Khoa học - Y dược

Các phân tử giống phân tử thuốc được sản xuất bởi vi khuẩn đường ruột có thể tác động đến ruột và hệ miễn dịch (07/12/2017)

Một nhóm các nhà nghiên cứu ở Stanford bao gồm TS. Dylan Dodd cùng với PGS.TS. Justin Sonnenburg chuyên ngành vi sinh học và miễn dịch học và PGS. TS. Michael Fischbach đã phát hiện ra rằng việc điều chỉnh loài vi khuẩn đường ruột Clostridium sporogenes (C. sporogenes) có thể làm thay đổi các cấp độ phân tử trong máu và do đó, tác động đến sức khoẻ của chuột. Bài báo về kết quả nghiên cứu được công bố vào ngày 22/11/2017 trên tạp chí Nature.

Thịt gà cung cấp cho cơ thể một nguồn dinh dưỡng giàu chất đạm với hàm lượng chất axít amino tryptophan cao, nhiệm vụ của vi khuẩn đường ruột Clostridium là phá hủy chất tryptophan đó. Sau đó, giống như phân tử thuốc, các phân tử được tạo ra bởi vi khuẩn sẽ xâm nhập vào mạch máu và tương tác với hệ thống miễn dịch, làm thay đổi đặc điểm sinh vật học của ruột.

Nhóm nghiên cứu đã quyết định tiến hành thử nghiệm trên chuột để nghiên cứu biện pháp áp dụng công nghệ sinh học trên các loài vi khuẩn đường ruột, từ đó, tạo ra những thay đổi trong phương pháp điều trị.

Các nhà nghiên cứu khẳng định: khi khả năng phá hủy chất tryptophan của vi khuẩn C. sporogenes ở chuột bị ngăn chặn, các cấp độ phân tử trong máu cũng thay đổi. Ngoài ra, họ nhận thấy những dấu hiệu thay đổi sinh lý ở hệ miễn dịch và ruột của chuột.

Sonnenburg cho biết: "Phát hiện mới là một bằng chứng cho thấy không chỉ ảnh hưởng của microbiome (toàn bộ hệ gen của các vi sinh vật sống trong và trên cơ thể con người) đến toàn bộ cơ thể mà còn cả khả năng tận dụng chính ảnh hưởng đó để cải thiện sức khoẻ của con người".

Cải thiện sức khoẻ từ bên trong

Trong vòng 15 năm qua, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự cấu thành của hệ thống vi sinh vật ruột (gut microbiome) trong cơ thể con người là yếu tố làm hạn chế hay gia tăng nguy cơ mắc các bệnh trong đó có: tiểu đường, bệnh tim, bệnh dị ứng và trầm cảm. Đặc điểm khiến vai trò của các loài vi sinh vật nhỏ bé này trở nên vô cùng quan trọng là khả năng sản xuất ra các phân tử được gọi là chất chuyển hóa có khả năng xâm nhập vào mạch máu và tuần hoàn khắp cơ thể. Tuy nhiên, việc xác định chính xác những phân tử được tạo ra bởi một loài vi khuẩn nhất định hay làm thay đổi các cấp độ phân tử nhằm mục đích cải thiện sức khỏe vẫn còn là một vấn đề mang tính thử thách.

Những nghiên cứu trước đây cho thấy chỉ một số loài vi sinh vật, bao gồm C. sporogenes, có khả năng phá hủy chất tryptophan và sản xuất ra chất chuyển hóa được biết đến là hợp chất axít indolepropionic (IPA). Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng gợi ý rằng hợp chất phân tử IPA là yếu tố giúp củng cố thành ruột và hạn chế hiện tượng phân tử lọt qua.

Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã mô tả chính xác cách thức vi khuẩn C. sporogenes sản xuất hợp chất phân tử IPA từ chất tryptophan. Họ đã xác định được các hợp chất khác trong tổng số 12 chất chuyển hóa được sản xuất, trong đó, 9 hợp chất có thể tích tụ trong máu và 3 trong số đó được sản xuất bởi hoạt động của vi khuẩn. Ngoài ra, nhóm cũng lần đầu tiên đã xác định chính xác các gen chịu trách nhiệm phân hủy chất tryptophan và chuyển hóa các phân tử cuối cùng trong vi khuẩn C. sporogenes. Họ cho biết gen có tên gọi là fldC đóng vai trò thiết yếu trong việc sản xuất IPA.

Tiếp đến, nhóm nghiên cứu đã cấy vào cơ thể chuột khỏe mạnh hai phiên bản vi khuẩn C. sporogenes: 1 phiên bản ở thể hoang dại và có khả năng sản xuất IPA, 1 phiên bản bị khuyết gen fldC. Ở những cá thể chuột nhận được phiên bản vi khuẩn thể hoang dại, nồng độ IPA trong máu là khoảng 80 micromolar, trong khi không thể xác định được hàm lượng IPA ở chuột nhận được phiên bản vi khuẩn đã được điều chỉnh.

Bước cuối cùng, các nhà khoa học nghiên cứu biện pháp nhằm thay đổi hàm lượng hợp chất IPA ảnh hưởng đến sức khỏe của chuột. Ở chuột không phát hiện được IPA, số lượng tế bào miễn dịch nhiều hơn, bao gồm các tế bào bạch cầu trung tính, bạch cầu đơn bào và tế bào nhớ T. Điều này dẫn đến kích hoạt cơ chế đề kháng của cơ thể, bao gồm hai nhánh của hệ miễn dịch: miễn dịch bẩm sinh và miễn dịch thích ứng. Ở chuột được cấy vi khuẩn C. sporogenes phiên bản đã được điều chỉnh, tính thấm của ruột cao hơn, đặc điểm này là khiếm khuyết thường thấy ở cơ thể mắc bệnh về ruột, bao gồm bệnh viêm ruột.

Vi khuẩn mục tiêu 

Sonnenburg cho biết được áp dụng thành công ở người nếu phương pháp mới có thể dẫn đến sự ra đời của mô hình mới trong điều trị một số bệnh lý thay vì bổ sung hợp chất như IPA. Trong tương lai gần, việc điều chỉnh các cấp độ hoạt động của vi khuẩn nhằm tác động đến nồng độ các chất chuyển hóa là hoàn toàn có thể thực hiện được. Ví dụ, có thể điều trị bệnh viêm ruột bằng biện pháp gia tăng cấp độ vi khuẩn C. sporogenes và đảm bảo hàm lượng tryptophan đầy đủ.

Dodd khẳng định: "Phát hiện mới là một ví dụ sống động và rõ ràng về cách thức nhắm mục tiêu các vi khuẩn đường ruột để cải thiện sức khoẻ của con người".

Nhóm nghiên cứu cho biết họ đang có kế hoạch nghiên cứu về các cấp độ vi khuẩn C. sporogenes cũng như hợp chất IPA ở những cá thể chuột có hệ vi sinh vật ruột phức tạp hơn thay vì chuột khỏe mạnh, đồng thời, theo dõi các chất chuyển hóa khác được sản xuất bởi các vi khuẩn ruột gây ra và ảnh hưởng không tốt đến sức khoẻ.

Fischbach chia sẻ: "IPA chỉ là phần nổi trong tảng băng trôi, cho thấy ảnh hưởng của một vi khuẩn ruột đơn lẻ và một gen duy nhất trong cơ thể vi khuẩn đó ảnh hưởng đến sức khoẻ con người. Khả năng ảnh hưởng tích cực đến sức khoẻ con người của các hóa chất được sản xuất bởi vi khuẩn là rất lớn, và chúng tôi đã sẵn sàng để thực hiện những nghiên cứu sâu hơn nhằm hiện thực hóa điều này”.

Nguồn: P.K.L (NASATI),