Hệ vi sinh đường ruột hoạt động như một lá gan phụ

Một nghiên cứu mới cho thấy gan có một trợ thủ đặc biệt, đó là các enzyme của vi khuẩn trong ruột có thể thực hiện nhiều chức năng tương tự.

Theo một nghiên cứu mới, vi khuẩn sống trong ruột người có chức năng gần giống như lá gan thứ hai, thay đổi cách chúng ta chuyển hóa glucose và acid amin.

Được công bố trên Cell Host & Microbe (Tập san Tế bào vật chủ và Vi khuẩn), nghiên cứu này bổ sung thêm vào một loạt nghiên cứu đang ngày một nhiều, cho thấy mức độ ảnh hưởng của hệ vi sinh vật đến mọi khía cạnh của sức khỏe chúng ta.

Hàng ngàn loài vi khuẩn

Thời nay, hệ vi sinh vật (microbiome) là một từ thông dụng, nhưng chúng đã tồn tại từ lâu như con người. Vi sinh vật là sự kết hợp của vi khuẩn, virus, nấm và các sinh vật cực nhỏ khác sống bên trong ruột và trên da. Hầu hết các vi khuẩn tạo nên hệ vi sinh vật đường ruột đều sống bên trong manh tràng, một “túi” của đại tràng. Có tới 1,000 loài vi khuẩn trong hệ vi sinh vật đường ruột, mỗi loài có vai trò khác nhau.

Những vi khuẩn này hoạt động bằng cách phá vỡ các chất xơ và carbohydrate phức tạp mà dạ dày không thể tiêu hóa được. Chúng tạo ra acid béo chuỗi ngắn như một loại sản phẩm phụ, giúp cơ thể hấp thụ một số vitamin. Ngoài ra, hệ vi sinh vật đường ruột giúp chuyển hóa mật trong ruột từ gan, giúp cơ thể hấp thụ chất béo.

‘Một lá gan thứ hai’

Trong nghiên cứu, nhóm nghiên cứu của Weill Cornell Medicine đã kiểm tra cách hệ vi sinh vật đường ruột chiết xuất chất dinh dưỡng và vitamin từ thực phẩm.

Ông Guo Chun-Jun, tác giả chính của nghiên cứu, phó giáo sư vi sinh học và miễn dịch học trong y học, cho biết trong một thông cáo báo chí, “Chúng ‘ăn’ trước chúng ta, hấp thụ những chất dinh dưỡng đầu tiên từ thực phẩm chúng ta tiêu thụ và để lại cho chúng ta những gì còn lại sau khi chúng đã nhận đủ nhu cầu dinh dưỡng của chính mình.”

Ông Guo và nhóm mình đã tìm hiểu xem các loại vi khuẩn khác nhau sống trong ruột sử dụng acid amin hiệu quả như thế nào. Acid amin giống như vật liệu xây dựng; cơ thể cần chúng để tạo ra protein, phân hủy thức ăn, phát triển và sửa chữa mô cơ thể, tạo ra hormone và các chất hóa học trong não, hỗ trợ hệ thống miễn dịch, v.v.

Sau khi sàng lọc hơn 100 loại vi khuẩn đường ruột khác nhau của con người, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy một số loại vi khuẩn có khả năng chuyển hóa nhiều acid amin một cách xuất sắc. Sau đó, họ xác định các gene chuyển hóa cụ thể của vi khuẩn làm tiêu hao acid amin.

Họ nhanh chóng nhận ra rằng danh sách các gene ảnh hưởng đến sự cạn kiệt acid amin còn rất dài.

Ông Guo cho biết trong thông cáo báo chí, “Chúng tôi phát hiện ra rằng trong một loại vi khuẩn có hơn 20 gene khác nhau mã hóa chức năng enzyme tương tự.”

Sử dụng công nghệ CRISPR, nhóm nghiên cứu có thể thực hiện sàng lọc xóa gene lớn và xác định các gene chịu trách nhiệm làm cạn kiệt lượng acid amin dự trữ. Bằng cách điều khiển từng gene riêng lẻ đó, các nhà nghiên cứu có thể xác định chức năng của gene ảnh hưởng như thế nào đến việc điều hòa acid amin. Sau đó, họ chích các chủng vi khuẩn đã biến đổi gene vào những con chuột không có mầm bệnh và rất ngạc nhiên trước kết quả.

Hệ vi sinh vật đường ruột của chuột bắt đầu tiêu thụ một loại acid amin cụ thể và thay đổi nồng độ glucose trong quá trình này. Phân tích sâu hơn cho thấy việc thay đổi số lượng acid amin sẵn có sẽ tạo ra một phản ứng dây chuyền: Việc sản xuất serotonin bị thay đổi, dẫn đến thay đổi cách điều hòa glucose.

Ông Guo cho biết, “Rất nhiều chức năng trao đổi chất trong số này có thể được thực hiện bởi gan, nhưng giờ đây chúng tôi phát hiện thấy có những enzyme tương đương về chức năng được mã hóa bởi hệ vi sinh vật đường ruột, có thể thực hiện những điều giống hoặc tương tự.”

“Giống như có một lá gan thứ hai đang hoạt động trong ruột.”

Kiểm soát hệ vi sinh vật để điều chỉnh quá trình trao đổi chất

Nhóm nghiên cứu đang tìm cách tạo ra những phương pháp mới, chính xác hơn để biến đổi các enzyme của vi khuẩn này, và kiểm tra xem sự kết hợp giữa các vi khuẩn khác nhau sẽ ảnh hưởng như thế nào đến quá trình chuyển hóa acid amin trong vật chủ.

Một số gene mà nhóm của ông Guo nghiên cứu cũng chính là những gene bị rối loạn điều hòa trong hệ vi sinh vật đường ruột của những người mắc các bệnh về chuyển hóa và đường tiêu hóa. Ông Guo cho rằng các loại vi khuẩn hoặc thuốc được thiết kế nhắm vào một số gene vi sinh vật nhất định có thể cung cấp các lựa chọn điều trị mới cho những tình trạng này.

Ông Guo nói, “Những gene chuyển hóa này có thể là dấu ấn sinh học tiềm năng cho các bệnh như tiểu đường loại 2 hoặc bệnh viêm ruột, và chúng cũng là mục tiêu điều trị tiềm năng.”