Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Hình kính hiển vi điện tử chụp một phần ruột của chuột cho thấy vi khuẩn B. fragilis kết cụm gần các tế bào biểu mô niêm mạc ruột. Nguồn: Phòng thí nghiệm Mazmanian.
 

Ruột của động vật hữu nhũ có đặc điểm ấm, ẩm và cực kỳ giàu dinh dưỡng, là một môi trường hoàn hảo cho sự phát triển của vi khuẩn. Hệ vi sinh vật có lợi trong ruột, thường được gọi là microbiome, là một phần thiết yếu của cơ thể, giúp cơ thể tiêu hóa chất xơ, hấp thu chất dinh dưỡng và ngăn ngừa các bệnh khác nhau. Tất cả chúng ta đều đã biết về đáp ứng miễn dịch và các căn bệnh do vi khuẩn có hại, hoặc vi khuẩn gây bệnh tấn công cơ thể gây ra, vì vậy, nếu hệ miễn dịch tiến hành đẩy lùi vi khuẩn thì bằng cách nào mà động vật hữu nhũ có thể duy trì mối quan hệ hài hòa với hệ vi khuẩn có lợi trong ruột?

Mới đây, một nghiên cứu mới từ Caltech đã mô tả cách mà một loại vi khuẩn có lợi “khai thác” các đáp ứng miễn dịch của cơ thể để chúng có thể tồn tại trong ruột.

Công trình nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm của Sarkis Mazmanian, Luis B. và Nelly Soux, Giáo sư Vi sinh vật học và nghiên cứu viên của Viện nghiên cứu Y học Di sản, Hoa Kỳ. Bài báo mô tả nghiên cứu này đã được đăng trực tuyến trên tạp chí Science vào ngày 3 tháng 5.

Công trình do học viên cao học Gregory Donaldson thực hiện chính, các nhà nghiên cứu của phòng thí nghiệm Mazmanian đã chọn loại vi khuẩn Bacterioides fragilis để tiến hành nghiên cứu. Loài vi khuẩn này được tìm thấy nhiều trong ruột non của động vật hữu nhũ, bao gồm cả con người. Loài vi khuẩn này trước đây cũng đã được phòng thí nghiệm Mazmanian chứng minh có khả năng bảo vệ chuột khỏi chứng viêm và các rối loạn thần kinh như bệnh viêm ruột và bệnh đa xơ cứng. Một điều thú vị là, mặc dù có rất nhiều chủng B. fragilis, nhưng ở những người khỏe mạnh thì lại chỉ hình thành mối quan hệ chung thủy lâu dài với một chủng duy nhất.

Donaldson cho biết: "Những nghiên cứu từ các phòng thí nghiệm khác đã chứng minh rằng hầu hết mọi người mang cùng một chủng B. fragilis trong suốt cuộc đời. Chúng tôi muốn nghiên cứu ở mức độ phân tử cách thức các vi khuẩn này có thể tồn tại ổn định và lâu dài trong ruột người."

Đầu tiên, các nhà nghiên cứu hướng đến xác định mối quan hệ cộng sinh của B. fragilis với ruột bằng cách quan sát những vị trí cư trú của vi khuẩn. Sử dụng kỹ thuật ghi ảnh bằng kính hiển vi điện tử cho các mẫu ruột của chuột, nhóm nghiên cứu đã quan sát thấy rằng B. fragilis kết thành những cụm nằm sâu bên trong lớp màng nhầy dày lót ruột, nép gần các tế bào biểu mô trên bề mặt ruột. Donaldson và các cộng sự đã giả định rằng hốc không gian này là cần thiết để vi khuẩn bám vào và hình thành một điểm tựa chắc chắn để từ đó phát triển.

Tiếp đến, nhóm nghiên cứu nhắm tới việc xác định những cơ chế cho phép B. fragilis phát triển được trong hốc không gian ruột này. Nhóm đã phát hiện ra rằng mỗi vi khuẩn B. fragilis được bọc trong một lớp capsule dày làm từ carbohydrate. Vỏ capsule này thường được tìm thấy ở các tác nhân gây bệnh (vi khuẩn có hại). Các tác nhân này dùng vỏ capsule để lẩn trốn khỏi sự nhận diện và tiêu diệt của hệ thống miễn dịch của cơ thể. Các vi khuẩn đột biến mất lớp capsule này sẽ không thể kết cụm và phát triển trên lớp niêm mạc. Do đó, các nhà nghiên cứu đã đưa ra giả thuyết rằng thành phần carbohydrate trong lớp capsule là cần thiết cho B. fragilis để phát triển trong hốc ruột.

