Vi sinh vật và sức khỏe: Kích thước bình thường, vai trò phi thường

Những tưởng là các vi sinh vật nhỏ bé, có vòng đời ngắn, hầu như "vô dụng" trong đường ruột của con người chúng ta, nhưng trong cuốn sách "Lịch sử của lên men – Cách thực phẩm truyền thống nuôi dưỡng hệ vi sinh", tác giả Katherine Harmon Courage đã không chỉ "đập tan" luận điệu này, mà còn chứng minh hệ vi sinh vật có vai trò đặc biệt quan trọng đến sức khỏe con người, từ khía cạnh thể chất đến tâm lý, gắn liền với nhiều triệu chứng cụ thể, từ sự xâm nhập của vi khuẩn làm suy yếu hệ miễn dịch đến chứng dị ứng…

Vi sinh vật và hệ miễn dịch

Ngày nay, nói đến kháng sinh, người ta hay nhắc đến đóng góp quan trọng của nhà khoa học người Scotland Alexander Fleming, khi ông lần đầu tạo ra Penicillin vào năm 1928, góp phần thay đổi nhân loại một lần và mãi mãi. Thế nhưng trong cuốn sách được đánh giá cao của mình, tác giả Katherine Harmon Courage đưa ra quan điểm có phần bất ngờ, rằng: "Chúng ta thích nghĩ rằng con người thông minh đã phát minh ra kháng sinh, nhưng vi khuẩn mới là nhà phát minh đích thực. Ta chỉ học cách áp dụng những chất đó cho mục đích của mình mà thôi!".

Cô lý giải kể từ khi xuất hiện, các vi sinh vật đã luôn tạo ra những hợp chất đặc biệt để ngăn chặn sự phát triển của các loài vi khuẩn khác. Với vi sinh vật đường ruột, chúng đóng vai trò quan trọng trong việc giúp hệ miễn dịch ngăn chặn nhiễm trùng. Chẳng hạn, trong các thí nghiệm tiêm vi khuẩn Salmonella có hại cho chuột, trong nhiều trường hợp, hệ vi sinh vật thường trú đã đánh bại "kẻ xâm lược", ngăn ngừa lây nhiễm; trong khi chuột được cho dùng thuốc kháng sinh để loại bỏ hầu hết vi khuẩn bình thường trước khi nhiễm bệnh lại có nhiều khả năng mắc bệnh hơn. Một nghiên cứu khác cũng cho thấy khi số lượng vi khuẩn Bacteroidetes giảm đi, cơ thể con người cũng tăng khả năng mắc bệnh với ít nhất một loại khuẩn. Một trong những cách lý giải dễ hiểu nhất là đường ruột có hệ vi sinh vật đa dạng, khỏe mạnh thì sẽ khiến cho mầm bệnh khó xâm nhập hơn, bởi những vi sinh vật thường trú đã chiếm hầu hết không gian và thức ăn rồi.

Ở phía ngược lại, bởi thức ăn của lợi khuẩn là chất xơ, nên nếu thiếu chúng, các lợi khuẩn này sẽ bắt đầu "ăn ta", hay chính xác hơn là lớp niêm mạc đường ruột giàu carbohydrate mà nhiều vi sinh vật "để dành" cho lúc đói kém. Thật không may, lớp màng carbohydrate này cũng là lớp chất nhầy bảo vệ quan trọng, ngăn cách vi khuẩn với thành ruột mỏng manh, cũng như với máu và các cơ quan nội tạng. Chất nhầy này chủ yếu bao gồm mucin - một hợp chất tự nhiên do đường ruột tạo ra - tồn tại một phần là để nuôi dưỡng lợi khuẩn và được liên tục làm mới. Nhưng trong những lúc thiếu thốn kéo dài, vi sinh vật sẽ vội vàng tìm đến nguồn thực phẩm này. Điều đó dẫn đến một khi đường ruột không còn nguyên vẹn, thì chứng viêm gần như chắc chắn xảy ra (thông qua tình trạng ruột rò rỉ khiến vi khuẩn và các mảnh thức ăn xâm nhập vào máu). Tình trạng này tự thân nó tạo điều kiện cho các vi khuẩn gây viêm, đưa cơ thể và hệ vi sinh vật vào chu trình viêm có hại.

