Ruột động vật có vú ấm, ẩm và vô cùng giàu chất dinh dưỡng - một môi trường hoàn hảo cho sự phát triển của vi khuẩn. Các cộng đồng "vi khuẩn tốt" trong đường ruột, thường được gọi là hệ vi sinh vật, là đối tác quan trọng của cơ thể, giúp tiêu hóa chất xơ, chiết xuất chất dinh dưỡng và ngăn ngừa các bệnh khác nhau. Tất cả chúng ta đều quen thuộc với các phản ứng miễn dịch và bệnh tật bắt nguồn từ vi khuẩn xấu hoặc gây bệnh xâm nhập vào cơ thể - vì vậy, nếu hệ thống miễn dịch phát triển để đẩy lùi vi khuẩn, thì làm cách nào để động vật có vú duy trì mối quan hệ hài hòa với các vi khuẩn có lợi trong đường ruột?
Bây giờ, nghiên cứu mới từ C altech đã minh họa cách một loài vi khuẩn có lợi cụ thể thực sự khai thác phản ứng miễn dịch của cơ thể để nó có thể lắng xuống thoải mái trong ruột.
Công việc được thực hiện trong phòng thí nghiệm của Sarkis Mazmanian, Luis B. và Giáo sư Nelly Soux về Điều tra viên Viện Nghiên cứu Y học Di sản và Vi trùng học. Một bài báo mô tả nghiên cứu đã được xuất bản trực tuyến vào ngày 3 tháng 5 trên tạp chí Science.
Được dẫn dắt bởi nghiên cứu sinh Gregory Donaldson, các nhà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm Mazmanian đã chọn để kiểm tra một loại vi khuẩn có tên là Bacterioides fragilis. Loài đặc biệt này được tìm thấy rất nhiều trong ruột già của nhiều loài động vật có vú, bao gồm cả con người, và trước đây đã được phòng thí nghiệm Mazmanian chỉ ra là có tác dụng bảo vệ chuột khỏi một số bệnh viêm và rối loạn thần kinh như bệnh viêm ruột và bệnh đa xơ cứng. Điều thú vị là, mặc dù có nhiều chủng B. fragilis, những người khỏe mạnh hình thành mối quan hệ lâu dài, một vợ một chồng chỉ với một chủng duy nhất.
"Các nghiên cứu của các phòng thí nghiệm khác đã chỉ ra rằng hầu hết mọi người đều mang cùng một chủng vi khuẩn B. fragilis trong suốt cuộc đời của họ", Donaldson nói. "Chúng tôi muốn hiểu ở cấp độ phân tử làm thế nào những vi khuẩn này có thể xâm chiếm đường ruột một cách ổn định và lâu dài."
Đầu tiên, các nhà nghiên cứu nhằm mục đích kiểm tra mối quan hệ cộng sinh của B. fragilis với đường ruột bằng cách xem xét vật lý các vị trí nơi vi khuẩn cư trú. Bằng cách sử dụng hình ảnh hiển vi điện tử trên các mẫu ruột chuột, nhóm nghiên cứu có thể thấy rằng B. fragilis kết tụ lại với nhau thành các tập hợp nằm sâu trong lớp chất nhầy dày của ruột, nép mình gần với các tế bào biểu mô lót bề mặt của ruột. Donaldson và các cộng sự của ông đưa ra giả thuyết rằng ngách không gian này là cần thiết để một loài duy nhất có thể sinh sống và thiết lập một chỗ đứng ổn định.
Tiếp theo, nhóm nghiên cứu nhằm xác định cơ chế nào cho phép B. fragilis xâm nhập vào một vị trí thích hợp trong ruột. Họ phát hiện ra rằng mỗi vi khuẩn B. fragilis được bao bọc trong một viên nang dày làm bằng carbohydrate. Viên nang thường liên quan đến các mầm bệnh (vi khuẩn xấu) đang cố gắng che đậy để không nhận biết và tấn công từ hệ thống miễn dịch của cơ thể. Các vi khuẩn đột biến thiếu vỏ nang này không thể tập hợp lại và không cư trú trong lớp niêm mạc. Do đó, các nhà nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng cacbohydrat dạng viên cần thiết để các chủng B. fragilis độc chiếm vị trí thích hợp trong ruột của chúng.
