Phần đông chúng ta đều nghe nói đến chương trình “Human Genome Project “ (Chương trình giải mã bộ gen người). Đây là một chương trình quốc tế do chính phủ các nước đài thọ nhầm giải mã (sequencing) khoảng 25000 gen của bộ gen người và tìm hiểu cơ năng (function) của các gen đó. Song song với chương trình này, hãng tư nhân Celera Genomics cũng có chương trình tương tự. Công tác giải mã được giao cho các đại học và các trung tâm nghiên cứu ở Mỹ, Canada và Anh quốc thực hiện. Các nhà nghiên cứu cho rằng khi chương trình Human Genome Project hoàn tất sẽ giúp trả lời câu hỏi “Tôi là ai ?” mà bấy lâu nay mọi người vẩn còn thắc mắc.
Ngay lúc khởi đầu, các chuyên gia đã gập phải nhiều trình tự nan giải phải giải mã và tìm hiểu. Chắc chắn là những trình tự như vậy sẽ giúp hiểu được nguyên nhân hay liên quan đến một bệnh chuyên biệt nào đó. Họ tin rằng khi toàn bộ gen người được giải mã, họ có thể chứng minh được gen nào sẽ gây bênh “đa xơ cứng” (MS multiple sclerosis), gen nào sẽ gây bệnh ung thư vú v.v . rồi từ sư hiểu biết đó họ sẽ làm thay đổi biểu hiện (expression) của các gen này để có được một hệ thống trị bệnh bằng gen (Gene therapy). Nếu làm được những điều như họ nghĩ, theo thuyết mỗi gen mỗi bệnh và các gen điều khiển sức khỏe con người, thì thật là hấp dẩn, đơn giản. Trong nhiệt quyết hoàn thành trình tự bộ gen người để trả lời “Tôi là ai?” các chuyên gia không nghĩ rằng họ nên tìm hiểu “chúng ta là ai” trước khi có thể trả lời “Tôi là ai?” .

Microbiome
Microbiome do danh từ biome = một khu sinh thái, một nơi có đầy đủ điều kiện cho cộng đồng một nhóm cây cỏ, thú vật.. định cư, sinh sồng, nảy nở và Micro = vi-sinh
Human microbiome = cộng đồng vi-sinh vật ở người. Joshua Ledergerg là người đầu tiên đưa ra khái niệm cộng đồng vi-sinh vật ở người (human microbiome) để chỉ cộng đồng vi-sinh vật (microorganisms) bao gồm vi-khuẩn, virus và nấm đang ở trong cơ thể chúng ta, hoặc cùng sinh sống (commensal) , hoặc nhờ vả nhau (cộng sinh = symbiotic), hoặc có cơ năng gây bệnh (Lederberg and McCrau 2001).
Con người chúng ta đang sống trong một không gian, môi trường đầy dẩy vi sinh vật. Sự tương tác giữa người và vi-sinh vật xảy ra liên tục qua hơi thở, thức ăn, thức uống, đụng chạm..Vì cơ thể của chúng ta là một môi trường thuận lợi cho sự sống. những vi-sinh vật này thường xâm nhập, định cư và sanh sản. Nếu đã có xâm nhập thì chắc chắn phải có phản ứng, thích ứng hay hậu quả. Lịch sử về vi trùng học cho thấy phần lớn các nghiên cứu chỉ nhắm vào tính gây bệnh của các vi-khuẩn tìm thấy ở trong hay trên cơ thể. Ít có nghiên cứu nào tìm hiểu lợi ích của nhóm này. Trong bài bình luận (review) của Relman và Falkow (2001) và Relman (2002) cho thấy sự hiểu biết về cộng đồng vi-khuẩn ở người rất giới hạn. Sau khi toàn bộ gen người được giãi mã và công bố năm 2001 (International Human Genome Sequencing Consortium 2001; Venter và cộng sự viên, 2001), Julian Davies cho rằng dù cho việc giải mã toàn bộ gen người được thành công tốt đẹp nhưng vẩn chưa hoàn toàn nếu chúng ta chưa hiểu được những tác động cộng sinh (synergistic activities) giữa người và vi-sinh vật sống trong hay trên thân thể chúng ta (Davies 2001). Relman và Falkow (2001) còn đề nghi nên có chương trình nghiên cứu “toàn bộ gen thứ hai của người” gồm tất cả các gen của số vi-sinh vật sống trên da, trong mủi, ruột và ở bộ sinh dục người. Số vi-khuẩn này với số lượng cả ngàn tỷ con, còn lớn hơn 10 lần tổng số tế bào của cơ thể chúng ta (Savage 1977). Chỉ trong bộ phận tiêu hóa mà thôi đã có hơn 1 kilogram vi-khuẩn, chứng tỏ sự “thân thiện” của nhóm vi-khuẩn này và ảnh hưởng của chúng đến dinh dưởng, bệnh tật trên con người.
