Từ lâu, giới khoa học dinh dưỡng vẫn xem chất xơ thực vật là một "đòn bẩy vạn năng" đối với hệ vi sinh vật đường ruột. Nhiều người tin rằng chỉ cần tăng cường thực phẩm giàu xơ trong bữa ăn hằng ngày, cộng đồng vi khuẩn bên trong cơ thể sẽ biến đổi theo hướng tích cực và có thể dự đoán trước.
Tuy nhiên, một công trình nghiên cứu do Trung tâm Nghiên cứu Nhiễm trùng Helmholtz (Đức) phối hợp thực hiện cùng Phòng thí nghiệm Sinh học Phân tử Châu Âu, Đại học Trento (Italia) và Đại học Tübingen (Đức) thực hiện đã chứng minh góc nhìn này còn quá đơn giản.
Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Microbiology đầu tháng 10 cho thấy, tác động của thành phần dinh dưỡng lên vi khuẩn đường ruột phụ thuộc rất lớn vào việc những nhóm vi khuẩn nào đang hiện diện xung quanh.
Nghiên cứu mới cho thấy cho thấy tác động của thành phần dinh dưỡng lên vi khuẩn đường ruột phụ thuộc rất lớn vào việc những nhóm vi khuẩn nào đang hiện diện xung quanh. Hình minh họa: Shutterstock
Nghiên cứu này tập trung giải mã câu hỏi hóc húa bấy lâu trong ngành khoa học vi sinh về sự khác biệt hệ vi khuẩn giữa các khu vực địa lý. Tại các quốc gia công nghiệp hóa, đường ruột của con người thường bị chiếm ưu thế bởi họ vi khuẩn Bacteroidaceae.
Ngược lại, ở những vùng chưa công nghiệp hóa với lối sống truyền thống, các loài thuộc họ Prevotellaceae, đặc biệt là vi khuẩn Segatella copri, lại chiếm số lượng áp đảo. Dù chế độ ăn nhiều thực vật từng được xem là lời giải thích duy nhất cho hiện tượng này, thực tế thực nghiệm lại cho thấy dinh dưỡng đơn thuần không thể tạo ra sự khác biệt lớn đến vậy.
Nhằm tìm hiểu các yếu tố thực sự chi phối cuộc cạnh tranh sinh tồn trong đường ruột, nhóm chuyên gia đã tạo ra một cộng đồng vi khuẩn mô phỏng gồm 21 loài vi khuẩn ruột người và thử nghiệm với 94 thành phần dinh dưỡng khác nhau.
Ban đầu, hơn một nửa số hợp chất được thử nghiệm giúp vi khuẩn Segatella copri phát triển mạnh mẽ. Khi đi sâu phân tích arabinan, một loại carbohydrate phức hợp phổ biến trong vách tế bào thực vật, các nhà khoa học nhận thấy cả Segatella copri lẫn nhóm Bacteroidaceae đối thủ đều có khả năng tiêu thụ trực tiếp chất này.
Điều kỳ lạ là nếu chỉ đặt 2 nhóm vi khuẩn này sống chung với nhau và được cung cấp cùng nguồn dinh dưỡng arabinan, Segatella copri lại hoàn toàn thất thế và không thể vươn lên chiếm ưu thế.
Cán cân cạnh tranh chỉ đảo chiều khi các nhà nghiên cứu đưa thêm vi khuẩn Escherichia coli thuộc họ Enterobacteriaceae vào môi trường thử nghiệm. Sự xuất hiện của Escherichia coli đóng vai trò như một chất xúc tác quyết định, giúp Segatella copri đánh bại đối thủ Bacteroidaceae để vươn lên thống trị cộng đồng.
Hiện tượng hỗ trợ này cũng được ghi nhận ở một số vi khuẩn khác cùng họ Enterobacteriaceae như Klebsiella hay Salmonella. Đáng chú ý hơn, ngay cả những chủng Escherichia coli bị đột biến không thể tiêu thụ các đường đơn giải phóng từ quá trình phân giải arabinan vẫn duy trì khả năng thúc đẩy sự tăng trưởng của Segatella copri.
Hiện tượng này gợi mở rằng, các phân tử đường tạo ra từ chất xơ đóng vai trò như những tín hiệu hóa học kích hoạt sự tương tác giữa các loài vi khuẩn, thay vì chỉ đơn thuần là nguồn thức ăn nuôi sống chúng.
Để kiểm chứng xem phát hiện trong phòng thí nghiệm có diễn ra ở cơ thể người hay không, nhóm nghiên cứu đã phân tích dữ liệu hệ vi sinh vật từ khoảng 1.000 người trưởng thành khỏe mạnh.
Kết quả thực tế hoàn toàn trùng khớp, khi các quần thể dân cư ở khu vực chưa công nghiệp hóa sở hữu mức độ phong phú và đa dạng cao của cả Segatella copri lẫn Enterobacteriaceae. Sự đa dạng loài của họ Enterobacteriaceae trong ruột tỷ lệ thuận với sự phát triển của vi khuẩn Segatella copri.
Khám phá mới này cung cấp một góc nhìn sinh thái hoàn chỉnh, giải thích lý do vì sao các thử nghiệm bổ sung chất xơ hay men vi sinh thường mang lại kết quả rất khác nhau ở từng cá nhân. Việc một thực phẩm giàu xơ có phát huy hiệu quả hay không phụ thuộc vào bức tranh vi sinh sẵn có bên trong đường ruột của mỗi người.
Do đó, để xây dựng một giải pháp dinh dưỡng cá nhân hóa hiệu quả trong tương lai, các chuyên gia y tế không chỉ cần quan tâm đến thực đơn hằng ngày của bệnh nhân mà còn phải thấu hiểu hệ sinh thái vi khuẩn đang đồng hành cùng họ.