Gene trong hệ vi sinh ở người nhiều hơn số ngôi sao trong vũ trụ khả kiến

Một nhóm các nhà khoa học Mỹ đang khởi động một dự án lớn nhằm tập hợp tất cả các gene trong hệ vi sinh của con người. Theo nghiên cứu lần đầu được công bố của nhóm, có tới 46 triệu gene đã được tìm thấy trong 3.500 mẫu vi sinh ở người, nhưng có tới một nửa số gene trong đó là độc nhất – chỉ xuất hiện trên cá thể người cụ thể.

“Không gian vũ trụ rất rộng lớn. Thực sự lớn. Bạn sẽ không thể tin nó rộng lớn vĩ đại kinh khủng không tưởng ra sao. Ý tôi là, bạn có thể nghĩ nó chỉ là khoảng cách rất xa tới một điểm đích, nhưng điều bạn nghĩ chỉ là hạt đậu so với không gian vũ trụ.” Tác giả Douglas Adams đã viết như vậy trong bộ truyện khoa học của mình có tên: The Hitchhiker’s Guide to the Galaxy (Tạm dịch: “Bí Kíp Quá Giang Vào Ngân Hà”).

Các nhà thiên văn học cho rằng có khoảng 1 nghìn tỷ tỷ ngôi sao trong vũ trụ mà con người có thể quan sát được (khả kiến). Chúng ta không thể biết được vũ trụ này rộng lớn đến đâu. Vậy mà một nghiên cứu mới đây đã chỉ ra rằng hệ vi sinh vật ở người cũng phức tạp không kém, dù kích cỡ của nó nhỏ hơn rất nhiều. Theo nghiên cứu được thực hiện bởi Trường Y Harvard và Trung tâm Tiểu đường Joslin (Mỹ), các vi khuẩn sống bên trong cơ thể chúng ta có thể chứa nhiều loại gene lạ hơn số ngôi sao khả kiến trong vũ trụ.

Các nhà khoa học cho biết rằng bên trong cơ thể con người có đến hàng nghìn tỷ vi khuẩn đang sinh sống, nhiều gấp 10 lần số lượng các tế bào của chính chúng ta. Khu vực tập trung đông vi sinh vật nhất là trong ruột của chúng ta, ngoài ra, chúng cũng có thể “thường trú” trong miệng, da và phổi người.

>> Hệ vi sinh vật trong cơ thể: ‘Cơ quan nội tạng’ bị lãng quên

Có lẽ một trong những lĩnh vực nghiên cứu thú vị nhất trong thế kỷ 21 là ảnh hưởng của các vi khuẩn này đối với sức khỏe con người. Các nhà khoa học đang cố gắng tìm ra mối quan hệ giữa các vi khuẩn nói trên và sức khỏe tổng quát bởi phần lớn các nghiên cứu cho đến nay đều chỉ tập trung vào mối liên hệ giữa các loài vi khuẩn và một số bệnh nhất định.

Theo nhà nghiên cứu Chirag Patel tại Học viện Blavatnik thuộc Trường Y Harvard, sự khác biệt lớn về gene trong một loài vi khuẩn có thể là cơ sở để hiểu mối liên quan giữa bệnh tật và hoạt động của vi khuẩn.

“Về mặt di truyền, các anh chị em trong một gia đình là không giống nhau, vậy nên, không tồn tại hai chủng vi khuẩn nào có gene giống nhau”, ông Patel cho biết. “Vậy nên hai vi khuẩn có nguồn gốc từ cùng một chủng loại có thể khác nhau rõ rệt về di truyền.”

Năm 2003, các nhà khoa học đã chính thức hoàn thành dự án giải mã bộ gene người và ước tính rằng có khoảng 20.000 đến 25.000 gene mã hóa protein ở người.

Trong nghiên cứu mới đây, các nhà khoa học đã tiến hành phân tích 3.500 mẫu vi sinh ở người, chủ yếu từ ruột và miệng. Các nhà nghiên cứu đã mô tả sự không đồng nhất về kiểu gene là “đáng kinh ngạc”, khi phát hiện ra gần 46 triệu “gen không dư thừa”.

Đáng chú ý hơn nữa, có khoảng 50% số gene trong đó được xác định là độc nhất – tức chỉ có trong 1 mẫu nhất định và có những chức năng chuyên biệt.

“Các gene độc nhất này có thể đóng vai trò rất quan trọng trong việc giải quyết những thách thức ngày một gia tăng”, Braden Tierney, tác giả chính của nghiên cứu mới đây cho biết. “Khi một vi khuẩn cần đề kháng kháng sinh hoặc bỗng phải đối mặt với áp lực sinh tồn mới, sự đa dạng di truyền của loại gen lạ này có thể giúp các vi khuẩn thích nghi.”

>> Vì sao có thể nói “cơ thể người là một tiểu vũ trụ”?

Các nhà khoa học đã tỏ ra khá bất ngờ bởi sự đa dạng di truyền được tìm thấy trong nghiên cứu. Họ cũng đưa ra giả thuyết rằng sự không đồng nhất về kiểu gene có thể do khả năng biến đổi DNA nhanh chóng của vi khuẩn để thích nghi với điều kiện môi trường. Điều này có nghĩa là liệu pháp trị liệu bằng vi sinh (nếu có sau này) có thể trở nên cực kỳ phức tạp.

Đồng tác giả của nghiên cứu, Alex Kostic, cho rằng trong tương lai các liệu pháp chữa bệnh chính xác dành cho cá nhân sẽ phải tính đến cả các gene độc nhất trong hệ vi sinh của họ.

“Các phương pháp nhắm vào mục tiêu nhỏ như vậy sẽ dựa trên cấu trúc di truyền độc nhất của hệ vi khuẩn, chứ không phải chỉ dựa vào loại vi khuẩn,” Kostic cho biết thêm.

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra một website để phân loại những phát hiện của mình. Với tiêu đề “The Universe of Microbal Genes” (Tạm dịch: “Vũ trụ của các gene trong hệ vi sinh vật”), cơ sở dữ liệu này chỉ là sự khởi đầu cho một hành trình kéo dài và đầy khó khăn nhằm theo dõi tập hợp tất cả các gene trong hệ vi sinh vật của con người. Ban đầu, các nhà khoa học ước tính có khoảng 232 triệu gene, tuy nhiên, sau đó con số này tăng vọt lên mức khó tin, tương đương với số ngôi sao trong vũ trụ khả kiến.

Dự án này cho thấy khoa học nghiên cứu về vi sinh vật là vô cùng phức tạp. Vi khuẩn luôn đóng một vai trò cực kỳ quan trọng đối với cơ thể chúng ta, từ việc điều chỉnh hệ thống miễn dịch đến giúp tiêu hóa thức ăn. Tuy nhiên, để biến những chức năng này trở thành các liệu pháp trị bệnh lại không phải việc đơn giản.

“Phương pháp nghiên cứu của chúng tôi có thể tạo ra tiền đề, bước đầu tiên trong hành trình dài để hiểu các gene khác nhau thay đổi hành vi của vi khuẩn và rủi ro bệnh tật như thế nào,” Tierney chia sẻ.