Tôi và chúng tôi: con người và hệ vi khuẩn

Phóng to

Mỗi con người là một hệ sinh thái

Các nhà sinh học này cho rằng mỗi con người không phải là một cá thể độc lập mà là một hệ sinh thái. Tại sao vậy? Vì ở khắp nơi trong cơ thể, đặc biệt ở hệ tiêu hóa, tồn tại 100.000 tỉ vi khuẩn thuộc nhiều trăm loài khác nhau và số lượng này mang 3 triệu gen của nó. Các vi sinh vật này không phải ở nhờ hay sống ký sinh trong cơ thể người mà là một thành tố đóng góp trong quá trình chuyển hóa của cơ thể mà nó cư ngụ.

Các nhà sinh học có quan điểm mới này tin rằng khoa học phải tính đến hệ vi sinh này vì mỗi chúng ta không phải là một cá thể mà là một siêu cá thể hình thành bởi rất nhiều cá thể đó.

Một bộ phận của cơ thể người

Cách tiếp cận mới này còn mạnh dạn hơn khi xem hệ vi sinh này như là một bộ phận của cơ thể con người. Họ lập luận: toàn bộ lượng vi khuẩn này cân nặng khoảng 1kg, “cấu trúc” của nó dĩ nhiên khác biệt, nhưng cơ quan nội tạng của người cũng đầy khác biệt, như sự khác biệt của tim và gan chẳng hạn. Về hình thức, nó phân tán và không định hình cụ thể, nhưng con người cũng có những cơ quan như thế, chẳng hạn hệ miễn dịch cũng bao gồm các tế bào phân bổ khắp nơi, hệ miễn dịch thật ra cũng chỉ là một hệ thống các tế bào có tổ chức.

Và cái cơ quan mới này có nhiều chức năng đóng góp cho cơ thể cưu mang nó. Trước hết, nó cung cấp thêm cho con người 10% lượng calori cần thiết mỗi ngày. Nhiều chất dinh dưỡng có trong các loại thực vật mà men tiêu hóa của con người không thể chiết xuất ra được, phải nhờ vi khuẩn ăn các chất dinh dưỡng phức tạp ấy trong thực vật rồi thải ra các acid béo, đặc biệt là acid formic, acid acetic, acid butyric, những chất có thể thấm qua thành ruột vào máu tạo ra năng lượng cho cơ thể.

Cũng vậy, trong sữa mẹ có một chất dinh dưỡng gọi là glycan mà con người không tiêu hóa được, vi sinh sẽ giúp chuyển hóa thành đường mà con người có thể hấp thụ, do đó glycan trở nên dễ tiêu hóa hơn.

Không dừng lại ở hỗ trợ tiêu hóa, hệ vi khuẩn này còn giúp tạo ra các vitamin, đặc biệt là B2, B12 và acid folic. Hơn thế nữa, nó giúp điều chỉnh việc sản xuất này tùy theo độ tuổi của người mà nó cư ngụ, hoặc điều kiện môi trường của người đó.

Người ta ghi nhận vi khuẩn tạo ra trong cơ thể trẻ em nhiều acid folic hơn người lớn. Hoặc ở các nơi có tình trạng suy dinh dưỡng và thiếu vitamin như Malawi hay vùng nông thôn Venezuela, người ta tìm thấy trong ruột người dân các loại vi khuẩn sản xuất ra riboflavin nhiều hơn ở vùng giàu có Bắc Mỹ, loại này sản xuất ra men glycoside hydrolase giúp chuyển hóa tốt các glycan.

Phóng to

Có sự gắn bó mật thiết giữa “hệ sinh thái con người” với các vấn đề sức khỏe

Tác động để chữa bệnh

Không dừng lại ở quan hệ dinh dưỡng, các nghiên cứu gần nhất cho thấy sự gắn bó mật thiết của “hệ sinh thái con người” này với hàng loạt vấn đề sức khỏe như bệnh béo phì hay suy dinh dưỡng, bệnh đa xơ cứng (multiple sclerosis), bệnh dị ứng, bệnh chàm, bệnh ở gan, nhiều loại bệnh ở đường ruột bao gồm cả ung thư ruột và cả bệnh tự kỷ.