Không dừng ở đó, khi ăn thực phẩm có chứa chất xơ prebiotic, vi khuẩn đường ruột cũng trả ơn ta bằng cách tạo ra các hợp chất giúp dập tắt cơn viêm hoặc bảo vệ chống lại nhiễm trùng. Những hợp chất này được gọi là chất chuyển hóa, là sản phẩm phụ của vi sinh vật trong quá trình trao đổi chất để tiêu hóa thức ăn. Nhiều hợp chất trong số này là các loại axit béo chuỗi ngắn và có nhiều tác dụng quan trọng đối với sức khỏe đường ruột bởi thứ nhất, các phân tử hòa tan trong nước này dễ dàng được hấp thụ vào máu để vận chuyển và sử dụng khắp cơ thể, cung cấp năng lượng cần thiết cho các tế bào trong cơ thể, từ tế bào đại tràng đến tế bào não. Và thứ hai, như cái tên, những hợp chất này còn có tính axit, giúp hạ thấp độ pH của ruột. Điều này làm cho đường ruột trở nên hấp dẫn hơn đối với các vi khuẩn có lợi, chẳng hạn như các dạng lợi khuẩn phát triển mạnh trong môi trường axit như Lactobacillus và Bifidobacterium, đồng thời cũng làm vi khuẩn gây bệnh khó sinh tồn. Đổi lại, vi khuẩn hữu ích có thể tạo ra nhiều axit béo chuỗi ngắn hơn. Những hợp chất này cũng giúp điều hòa nước và natri trong ruột, thúc đẩy sự hấp thụ các khoáng chất quan trọng như canxi.

Một tương quan khác về mối liên hệ giữa vi sinh vật và sức khỏe thể chất cũng được nhận ra là trong một số nghiên cứu nhỏ trên động vật thí nghiệm và ở người đã cho thấy mô hình thú vị: tỉ lệ khuẩn Bacteroidetes và khuẩn Firmicutes thường sẽ có độ chênh lệch ở người bình thường và người béo phì. Cụ thể, người gầy thường có nhiều Bacteroidetes hơn, còn người nặng cân có nhóm Firmicutes chiếm tỉ trọng lớn một cách bất thường. Nhưng liệu như vậy có thể khẳng định bài toán cân nặng của người thừa cân có thể giải quyết bằng cách nạp vào chủng khuẩn Bacteroidetes giúp giữ dáng chiếm thế thượng phong hay không? Kết quả là không, bởi bằng chứng khoa học đã cho thấy rằng không có mối liên hệ có ý nghĩa thống kê nào giữa chỉ số khối cơ thể (BMI) và tỷ lệ khuẩn Bacteroidetes trên khuẩn Firmicutes. Ngoài điều đó ra, thì việc để một đơn vị phân loại rộng như ngành quyết định trọng lượng của chúng ta cũng khá vô lý, bởi hai loại Bacteroidetes và Firmicutes chỉ là hai trong số những thành viên cực kỳ đa dạng của ngành vi khuẩn.

Không dừng ở đó, một khi hệ miễn dịch có vấn đề, nó cũng nhạy cảm hơn, có thể tự kích động cơ thể mà triệu chứng rõ ràng nhất đó là các bệnh dị ứng. Điều thú vị là một phần lý do dẫn đến các bệnh dị ứng (cũng như một số rối loạn tự miễn) là do ta giữ môi trường bên ngoài quá sạch, trong khi đó hệ vi sinh vật trong cơ thể người cũng có một phần quan trọng đến từ môi trường. Những người sinh sống ở những nơi khác nhau lại có những hệ vi sinh vật khác nhau, do đó không phải không có lý do khi các nhà khoa học đưa ra giả thuyết việc tiếp xúc với nhiều vi khuẩn và phân tử trong môi trường khi còn nhỏ đã tạo cơ hội cho hệ miễn dịch tấn công những kẻ xâm lược thực sự có hại, trong khi giữ thái độ bình thản trước hợp chất ít đe dọa hơn, chẳng hạn như phấn hoa hoặc protein đậu phộng...