Trong bài nghiên cứu mới đây đăng trên báo Nature cho thấy nếu cộng lại các bộ gen của vi-khuẩn trong cơ thể con người thì số gen của vi-khuẩn lên đến 3.3 triệu gen tức là hơn 100 lần số gen người (được ước lượng khoảng 30000 gen) và tương đưong với khoảng 1000 loại vi-khuẩn khác nhau đang sông ở ruột chúng ta. Như vậy không những chỉ có bộ gen người ành hưởng đến người mà chúng ta còn có thể phải chịu ảnh hưởng của bộ gen cộng đồng vi-sinh vật sống trong thân thể chúng ta (bộ gen thứ 2). Trong khi giải mã, các chuyên gia của Human Genome Project chỉ giữ lại các trình tự thuộc gen người, không chú trọng đến số lượng lớn gen vi-khuẩn trong khi chúng cũng có thể có ảnh hưởng đến bệnh hoạn và sức khoẻ con người. Họ đã bỏ sót cơ hội để tìm hiểu “Chúng ta là ai ?”
Những nổ lực trước đây để tìm số lượng và xác định liên hệ nhóm, loại của vi-khuẩn được thực hiện bằng cách phân tích các 16S rRNA của vi-khuẩn (Woese and Fox 1977; Stahl et al. 1984; Woese and Olsen 1986; Giovannoni et al. 1990; Schmidt et al. 1991; Dymock et al. 1996). (ghi chú: 16S rRNA hay 16S ribosomal RNA là RNA của đơn vị nhỏ (small unit) của Ribosome vi khuẩn và chỉ có ở vi-khuẩn. Vì 16s rRNA này có trình tự rất bảo thủ không thay đổi qua thời đại và rất chuyên biệt cho mỗi loại vi-khuẩn, nên 16S rRNA thường được dùng để nhận dạng loại vi- khuẩn).
Vì phải nuôi vi-khuẩn trong môi trường cấy, ly trích 16s rRNA bằng máy ly tâm siêu tốc (Ultracentrifuge) rồi mới xác định 16S rRNA nên việc phân tích các loại vi-khuẩn trong cơ thể bị giới hạn và thiếu sót. Có khoảng 20% - 60% vi- khuẩn ở người không sống được trong môi trường cấy, nên không thể ly trích 16S rRNA làm sự đánh giá số vi-khuẩn thường bị quá thấp. (Pei et al. 2004; Verhelst et al. 2004; Zhou et al. 2004; Aas et al. 2005; Bik et al. 2006), Phương pháp giải mã trình tự 16S rRNA để tìm sự thay đổi trong cộng đồng vi-khuẩn ở người đang ở tình trạng đau yếu khác nhau cũng được áp dụng. Thí dụ dùng 16S rRNA để xác định các vi-khuẩn sống ở bộ tiêu hóa cho thấy có sự khác biệt rõ rệt của nhóm vi-khuẩn tùy theo từng cá nhân (Eckburg et al. 2005), tùy người mập hay ốm (Ley et al. 2006). Gen 16S rRNA cũng được dùng để theo dõi sự thay đổi trong cộng đồng vi-khuẩn sống trong miệng (Faveri et al. 2008), cơ quan sinh dục (Hyman et al. 2005 và ngoài da (Gao et al. 2007)...
Vì phương pháp dùng 16S rRNA có giới hạn và nhiều thiếu sót nên theo Relman (2002) thì việc nhận định các vi-sinh vật sống ở người có thể thành tựu được nếu áp dụng phương pháp Giải trình tự trên DNA được cắt đoạn (random shotgun sequencing), chú trọng đến giải mã các dòng tái tổ hợp (clone) có đoạn DNA lớn (large-insert clone sequencing), dùng mạng thử siêu-vi cao (high-density microarray) để đánh giá (assessment) sự khác biệt của loại vi-khuẩn trên từng cá nhân hay giửa các cá nhân. Nếu phương thức này được kết hợp cùng lúc với khám nghiệm tình trạng sức khỏe tổng quát, chúng ta sẻ nhận diện được xem các vi-sinh vật sống trong cơ thể (endogenous flora) có gây bệnh hay có lợi cho sức khỏe.