Năm 2006, nghiên cứu của tiến sĩ Gordon thuộc Đại học Y khoa Washington cho thấy trong ruột người béo có nhiều vi khuẩn firmicutes hơn, còn người gầy có nhiều vi khuẩn bacteroidetes hơn. Khi thực hiện chế độ ăn kiêng giúp một người béo trở nên gầy thì hệ vi khuẩn thay đổi tương thích. Thí nghiệm trên chuột cho thấy hệ vi khuẩn không phải thay đổi theo hoàn cảnh, mà nó đã giúp tiến trình làm gầy qua việc hạn chế sản sinh một loại hormone tích mỡ và một loại enzyme có tác dụng làm ngừng đốt cháy chất béo.

Ở chiều ngược lại, trong một nghiên cứu tại Malawi, tiến sĩ Gordon đã chứng minh rằng một số loại vi khuẩn không phù hợp trong ruột sẽ tạo tình trạng suy dinh dưỡng. Qua nghiên cứu các cặp song sinh mà một cháu mập, cháu kia thì ốm, ông nhận thấy hệ vi khuẩn ở trẻ ốm là loại thiếu khả năng tổng hợp vitamin và tiêu hóa các hydrocacbon phức tạp. Khi cấy các hệ vi khuẩn này vào chuột đã làm sạch ruột cũng cho kết quả tương tự.

Nếu nghiên cứu này tiếp tục được khẳng định sẽ có những tác động xã hội lớn, vì tình trạng suy dinh dưỡng tưởng như do thiếu đói thì nay có thể được cải thiện một phần bằng cách điều chỉnh hệ sinh vật trong ruột.

Bên cạnh đó, mối quan hệ giữa hệ vi khuẩn này với các bệnh về tim được đồng thời nghiên cứu trên người và chuột. Tiến sĩ Nicholson của Imperial College, London đã cho thấy số lượng acid formic có trong nước tiểu tỉ lệ nghịch với huyết áp của người đó (một dấu hiệu của bệnh tim), mà nguồn phát sinh chủ yếu của acid formic từ hệ vi khuẩn trong ruột. Vì vậy, ông nghĩ rằng sự phân bổ vi sinh ở đây có thể là một yếu tố cần lưu ý trong bệnh tim.

Còn nhà khoa học Stanley Hazen ở Bệnh viện Cleveland, bang Ohio đã nhận thấy khi cho chuột ăn các thực phẩm gây xơ cứng động mạch, đồng thời dùng kháng sinh diệt hết các vi khuẩn trong ruột của chuột thì các chứng xơ vữa động mạch không thấy xuất hiện, mặc dù ông vẫn chưa tìm ra được căn nguyên của hiện tượng.

Mặt khác, khi nghiên cứu liệu pháp Roux-en-Y, phẫu thuật cắt ngắn ruột non, giảm hấp thu thực phẩm để chữa bệnh béo phì (người bệnh có cả bệnh tiểu đường), người ta thấy cả bệnh béo phì lẫn tiểu đường đều chấm dứt. Tiến sĩ Nicholson cho rằng việc bỏ qua một đoạn ruột làm thay đổi phân bố của vi sinh đã tạo ra sự biến mất đột ngột của bệnh tiểu đường.

Tiến sĩ Nicholson cũng cho rằng một số bệnh tự miễn (autoimmune), vốn có nguyên nhân do hệ miễn dịch của cơ thể tấn công các tế bào lành gây ra, cũng có nguyên nhân từ hệ vi sinh này. Theo giải thích của ông, rất nhiều tế bào của hệ miễn dịch ở các thành ruột, nơi nó có trách nhiệm phân biệt các vi khuẩn tốt với vi khuẩn xấu bằng cách nhận diện các phân tử trên bề mặt của vi khuẩn.

Đôi khi xảy ra tình trạng giống nhau giữa các vi khuẩn đáng ngờ với các tế bào người đã làm hệ miễn dịch tấn công tế bào. Dù chưa chứng minh được hoàn toàn, nhưng Nicholson ngờ rằng một số thành phần của hệ vi khuẩn ở ruột đã đánh lừa hệ miễn dịch và tạo ra sự oái oăm này. Ông cho rằng các bệnh tự miễn như tiểu đường type-1, dị ứng, chàm hay đa xơ cứng có thể có nguyên nhân từ đây.

