Hệ vi sinh kỳ diệu: Con người không phải cá thể độc lập duy nhất

Hầu hết chúng ta đều sống và nghĩ về bản thân như một cá thể độc lập duy nhất, là nhân tố đứng đầu chuỗi thức ăn. Tuy nhiên, trong cuốn “Lịch sử của lên men – Cách thực phẩm truyền thống nuôi dưỡng hệ vi sinh”, tác giả Katherine Harmon Courage đã khiến chúng ta chất vấn chính mình, bởi dù có nhận ra hay không, thì trong mỗi chúng ta có tới hàng trăm loài coi cơ thể ta là nhà, trong đó tồn tại ít nhất 100 đến 200 loài chỉ riêng trong ruột.

Không dừng ở đó, tại bất kỳ thời điểm nào, mỗi người chúng ta có khoảng 40 nghìn tỉ người bạn vi sinh, gấp khoảng 6.000 lần số người trên hành tinh này, do đó hóa ra cơ thể con người là chốn năng động và khá đông đúc. Nhìn chung, vi khuẩn nhỏ hơn tế bào người, vì vậy gom tất cả lại với nhau, chúng cũng chỉ nặng một hai cân, chủ yếu nằm gọn trong ruột già, tuy nhỏ nhưng rất bận rộn và đầy diệu kỳ.

Phong phú bất ngờ

Nhắc đến hệ vi sinh vật, ta thường hiểu ấy là các vi sinh vật sống trong đường tiêu hóa, chủ yếu là đại tràng. Nhưng vi sinh vật riêng biệt cũng tồn tại trong da, miệng, mũi và các vùng khác trên cơ thể người. Mỗi khu vực lại có hệ sinh thái riêng biệt, kỳ thú. Mỗi quần thể sinh vật lại có môi trường hoàn toàn khác nhau. Cũng giống như những loài thực vật và động vật ở sa mạc Atacama khô cằn không giống rừng mưa Amazon ẩm ướt, ta cũng đã phát hiện ra rằng quần thể vi khuẩn sống trên vai rất khác dưới nách. Thậm chí tay trái và tay phải có các cộng đồng riêng biệt. Cơ thể chúng ta thực sự là một hệ sinh thái đa dạng và kỳ thú, nơi có cả những khu rừng rậm rạp lẫn vùng sa mạc khô cằn.

Vậy rốt cuộc những “người bạn đồng hành” này là ai? Theo đó, chúng ta có thể dễ dàng lầm tưởng những sinh vật nhỏ bé chỉ là một nhóm vi khuẩn mờ nhạt và vô định hình, thế nhưng sự thật là chúng đến từ nhiều dòng tiến hóa cực kỳ khác biệt. Theo đó, ta mang theo cả ba vực của sự sống trong ruột: vi khuẩn, sinh vật nhân thực và cổ khuẩn (các sinh vật đơn bào khác) lần lượt bao gồm các giới và ngành hoàn toàn khác nhau, vì vậy chỉ riêng trong nhánh vi khuẩn, sự khác biệt về di truyền cũng tương đương (nếu không muốn nói là còn xa hơn nhiều) so với sự khác biệt giữa chúng ta và rêu.

Bộ sưu tập vi sinh vật không chỉ vô cùng đa dạng ở mức độ cá nhân, mà so sánh các cá thể với nhau, chúng cũng khác nhau tới bất ngờ. Đơn cử, dù chia sẻ đến 99,9% gen với người hàng xóm, cũng như với người sống cách nửa vòng trái đất, thì chắc các cộng đồng vi sinh vật ở mỗi một người chỉ trùng lặp một chút, thậm chí là không giống nhau. Khoa học chỉ ra rằng ngay cả khi có cùng một chủng khuẩn trong ruột, thì vi sinh vật của ta có thể chia sẻ chưa đến nửa số gen hoạt động với vi khuẩn tương tự trong ruột của người hàng xóm. Những gen này là thành phần quan trọng trong hoạt động của vi sinh vật, mở rộng ra là ảnh hưởng của nó với môi trường và chúng ta. Các gen đang hoạt động xác định mức độ bận rộn của vi sinh vật, xu hướng dinh dưỡng và cách nó giao tiếp hoặc chiến đấu với các vi sinh vật khác.

Nhìn chung, hệ gen vi sinh vật là một nhà máy di truyền, nơi mỗi vi sinh vật chứa nhiều gen hơn gấp hàng trăm lần so với bộ gen người. Điều đó có nghĩa là mỗi chúng ta mang trong mình nhiều gen vi sinh vật hơn gen người. Vì vậy, nếu vẫn nghĩ mình chỉ là một cá thể loài người, có lẽ đã đến lúc nên suy nghĩ lại.

Vì sao thường bị bỏ quên?

