Prebiotik: Pengertian, Jenis, dan Efeknya pada Mikroekologi Usus

Saluran pencernaan manusia merupakan ekosistem mikrobia kompleks yang terdiri dari ribuan spesies bakteri. Kolon dihuni oleh sekitar 10¹¹ bakteri per gram dari konten. Bakteri dan aktivitas metaboliknya dapat memiliki efek positif maupun negatif pada kesehatan (patogenik). Keseimbangan ekosistem tersebut bersifat dinamis dan mungkin dapat berubah akibat penambahan usia, pengobatan, stress, makanan, dan faktor lingkungan lainnya. Pemeliharaan komunitas bakteri yang terdiri dari utamanya spesies menguntungkan dan proses pembusukan (degradasi protein) minimal dipercaya penting untuk menjaga kesehatan usus.

Terdapat dua pendekatan untuk meningkatkan jumlah organisme pendukung kesehatan saluran cerna.

(1) Pemasukan secara oral mikroba hidup yang menguntungkan. Organisme ini, merupakan probiotik dari bakteri asam laktat dan bifidobacteria yang merupakan bagian dari mikroflora normal pada usus manusia. Bifidobacteria sendiri merupakan genus dominan yang dapat ditemukan pada kolon individu sehat. 

(2) Pemasokan karbon dan sumber energi yang menyediakan keuntungan kompetitif terhadap bakteri lain dalam ekosistem. Maka dari itu, untuk memodifikasi komposisi mikroflora adalah dengan suplemen pangan. Komponen pangan terpilih ini dinamakan prebiotik. Gibson dan Roberfroid (1995) mendefinisikan prebiotik sebagai bahan pangan non-digestible atau yang tidak dapat dicerna yang menguntungkan bagi inang dengan cara mendorong pertumbuhan/ aktivitas beberapa bakteri dalam kolon, yang dapat meningkatkan kesehatan inang. Secara bersamaan, potensi penggunaan kombinasi dari probiotik dan prebiotik disebut dengan “sinbiotik”.

Untuk menyediakan substrat yang dapat difermentasikan untuk bakteri pada kolon, dibutuhkan prebiotik yang tidak dapat dicerna dan tidak dapat diserap oleh usus kecil. Ketika mencapai kolon, prebiotik harus secara selektif mendorong pertumbuhan/ aktivitas metabolik bakteri menguntungkan bukan bakteri merugikan bagi kesehatan. Melalui perubahan komposisi saluran cerna dan metabolisme, prebiotik dapat menginduksi efek sistemik menguntungkan pada kesehatan. Bifidobacteria dan Lactobacillus merupakan genus yang diharapkan dan target utama dari prebiotik. Sifat prebiotik dipertimbangkan dapat mereduksi pembusukan dan organisme berpotensi patogenik seperti Clostridia dan Enterobacteriaceae.

Pendekatan prebiotik berpotensi lebih menguntungkan dibandingkan dengan pendekatan probiotik. Bakteri probiotik yang dikonsumsi harus sintas melewati kondisi perut inang dan kemudian beradaptasi dengan cepat pada lingkungan baru. Pada kolon, mereka harus berkompetisi untuk mendapatkan nutrisi dan mengadakan kolonisasi melawan mikroflora yang telah mendiami relung fisik dan metabolik yang tersedia. Spesifikasi individu-inang/ strain bakteri dapat juga dapat terjadi. Berbeda dengan probiotik, prebiotik menarget bakteri spesifik pada inang, dengan situs kolonisasi efektif. Bakteri indigen ini juga cenderung tidak mengakibatkan masalah imunologis berkaitan dengan asupan antigen asing. Prebiotik tidak hanya menawarkan potensi peningkatan jumlah bakteri menguntungkan, namun juga aktivitas metaboliknya melalui pasokan substrat fermentasi. Peningkatan aktivitas metabolik merupakan inti pokok dari banyak mekanisme dukungan kesehatan oleh prebiotik (Gambar 1). Probiotik terbatas pada “produk segar”, perhatian khusus dibutuhkan pada aspek teknologi untuk mempertahankan tingkat kecukupan bakteri viabel dalam sistem pengantaran makanan.

Adapun mekanisme yang ditawarkan dari aksi prebiotik untuk meningkatkan kesehatan manusia adalah sebagai berikut (berdasarkan gambar 1):