Ý kiến này được xác nhận từ một nghiên cứu của Kerstin Berer thuộc Viện Max Planck về sinh học tự miễn và ngoại di truyền ở Freiburg, Đức. Nghiên cứu của họ trên chuột cho thấy các vi sinh ở ruột quả thật có liên quan đến việc kích hoạt một loại phản ứng làm hệ miễn dịch quay qua tấn công các tế bào thần kinh, loại bỏ lớp vỏ của tế bào vốn là nguyên nhân tạo ra bệnh đa xơ cứng.

Mở ra nhiều cơ hội điều trị

Dù đây là một quan niệm khá mới và còn cần phải được tiếp tục nghiên cứu, nhưng nhiều bác sĩ và nhà sinh học trên thế giới vẫn đang rất nghiêm túc trong việc tận dụng phương pháp tiếp cận này để điều trị một số bệnh. Chẳng hạn căn bệnh nhiễm vi khuẩn clostridium difficile gây tiêu chảy dữ dội kèm theo nhiều triệu chứng khác. Mỗi năm, căn bệnh này gây tử vong 14.000 bệnh nhân tại Mỹ. Lý do là chủng khuẩn này đã hoàn toàn đề kháng với kháng sinh nên không có phương cách gì để tiêu diệt.

Nhưng tiến sĩ Mark Mellow của Trung tâm Y khoa Baptist ở TP Oklahoma đã dùng kỹ thuật cấy phân người để điều trị căn bệnh. Phương pháp của tiến sĩ Mellow là bơm một dung dịch chứa phân của một người khỏe mạnh vào ruột của bệnh nhân. Các vi khuẩn khỏe mạnh sẽ nhanh chóng chiếm lĩnh trong đại tràng và đuổi vi khuẩn clostridium difficile đi.

Năm 2011, ông đã áp dụng liệu pháp này cho 77 bệnh nhân và có đến 91% khỏi bệnh. Với bảy bệnh nhân không đáp ứng tốt, ông áp dụng lần hai thì có đến sáu người hồi phục. Mặc dù đến nay phương pháp này vẫn còn đang được tiếp tục nghiên cứu nhưng nếu được khẳng định, nó sẽ mở ra một hướng điều trị hiệu quả và rẻ tiền.

Nhưng có lẽ mối liên hệ sau đây có thể gây bất ngờ cho bất cứ ai nghe thấy: người ta tìm thấy mối liên quan giữa hệ vi sinh trong ruột với một căn bệnh ở hệ thần kinh, đó là bệnh tự kỷ.

Từ lâu, y học đã ghi nhận người bị bệnh tự kỷ thường có những vấn đề ở đường ruột. Thường họ có khá nhiều chủng vi khuẩn clostridia. Như bất cứ một hệ sinh thái nào luôn có cạnh tranh giữa những cá thể bên trong nó, chủng clostridia có khuynh hướng cạnh tranh với các vi khuẩn khác bằng cách tiết ra chất phenol để tiêu diệt đối phương, nên khi có nhiều clostridia thì môi trường trong ruột sẽ có nhiều phenol, nhưng chất này có hại cho tế bào người và phải được trung hòa nên cơ thể sẽ dùng lượng sulphure dự trữ để hóa giải phenol.

Rủi thay, sulphure cũng là chất cần cho phát triển não. Do đó, nếu cơ thể của một trẻ sơ sinh có hệ vi sinh cần quá nhiều sulphure thì trí não của cháu ấy sẽ phải trả giá.

Dĩ nhiên, nguyên nhân của căn bệnh là do một gen trong cơ thể bị trục trặc gây cản trở quá trình chuyển hóa sulphure, nhưng cùng lúc nếu có quá nhiều clostridia trong ruột càng thúc đẩy quá trình này đến sự mất cân bằng nghiêm trọng hơn. Từ hiểu biết này đã bắt đầu xuất hiện khả năng ngăn chặn căn bệnh tự kỷ quái ác.

(Theo The Economist, Nature & Science)