Một so sánh giữa chuột bình thường và không có mầm bệnh cho thấy rằng có đến 70 phần trăm hóa học đường ruột của chuột được xác định bởi hệ vi sinh vật đường ruột của nó. Ngay cả ở các cơ quan ở xa, chẳng hạn như tử cung hoặc não, khoảng 20 phần trăm các phân tử là khác nhau ở những con chuột có vi khuẩn đường ruột.
Cấu trúc của hệ vi sinh vật của chúng ta - cộng đồng độc nhất của vi khuẩn, vi rút và các vi khuẩn khác sống trong và trên chúng ta - đã được liên kết, với các mức độ bằng chứng khác nhau, với mọi thứ từ bệnh viêm ruột đến hoạt động thể thao.
Nhưng chính xác làm thế nào những sinh vật nhỏ bé như vậy có thể có ảnh hưởng to lớn như vậy đối với một người?
Các nhà nghiên cứu của Đại học California San Diego đã tạo ra bản đồ đầu tiên về tất cả các phân tử trong mọi cơ quan của chuột và cách thức chúng được sửa đổi bởi các vi khuẩn. Họ phát hiện ra rằng vi khuẩn kiểm soát cấu trúc của axit mật ở cả chuột và người.
Nghiên cứu, được công bố vào ngày 26 tháng 2 năm 2020 trên tạp chí Nature , được dẫn dắt bởi Pieter Dorrestein, Tiến sĩ, giáo sư và giám đốc của Trung tâm đổi mới quang phổ khối cộng tác tại Trường Khoa học Dược phẩm và Dược phẩm Skagss tại UC San Diego, và Robert Quinn, Tiến sĩ, trợ lý giáo sư tại Đại học bang Michigan.
Khi bạn thay đổi cấu trúc của các phân tử, chẳng hạn như axit mật, bạn có thể thay đổi cách các tế bào nói chuyện với nhau và gen nào được bật "bật" hoặc "tắt" tại một thời điểm nhất định, Dorrestein nói. Và điều đó có thể có hậu quả rất lớn đối với chức năng cơ thể và sự phát triển của bệnh tật.
"Chúng ta nghe nhiều về cách gen của con người ảnh hưởng đến sức khỏe và hành vi của chúng ta, vì vậy có thể gây sốc khi nghĩ rằng chúng ta có thể có các phân tử trong cơ thể nhìn và hành động theo cách chúng không phải do gen của chúng ta, mà bởi vì của một sinh vật sống khác, "Dorrestein nói.
(adv)
Ánh xạ phân tử và vi khuẩn ở chuột
Nhóm nghiên cứu đã so sánh chuột và chuột không có mầm bệnh (vô trùng) với các vi khuẩn bình thường. Họ đã sử dụng một kỹ thuật trong phòng thí nghiệm gọi là khối phổ để mô tả các phân tử không sống trong mọi cơ quan chuột. Họ đã xác định càng nhiều phân tử càng tốt bằng cách so sánh chúng với các cấu trúc tham chiếu trong cơ sở dữ liệu GNPS, kho lưu trữ khối phổ khối lượng lớn được phát triển bởi Dorrestein và cộng tác viên. Họ cũng xác định vi khuẩn sống nào cùng định vị với các phân tử này bằng cách giải trình tự một vùng di truyền cụ thể hoạt động như một mã vạch cho các loại vi khuẩn.
Tổng cộng, họ đã phân tích 768 mẫu từ 96 vị trí của 29 cơ quan khác nhau từ bốn con chuột không có mầm bệnh và bốn con chuột có vi khuẩn bình thường. Kết quả là một bản đồ của tất cả các phân tử được tìm thấy trên khắp cơ thể của một con chuột bình thường có vi khuẩn và bản đồ các phân tử trong suốt một con chuột không có vi khuẩn.
