ini bekerja sama untuk menyediakan apa yang dibutuhkan bayi manusia untuk tumbuh dan berkembang secara normal. Tapi bagaimana tepatnya?

Saya Steve Strogatz, dan ini adalah podcast dari “The Joy of Why”. Majalah Quanta, di mana saya dan rekan pembawa acara saya Janna Levin bergiliran menjelajahi beberapa pertanyaan terbesar yang belum terjawab dalam matematika dan sains saat ini.

Dalam episode ini, kita akan berbicara dengan ahli biologi molekuler Elizabeth Johnson tentang misteri susu, dan bagaimana kita berevolusi menjadi sangat bergantung pada zat alami yang sangat kuat ini.

[Tema berakhir]

Liz adalah asisten profesor nutrisi molekuler di Cornell University di Divisi Ilmu Gizi dan Howard Hughes Medical Institute Freeman Hrabowski Scholar. Dia berspesialisasi dalam pendekatan genomik dan metabolomik untuk mempelajari efek nutrisi pada mikrobioma usus, dengan minat khusus pada nutrisi bayi dan mikrobioma usus bayi. Liz, selamat datang di “Kegembiraan Mengapa”.

ELIZABETH JOHNSON: Terima kasih telah menerimaku, Steve.

STROGATZ: Dengan senang hati. Saya sangat senang melihat Anda. Menurutku itu tidak terlalu relevan, tapi aku tidak bisa menahan diri untuk mengatakan bahwa kita hampir seperti tetangga sebelah. Ada satu rumah di antara kita. Liz adalah teman baik saya dan juga kolega saya yang terhormat.

JOHNSON: Ya, tidak, menurutku itu adalah hal yang bagus untuk disampaikan.

STROGATZ: Baiklah, karena pengungkapannya sudah tidak ada lagi, izinkan saya mengakuinya, saya tidak tahu apa-apa tentang susu sebagai subjek ilmiah. Saya terkejut saat melakukan sedikit riset untuk acara ini tentang berapa banyak teka-teki yang masih tersisa. Sebagai seorang anak kecil ketika saya pulang ke rumah sepulang sekolah, saya akan minum susu dan kue; mungkin aku mau selai kacang dan jeli. Jadi dari cara berpikir seperti itu, susu hanyalah jenis makanan lain. Mari kita bicarakan dulu sebagai makanan. Apa saja komponen nutrisi dasar susu?

JOHNSON: Konteks yang Anda bicarakan sama dengan konteks yang saya pikirkan tentang susu. Bukan karena itu makanan untuk bayi, tapi itu hanya makanan, sesuatu yang rasanya cukup enak.

Seiring bertambahnya usia dan Anda menyadari betapa terspesialisasinya susu, terutama ketika Anda memiliki bayi yang membutuhkan susu, dan Anda mulai memikirkan tentang ASI, saat itulah Anda menyadari bahwa ada lebih banyak hal dalam susu daripada yang sebenarnya saya pikirkan ketika saya meminumnya. kue dan susu saat kecil.

Sebenarnya, itu terdiri dari hal-hal yang diperlukan untuk nutrisi bayi dalam jangka waktu singkat. Dan ini merupakan ciri khas semua mamalia, yang menggunakan susu untuk memberi makan bayinya. Jadi kalau dipikir-pikir apa sebenarnya isinya, ada gula, lalu karbohidrat. Ada lemak. Ada protein. Ada mineral. Dan di dalam ASI, dan banyak susu lainnya, terdapat faktor-faktor lain, seperti faktor kekebalan tubuh dan sel-sel lain, serta asam nukleat dan sejenisnya, yang juga tidak hanya untuk pertumbuhan, tetapi juga untuk pertumbuhan. perkembangan pada periode tersebut waktu. Jadi ketika Anda mengambil segelas susu dingin, itu sebenarnya dirancang untuk melakukan lebih banyak hal daripada yang dilakukan saat ini.

STROGATZ: Jadi, kini Anda telah membuka pintu terhadap peran lebih besar yang dapat dimainkan oleh susu, bahwa susu lebih dari sekadar makanan. Itu semua yang pernah Anda baca di buku pelajaran biologi Anda, bukan? Enzim, hormon, antibodi, sel induk, mikroba, hal-hal yang bahkan bukan manusia?

JOHNSON: Ya, tepat sekali. Dan itu adalah sumber nutrisi yang bagus. Anda sedang memikirkan sesuatu yang memungkinkan pertumbuhan dan perkembangan manusia paling cepat di luar rahim, bukan?

Tapi kemudian Anda berpikir ada juga peluang besar untuk berkomunikasi, bukan? Banyak informasi yang ada dapat ditransfer melalui tindakan menyusui. Dan ini adalah hal yang sangat penting yang kita lupakan ketika kita menganggapnya sebagai produk konsumen atau hanya untuk kebutuhan energi.

STROGATZ: Berdasarkan informasi di sini, bisakah Anda memberi kami contoh informasi seperti apa? Apakah ini komunikasi dua arah? Apakah mereka saling berbicara satu sama lain?