Từ cấy... phân đến cấy... giun

Và nếu cảm thấy "ở bẩn sống lâu" như đã nói trên tương đối kỳ lạ, thì nghịch lý thay, quy trình thoạt nghe có vẻ thô sơ là cấy phân từ người này sang người khác lại là minh chứng rõ rệt cho thấy hệ vi sinh vật có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người thế nào. Tác giả sách chỉ ra, với những người mắc chứng nhiễm trùng đường ruột gây ra do sự phát triển quá mức của vi khuẩn có hại trong đường ruột (thường được gọi là C. diff, viết tắt của Clostridium difficile), làm xuất hiện các triệu chứng như tiêu chảy, sốt, đau bụng dữ dội và thậm chí tử vong trong một số trường hợp; nếu ban đầu thuốc kháng sinh tỏ ra hiệu quả, thì ngay sau đó giải pháp nói trên khó được duy trì, bởi lẽ với những đợt kháng sinh phổ rộng, ta sẽ tiêu diệt không chỉ những chủng gây bệnh, mà còn là những chủng tốt cũng như trung tính. Điều này tạo ra con đường dễ dàng cho mầm bệnh tiến vào, ngày càng sinh sôi bằng cách tạo ra các hợp chất phá vỡ liên kết niêm mạc ruột cũng như các độc tố khác, từ đó thoát ra, lưu thông khắp cơ thể.

Vì vậy giải pháp là sau vài đợt thuốc thang, các bác sĩ sẽ chuyển sang cấy ghép vi sinh vật qua phân, gọi tắt là FMT. Thực tế, phương pháp chữa trị bệnh nặng đường tiêu hóa này đã có lịch sử lâu đời. Trước cả khi xác định nguyên nhân bệnh do nhiễm khuẩn, một nhóm bác sĩ tại Denver (Colorado) vào những năm 1950 đã tiên phong điều trị cho bệnh nhân bị bệnh đường ruột nghiêm trọng bằng phương pháp thụt tháo phân với tỉ lệ thành công cao đáng ngạc nhiên. Thậm chí trước đó trước đó 4 thế kỷ, danh y Trung Quốc thế kỷ 16 Lý Thời Trân đã đề xuất một loại "nước vàng" làm từ phân như phương pháp điều trị đau bụng, tiêu chảy và các bệnh đường ruột. Sớm hơn nữa, vào thế kỷ 4, tác giả kiêm đạo sĩ Trung Quốc Cát Hồng từng kê đơn thuốc uống làm từ hỗn dịch phân, dùng cho bệnh tiêu chảy nặng hoặc ngộ độc thực phẩm…

Ngày nay quy trình ấy được hoàn thiện bằng cách cấy ghép qua đường thụt tháo hoặc truyền qua ống nuôi ăn từ mũi; cũng như viên nang từ phân của người hiến tặng đã qua sàng lọc. Một cách tiếp cận khác là cấy ghép tự thân, nghĩa là, nếu một bệnh nhân phải điều trị kháng sinh liều cao, họ có thể "dự trữ" hệ vi sinh vật của mình (ở dạng phân đông lạnh). Sau liệu trình, nếu hệ vi sinh vật bị sụt giảm, họ có thể khôi phục cộng đồng độc nhất của mình. Các công ty khởi nghiệp hiện cũng đang trong quá trình cố gắng xây dựng hệ vi sinh nhân tạo từ các cộng đồng vi khuẩn thuần khiết nuôi trong phòng thí nghiệm.

Thành tựu to lớn trong việc điều trị C. Diff này đã khiến giới khoa học để mắt đến một loạt tình trạng bệnh lý khác có thể được cải thiện thông qua hệ vi sinh vật. Cụ thể, một nghiên cứu về béo phì cho thấy truyền hệ vi sinh vật đường ruột từ những người thể trạng gầy sang những người có vấn đề chuyển hóa giúp người nhận nhạy cảm trở lại với insulin (tránh dẫn đến bệnh tiểu đường). Số khác lại đang tìm cách sử dụng ứng dụng để điều trị bệnh viêm ruột, thậm chí là tự kỷ. Tuy mới khởi động ở bước thử nghiệm nhưng những điều này cho thấy vai trò đặc biệt của hệ vi sinh vật đường ruột với sức khỏe thể chất của con người.

Không chỉ phản ứng lại các phần tử lạ, vô hại, một hệ miễn dịch nhạy cảm cũng đem lại nhiều vấn đề hơn thế. Các nhà nghiên cứu hiện đang tìm hiểu mối liên hệ giữa hệ vi sinh vật đường ruột và các bệnh tự miễn gây suy nhược như bệnh Crohn và viêm loét đại tràng - những chứng bệnh phát sinh khi hệ miễn dịch không thể tự phục hồi, dẫn đến viêm mãn tính và tổn thương mô cơ thể. Nhiều người có cấu trúc di truyền khiến họ dễ mắc các bệnh như viêm ruột, nhưng theo Gary Wu - nhà nghiên cứu tiêu hóa tại Trường Y Perelman thuộc Đại học Pennsylvania, gen người chỉ giải thích 30% nguy cơ mắc bệnh Crohn và 10% nguy cơ mắc bệnh viêm loét đại tràng, dẫn đến phần lớn nguy cơ phát triển bệnh là do môi trường. Điều thú vị là ở các nơi có lối sống công nghiệp hóa, tần suất gia tăng các loại bệnh này lại càng cao hơn. Nguyên nhân có thể là bởi nhiều thay đổi khác trong lối sống (thực phẩm tiệt trùng, môi trường sạch bong, chế độ ăn uống công nghiệp hóa, thuốc kháng sinh thường xuyên), qua đó việc loại bỏ ký sinh trùng (sán dây, giun móc, giun kim) đã đi đôi với sự gia tăng bệnh dị ứng và bệnh tự miễn ở các nước giàu có.