Bởi vì vỏ capsule của vi khuẩn được biết là có vai trò trong các đáp ứng miễn dịch đối với vi khuẩn gây bệnh, Donaldson và Mazmanian đã giả thuyết rằng cũng có sự hình thành các đáp ứng miễn dịch đối với lớp vỏ capsule của B. fragilis. Thật vậy, họ đã nhận thấy rằng các kháng thể (là các protein miễn dịch thực hiện nhiệm vụ bắt và đánh dấu đặc hiệu vi khuẩn hoặc vi rút để trình diện cho các tế bào miễn dịch phát hiện và tiêu diệt) đã gắn lên vỏ capsule của B. fragilis hiện diện trong ruột. Một loại kháng thể đặc trưng, immunoglobulin A (hay IgA), đã được tìm thấy trong ruột. Và trên thực tế, đây là loại kháng thể được sản xuất nhiều nhất ở người, nhưng chức năng cụ thể của loại kháng thể này vẫn còn là một bí ẩn.

Thông thường, đáp ứng miễn dịch bằng kháng thể đồng nghĩa với việc vi khuẩn gây bệnh sẽ sớm bị tiêu diệt. Nhưng kỳ lạ là IgA không có tác động xấu đến hầu hết các vi khuẩn thường sống trong ruột. Trong trường hợp của B. fragilis, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng kháng thể còn hỗ trợ vi khuẩn bám vào các tế bào biểu mô. Hơn nữa, ở những con chuột bị thiếu hụt IgA cho thấy vi khuẩn giảm khả năng phát triển và duy trì lâu dài trên bề mặt ruột.

Nhóm nghiên cứu cho rằng đáp ứng của IgA với lớp vỏ capsule của B. fragilis giúp cho sự neo của vi khuẩn vào bề mặt biểu mô, từ đó tạo thuận lợi cho vi khuẩn.

Donaldson cho biết: "Thật bất ngờ khi phát hiện ra một kiểu đáp ứng miễn dịch có thể hỗ trợ những vi khuẩn có lợi phát triển mạnh, và chính điều này sẽ giúp cho vật chủ phát triển mạnh. Nghiên cứu về miễn dịch học chủ yếu giới hạn ở đối tượng vi khuẩn gây bệnh. Tuy nhiên, có hàng tỷ tỷ vi khuẩn trong ruột, và hầu hết trong số đó không gây bệnh cho con người. Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy có sự nhận diện chủ động của hệ thống miễn dịch đối với những vi khuẩn này nhưng sự nhận diện này có tác động hỗ trợ cho vi khuẩn nhiều hơn là gây hại cho chúng. Điều này cho thấy hệ miễn dịch không chỉ là hệ thống phòng thủ và kháng thể còn có vai trò khác ngoài vai trò tiêu diệt. "

Trong tương lai, nhóm nghiên cứu dự kiến sẽ nghiên cứu về đáp ứng kháng thể ở đường ruột xảy ra như thế nào và tại sao nó lại hỗ trợ B. fragilis trong khi các kháng thể khác lại gây hại cho vi khuẩn. Công trình nghiên cứu này có thể được áp dụng để cải thiện quá trình phát triển của các vi khuẩn có lợi khác thông qua việc sử dụng probiotic.

Mazmanian cho biết: "Trong thập kỷ qua, nhiều nghiên cứu đã mô tả hệ vi sinh đường ruột trong nhiều loại bệnh, lối sống, địa lý và sau sinh. Chúng ta biết rằng thành phần vi sinh trong hệ vi sinh vật tương quan với các điều kiện nhất định, ví dụ như thành phần của hệ vi sinh vật bị thay đổi có thể gây bệnh viêm ruột, bệnh tự kỷ và bệnh Parkinson. Điều vẫn chưa được biết là làm cách nào mà một hệ vi sinh vật được hình thành và duy trì tại vị trí hình thành ban đầu. Nghiên cứu của nhóm chúng tôi đã tìm ra một cơ chế phân tử mà một vi khuẩn có lợi đã chủ động thúc đẩy quá trình phát triển lâu dài trong đường ruột bằng cách thu hút và kết hợp với hệ miễn dịch thay vì cố gắng lẩn tránh như cách các vi khuẩn gây bệnh vẫn thực hiện. Khám phá này có thể mở ra những hướng mới để điểu chỉnh sự mất cân bằng hệ vi sinh đường ruột, và có thể ứng dụng để ngăn ngừa và điều trị các rối loạn ở người".

Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2018/05/180504133624.htm