Một phương pháp mới rất nhanh gọi là “metagenomics” có thể dùng để giải mã trình tự một hỗn hợp DNA ly trích thẳng từ mẩu của một hổn hợp phức tạp vi-khuẩn (Handelsman et al. 1998). mà không cần phải nuôi vi-khuẩn như trong trường hợp dùng 16S rRNA hay random shotgun sequencing. Phương pháp này giúp xác định và phân biệt nhanh chóng giải trình tự DNA của một vi-khuẩn chuyên biệt trong 1 hổn hợp DNA của tất cả vi-sinh vật lấy thẳng từ mẩu thử, kể cả những vi sinh vật không nuôi được trong môi trường cấy.
Thành công tốt đẹp của phưong pháp metagenomics gây phấn khởi cho giới khoa học với ý muốn thành lập một chương trình rộng lớn hơn để nghiên cứu về cộng đồng vi-sinh vật ở người (human microbiome). Với sự bảo trợ của Viện Quốc Gia Nghiên Cứu Canh Nông Pháp (French National Institute for Agricultural Research INRA), Một cuộc họp quốc tế được tổ chức tại Paris, Pháp quốc vào tháng 11 năm 2005 , do Dusko Ehrlich chủ tọa đã đưa đến quyết định thành lập nhóm khởi xướng nghiên cứu microbiome với phương pháp Metagenome (Human Intestinal Metagenome Initiative HIMI) để xác định xem các vi-khuẩn ruột có giúp cho sức khỏe hay gây bệnh. Các tham dự viên cũng đề nghị thành lập Tổ hợp quốc tế Matagenome cho sự hợp tác quốc tế được chặt chẻ trong nổ lực thành đạt mục đích của HIMI (http://human-microbiome.org).
Chương trình nghiên cứu Human microbiome của Viện Y tế Quốc Gia (The NIH Human Microbiome Project HMP) Hoa-kỳ
Sau kỳ họp Paris, Viện Y Tế Quốc Gia Hoa Kỳ (NIH) quyết định bảo trợ cho chương trình nghiên cứu HMP (NIH-sponsored Human Microbiome Project HMP) để tìm hiểu về cộng đồng vi-khuẩn trong bộ tiêu hóa, miệng, bộ sinh dục, và ngoài da của người. HMP được nhanh chóng thành lập với tất cả các kỹ thuật tân tiến nhất. Mục đích của chương trình là chứng minh khả năng xác định Cộng đồng vi-khuẩn ở người để có thể phân biệt sự thay đổi lọai vi-khuẩn nào liên quan đến dân cư (population), nhóm dân (genicity), bệnh tật, tuổi tác, tình trạng thuốc, ảnh hưởng cảnh vật xung quanh (environment) và liên quan của các vi-khuẩn này đối với các căn bệnh, đồng thời giúp tạo những cơ sở dữ liệu chuẩn (standardized data) và các phương pháp, kỹ thuật hữu hiệu cho việc nghiên cứu hầu giúp mọi giới khoa học có thể noi theo và tiếp tục khám phá. Mục đích tối hậu vẫn là tạo cơ hội cho việc cải thiện sức khỏe con người qua các quan sát và vận dụng thao tác cộng đồng vi-khuẩn ở người.
Phí tổn cho chương trình là 150 triệu USD và kéo dài trong 5 năm. Các nghiên cứu sẽ (1) dùng các mẩu thử (samples) sẽ lấy từ nhiều vị trí khác nhau trong cơ thể của ít nhất 250 người tình nguyện được xem là mạnh khỏe (bình thường); (2) so sánh xem có sự liên quan, khác biệt nào giửa các nhóm vi-sinh sống trong người có bệnh hay khỏe mạnh; và (3) đưa ra các dữ kiện chuẩn (standardized data) và cho biết các kỹ thuật nên dùng nghiên cứu. Các vấn đề y đức, luật pháp, và những liên can xã hội do nghiên cứu này gây nên cũng được xem xét rất kỹ lưỡng và có phương pháp. Mục đích chính là để cho thấy còn rất nhiều cơ hội để cải thiện sức khỏe con người qua sự quan sát và sửa đổi nhóm vi-sinh vật sống trong cơ thể chúng ta.