Cũng như cấy phân, nhiều nhà nghiên cứu tại Trường Y Harvard đã tiên phong cho việc cấy giun vào người để chữa hen suyễn. Cụ thể, để tiến hành, các nhà khoa học thường sử dụng sinh vật không có nguồn gốc từ con người (như giun tóc ở lợn) nhằm giảm tỷ lệ nhiễm trùng dai dẳng hoặc tình cờ lây lan. Giun ở dạng trứng được đưa vào cơ thể bằng đường miệng (thường là trong đồ uống) để sinh trưởng trong ruột, trở thành giun sán. Chúng tác động rõ rệt lên những mã gen điều khiển hoạt động của hệ miễn dịch. Sự hiện diện của giun sán mang đến thay đổi như giảm thiểu bệnh Crohn, viêm loét đại tràng, thậm chí chữa cả bệnh dị ứng hay không dung nạp gluten. Giới khoa học hiện nay vẫn tiếp tục tìm kiếm thêm những yếu tố môi trường khác cần được cải thiện.

Mối quan hệ khó tin với các vấn đề tâm lý

Không dừng ở các bệnh thể chất, vi sinh vật cũng có khả năng tác động đến tâm lý con người. Theo tác giả sách, ngoài vai trò là trung tâm miễn dịch quan trọng, ruột còn có những kết nối sâu sắc với hệ thần kinh - bao gồm 100 triệu tế bào thần kinh chuyên biệt. Trong đó điều dễ thấy nhất là khoảng 80% serotonin của cơ thể (thiếu hormone này có thể gây trầm cảm) được tạo ra trong ruột – nơi sinh sống của nhiều vi sinh vật. Theo đó, một vài nghiên cứu đã phát hiện ra người bị trầm cảm nặng có hoạt động hệ vi sinh đường ruột khác với người khỏe mạnh.

Ngoài việc được kết nối với hàng triệu nơ-ron thần kinh, ruột kết và não cũng được liên kết trực tiếp bởi dây thần kinh phế vị. Điều này cung cấp một phương tiện khác để hệ vi sinh vật ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương. Nghiên cứu trên động vật chứng minh con đường này không chỉ liên quan tới kiểm soát chứng viêm mà còn với chức năng não và tâm trạng. Một số nhà khoa học thậm chí đang tìm kiếm mối liên hệ giữa hệ vi sinh vật và bệnh tự kỷ - một căn bệnh cũng đang tăng mạnh trong thời đại này. 

Các mô hình trong hệ vi sinh vật, ngoài ra, nhiều khả năng cũng có liên quan đến lo âu. Theo đó, một thí nghiệm cho thấy chuột bị tác động để có triệu chứng lo âu và trầm cảm do thường xuyên bị tách mẹ từ sớm có hệ vi sinh vật đường ruột khác với chuột đối chứng được trải qua thời thơ ấu hạnh phúc bên cạnh chuột mẹ. Nghiên cứu khác cũng cho thấy nếu áp dụng thí nghiệm tương tự với chuột vô trùng, thì nó không làm xuất hiện các hành vi tiêu cực trên. Điều này gợi ý rằng có khả năng vi sinh vật góp phần vào phát triển tâm trạng hành vi, và có thể được định hình ngay từ khi còn nhỏ.

Phương pháp khắc phục

Từ những điều trên có thể rút ra những điều cần làm. Đầu tiên như đã nói trên, chế độ ăn nhiều prebiotic có thể cải thiện chức năng hàng rào ruột; trong khi chế độ ăn giàu chất béo đã được chứng minh (ít nhất là trong các nghiên cứu trên động vật) là làm giảm độ dày của niêm mạc; do đó hãy ăn thực đơn có nhiều chất xơ.