JOHNSON: Ya, ada beberapa bukti bahwa ini bisa terjadi dua arah. Mungkin terdapat informasi air liur pada air liur bayi. Bisa dibayangkan jika ada virus atau partikel lain yang mungkin berinteraksi dengan payudara atau payudara. Dan juga apa pun yang dimasukkan ke dalam susu melalui saluran susu — jadi laktasi adalah produksi susu dan kemudian pengeluaran susu — jadi apa pun yang dikeluarkan ke dalam susu adalah sesuatu yang berpotensi akan dikonsumsi oleh bayi dan kemudian sel-sel dan organ-organnya. bayi kemudian dapat memprosesnya. Dan beberapa di antaranya, dapat kita sebut sebagai informasi.

Mereka mungkin berupa molekul kecil atau sinyal kimia lainnya yang sangat penting untuk pertumbuhan dan perkembangan selama periode waktu tersebut. Kami masih mencoba memahami hal-hal tersebut karena kami ingin memahami, apakah hal tersebut diperlukan untuk kesehatan? Apa yang terjadi jika Anda tidak melihat beberapa sinyal ini, dan bagaimana pendapat kita tentang memberi makan bayi secara optimal dengan jenis informasi ini?

STROGATZ: Mari kita mulai menjelajahi beberapa di antaranya. Sebagai contoh, mari kita bicara tentang variasi dari orang ke orang. Masuk akal bahwa bahan-bahannya tidak akan sama persis dari satu orang ke orang lain. Mungkin kandungan lemaknya akan berubah, atau antibodi yang ditransfer berbeda. Namun apakah susu berbeda-beda pada setiap orang? Katakanlah, seiring berjalannya waktu, selama menyusui?

JOHNSON: Oh, yang pasti. Contoh paling terkenal dari hal ini adalah kolostrum. Ini adalah “susu pertama”, yang merupakan susu padat dan berprotein tinggi. Kelihatannya seperti emas, seperti emas cair dan jumlahnya sangat sedikit. Dan itulah, di saat-saat pertama kehidupannya, nutrisi yang didapat bayi.

Namun kemudian dalam lima hingga tujuh hari berikutnya, terjadilah pematangan susu, di mana Anda beralih dari zat yang sangat padat protein ini ke jenis susu yang lebih encer dan lebih manis yang mungkin merupakan susu yang akan mempertahankan pertumbuhan selama beberapa bulan ke depan. . Jadi terjadilah proses biologis yang merupakan ciri khas laktasi.

Namun menurut saya, kita bahkan belum mengetahui berapa banyak susu yang dapat bervariasi antar individu setiap hari. Dan itu adalah sesuatu yang coba dilakukan oleh laboratorium saya. Misalnya jika Anda melihat susu setiap hari selama masa menyusui, apakah susu tersebut sangat mirip, atau apakah susu tersebut mengubah banyak peristiwa kehidupan yang mungkin terjadi selama enam bulan pertama kehidupan?

Ada beberapa penelitian luar biasa yang menunjukkan bahwa pola makan mempunyai pengaruh. Jadi hal-hal tertentu yang masuk ke dalam susu bisa bergantung pada hal itu. Dan Anda dapat membayangkan bahwa ada beberapa kekhususan regional dalam hal ini, yang memungkinkan susu dari populasi tertentu terlihat lebih mirip dibandingkan populasi lainnya. Anda masih akan melihat variasi, tidak hanya antar individu, namun ada variasi temporal individu sepanjang hari. Ada juga waktu pemberian makan. Jadi ada “susu depan” dan ada “susu belakang”.

STROGATZ: Saya tidak tahu istilah-istilah itu. Foremilk dan Hindmilk?

JOHNSON: Ya, saat bayi menyusu, proses menyusu tersebut bisa berlangsung antara lima hingga 30 menit, atau bahkan lebih lama. Dan selama pemberian pakan tersebut, komposisi makronutrien susu dapat berubah. Susu di awal pemberian pakan akan memiliki komposisi makronutrien yang berbeda, yaitu susu bagian depan, dibandingkan susu bagian belakang, yang muncul di akhir pemberian pakan. Saya selalu menyebutnya sebagai “biofluida paling menarik di alam” karena ada begitu banyak komplikasi dalam cara kita memahaminya. Namun jika kita memperlakukannya dengan cara yang benar, kita sebenarnya mendapatkan banyak informasi.

STROGATZ: Oh itu bagus. Saya tidak bisa memikirkan biofluid apa yang bisa menandinginya. Darah itu rumit, menurutku, tapi susu mungkin juaranya.

JOHNSON: Ya. Saya suka memasukkan kata untuk susu. Hal yang menarik tentang susu, dalam kaitannya dengan pemahaman kesehatan manusia, adalah semua yang Anda butuhkan untuk memberi nutrisi pada bayi manusia ada dalam satu zat yang dapat kita ukur. Dan kita bisa melihat dan tidak perlu menebak-nebak, jawabannya ada di sana. Dan kita kemudian memiliki kesempatan untuk memecahkan kode beberapa jawaban tersebut seiring kita menjadi lebih baik dalam menganalisis susu dan memahami pertanyaan yang tepat untuk diajukan.

Tapi ini sangat berbeda dengan cara Anda dan saya memberi makan diri kita sendiri, saat kita membuat keputusan sendiri, dan kita mungkin membuat keputusan yang baik dan buruk, yang mungkin berdampak baik atau buruk pada kesehatan kita. Namun ketika kita memikirkan masa bayi dan memikirkan tentang ASI, ada manfaatnya dan kita hanya perlu memahami alasannya.

