Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

 
Miếng bánh tảo (Nori). Nguồn: © StockphotoVideo / Fotolia
 

Các vi khuẩn đường ruột phát triển dựa trên thực phẩm con người tiêu thụ mỗi ngày. Đổi lại, vi khuẩn cung cấp các chất dinh dưỡng thiết yếu giúp chúng ta khỏe mạnh, đẩy lùi mầm bệnh và thậm chí giúp định hướng các đáp ứng miễn dịch.

Hiểu được cách thức và nguyên nhân một số chủng vi khuẩn con người ăn vào có thể thích nghi và tồn tại trong ruột già, trong khi những chủng khác lại nhanh chóng bị đào thải ra khỏi cơ thể có thể giúp các nhà khoa học tìm ra cách kiểm soát thành phần của hệ vi sinh từ hàng ngàn loài vi khuẩn trong ruột nhằm tăng cường sức khỏe hoặc hỗ trợ ngăn ngừa bệnh tật. Tuy nhiên, sự phức tạp trong hệ sinh thái đường ruột đã gây trở ngại cho công việc này.

Hiện nay, các nhà nghiên cứu tại Khoa Y thuộc Đại học Stanford đang nghiên cứu trên chuột trong phòng thí nghiệm đã chỉ ra rằng có thể đưa một chủng vi khuẩn từ bên ngoài vào ruột của chuột bằng cách điều chỉnh chế độ ăn trên chuột. Các nhà nghiên cứu cũng cho biết có thể kiểm soát lượng vi khuẩn phát triển trong ruột bằng cách cân đối lượng carbohydrate trong nước hoặc thức ăn của chuột.

Justin Sonnenburg, Tiến sĩ, Phó giáo sư về Vi sinh vật và Miễn dịch học cho biết: “Chúng ta đều được sinh ra với một hệ vi khuẩn đường ruột được sắp xếp một cách hỗn loạn trong những năm đầu đời. Mặc dù đường ruột của chúng ta vẫn tiếp tục tiếp nhận các chủng vi khuẩn mới trong suốt cuộc đời, nhưng quá trình tiếp nhận này là một quá trình kém định hướng và chưa được hiểu rõ. Và nghiên cứu này cho thấy rằng chúng ta có thể tái cấu trúc hệ vi sinh vật đường ruột một cách có chủ đích nhằm tăng cường sức khỏe và chiến đấu với bệnh tật."

Bài báo mô tả nghiên cứu này đã được công bố trực tuyến ngày 9 tháng 5 trên tạp chí Nature. TS. Sonnenburg là trưởng nhóm nghiên cứu. Cựu nghiên cứu sinh, Tiến sĩ Elizabeth Shepherd là tác giả đứng đầu.

Bổ sung vi khuẩn hỗ trợ

Sự phát triển của lĩnh vực probiotics là các chế phẩm chứa các vi khuẩn sống và có lợi cho sức khỏe trong các loại thực phẩm như sữa chua hoặc trong các loại đồ uống bổ sung là một ví dụ điển hình cho thấy nhận thức cộng đồng về tầm quan trọng của vi khuẩn đường ruột ngày càng tăng. Ngay cả khi không sử dụng probiotics hoặc ăn sữa chua, nhưng mỗi người trong chúng ta trong suốt cuộc đời đều vô tình tiêu thụ một lượng nhỏ vi khuẩn có khả năng thích nghi với môi trường đường ruột. Nhưng cho dù vi sinh vật đường ruột có nguồn gốc từ đâu, thì đến nay con người vẫn chưa biết được nguyên nhân khiến một chủng vi sinh phát tirển thành công trong ruột trong khi một số chủng khác thì không. Nhiều chủng vi sinh bị đào thải nhanh chóng qua đường tiêu hóa mà không bám được trên bề mặt đường ruột.

TS. Sonnenburg và cộng sự đã đặt câu hỏi liệu một chế độ ăn uống tăng cường có thể hỗ trợ cho sự phát triển của một chủng vi khuẩn nhất định trong hệ vi sinh đường ruột đầy phong phú, đa dạng hay không. Để trả lời cho câu hỏi này, nhóm nghiên cứu đã đến Cơ sở xử lý nước thải San Jose để thu nhận các chủng vi sinh thuộc họ Bacteroides, một họ vi khuẩn quan trọng nhất trong hệ vi sinh đường ruột của người. Nhóm nghiên cứu đặc biệt tìm kiếm các chủng có khả năng tiêu hóa một thành phần tương đối hiếm trong chế độ ăn của người Mỹ đó là rong biển hay còn được gọi là nori. Nori được sử dụng trong món sushi cuộn và các loại thực phẩm khác của Nhật Bản. Nhóm nghiên cứu sàng lọc các chủng vi khuẩn thu nhận ở những nhánh sông chính để tìm ra chủng có khả năng sử dụng một loại carbohydrate có trong nori được gọi là porphyran.