Một điều không thể phủ nhận là trong khi giới khoa học bận rộn suốt vài thế kỷ qua để lập danh mục về sự đa dạng tuyệt vời của các loài động - thực vật trên thế giới, thì hầu như chẳng ai ngó ngàng đến các vi sinh vật. Lý giải cho điều này có nhiều nguyên nhân. Đầu tiên, chúng không thể được nhìn thấy bằng mắt thường, lại thêm hầu hết các vi sinh vật đường ruột đều kỵ khí, không tiếp cận được với thế giới đầy oxy trong các phòng thí nghiệm trước thực tế phần lớn lịch sử khoa học, con người phải dựa vào các vi sinh vật trồng trong đĩa petri để nghiên cứu. Không có gì ngạc nhiên khi việc lấy mẫu từ một môi trường này rồi xem những gì sẽ phát triển trong một môi trường khác không phải là phương pháp tối ưu để tìm hiểu về các sinh vật trong môi trường đầu tiên. Nhưng điều đáng mừng là kỹ thuật giải trình tự gen có thể cho biết vì sinh vật nào đang có mặt trong môi trường ngay cả khi chúng không sống sót trong phòng thí nghiệm đang ngày càng phổ biến hơn.

Thứ hai, hệ vi sinh vật này cũng rất mong manh. Chẳng hạn, cách tiếp cận phổ biến nhất của giới khoa học ngày nay là lấy mẫu từ sản phẩm cuối cùng, tức phân thải. Tuy nhiên thông tin thu được từ đây không đại diện cho bức tranh toàn cảnh trong ruột, bởi ruột non và ruột già đóng vai trò khác nhau trong cơ thể người. Theo đó, trong khi cái đầu hấp thụ dinh dưỡng, thì cái sau hấp thụ nước. Ngoài ra, ruột non cũng có quần thể vi khuẩn với mật độ và thành phần rất khác biệt, vì vậy mà việc nghiên cứu càng thêm chồng chất khó khăn.

Thứ ba, dù thông tin từ nghiên cứu di truyền học đã mang lại hiểu biết tuyệt vời về đường ruột, nhưng để thực sự hiểu sâu hơn về cách thức hoạt động của những vi khuẩn này, từ những cư dân thường trú cho đến những kẻ vãng lai, ta phải đi sâu hơn cả loài, đến từng chủng riêng lẻ, bởi chúng là cực kỳ đa dạng. Ví dụ, nhiều chủng vi khuẩn Escherichia coli vô hại, cư trú trong ruột người mà không gây ảnh hưởng xấu, một số thậm chí có thể có lợi như trong khi vi khuẩn Streptococcus thermophilus tạo ra sữa chua và hàng loạt món ăn lên men ngon lành khác, trong khi số khác như vi khuẩn Streptococcus pneumoniae (gây viêm phổi) và Streptococcus pyogenes (gây ra mọi thứ từ viêm họng đến các bệnh nhiễm khuẩn hoại tử) có thể dẫn đến bệnh tật, thậm chí tử vong. Vì vậy, việc chỉ mặt đặt tên chính xác từng chủng vi khuẩn cụ thể trong mỗi thí nghiệm hay từng loại thực phẩm là điều tối quan trọng nếu muốn thực sự hiểu rõ những tác động sâu sắc mà thế giới vi sinh vật có thể mang lại.

Những “cư dân” quen thuộc

Về mặt phân loại, có thể chia hệ vi sinh vật thành 2 nhóm chính: loại sống vĩnh viễn trong ruột người và loại không. Sự phân tách này tuy quá đơn giản và không hẳn chính xác dưới góc nhìn vi sinh vật, nhưng lại là điểm khác biệt chính yếu, thường bị bỏ qua trong các cuộc thảo luận về hệ vi sinh đường ruột ở người, đặc biệt là khi liên quan đến thực phẩm.

Theo đó, vi khuẩn cư trú lâu dài trong ruột ngày này qua ngày khác không đến từ sữa chua hoặc kim chi, mà chúng là vi sinh vật tự nhiên của chúng ta. Ta có chúng từ khi mới sinh, phát triển suốt tuổi ẵm ngửa và thời thơ ấu, trong khi chỉ có số ít là được thêm vào trong cuộc sống sau này. Trong ruột, những quần thể này rất năng động nhưng có tuổi thọ rất ngắn mà ta thức dậy với thế hệ mới hoàn toàn vào mỗi buổi sáng. Chẳng hạn các thành viên của chỉ Lactobacillus có chu kỳ sống chỉ kéo dài 25 phút trong khi số khác tồn tại còn ngắn hơn. Ngoài ra chúng cũng rất mong manh, khi chỉ những thay đổi nhỏ nhất như độ pH tăng (giảm độ axit), xuất hiện thực phẩm lạ, thiếu chất xơ ưa thích, hoặc một “quả bom nguyên tử” kháng sinh... thì chúng cũng đều bị ảnh hưởng.