STROGATZ: Jadi tadi Anda menyebutkan tentang pola makan pengasuh. Dan sebetulnya ketika saya membahas hal ini, yang saya maksud dengan “pengasuh” di sini adalah para ibu, tetapi juga ingat orang lain — ibu susu, pendonor ASI, orang trans, siapa saja yang mungkin memberikan susu.

JOHNSON: Saya biasanya mengatakan pengasuh, atau orang tua menyusui. Ketika Anda melihat unit keluarga, ada banyak hal yang terjadi. Jadi sangatlah penting untuk bersikap inklusif terhadap segala sesuatu yang terjadi selama periode waktu ini ketika kita memikirkan tentang memberi makan bayi dan semua orang yang memberi makan bayi.

STROGATZ: Mengenai pertanyaan mengenai pola makan ini, bagaimana pola makan pengasuh mempengaruhi komposisi susu yang mereka hasilkan?

JOHNSON: Saya pikir kami masih mencoba memahami cara kerjanya. Jadi Anda bisa memikirkan hal ini dalam skala makro. Di lab saya, kami fokus pada fraksi lemak susu. Dalam ASI, ini adalah bagian susu yang menarik untuk dipelajari karena susu benar-benar bertanggung jawab atas semua kalori. Ini juga bertanggung jawab atas banyak molekul kecil dan sinyal kimia yang belum diukur yang sangat penting.

Jadi jika kita memikirkan berbagai jenis lemak yang ada dalam susu, lemak tersebut bisa berasal dari berbagai tempat. Mereka dapat disintesis di payudara. Mereka bisa berasal dari peredaran. Namun lemak yang keluar dari peredaran bisa berhubungan langsung dengan apa yang sebenarnya dikonsumsi oleh ibu atau orang tua menyusui, karena hal tersebut dapat mengubah profil struktur lemak dalam susu.

Mungkin beberapa yang paling terkenal adalah, katakanlah, jika Anda banyak makan ikan berlemak, asam lemak tak jenuh ganda, asam lemak omega-3, dan sejenisnya. Anda dapat memiliki profil berbeda tentang kandungan nutrisi dalam susu berdasarkan konsumsi nutrisi tersebut dalam makanan.

Jadi kami belajar - dan beberapa orang melakukan pekerjaan yang sangat hebat - kami menginginkan pernyataan “kami tahu apa yang Anda makan” yang pasti. Kita tahu itu masuk ke dalam susu dan kita tahu itu adalah hal yang akan terpapar pada bayi. Dan menurut saya, ketika kita memiliki alat untuk terus melakukan hal ini dengan lebih baik, kita bisa lebih memahami bagaimana apa yang kita makan memengaruhi cara kita mensintesis susu.

STROGATZ: Menarik. Ya, saya belum terlalu memikirkan bagaimana ini merupakan upaya produksi seluruh tubuh. Bukan hanya kelenjar susu. Anda menyebutkan sirkulasi, tapi tentu saja diet. Hal lain yang harus kita ingat?

JOHNSON: Ada banyak faktor yang menyebabkan laktasi menjadi sulit atau mudah, seperti kesehatan orang tua. Apa yang terjadi pada saat terjadi infeksi atau penyakit atau kelainan lain juga dapat mempengaruhi apa yang masuk ke dalam susu.

Dan juga mendapatkan gambaran yang lebih baik tidak hanya tentang nutrisi, tetapi bagaimana jika Anda mengonsumsi Tylenol atau bagaimana jika Anda melakukan hal-hal tertentu lainnya? Ada banyak hal yang masih kami coba pahami, namun menurut saya yang hebat dari hal ini adalah kami memiliki beberapa cetak biru tentang cara mengajukan pertanyaan-pertanyaan tersebut dan sekarang tinggal menanyakannya saja.

STROGATZ: Jadi Anda menyebutkan bahwa sebagian besar pekerjaan Anda di lab berkaitan dengan kandungan lemak. Dan khususnya, ada molekul atau kelas molekul yang belum pernah saya dengar sampai saya mencoba mempersiapkan diri untuk membicarakan hal ini dengan Anda. Apakah saya akan mengatakannya dengan benar? “Sfingolipid?”

JOHNSON: Ya, Anda mengatakannya dengan benar. Tadinya aku mau bilang, apakah kamu akan mengatakannya dengan benar? Ya!

[STROGATZ tertawa]

JOHNSON: Jika tujuannya adalah agar lebih banyak orang mengetahui tentang sphingolipid, itu bagus sekali. Namanya agak aneh, tapi sebenarnya ini adalah kelas lipid yang terlibat dalam banyak proses di dalam tubuh. Mereka adalah bagian dari membran sel. Mereka dapat bertindak sebagai molekul struktural, dan juga dapat bertindak sebagai molekul pemberi sinyal. Namun yang menarik dari sphingolipid bagi kita adalah bahwa sphingolipid berada dalam fraksi lemak susu. Mereka diproduksi oleh mikroba tertentu yang bermanfaat, dan ada juga banyak jalur sinyal dalam diri kita sebagai manusia yang benar-benar dapat menerima sinyal tersebut. Jadi, ketika kita berpikir tentang bagaimana pola makan, mikrobioma, dan interaksi inang mendukung kesehatan, ini mungkin salah satu metabolit atau sinyal kimia yang mungkin memberi kita beberapa petunjuk tersebut.

