Hàng nghìn tỷ vi sinh vật trong cơ thể tác động sức khỏe và cảm xúc con người

Trong nhiều thế kỷ, con người thường được hình dung như một cá thể sinh học độc lập, một cơ thể được cấu tạo bởi các cơ quan, mô và tế bào hoạt động theo "bản thiết kế" di truyền của riêng mình. Nhưng những tiến bộ của sinh học hiện đại trong khoảng hai thập niên gần đây đang dần làm thay đổi cách nhìn ấy.

Bên trong cơ thể mỗi người tồn tại một "thế giới sống" vô cùng phức tạp gồm hàng nghìn tỷ vi sinh vật - vi khuẩn, virus, nấm men và các vi sinh vật cực nhỏ khác - cùng cộng sinh trong một trạng thái cân bằng tinh vi. Cộng đồng này được gọi là hệ vi sinh vật người (human microbiome), trong đó đường ruột là nơi tập trung phần lớn mật độ vi sinh vật.

Nếu cơ thể con người là một hành tinh, thì hệ vi sinh chính là hệ sinh thái lớn nhất trên hành tinh ấy.

Điều đáng chú ý là microbiome không chỉ đóng vai trò trong tiêu hóa như quan niệm truyền thống. Các nghiên cứu gần đây cho thấy hệ vi sinh có thể ảnh hưởng đến miễn dịch, chuyển hóa năng lượng, phản ứng viêm, hoạt động thần kinh và thậm chí cả trạng thái cảm xúc của con người [1,2].

Nói cách khác, sức khỏe của con người có thể là kết quả của sự cân bằng giữa cơ thể và "những cư dân vô hình" đang sống bên trong nó.

‘Bộ não thứ hai’

Một trong những phát hiện gây chú ý nhất của y sinh học hiện đại là sự tồn tại của "trục não - ruột", hệ thống liên lạc hai chiều giữa não bộ và đường tiêu hóa.
Nhiều người từng trải qua cảm giác stress kéo dài dẫn đến đau bụng, rối loạn tiêu hóa hoặc mất cảm giác ngon miệng. Trong một thời gian dài, các hiện tượng này thường được xem như phản ứng tâm lý đơn thuần. Tuy nhiên, ngày nay khoa học cho thấy mối liên hệ giữa não và ruột phức tạp hơn nhiều.

Đường ruột chứa hàng trăm triệu tế bào thần kinh, lớn đến mức nhiều nhà khoa học gọi nó là "bộ não thứ hai" của cơ thể [3]. Không chỉ vậy, phần lớn serotonin - chất dẫn truyền thần kinh liên quan đến cảm xúc và tâm trạng - cũng được sản sinh tại đường ruột.

Đáng ngạc nhiên hơn là hệ vi sinh đóng vai trò quan trọng trong mạng lưới giao tiếp này. Stress kéo dài có thể làm thay đổi nhanh chóng cấu trúc hệ vi sinh, trong khi sự mất cân bằng vi sinh vật lại có thể tác động ngược trở lại lên trạng thái thần kinh và miễn dịch [4].

Trong một nghĩa nào đó, cảm xúc của con người có thể không hoàn toàn bắt đầu từ não bộ.

Đồng minh sinh học

Trong phần lớn lịch sử y học hiện đại, vi sinh vật thường được nhìn nhận chủ yếu như tác nhân gây bệnh. Nhưng microbiome đang khiến khoa học thay đổi quan điểm này.

Ngày nay, nhiều vi khuẩn đường ruột được xem như "đồng minh sinh học" của con người. Một số loài có khả năng tạo ra vitamin, hỗ trợ miễn dịch hoặc cạnh tranh với các vi khuẩn gây bệnh. Một số khác thậm chí có thể sản sinh các hợp chất sinh học có hoạt tính mạnh.

Trong các nghiên cứu mà chúng tôi thực hiện về bacteriocin - các peptide kháng khuẩn tự nhiên do vi khuẩn tạo ra - dữ liệu cho thấy hệ vi sinh đường ruột có thể là nguồn tài nguyên sinh học rất lớn cho y học tương lai. Một nghiên cứu trước đây của chúng tôi đã tiến hành sàng lọc các gene tương tự Azurin trong microbiome người nhằm tìm kiếm các bacteriocin có tiềm năng chống ung thư [5].

Azurin là một bacteriocin nổi tiếng có khả năng tương tác với protein p53 - một protein liên quan đến cơ chế kiểm soát ung thư. Kết quả phân tích cho thấy microbiome đường ruột chứa sự đa dạng di truyền đáng kể của các gene tương tự Azurin, mở ra khả năng khám phá những phân tử sinh học mới cho điều trị ung thư và các bệnh lý khác [5].

Điều này cho thấy hệ vi sinh không chỉ là "hành khách" sống trong cơ thể người, mà có thể là một "nhà máy sinh học" tạo ra vô số hợp chất chức năng mà khoa học mới chỉ bắt đầu hiểu được.

Vi khuẩn dạ dày và bài toán kháng kháng sinh

Một trong những ví dụ điển hình về mối liên hệ giữa microbiome, miễn dịch và sức khỏe toàn cầu là Helicobacter pylori - vi khuẩn có khả năng cư trú lâu dài trong dạ dày người và liên quan đến viêm loét cũng như ung thư dạ dày.
Hiện nay, Helicobacter pylori vẫn là một vấn đề y tế nghiêm trọng tại nhiều quốc gia đang phát triển, trong đó có Việt Nam. Việc điều trị chủ yếu dựa trên kháng sinh, nhưng tình trạng kháng kháng sinh (AMR) đang gia tăng nhanh chóng khiến hiệu quả điều trị suy giảm đáng kể [6].