Thứ hai, hạn chế lạm dụng thuốc kháng sinh, bởi đây tuy là phát minh cực kỳ quan trọng, nhưng với các thuốc phát sinh phổ rộng, thay vì tác dụng đến vi khuẩn gây bệnh chính xác thì thay vào đó, chúng chọn quét sạch tất cả bằng "vũ khí dược phẩm hạng nặng". Khi sử dụng, chúng không buông tha cả vi sinh ngoại cuộc vô tội mà phần nhiều đã tiến hóa để sống trong ruột chúng ta, rất khó thay thế một khi đã mất. Do đó ngay cả những vi sinh vật mà chúng ta còn thừa hưởng được cũng đang đứng trước những mối đe dọa nghiêm trọng.

Không chỉ kháng sinh, bất cứ điều gì làm thay đổi môi trường sống của người đều có thể loại bỏ một vài và gia tăng một số loài. Ví dụ, thuốc ức chế bơm proton và các thuốc kháng axit giúp giảm tạm thời chứng ợ nóng và trào ngược axit, nhưng việc giảm nồng độ axit cũng hạ thấp khả năng phòng thủ chống lại những kẻ xâm lược và khả năng tạo môi trường sống cho vi khuẩn của đường tiêu hóa. Trên thực tế, một trong những lý do khiến nhiều vi khuẩn đường ruột có lợi là do chúng tạo ra axit. Bằng cách này, chúng làm giảm độ pH của môi trường xung quanh, khiến nhiều mầm bệnh khó mà tồn tại. Nghiên cứu cũng tiết lộ các loại thuốc trung hòa axit có liên quan đến tình trạng giảm đa dạng vi sinh vật đường ruột và tăng nguy cơ nhiễm trùng, chẳng hạn như viêm phổi, thiếu hụt vitamin và khoáng chất. Thêm vào đó, các yếu tố liên quan đến lối sống bao gồm việc sử dụng sữa công thức cho trẻ em, gia tăng căng thẳng mãn tính, hút thuốc lá và lười vận động cũng có xu hướng làm thay đổi hệ vi sinh vật…

Do đó, xây dựng một chế độ ăn giàu dinh dưỡng là rất cần thiết. Nhiều nghiên cứu khoa học cho thấy người ăn và sống theo lối truyền thống có quần thể vi khuẩn đa dạng hơn trong ruột. Ví dụ, các nhóm sống phần lớn tách biệt khỏi xã hội toàn cầu hóa, từ rừng rậm Amazon đến vùng cao nguyên Tanzania, có số lượng vi sinh vật đường ruột đa dạng hơn ít nhất 30% so với cư dân các vùng có thu nhập cao hơn. Một nhóm người Mỹ bản địa thuộc bộ lạc Yanomami có hệ vi sinh đường ruột đa dạng hơn gần 60% so với đường ruột trung bình của người Mỹ hoặc châu Âu. Thực tế, nếu thể hiện mức độ đa dạng của hệ vi sinh vật đường ruột của cư dân Nam Mỹ và thổ dân châu Phi lên cùng một biểu đồ phân tán với những người Bắc Mỹ "khỏe mạnh", kết quả cho thấy hai nhóm bản địa có sự tương quan chặt chẽ với nhau hơn. Trong bối cảnh này, những người sống trong các xã hội được gọi là phát triển như chúng ta dường như lại là những kẻ ngoại lai nghèo nàn.

Sau tất cả, tin tốt là chúng ta vẫn có tiếng nói đối với cộng đồng vi sinh vật của mình. Chúng ta có thể chọn lối sống và chế độ ăn nhằm thay đổi hệ vi sinh vật theo hướng tốt, lành mạnh và đa dạng hơn. Không cần mất đến vài tuần, vài tháng để có hiệu quả mà nhờ vòng đời ngắn của vi khuẩn, biến đổi trong môi trường sống đồng nghĩa với thay đổi lớn và nhanh chóng về số lượng, chức năng.

Từ những điều trên có thể thấy rằng vi khuẩn đường ruột rất cần thiết cho sức khỏe và sự tồn tại của ta. Chúng giúp rèn luyện hệ miễn dịch, thường xuyên tương tác với hệ thần kinh, hỗ trợ cân bằng đường ruột. Với các nghiên cứu mới mẻ, được cập nhật liên tục, "Lịch sử của men" chính là lời kêu gọi cần kíp thay đổi chế độ ăn và sinh hoạt theo hướng làm phong phú thêm hệ vi sinh vật đường ruột, từ đó cải thiện sức khỏe của chính chúng ta.