STROGATZ: Kata itu sendiri agak tidak menyenangkan dan mengintimidasi. Sfingolipid. Mengapa Anda menyebut mereka seperti itu?

JOHNSON: Ya, menurut saya semua berasal dari betapa sulitnya mempelajari lipid ini pada awalnya. Mereka mendapat reputasi sebagai orang yang sangat sulit dipahami dan penuh teka-teki seperti Sphinx. Dan hal ini menjadi buntu, meskipun sekarang mengukur beberapa lipid ini jauh lebih mudah.

Dan seiring dengan semakin banyaknya orang yang mengakses kemampuan untuk mengukur sphingolipid, mereka mengetahui betapa sebenarnya sphingolipid tersebut terhubung dengan banyak aspek biologi kita. Dan mereka sangat penting secara mekanis dalam banyak proses yang kami coba pahami. Begitu Anda mempelajari kata tersebut dan mempelajari tentang sphingolipid, Anda tidak dapat menghilangkannya dari hidup Anda. Anda akan melihatnya ke mana pun Anda pergi, jadi Anda harus memberi tahu saya jika itu benar.

STROGATZ: Tampaknya ia memiliki peran yang memiliki banyak segi atau serbaguna. Anda bilang Anda bisa menggunakannya sebagai bahan penyusun, seperti komponen struktural. Dapat digunakan untuk mengkomunikasikan informasi. Dapat digunakan untuk membangun, seperti yang Anda sebutkan, membran sel?

JOHNSON: Membran sel, bagian yang sangat penting dari sel. Dan menurut saya Anda juga dapat mengatakan bahwa struktur sphingolipid tertentu dapat digunakan sebagai sinyal kimia antar sel, dan bahkan antara mikroba dan sel dalam tubuh. Dan itulah yang sebenarnya sedang kami coba pikirkan, dalam hal bagaimana kita mengetahui ke mana tujuan diet tersebut.

Laboratorium saya benar-benar mencoba memikirkan, bagaimana kita mengetahui nutrisi mana yang berinteraksi dengan mikrobioma, sehingga kita mengetahui mikroba penting apa yang terpengaruh oleh pola makan, lalu apa saja mikroba penting yang terpengaruh oleh pola makan. konsekuensi dari interaksi tersebut? Jadi kita memiliki mikroba yang mungkin mengambil dan mengubah nutrisi ini. Apa yang mereka buat dan bagaimana pengaruhnya terhadap kesehatan kita? Dan menurut saya hal ini sangat penting dalam konteks bayi, karena sebagian besar susu merupakan molekul yang berinteraksi dengan mikrobioma usus bayi.

Anda memperkirakan bahwa hampir 10% dari massa kering ASI digunakan untuk berkomunikasi dengan mikrobioma usus. Dan kami mencoba mencari tahu, apakah ada lebih banyak molekul yang melakukan hal tersebut? Dan apa konsekuensinya jika Anda tidak mendapatkan sinyal kimia yang muncul? Mereka pasti memiliki fungsi yang bermanfaat, Anda mungkin mendalilkannya.

STROGATZ: Kami akan segera kembali setelah pesan ini.

[Istirahat untuk penyisipan iklan.]

STROGATZ: Selamat datang kembali di “Kegembiraan Mengapa.”

Jadi jika saya tidak salah dengar, pandangan paling naif adalah susu sebagai makanan. Kini kita melihat bahwa susu bukan sekedar makanan untuk membangun gigi dan tulang yang kuat dan sejenisnya. Yang saya dengar dari Anda adalah sphingolipid ini, hanya sebagai contoh molekul-molekul keren dalam susu. Itu bisa menjadi jalan keluarnya ibu untuk berbicara dengan bakteri ini yang membentuk mikrobioma.

JOHNSON: Mungkin, ya, itulah yang kami coba cari tahu. Dan bukan hanya sphingolipid. Kami juga telah melihat nutrisi favorit atau paling tidak disukai beberapa orang, yaitu kolesterol. Hal-hal yang ketika kita mengonsumsi lipid tersebut, apakah mereka berinteraksi dengan mikrobioma? Dan bagaimana kesehatan kita ditentukan oleh apa yang kita makan?

Jadi kami benar-benar berada pada tahap di mana kami mencoba mencari tahu siapa yang penting dan mengapa mereka penting dalam sistem seperti ini. Jadi, bakteri apa saja yang mempunyai dampak signifikan terhadap kesehatan kita dan mengapa? Apa saja mekanismenya?

Jadi, bolehkah saya menunjukkan sesuatu kepada Anda?

STROGATZ: Oh, kamu ingin menunjukkan sesuatu padaku?

JOHNSON: Bolehkah aku menunjukkan sesuatu padamu, Steve? Karena menurut saya apa yang telah kami coba lakukan adalah membuat Anda benar-benar dapat melihat hal ini terjadi.

JOHNSON: Jadi yang kita lihat di sini adalah gambar mikrobioma. Dan mikrobioma adalah kumpulan mikroba, dan dalam hal ini adalah bakteri. Hal-hal yang sangat kecil. Dan gambar ini diambil dengan mikroskop yang kami miliki di laboratorium.