Trong những năm gần đây, nhóm nghiên cứu của chúng tôi cùng các cộng sự tại Anh và Việt Nam đã tập trung vào hướng tiếp cận vaccine đường uống sử dụng bào tử vi khuẩn Bacillus subtilis như một nền tảng vận chuyển kháng nguyên. Các nghiên cứu tiền lâm sàng cho thấy vaccine dạng bào tử có thể kích thích đáp ứng miễn dịch niêm mạc và làm giảm đáng kể khả năng định cư của Helicobacter pylori trong mô hình chuột [7].

Một điểm thú vị là Bacillus subtilis vốn cũng được sử dụng làm men vi sinh trong nhiều thực phẩm bổ sung và ứng dụng y sinh học. Điều này mở ra khả năng kết hợp giữa men vi sinh, vaccine niêm mạc và công nghệ sinh học vi sinh vật trong các chiến lược phòng bệnh thế hệ mới.

Ngoài ra, các nghiên cứu gần đây của chúng tôi cũng đã phát triển mô hình chuột thích nghi cho genotype hpEastAsia - kiểu gene Helicobacter pylori phổ biến tại Đông Nam Á và liên quan đến nguy cơ ung thư dạ dày cao hơn [8].

Những nghiên cứu như vậy không chỉ mang ý nghĩa học thuật mà còn mở ra các ứng dụng, giải pháp quan trọng đối với các quốc gia đang đối mặt với áp lực kép từ bệnh truyền nhiễm, kháng kháng sinh và hạn chế về nguồn lực y tế.

Y học tương lai có thể bắt đầu từ microbiome

Một thách thức lớn của nghiên cứu microbiome là tính rất phức tạp của dữ liệu sinh học. Mỗi người mang một hệ vi sinh khác nhau, thay đổi theo chế độ ăn uống, môi trường sống, tuổi tác và lối sống.

Đây là lý do trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (machine learning) đang trở thành công cụ quan trọng trong lĩnh vực này. Các mô hình AI có thể giúp nhận diện những mẫu tương tác phức tạp giữa microbiome và bệnh lý mà các phương pháp truyền thống khó phát hiện.

Trong nhiều nghiên cứu gần đây, microbiome đang được xem như nền tảng cho "y học chính xác", nơi chế độ ăn, probiotic hay chiến lược điều trị có thể được cá thể hóa dựa trên hệ vi sinh riêng của từng người.

Một tương lai không quá xa có thể bao gồm: điều trị bệnh bằng bacteriocin thay thế một phần kháng sinh, vaccine probiotic đường uống, hoặc phân tích microbiome để dự đoán nguy cơ bệnh tật từ rất sớm.

Thay đổi cách hiểu về con người

Có lẽ điều thú vị nhất mà microbiome mang lại không chỉ là các ứng dụng y học, mà còn là một thay đổi trong cách con người hiểu chính mình.

Trong nhiều thế kỷ, chúng ta quen nghĩ cơ thể là một thực thể độc lập với ranh giới rõ ràng giữa "bản thân" và "thế giới bên ngoài". Nhưng microbiome cho thấy ranh giới ấy mềm mại hơn rất nhiều. Con người không chỉ là "con người".

Chúng ta đồng thời là nơi cư trú của vô số dạng sống khác cùng tồn tại, tương tác và tiến hóa trong một hệ cân bằng mong manh. Sức khỏe vì thế không đơn thuần là trạng thái của riêng tế bào người, mà có thể là trạng thái cân bằng của cả một hệ sinh thái bên trong cơ thể.

Và có lẽ, một trong những cuộc cách mạng sâu sắc nhất của y sinh học hiện đại đang bắt đầu từ chính nơi mà trong nhiều thế kỷ chúng ta ít chú ý nhất: đường ruột.

---

Tài liệu tham khảo:

[1] Human Microbiome Project Consortium (2012). Structure, function and diversity of the healthy human microbiome. Nature, 486, 207-214.

[2] Lynch, S. V., & Pedersen, O. (2016). The Human Intestinal Microbiome in Health and Disease. The New England Journal of Medicine, 375(24), 2369-2379.

[3] Mayer, E. A. (2011). Gut feelings: the emerging biology of gut-brain communication. Nature Reviews Neuroscience, 12(8), 453-466.

[4] Cryan, J. F., O’Riordan, K. J., Cowan, C. S. M., et al. (2019). The Microbiota-Gut-Brain Axis. Physiological Reviews, 99(4), 1877-2013.

[5] Nguyen, C., Nguyen, V. D., et al. (2016). Discovery of Azurin-Like Anticancer Bacteriocins from Human Gut Microbiome through Homology Modeling and Molecular Docking against the Tumor Suppressor p53. BioMed Research International, 2016, Article ID 8490482.

[6] World Health Organization (WHO) (2023). WHO bacterial priority pathogens list, 2024: bacterial pathogens of public health importance, World Health Organization.

[7] Katsande, P. M., Nguyen, V. D., Nguyen, T. L. P., et al. (2023). Prophylactic immunization to Helicobacter pylori infection using spore vectored vaccines. Helicobacter, 28(4), e12997.

[8] Nguyen, T. K. C., Do, H. D. K., Nguyen, T. L. P., et al. (2024). Genomic and vaccine preclinical studies reveal a novel mouse-adapted Helicobacter pylori model for the hpEastAsia genotype in Southeast Asia. Journal of Medical Microbiology, 73(1).