TS. Sonnenburg cho biết: “Các gen cho phép vi khuẩn sử dụng porphyran là cực kỳ hiếm gặp ở những người không thường sử dụng rong biển trong chế độ ăn uống hằng ngày. Điều này cho phép chúng tôi kiểm tra xem liệu con người có thể phá vỡ quy tắc của hệ sinh thái vi sinh phức tạp bằng cách tạo ra một niche ưu tiên cho sự phát triển của một chủng vi sinh vật mà không chịu sự cạnh tranh với 30 nghìn tỷ vi khuẩn khác có trong ruột."

Khi tìm được một chủng Bacteroides có khả năng sử dụng nori, các nhà nghiên cứu đã cố gắng đưa chủng này vào đường ruột của ba nhóm chuột thí nghiệm. Hai trong số ba nhóm chuột đã bị loại bỏ hệ vi sinh đường ruột của chuột và thay thế bằng hệ vi sinh đường ruột tự nhiên của người từ hai người hiến khỏe mạnh, trong đó mỗi người hiến cho một nhóm. Nhóm chuột thứ ba mang hệ vi sinh đường ruột đặc trưng cho chuột.

Ảnh hưởng trực tiếp của rong biển

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng khi chuột được cho ăn một chế độ ăn điển hình dành cho chuột, chủng vi khuẩn sử dụng porphyran được cấy vào có thể tồn tại và thích nghi ở hai nhóm chuột với mức độ khác nhau và còn phát triển hạn chế, một nhóm chuột mang hệ vi khuẩn đường ruột của người đã hoàn toàn đào thải chủng vi khuẩn mới. Tuy nhiên, khi chuột được cho ăn với chế độ ăn giàu porphyran, kết quả thu được sự khác biệt đáng kể: Vi khuẩn mới phát triển và thích nghi tốt như nhau ở tất cả các nhóm chuột. Hơn nữa, Shepherd phát hiện rằng cô có thể hiệu chỉnh chính xác kích thước quần thể vi khuẩn được cấy vào bằng cách tăng hoặc giảm lượng nori cho chuột tiêu thụ.

TS. Sonnenburg cho biết: "Kết quả của thí nghiệm này khiến chúng tôi rất bất ngờ. Ảnh hưởng trực tiếp của chế độ ăn uống đối với quần thể vi khuẩn là rất rõ ràng."

Ngoài việc chứng minh rằng họ có thể hỗ trợ sự phát triển và tăng trưởng của chủng vi khuẩn sử dụng nori, các nhà nghiên cứu tiến thêm một bước nữa bằng cách chứng minh rằng các gen cần cho quá trình tiêu hóa porphyran có thể được biến đổi trên các chủng Bacteroides khác và cho phép các chủng biến đổi này có khả năng thích nghi tương tự trong ruột. Hiện nay họ đang nghiên cứu để xác định các gen khác có liên quan đến khả năng tiêu hóa.

TS. Sonnenburg cho biết: “Chúng ta có thể sử dụng những module gen này để phát triển một bộ công cụ dùng trong các trị liệu bằng vi sinh vật một cách chính xác. Các gen đóng vai trò trong quá trình tiêu hóa porphyran và một chế độ ăn giàu rong biển là cặp yếu tố đầu tiên, nhưng có khả năng có thể có hàng trăm yếu tố khác hoặc nhiều hơn. Chúng tôi muốn mở rộng mô hình đơn giản này thành một ma trận các yếu tố thành phần và vi khuẩn trong chế độ ăn uống."

Các nhà nghiên cứu cũng đang hình dung về việc phát triển các chủng vi khuẩn có chức năng diệt và đóng mở cổng sinh học trong kiểm soát hệ vi sinh vật cho phép các bác sĩ lâm sàng có thể chuyển đổi hoạt động bật – tắt của vi khuẩn theo mong muốn, hoặc trong một số tình huống nhất định.

TS. Sonnenburg cho biết: "Trong 10 năm qua những hiểu càng trở nên rõ ràng rằng các vi khuẩn đường ruột không chỉ có mối liên hệ đến nhiều khía cạnh sinh học của người, mà chúng còn dễ dàng được kiểm soát. Khả năng kiểm soát vi sinh đường ruột của con người ngày càng tăng sẽ giúp thay đổi cách chăm sóc sức khỏe trở nên đúng đắn hơn. Ví dụ khi bệnh nhân bắt đầu quá trình trị liệu miễn dịch để điều trị ung thư, các bác sĩ có thể cho bệnh nhân sử dụng kèm một chủng vi khuẩn có khả năng kích hoạt hệ miễn dịch. Ngược lại, một bệnh nhân mắc bệnh tự miễn có thể được điều trị bằng một hệ vi sinh khác giúp làm giảm sự hoạt động quá mức của các đáp ứng miễn dịch. Hệ vi sinh trong cơ thể người được ví như một chiếc đòn bẩy mạnh giúp điều chỉnh các chức năng sinh học ở khía cạnh sức khỏe và bệnh tật."

Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2018/05/180509135412.htm