Dan yang terlihat adalah ada beberapa mikroba yang berwarna biru dan ada pula mikroba yang berwarna merah. Dan yang berwarna merah adalah yang benar-benar dapat kami beri label nutrisinya. Dalam hal ini, itu adalah kolesterol. Dan kolesterol ini dikonsumsi. Dan kemudian kita bisa mengikuti label itu. Dan labelnya menjadi merah. Jadi setiap mikroba yang Anda lihat berwarna merah telah menyerap kolesterol. Dan siapa pun yang berwarna biru tidak tertarik pada kolesterol pada saat itu.

STROGATZ: Maksud Anda label dalam pengertian pelabelan radioaktif?

JOHNSON: Konsepnya sama, tapi ini fluoresensi. Jadi warna merahnya adalah fluoresensi merah. Dan bagi kami, hal ini penting karena memungkinkan kami mengidentifikasi mikroba yang berinteraksi dengan apa yang Anda makan versus mikroba yang tidak berinteraksi.

STROGATZ: Sangat keren. Izinkan saya menggarisbawahi hal ini, karena sebagian besar biologi adalah tentang melihat hal-hal yang sulit dilihat, namun hal ini sangat membantu dalam bidang neurobiologi, dan sekarang dalam bidang nutrisi, sehingga sesuatu yang tidak terlihat, Anda - dengan trik pelabelan ini - dapat sekarang lacak dan lihat apa yang terjadi.

JOHNSON: Ya, itu sebabnya mereka memberikan Hadiah Nobel untuk hal-hal ini karena itu membantu orang seperti saya mengajukan pertanyaan yang ingin kami tanyakan. Tampaknya sangat sederhana, namun ini memberi kita sedikit petunjuk bahwa kita sedang menuju ke arah yang benar. Dan kemudian kita dapat menanyakan banyak hal yang mungkin tidak bergantung pada sinyal fluoresen namun memungkinkan kita masuk ke beberapa jalur kimia yang terlibat di dalamnya. Lalu kita punya mesin yang bisa memisahkan mereka secara fisik, dan kita bisa mengidentifikasi semua mikroba yang berwarna merah.

Jadi Anda mungkin berpikir ini sepele, tapi ini sebenarnya membantu kita memulai dasar dari beberapa pertanyaan yang sedang kita bicarakan. Apakah nutrisi ini penting untuk mikrobioma? Jika dikonsumsi dan diubah, setidaknya ada efeknya.

STROGATZ: Oke, semua hal tentang mikrobioma, mungkin ini bukan hal baru bagi Anda. Namun bagi banyak dari kita di masyarakat, kita belum benar-benar memikirkan tentang mikrobioma sampai, entahlah, satu atau dua dekade terakhir atau lebih.

JOHNSON: Hal yang menarik dari mempelajari mikrobioma dan mengajarkannya di Cornell adalah ketika Anda masuk ke kelas, orang-orang akan mempercayai Anda saat Anda masuk. Mereka seperti, “mikrobioma itu penting.” Anda tidak perlu menjualnya. “Kesehatan usus saya adalah kesehatan saya secara keseluruhan.” Saat saya bertanya kepada siswa di kelas, “Berapa banyak dari Anda yang pernah mengonsumsi probiotik?” atau “Berapa banyak yang sudah Anda lakukan, berapa banyak dari Anda yang sudah makan prebiotik?”, semua tangan terangkat.

Jadi ada perasaan bahwa hal ini sangat penting, tapi apa sebenarnya yang penting? Makanan apa yang kita makan yang sebenarnya mempunyai efek ini? Jadi ini membuat kita tahu… Anda tahu, Steve, saya tidak tahu, apakah Anda pernah mengonsumsi probiotik?

STROGATZ: Saya pikir saya punya. Saya paling familiar karena saya sering memberikannya kepada anjing saya, Murray.

JOHNSON: Ya. Ketika Murray mengonsumsi probiotik dan sejenisnya, bagaimana kita memutuskan mana yang bermanfaat? Untuk mendapatkan jawaban tersebut, kita harus mulai dari dasar, seperti — Saya tidak ingin menyederhanakannya terlalu banyak, namun: Apa saja mikroba yang baik dan dalam konteks apa mikroba tersebut mendukung kesehatan dan tidak? Jadi jika kita ingin mengetahui bahwa probiotik yang kita konsumsi akan bermanfaat bagi kita, saya rasa kita perlu mengetahui beberapa interaksi yang sangat spesifik pada tingkat molekuler dan biokimia.

STROGATZ: Sekarang, apakah saya termasuk yang makan yogurt?

JOHNSON: Itu penting. Anda mendapatkan probiotik, prebiotik. Dalam ilmu gizi, kita benar-benar berpikir tentang bagaimana pola makan dan mikrobioma sangat berkaitan, karena kadang-kadang Anda dapat memiliki mikroba, namun mereka membutuhkan nutrisi tertentu untuk bertahan hidup di usus, dan jika Anda tidak menyediakannya, maka tidak ada gunanya. mengambil probiotik itu secara potensial.

Dan ada juga nutrisi yang mungkin Anda konsumsi, dan Anda mungkin berpikir bahwa nutrisi tersebut memiliki efek menguntungkan, namun jika Anda tidak memiliki mikroba yang benar-benar bekerja pada zat makanan tersebut, maka Anda juga tidak akan mendapatkan nutrisi tersebut. efek kesehatan. Kasus yang terkenal adalah serat makanan.