Công tác giải mã trình tự do HMP đài thọ, được giao cho các trung tâm Human Genome Sequencing Center, Baylor College of Medicine, Houston; Washington University Genome Sequencing Center, Washington University School of Medicine, St. Louis; The J. Craig Venter Institute, Rockville, Md.; and the Broad Sequencing Platform, Broad Institute of MIT/ Harvard, Cambridge, Mass thực hiện.
Sau 2 năm nghiên cứu, một số kết quả đầu tiên được công bố ngày 21 thàng 5 năm 2010 trên báo (ScienceDaily May 21, 2010) cho thấy với hơn 900 bộ gen vi-khuẩn được dự định cho dự án, 178 bộ đã được xác định. Ngoài ra cũng tìm thấy nhiều gen lạ và 29693 protein mới, đơn nhất (unique) mà trước đây chưa bao giờ tìm thấy. Số lượng protein mới này gần gấp đôi số lượng 14064 protein (14064) đã được đăng trong danh sánh tham khảo công cộng (Public database). Để xem danh sách tham khảo các bộ gen của HMP có đáp ứng được mức độ chính xác mong muốn hay không, 16.8 triệu bộ trình tự vi-khuẩn trong danh sách công cộng (Public database) được đem so sánh với những bộ trình tự gen mới của HMP. Họ tìm thấy có 62 bộ gen tương tự với 11.3 triệu bộ trình tự vi-khuẩn trong danh sách công cộng và 6.9 triệu gen (khoảng 41%) tương đương với trình tự bô gen của danh sách tham khảo HMP
Các nhà khảo cứu cũng nhìn nhận là ít nhất 1/3 các bộ trình tự cộng đồng vi-khuẩn (metagenomic sequences) chưa có trong danh sách tham khảo, vì các công tác vừa qua chỉ mới chú trọng đến các mẩu thuộc bộ tiêu hóa. Có thể còn nhiều bộ gen mới sẽ được tìm thấy ở các bộ phận khác trong cơ thể. Khi danh sách hoàn tất chắc chắn sẻ đề cập đến những vi-sinh vật (organisms) chưa đươc trình bày trong bài tường trình ngày 21/5/2010. Trong bước đầu, chương trình HMP chú trọng đến vi-khuẩn, nhưng tương lai sẽ thêm các virus và vi-khuẩn phức tạp hơn.
Chương trình giải mã trình tự nhóm vi-khuẩn ruột (Metagenomics of the Human Intestinal Tract MetaHIT) ở Âu châu cũng cho nhiều kết quả rất khích lệ. Giải mã trình tự các mẩu vi-khuẩn lấy từ phân của 124 người tình nguyện thuộc nhóm người khỏe mạnh, nhóm phì béo cho thấy trung bình mỗi tình nguyện viên có khoảng 160 loại vi-khuẩn trong ruột. Khoảng 40% số vi-khuẩn cùng loại được thấy ở 50% số người tình nguyện. Hơn 25% có gen lạ chưa bao giờ thấy trước đây.