Vì viên nang vi khuẩn được biết là có liên quan đến phản ứng miễn dịch ở vi khuẩn gây bệnh, Donaldson và Mazmanian đã đưa ra giả thuyết rằng cũng có thể có phản ứng miễn dịch với viên nang B. fragilis. Thật vậy, họ phát hiện ra rằng các kháng thể, protein miễn dịch bám vào và đánh dấu vi khuẩn hoặc vi rút cụ thể để các tế bào miễn dịch khác nhấn chìm và tiêu diệt, đã liên kết với B.nang fragilis trong ruột. Một loại kháng thể cụ thể, immunoglobulin A hoặc IgA, được tìm thấy trong ruột - trên thực tế, nó là loại kháng thể được sản xuất dồi dào nhất ở người - nhưng các chức năng cụ thể của nó vẫn còn bí ẩn.
Thông thường, phản ứng kháng thể có nghĩa là vi khuẩn gây bệnh sắp chết. Nhưng thật kỳ lạ, IgA không ảnh hưởng tiêu cực đến hầu hết các vi khuẩn thường sống trong ruột. Trong trường hợp của B. fragilis, các nhà nghiên cứu nhận thấy, nó thực sự đã giúp vi khuẩn bám vào các tế bào biểu mô. Hơn nữa, ở những con chuột thiếu IgA, vi khuẩn này ít thành công hơn trong việc xâm chiếm bề mặt ruột và duy trì sự ổn định lâu dài.
Nhóm nghiên cứu tin rằng phản ứng IgA này với nang B. fragilis giúp cố định vi khuẩn vào bề mặt biểu mô, do đó mang lại lợi thế.
"Thật ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng phản ứng miễn dịch thực sự giúp vi khuẩn có lợi phát triển, từ đó giúp vật chủ phát triển", Donaldson nói."Nghiên cứu về miễn dịch học chủ yếu dựa trên bối cảnh của vi khuẩn gây bệnh. Nhưng có hàng nghìn tỷ vi khuẩn trong đường ruột và hầu như không có vi khuẩn nào trong số chúng khiến bạn bị bệnh., nhưng nó giúp ích hơn là cản trở chúng. Điều này cho thấy rằng hệ thống miễn dịch không chỉ là một hệ thống phòng thủ và các kháng thể không chỉ là vũ khí."
Trong công việc trong tương lai, các nhà nghiên cứu có kế hoạch nghiên cứu cách phản ứng kháng thể của ruột phát sinh ngay từ đầu và tại sao nó lại giúp B. fragilis trong khi các kháng thể khác làm tổn thương vi khuẩn. Cuối cùng, công việc này có thể được sử dụng để cải thiện sự xâm chiếm của các vi khuẩn có lợi khác, thông qua việc sử dụng chế phẩm sinh học.
"Trong thập kỷ qua, nhiều nghiên cứu đã xác định hệ vi sinh vật đường ruột trong nhiều loại bệnh, lối sống, địa lý và sau khi sinh", Mazmanian nói. "Chúng tôi đã biết rằng thành phần cộng đồng của hệ vi sinh vật tương quan với các điều kiện cụ thể - ví dụ, cấu hình quần xã vi sinh bị thay đổi có thể góp phần gây ra bệnh viêm ruột, bệnh tự kỷ và bệnh Parkinson. Điều vẫn chưa được nhiều người biết đến là cách thức một hệ vi sinh vật được thiết lập và duy trì ngay từ đầu. Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy một cơ chế phân tử, trong đó các vi khuẩn có lợi cụ thể tích cực thúc đẩy sự xâm nhập lâu dài của đường ruột bằng cách tham gia và đồng chọn hệ thống miễn dịch, thay vì cố gắng trốn tránh nó như các tác nhân gây bệnh. Khám phá này có thể dẫn đến những cách mới để điều chỉnh sự mất cân bằng hệ vi sinh vật, và có lẽ để ngăn ngừa và điều trị nhiều loại rối loạn ở người."