Jadi kita sering bertanya “siapa dan apa yang mereka lakukan?” Dan hal ini sebenarnya memberi kita banyak wawasan tentang apa yang mungkin penting untuk meningkatkan kesehatan ketika kita memikirkan interaksi mikrobioma makanan.

STROGATZ: Jadi berbicara tentang serat, izinkan saya beralih sedikit ke penelitian berbeda yang dilakukan di laboratorium Anda yang berkaitan dengan mendiagnosis penyakit bayi berdasarkan kotorannya [tertawa], jika saya bisa mengatakannya seperti itu.

JOHNSON: Anda benar melakukannya, Steve. Anda adalah orang tua. Anda telah melihat beberapa popok selama bertahun-tahun. Dan apakah penampilan mereka semua sama? Tidak, ternyata tidak.

Dan ketika kita berbicara tentang memberi makan bayi dan merawat bayi, salah satu hal terpentingnya adalah mereka tidak selalu memberi tahu Anda apa yang mereka butuhkan dengan cara yang dapat Anda pahami. Namun ada banyak informasi dalam popok ini yang pada dasarnya adalah mikroba dan metabolit. Dan jika kita dapat memahami apa yang terjadi di sini, kita mungkin memiliki petunjuk tentang perubahan kesehatan bayi secara real-time. Mungkin terapinya bisa lebih responsif jika kita punya lebih banyak informasi tentang apa itu popok yang sehat dan apa itu popok yang tidak terlalu sehat.

Kita semua mungkin pernah mencari di Google, “Apakah hijau oke? Apa yang terjadi di sini?" Ini sebenarnya salah satu pencarian orang tua paling populer di luar sana. Dan kami berpikir bahwa kami dapat lebih memperketat hal tersebut karena kami memiliki alat untuk menentukan apakah ini baik-baik saja, atau tidak? Hal hebatnya adalah Anda tidak akan pernah kehilangan sampel. Jadi, kelompok kami dan banyak kelompok lain di seluruh dunia sudah bisa mulai menanyakan pertanyaan-pertanyaan ini tentang “bagaimana kita memahami kesehatan bayi?” melalui pengembangan mikrobioma dalam beberapa bulan pertama kehidupan.

STROGATZ: Apa sebenarnya jenis studi yang akan Anda lakukan? Jadi, Anda mengumpulkan kotoran lalu apa yang akan Anda lakukan untuk menganalisisnya?

JOHNSON: Kita dapat mengisolasi mikroba tersebut dan kemudian menggunakan pengurutan DNA untuk memahami apa klasifikasi mikroba tersebut. Lalu kita juga bisa melihat semua molekul kecil atau bahan kimia yang ada di sana. Jadi itu mungkin kombinasi dari hal-hal yang telah dicerna, hal-hal yang tidak tercerna, sel-sel usus. Kita juga dapat mengukurnya, dan mencoba menafsirkan maknanya dalam konteks bayi.

Salah satu contoh yang paling terkenal adalah pada penyakit hati bayi tertentu, mereka berhenti memproduksi empedu. Jadi, jika Anda dapat mengukur empedu dan empedu itu ada di sana, itu bagus, dan jika Anda mengukur empedu dan empedunya tidak ada, itu menunjukkan hal itu. Selain itu, tinja berubah warna menjadi sangat berbeda ketika tidak ada empedu. Namun dalam kehidupan sehari-hari, mungkin ada banyak informasi yang kita lewatkan, hanya karena kita belum mampu memecahkan kodenya.

STROGATZ: Baiklah. Jadi sepertinya kita bisa mengadakan banyak pertunjukan tentang mikrobioma itu sendiri. Tapi saya ingin kembali membahas tentang susu, karena ada begitu banyak hal menarik untuk didiskusikan dengan Anda di sini. Berapa lama waktu yang biasanya untuk memberi makan dengan cara seperti itu? Kapan saatnya beralih ke nutrisi lain?

JOHNSON: Itu pertanyaan yang bagus, karena menurut saya bagus untuk mengarahkannya. Jadi rekomendasi Organisasi Kesehatan Dunia dan CDC adalah pemberian ASI eksklusif selama enam bulan. Dan kemudian pengenalan makanan pendamping ASI. Orang yang berbeda memiliki cara berbeda dalam melakukannya. Namun tetap menjadikan susu sebagai sumber kalori utama bayi untuk sementara waktu, dan kemudian pengenalan susu sapi berpotensi pada usia satu tahun. Dan juga anjuran pemberian ASI apa pun, jika itu berhasil untuk Anda. Jadi sebenarnya tidak ada waktu di mana Anda harus menghentikannya.

Namun saya pikir Anda akan menanyakan pertanyaan bernilai triliunan dolar kepada saya: Apa konsekuensi kesehatan jangka panjang dari paparan ASI versus paparan susu formula? Dengan memberi susu bayi hari ini, apakah saya dapat mencegah asma alergi dalam lima tahun? Ataukah ada proses perkembangan yang sangat bergantung pada waktu, sangat penting, dan apakah hal-hal tersebut dapat membawa pada kesehatan seumur hidup? Dan bisakah kita benar-benar menentukan apakah zat-zat tersebut ada dalam setiap bentuk nutrisi bayi? Saya banyak memikirkan hal ini, tentang apa yang penting.