Những vi khuẩn này đến từ các nguồn như di truyền, môi trường sống cũng như thực phẩm tiêu thụ lâu dài. Đầu tiên, những khoảnh khắc đầu tiên trong đời đóng vai trò quan trọng trong việc định hình “quỹ đạo” ban đầu của hệ vi sinh vật. Khi được sinh ra một cách tự nhiên qua ống sinh sản, những vi khuẩn đầu tiên mà một đứa bé sơ sinh tiếp xúc là vi sinh vật thường trú tại âm đạo của người mẹ, vốn đã biến đổi trong thai kỳ để chuẩn bị cho khoảnh khắc này. Những vi sinh vật chiếm đóng đầu tiên này thường được trộn với một số khác từ ruột của người mẹ qua tiếp xúc với phân. Phương thức chào đời này làm da và miệng của trẻ (và do đó là đường tiêu hóa) được lấp đầy bởi cùng một hỗn hợp vi sinh vật, vốn đã đóng vai trò như lần “tắm vi khuẩn” đầu tiên từ thuở xa xưa. Loại “cốc-tai vi sinh” đặc biệt này cung cấp một lượng bổ sung phong phú, đa dạng, được điều chỉnh cẩn thận để hỗ trợ hệ tiêu hóa, miễn dịch và các hệ thống khác của trẻ trong những tuần, tháng, năm đầu đời.

Với trường hợp sinh mổ, vi khuẩn đầu tiên trẻ tiếp xúc đến từ da nhân viên y tế và cha mẹ, cũng như vi khuẩn từ môi trường xung quanh bệnh viện, không phải vi khuẩn đường ruột hoặc âm đạo. Những đứa trẻ này có tổ hợp đối tác vi mô nền tảng hoàn toàn khác nhưng có điểm chung là các quần thể được thừa hưởng từ khi sinh sẽ sống với chúng ta trong nhiều tháng, nhiều năm mãi đến sau này. Không dừng ở đó, những vi sinh vật cố định cũng có nguồn gốc từ các chế độ ăn truyền thống giàu dinh dưỡng, cũng như lối sống gần gũi với tự nhiên.

Tuy vậy trong thời đại ngày nay, cổ máy thực phẩm công nghiệp đã tinh chế chất xơ ra khỏi thực phẩm và đưa vào cơ thể một lượng lớn các loại tinh bột đơn giản đã bắt đầu tước đi thức ăn ưa thích của vi sinh vật thường trú trong ta. Ngoài ra, thay vì quan tâm đến những vi sinh vật bản địa có lợi, chúng ta lại gạt bỏ những chế độ ăn uống truyền thống vốn đã được tinh chỉnh qua hàng ngàn năm tiến hóa, dồn hết sự chú ý vào bánh mì cắt lát (hoặc gần đây là thanh năng lượng). Vì lẽ đó ta đã bỏ qua sự cân bằng của món ăn xưa, chỉ tập trung vào hương vị và tiếp thị. Ta cũng gạt bỏ hàng thiên niên kỷ thay đổi từ từ để chấp nhận một nền văn hóa ẩm thực được xây dựng nhằm thỏa mãn mọi ý thích thoáng qua.

Và giống như chế độ ăn uống thời nay khác xa tổ tiên xa xưa, lối sống của chúng ta cũng biến đổi thành một thứ hoàn toàn phi tự nhiên, quá sạch sẽ. Không phải chỉ duy nhất con người và động vật mới có vi sinh vật mà trong môi trường cũng có. Vi khuẩn thường trú có trong đất, nước biển, nhà ở, thậm chí cả máy pha cà phê ở nhà của ta. Trong hầu hết quá trình tiến hóa của con người, quần thể vi sinh vật bên ngoài mà ta tiếp xúc là vi sinh vật thuộc thế giới tự nhiên quen thuộc mà ta sinh trưởng. Con người dành phần lớn thời gian của mình để xây nhà dựng cửa, nhưng sàn nhà vẫn là đất nện. Không có cửa sổ kín, không có máy hút màng lọc HEPA, chắc chắn không có sản phẩm làm sạch kháng khuẩn. Ta đã sống một cuộc đời được bao quanh bởi hệ vi sinh vật tự nhiên rộng lớn nhưng tất cả đều thay đổi trong vài trăm năm qua, dẫn đến những hệ quả đáng kể.