Ngoài các cuộc nghiên cứu rộng lớn do chương trình HMP và MetaHIT thực hiện cũng còn nhiều thí nghiệm riêng rẻ ở các đại học hay phòng thí nghiệm tư cho thấy có sự liên hệ giữa vi-khuẩn và người:
Mirjam Czjzek, khoa học gia tại Station Biologique de Roscoff, Pháp tìm được vi-khuẩn Bacteroides plebeius ở dạ dày 5 người Nhật (trên số 13 người) nhưng không tìm được loại vi-khuẩn này ở bất cứ người tình nguyện nào thuộc dân Âu châu hay Mỹ (hoặc chưa tìm được ?). Vi-khuẩn Bacteroides plebeius sản xuất enzym porphyranase giúp làm tan sợi “phíp” (fiber) đặc biệt của rong biển đỏ (red algae). Lý do: rong biển đỏ có loại vi-khuẩn cho ra enzyme porphyranase. Người Nhật tiêu thụ nhiều loại rong biển nên có thể vì vậy mà trong bộ tiêu hóa của họ có những vi-khuẩn này. Vi-khuẩn giúp làm tan rong để rút năng lượng trong khi người Nhật ăn rong được tiêu hóa dễ dàng nhờ vi-khuẩn Bacteroides plebeius
Các nhóm vi-khuẩn ở ruột có thể giúp tiêu hóa những loại thức ăn mà hệ thống tiêu hóa người không có khả năng, thí dụ như tiêu hóa trái cây, rau cải…Chúng ta nhờ vi-khuẩn ở ruột như là một bộ phận của bộ tiêu hóa để giúp tiêu hóa các thức ăn sinh năng lượng (calories) và dự trữ dưới dạng mỡ. Quan sát 2 nhóm chuột “mập” và “ốm”. cho thấy trong ruột của 2 nhóm chuột này đều có 2 loại vi-khuẩn: Bacteroidetes và Firmicutes. Tuy nhiên ở nhóm chuột “mâp” thì số vi-khuẩn Bacteroidetes chỉ bằng 50% số vi-khuẩn Firmicutes.
Để xem coi có sự khác biệt giửa người và chuột trong vấn đề “mập” hay “ốm”, tiến-sỉ vi-trùng học Ruth Lev thuộc Đại học Washington, theo dỏi 12 người “mập” trong vòng một năm. Phân nủa số bệnh nhân được cho ăn theo chế độ ít calo (low-calories) và ít mỡ (low-fat), còn phân nửa số bệnh nhân còn lại thì theo chế độ ít calo và ít carbohydrate.
Lúc khởi đầu tất cả các bệnh nhân “mập” đều có ít vi-khuẩn Bacteroidetes và nhiều vi-khuẫn Firmicutes (giống như trường hợp ở chuột). Đến khi bệnh nhân giảm cân thì số vi-khuẩn Bacteroidetes tăng lên trong khi số vi-khuẩn Fermicutes giảm (cả 2 nhóm đều giống nhau).
Nghiên cứu ở Đại học Stanford và Đại học Pittsburgh cho thấy những người bị bệnh lỡ bao tử kinh niên (chronic stomach ulcer) do vi-khuẩn H.pylori có tính miển nhiểm cao chống lại vi-khuẩn lao. Điều này có thể do vi-khuẩn H.pylori và vi-khuẩn lao có cùng nhóm epitope [epitope = antigenic determinant là một phần của protein kháng nguyên (antigen) mà hệ thống miển nhiễm, đặc biệt là chất kháng thể (antibodies), tế bào B (B cells) hay tế-bào T (T cells) nhận dạng được]
Trong quyển sách tựa đề “Infection, The Uninvited Universe” tác giả tiến sĩ Gerald N. Callahan cho rằng điều thú vị là khi nhìn vào trình tự của bộ gen người, có hơn 220 gen có lẽ từ vi-khuẩn. Như vậy thi sự xâm nhập của vi-khuẩn cũng rất quan trọng cho chúng ta.

Nói tóm lại hiện nay sự hiểu biết của chúng ta về cộng đồng vi-khuẩn ở người vẩn còn giới hạn nhất là những tương tác giữa vi-khuẩn và người. Nếu chúng ta chứng minh được sự thay đổi số lượng hay loại của các vi-khuẩn trong cộng đồng có ảnh hưởng đến sức khỏe hay bệnh tật ở người thì chắc chắn y khoa thực hành sẽ có nhiều thay đổi.
Tiến sĩ Lâm Kim Cương.

TAGS: Microbiome, Human Microbiome, Tác động cộng sinh (synergistic activities), 16S rRNA của vi-khuẩn, Giải trình tự trên DNA được cắt đoạn (random shotgun sequencing), Thử siêu-vi cao (high-density microarray), Vi-sinh vật sống trong cơ thể (endogenous flora), Metagenomics, 900 bộ gen vi-khuẩn, 178 bộ gen vi khuẩn được xác định, 16S rRNA hay 16S ribosomal RNA, Bacteroides plebeius, Enzym porphyranase, Bacteroidetes, Firmicutes, H.pylori và vi-khuẩn lao có cùng nhóm epitope, epitope = antigenic determinant, HMP chú trọng đến vi-khuẩn, tương lai với các virus và vi-khuẩn phức tạp, Lam Kim Cuong

>>>back>>>