Một so sánh các bản đồ cho thấy rằng có đến 70 phần trăm hóa học đường ruột của chuột được xác định bởi hệ vi sinh vật đường ruột của nó. Ngay cả ở các cơ quan ở xa, chẳng hạn như tử cung hoặc não, khoảng 20 phần trăm các phân tử là khác nhau ở những con chuột có vi khuẩn đường ruột.
Vi khuẩn biến đổi axit mật
Sau khi xây dựng các bản đồ này, các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu về một họ phân tử cụ thể có vẻ khác biệt đáng kể khi có vi khuẩn: axit mật. Axit mật chủ yếu được sản xuất bởi chuột hoặc gan người, và chúng giúp tiêu hóa chất béo và dầu. Họ cũng có thể mang thông điệp trên khắp cơ thể.
Nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra axit mật có cấu trúc chưa từng được biết đến ở chuột có microbiome bình thường, nhưng không phải ở chuột không có mầm bệnh. Từ lâu, người ta đã biết rằng men gan của vật chủ bổ sung axit amin vào axit mật, đặc biệt là axit amin glycine và taurine. Nhưng ở những con chuột có microbiome bình thường, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng vi khuẩn đang gắn thẻ axit mật với các axit amin khác - phenylalanine, tyrosine và leucine.
"Hơn 42.000 tài liệu nghiên cứu đã được công bố về axit mật trong suốt 170 năm," Quinn nói. "Nhưng những sửa đổi này đã bị bỏ qua."
Ảnh hưởng đến sức khỏe con người
Tò mò nếu tìm thấy cùng loại axit mật biến đổi vi khuẩn ở người, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một công cụ họ tạo ra, Công cụ tìm kiếm khối phổ (MASST), để tìm kiếm 1.004 bộ dữ liệu công khai của các mẫu được phân tích bằng phép đo phổ khối. Họ cũng phân tích bằng phép đo phổ khối khoảng 3.000 mẫu phân gửi cho Dự án Gut của Mỹ, một nỗ lực khoa học công dân lớn có trụ sở tại Trường Y khoa UC San Diego.
Đây là những gì họ tìm thấy: Các axit mật biến đổi vi khuẩn độc đáo mà các nhà nghiên cứu nhìn thấy ở chuột cũng có mặt tới 25,3% trong tổng số mẫu người trong bộ dữ liệu. Những axit mật mới này có nhiều ở trẻ sơ sinh và bệnh nhân mắc bệnh viêm ruột hoặc xơ nang.
Axit mật một chiều có thể truyền thông điệp từ ruột đến các bộ phận khác của cơ thể là thông qua các thụ thể đường ruột cụ thể được gọi là thụ thể X xa. Axit mật liên kết và kích hoạt các thụ thể, sau đó ức chế các gen chịu trách nhiệm tạo ra nhiều axit mật hơn. Các thụ thể cũng giúp điều chỉnh nồng độ triglyceride gan và điều tiết chất lỏng trong ruột, làm cho chúng quan trọng trong bệnh gan và có thể gây béo phì. Một số loại thuốc hiện đang được phát triển để điều trị bệnh gan bằng cách kích hoạt thụ thể X xa.
Chắc chắn, ở chuột và tế bào người được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm, Dorrestein, Quinn và nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng các axit mật mới được biến đổi vi khuẩn kích thích mạnh mẽ thụ thể X xa, làm giảm biểu hiện gen chịu trách nhiệm sản xuất axit mật trong gan.
Nghiên cứu đặt ra nhiều câu hỏi về vai trò của vi khuẩn có thể đóng vai trò trong việc điều khiển gan và các bệnh khác, và ảnh hưởng đến hoạt động của phương pháp trị liệu, chẳng hạn như thuốc nhắm vào thụ thể X xa.
"Nghiên cứu này cung cấp một ví dụ rõ ràng về cách vi khuẩn có thể ảnh hưởng đến sự biểu hiện của gen người", Dorrestein nói. "Những gì chúng ta vẫn chưa biết là hậu quả xuôi dòng này có thể có, hoặc làm thế nào chúng ta có thể can thiệp để cải thiện sức khỏe con người."
Nguồn : Đại học California - San Diego