Sự thật về “khách ghé qua”

Và dù được gọi tên là một trong hai loại vi sinh vật, nhưng các lợi khuẩn không sống vĩnh viễn trong ruột lại chiếm số lượng rất ít. Theo đó, các nhà khoa học đã nhận thấy rằng trong khoảng từ 1 đến 3 tuần sau khi ta tiêu thụ một loại lợi khuẩn, rất khó để phát hiện ra bất kỳ dấu vết nào của nó. Nguyên nhân là bởi ruột không phải nơi thoải mái với vi khuẩn. Đó là một môi trường khắc nghiệt bẩm sinh, trong khi dạ dày có axit giúp phân hủy thức ăn để tiêu hóa dễ dàng, đồng thời cũng loại bỏ nhiều sinh vật lạ từ vi-rút đến vi khuẩn mà ta gặp hằng ngày... Bên cạnh đó, đường ruột là đô thị vi sinh vật đông đúc, lý tưởng, hầu như không có chỗ cho kẻ ngoại lai.

Nhưng ngược lại, giới khoa học đã chỉ ra rằng không nên vội vàng phủ nhận giá trị của những vi sinh vật “ngắn ngày”, “ghé qua vội vàng” kiểu này. Bởi chắc chắn nhiều loại vi sinh vật từ thực phẩm sẽ được cuốn trôi theo các bữa ăn qua toàn bộ hệ tiêu hóa, trong khi số khác có thể nán lại đôi chút ở ruột non hoặc ruột già nhưng chừng nào còn ở trong đường ruột, chúng vẫn luôn hoạt động không ngừng nghỉ. Điều đó cũng giống như việc tưởng tượng chỉ có một con kiến đơn lẻ đi ngang qua một buổi dã ngoại, hẳn ta sẽ không kỳ vọng nó tạo ra tác động gì lớn lao. Nhưng nếu hình dung cả một đàn kiến đông đúc cứ nườm nượp kéo qua ngày này qua ngày khác, chắc chắn sẽ thấy được những thay đổi rõ rệt. Tương tự thế, vi khuẩn ăn, chuyển hóa, bài tiết khi chúng di chuyển chứ không chỉ tại thời điểm và nơi chốn chúng định cư. Vì vậy, bất kỳ hợp chất nào vi sinh vật tiêu thụ hoặc tạo ra trong ruột có thể thay đổi môi trường ruột và khả năng là cả vật chủ của nó. Thậm chí các nhà nghiên cứu thậm chí còn bắt đầu nghi ngờ, rằng chỉ riêng sự hiện diện hữu hình của vi khuẩn (nhờ các protein trên bề mặt của nó) là đủ để tác động đến hệ miễn dịch.

Điều này cũng đã mở ra những góc nhìn mới về các thực phẩm cung cấp lợi khuẩn. Chẳng hạn trong nhiều thập kỷ, không ít nhãn hiệu sữa chua quy mô nhỏ đã khéo léo gợi nhắc đến các chủng vi khuẩn sống và hoạt động của mình, thì thầm vào tai nhóm người tiêu dùng theo đuổi thực phẩm vì sức khỏe thông qua những mẫu quảng cáo có chữ kích cỡ nhỏ đầy bí ẩn, liệt kê các "nhân vật" nghe khá xa lạ: khuẩn Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus bulgaricus, Streptococcus thermophilus. Chúng vang lên chẳng khác nào câu thần chú ma thuật tối tăm, vô hình. Nhưng như đã nói trên, những vi sinh vật trong thực phẩm vi sinh này không cư trú trong ruột của chúng ta. Chúng có thể có giá trị đối với sức khỏe, nhưng nói chung, không thể tái tạo một hệ vi sinh vật yếu ớt. Do đó việc bổ sung chúng là cần thiết, nhưng nếu chăm chăm vào đó mà bỏ qua việc duy trì các vi sinh vật sống cố định trong cơ thể bằng việc ngừng tiêu thụ chất xơ – “thức ăn” của vi sinh vật – thì đó sẽ là một hạn chế lớn.

Do đó khi nghĩ về đường ruột của mình, ta cần thay đổi cách hình dung. Điều cần hướng tới là nuôi dưỡng một hệ sinh thái đa dạng và phức tạp mà câu trả lời chắc chắn không nằm ở đáy cốc sữa chua lợi khuẩn, cũng không nằm trong một lọ viên nang để trong tủ lạnh; trong khi đó thứ ta nên tìm đến là nền tảng văn hóa ẩm thực, nơi việc lên men thực phẩm và ăn nhiều chất xơ từng là điều quen thuộc. Khó mà tin rằng chỉ cần điều chỉnh vài yếu tố trong khẩu phần là đủ chữa bệnh mạn tính hoặc ngăn phát bệnh. Nhưng bằng cách tìm hiểu thêm về cách thức thực phẩm nuôi dưỡng con người và vi sinh vật, ta sẽ thấy rõ việc ăn uống ảnh hưởng đến sức khỏe ra sao, với vi sinh vật giữ vai trò trung gian. Vì vậy đã đến lúc để học (lại) cách chăm sóc vi sinh vật của mình.