Bahkan sebagai orang tua, Anda berpikir, “Ya ampun, kalau kemarin saya menjatuhkan mereka ke kepala, apakah itu penting? Atau bukan?” Atau “Tidak, mereka menjilatnya! Apakah itu penting?” Hal-hal apa saja yang benar-benar perlu saya khawatirkan dalam hal apakah saya menciptakan lingkungan yang tepat untuk mempersiapkan mereka meraih kesuksesan di masa depan?

Dan jawabannya mungkin, misalnya, bayi sangat kuat, jadi kita mungkin khawatir lebih dari yang seharusnya.

STROGATZ: Dan apakah masih terlalu dini untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan mengenai dampak jangka panjangnya? Apakah subjeknya terlalu muda, atau apakah kita sudah mempunyai petunjuknya?

JOHNSON: Saya pikir ada beberapa petunjuk. Maksud saya, ada penelitian epidemiologi yang memiliki korelasi antara cara pemberian makan dan hasil atau bahkan komposisi mikrobioma berdasarkan cara pemberian makan dan hasil. Namun menurut saya ini masih terlalu dini karena penelitian tersebut sangat sulit dilakukan. Hal yang benar-benar menantang dari beberapa penelitian adalah bahwa memberi makan bayi sangatlah sulit.

Biasanya tidak seperti ASI versus susu formula atau ini versus itu. Ada waktunya yang berbeda-beda, misalnya Anda mungkin sudah memasuki tiga bulan, atau Anda mungkin sudah memasuki enam bulan, atau mungkin ada pemberian makanan eksklusif selama satu bulan.

Ada begitu banyak variasi yang perlu kita tangkap jika kita ingin benar-benar menjawab pertanyaan-pertanyaan tersebut dengan benar. Dan kemudian kita harus mampu mengikuti kelompok dengan sangat intens dalam jangka waktu yang lama untuk mulai menjawab beberapa pertanyaan tersebut. Itu membutuhkan banyak sumber daya.

STROGATZ: Jadi, dalam konteks yang lebih luas dari sekedar ASI, bagaimana jika kita berbicara tentang jenis susu mamalia lainnya? Misalnya, banyak dari kita yang selalu minum susu sapi, dan apa bedanya? Apakah susu hewan lain mempunyai fungsi yang tidak dimiliki ASI, dan sebaliknya?

JOHNSON: Ya, menurutku ada beberapa persamaan, tapi ada banyak perbedaan. Jika Anda berpikir tentang fungsi susu, adalah untuk menumbuhkan bayi dari spesies tertentu, dan sapi serta bayi memiliki ukuran yang berbeda, dan mereka memiliki lintasan pertumbuhan yang berbeda. Jadi bisa dibayangkan hal itu bisa tercermin pada susunya.

Jadi ketika Anda berpikir tentang susu sapi, lebih banyak mengandung protein, dibandingkan susu manusia, sangat mengutamakan karbohidrat. Ada berbagai macam strategi berbeda untuk transfer nutrisi pada berbagai spesies susu hewani. Namun susu sapi memang memiliki banyak bahan yang membentuk ASI. Jadi ketika kita berpikir untuk menggunakan susu sapi sebagai alternatif, itu sangat masuk akal.

STROGATZ: Jadi biasanya kita minum susu pasteurisasi. Ada orang yang tidak melakukannya, bukan? Saya kira perbedaannya adalah, jika dipasteurisasi, Anda telah membunuh semua atau sebagian besar mikroba yang ikut serta dalam perjalanan. Anda mungkin masih memiliki beberapa nutrisi.

JOHNSON: Dan ada ASI donor yang dipasteurisasi. Jadi ada pemikiran menyeluruh tentang bagaimana kita berpikir tentang susu donor dan apakah faktor-faktor hidup dalam susu donor dan juga hal-hal yang mungkin berubah sifat karena panas. Molekul dapat mengubah konformasinya dalam berbagai jenis metode pasteurisasi. Ada banyak orang pintar di luar sana yang memikirkan konsekuensi dari hal ini.

STROGATZ: Satu hal lagi yang saya yakin ada di benak banyak pendengar kita berkaitan dengan intoleransi laktosa. Saya pernah membaca bahwa kemampuan manusia dewasa untuk memecah laktosa, yang tentu saja merupakan gula utama dalam susu hewani, merupakan sifat yang relatif modern. Hanya sekitar 6,000 tahun yang lalu kita mulai mampu melakukannya. Secara historis, hanya bayi yang memiliki enzim laktase yang memungkinkan mereka mencerna ASI.

Jadi, pertanyaan saya adalah, jika orang dewasa pada 10,000 tahun yang lalu tidak bisa minum susu sama sekali, tapi sekarang kebanyakan dari kita bisa, dengan beberapa pengecualian, apakah kita tahu apa yang memicu perubahan ini? Apakah menurut kami ada mutasi genetik yang menguntungkan dan mulai menyebar?

JOHNSON: Ya. Pemahaman saya adalah bahwa laktase berada di bawah promotor neonatal. Jadi ini adalah gen yang akan diekspresikan selama fase bayi, dan kemudian dimatikan. Namun ada mutasi yang tidak menghentikan hal tersebut. Dan itu memungkinkan laktase diekspresikan hingga dewasa. Beberapa orang telah melakukan pekerjaan yang sangat baik dalam menyebarkan kemampuan khusus ini berdasarkan penelusuran genetika dari mutasi khusus ini. Beberapa mikroba Anda juga dapat memetabolisme laktosa. Membawanya kembali ke mikrobioma usus, bagaimana pengaruhnya terhadap persistensi laktase dan semacamnya.