1. Prebiotik menghasilkan SCFA (Asam Lemak Rantai Pendek) yang dapat menurunkan pH usus, kemudian mereduksi pembentukan asam empedu sekunder sehingga mereduksi resiko kanker kolon;
2. pH usus rendah dapat meningkatkan kelarutan mineral sehingga mudah untuk diserap serta dapat mengurangi daur asam empedu sehingga mengurangi serum lemak dan kolesterol;
3. SCFA yang dihasilkan berguna sebagai bahan bakar kolonosit dan diferensiasi sel-sel, kemudian mereduksi resiko kanker kolon;
4. SCFA dapat menghambat regulasi lipogenesis hepatis yang dapat mengurangi serum lemak dan kolesterol;
5. Prebiotik mampu mengurangi protein dan metabolisme asam amino, menyebabkan lebih sedikitnya metabolit genotoksin (amina, indol, skatol, dll) sehingga mengurangi resiko kanker kolon;
6. Prebiotik menyediakan karbon selektif dan sumber energi untuk proliferasi bakteri menguntungkan, melalui sintesis protein bakterial dapat mengurangi amonia usus sehingga dapat mengobati encefalotrofi hepar;
7. Proliferasi bakteri menguntungkan dapat mengurangi infeksi usus dari patogen eksogen serta melalui resistensi kolonisasi dapat mengurangi resiko infeksi oportunistik.

Jenis-jenis Prebiotik dan Efeknya pada Mikroekologi Usus

         Salah satu alasan banyak variasi spesies bakteri yang dapat ditemukan di kolon adalah banyaknya sumber karbon yang berbeda. Berbagai pangan polisakarida non pati, pati resisten, gula-gula tidak tercerna, oligosakarida dan protein terfermentasi oleh mikroflora. Selain itu, sumber-sumber indigen seperti glikoprotein mukus, sel-sel epitel yang terkelupas, dan produk metabolisme mikroflora lain. Dari berbagai hal tersebut, karbohidrat pangan tak tercerna yang menyediakan substrat bagi pertumbuhan koloni bakteri. Jumlah karbohidrat yang mencapai kolon beragam berkisar antara 20-60 g/ hari. Karbohidrat memasuki kolon terfermentasi oleh mikroflora menjadi asam lemak rantai pendek (SCFA), asetat esensial, propionat, butirat, laktat, dan beberapa gas seperti karbon dioksida, metana, dan hidrogen. SCFA yang dihasilkan secara cepat diserap dan dimetabolisme oleh inang. Dengan cara ini, mikroflora berkontribusi mengambil energi dari komponen pangan yang akan diekskresi oleh inang.

    Sebagian besar spesies bakteri pada kolon adalah sakarolitik dan dapat berkontribusi pada fermentasi karbohidrat. Namun, organisme sakarolitik dominan termasuk dalam genus Bacteroides, Bifidobacterium, Eubacterium, Lactobacillus, dan Clostridium. Komponen pangan yang dapat terfermentasi yang mencapai kolon dan tak tercerna berpotensi bertindak sebagai prebiotik. Kini hampir semua prebiotik terdeskripsikan dan semua yang diproduksi secara komersial merupakan karbohidrat. Mulai dari gula alkohol kecil dan disakarida, hingga oligosakarida, dan polisakarida besar, dengan variasi komposisi gula dan ikatan glikosidik. Keberagaman struktur kimiawi diharapkan dapat menghadirkan efek yang beragam pula pada koloni mikroflora. Namun, hampir semua bahan pangan diklaim merupakan prebiotik atas dasar stimulasi secara selektif proliferasi dari Bifidobacteria pada kolon. Bahan pangan ini kemudian dirujuk sebagai “bifidogenik” atau “faktor bifidus”.

        Mekanisme pasti keberagaman kimiawi dari karbohidrat yang secara khusus menstimulasi satu genus khusus dalam suatu populasi dengan banyak spesies sakarolitik tidaklah jelas. Kemampuan memanfaatkan variasi substrat secara efisien mengindikasikan bahwa Bifidobacteria memiliki susunan glikosidase, membuat mereka secara nutrisional versatil dan memungkinkan mereka untuk beradaptasi dan berkompetisi pada suatu lingkungan dengan mengganti kondisi nutrisional. Menariknya, sebagian besar Bifidobacteria tumbuh lebih cepat pada prebiotik frukto-oligosakarida dibandingkan pada glukosa. Hal ini menunjukkan bahwa Bifidobacteria merupakan salah satu kelompok paling efisien dalam menggunakan banyak karbohidrat tak tercerna, menghadirkan keunggulan kompetitif dan memungkinkan mereka untuk berproliferasi dibandingkan spesies lainnya ketika prebiotik dikonsumsi. Toleransi mereka terhadap mikro-lingkungan asam dihasilkan sebagai konsekuensi dari fermentasi prebiotik dan produksi SCFA.

        Dalam menilai kemampuan komponen pangan untuk menstimulasi secara selektif proliferasi dari organisme menguntungan pada kolon, beberapa model in vitro telah dikembangkan, mulai dari kultur statis sederhana hingga yang mutakhir, model tingkatan usus. Model hewan juga terbukti berharga, namun pembuktian akhir dari stimulasi selektif bakteri menguntungan pada manusia dibutuhkan untuk mengkonfirmasi substrat sebagai prebiotik.

Sumber:

Tannock, G. W. 2005. Probiotics and Prebiotics: Scientific Aspects. UK: Caister Academic Press.