STROGATZ: Menarik. Anda sudah sedikit menyinggung hal ini, tetapi Anda membahas tentang susu versus susu formula. Pasti banyak orang tua atau pengasuh yang memikirkan hal ini. Apakah penelitian Anda memberi kita wawasan tentang percakapan penting ini?

JOHNSON: Ya, menurutku jika kamu datang ke labku, Steve, kita sudah menganalisis setiap jenis formula yang bisa kita dapatkan. Kita membicarakan susu formula sebagai satu hal, namun ada banyak formulasi yang berbeda. Jadi di laboratorium kami, kami mengukur susu yang kami dapatkan dan kami juga mengukur formula apa pun yang mungkin digunakan oleh salah satu perawat.

Dan Anda dapat dengan jelas melihat perbedaan profil nutrisi antara berbagai jenis susu formula dan juga antara susu formula dan ASI, dan benar-benar mencoba memahami apakah terdapat serangkaian nutrisi penting yang perlu dipaparkan oleh mikrobioma. Apa pun yang Anda berikan kepada bayi, kami akan mengukurnya di laboratorium.

Mengapa begitu sulit untuk membicarakan subjek ini adalah karena semua orang sedang mengevaluasinya. Seperti saya memberikan ceramah ini di pertemuan Pew dan setelahnya orang-orang bertanya, “Formula apa? Apa yang telah saya lakukan?” “Saya menelepon istri saya, dan saya mengatakan kepadanya bahwa kami melakukan semuanya dengan salah!” Dan saya tidak ingin itu menjadi pesannya. Saya ingin pesannya lebih jelas bahwa orang-orang melakukan hal yang benar. Dan kami hanya ingin informasi lebih lanjut.

STROGATZ: Saya tahu ada isu-isu penting yang dipertaruhkan di sini, baik dalam bidang kedokteran, kependudukan, kesehatan masyarakat, dan segala hal lainnya. Namun dalam kaitannya dengan kesenangan menjadi seorang ilmuwan, apa yang membuat Anda senang dalam melakukan penelitian?

JOHNSON: Oh, wow, banyak sekali. Mengajukan pertanyaan-pertanyaan yang menurut kami menarik. Dan kemudian juga bekerja dengan tim ilmuwan yang bekerja dengan saya. Untuk melihat kreativitas dan juga ketahanannya karena soal-soal ini sulit.

[Tema diputar]

Gambar yang ingin saya tunjukkan kepada Anda, pada hari kami mendapatkan gambar itu, berdiri dan melihat ke layar komputer dan saya berpikir, “Apakah ini dia? Apakah ini yang kita pikirkan?” Kegembiraan seperti itu benar-benar mendorong kerja keras yang kami lakukan.

STROGATZ: Itu hebat. Terima kasih banyak. Jadi kami telah berbicara dengan ahli biologi molekuler Cornell, Liz Johnson. Sekali lagi terima kasih, Liz, atas percakapan mendalam tentang susu dan mikrobioma.

JOHNSON: Terima kasih banyak, Steve, karena telah menerimaku.

[Tema diputar]

STROGATZ: Terima kasih untuk mendengarkan. Anda dapat menemukan lebih banyak konten — termasuk gambar Liz tentang pelabelan fluoresensi dalam mikrobioma — di Majalah Quanta dot org [quantamagazine.org].

Jika Anda menikmati “The Joy of Why” dan Anda belum berlangganan, tekan tombol berlangganan atau ikuti di tempat Anda mendengarkan. Anda juga dapat memberikan ulasan untuk acara tersebut — ini membantu orang menemukan podcast ini.

“The Joy of Why” adalah podcast dari Majalah Quanta, sebuah publikasi independen secara editorial yang didukung oleh Yayasan Simons. Keputusan pendanaan oleh Simons Foundation tidak berpengaruh pada pemilihan topik, tamu, atau keputusan editorial lainnya di podcast ini atau di dalamnya Majalah Quanta.

“The Joy of Why” diproduksi oleh Produksi PRX; tim produksinya adalah Caitlin Faulds, Livia Brock, Genevieve Sponsler, dan Merritt Jacob. Produser eksekutif PRX Productions adalah Jocelyn Gonzales. Gereja Morgan dan Edwin Ochoa memberikan bantuan tambahan.

Dari Majalah Quanta, John Rennie dan Thomas Lin memberikan panduan editorial, dengan dukungan dari Matt Carlstrom, Samuel Velasco, Nona Griffin, Arleen Santana dan Madison Goldberg.

Musik tema kami berasal dari APM Music. Julian Lin datang dengan nama podcast. Seni episode dibuat oleh Peter Greenwood dan logo kami dibuat oleh Jaki King dan Kristina Armitage. Terima kasih khusus kepada Columbia Journalism School dan Bert Odom-Reed di Cornell Broadcast Studios.

Saya tuan rumah Anda, Steve Strogatz. Jika Anda memiliki pertanyaan atau komentar untuk kami, silakan kirim email kepada kami di [email dilindungi].