Các vi khuẩn đường ruột có thể tiết lộ tuổi thật của chúng ta

Hàng tỷ vi khuẩn trú ngụ trong ruột có thể giúp chúng ta điều chỉnh mọi hoạt động, từ chức năng tiêu hóa thức ăn đến cách thức hệ miễn dịch hoạt động. Tuy nhiên, các nhà khoa học biết rất ít về quá trình biến đổi của mạng lưới vi sinh vật này (thuật ngữ chuyên môn là microbiome (1)), hay thậm chí là một vi khuẩn “bình thường” sẽ trông như thế nào. Giờ đây, sau quá trình tìm hiểu về vi khuẩn đường ruột của hàng ngàn người trên thế giới, các nhà nghiên cứu đã đưa ra kết luận: Microbiome – chiếc đồng hồ sinh học có độ chính xác đến ngạc nhiên - có thể dự báo tuổi thọ của hầu hết mọi người trong nhiều năm.

Để khám phá quá trình biến đổi của hệ microbiome, một nhà nghiên cứu có thâm niên là Alex Zhavoronkov cùng các cộng sự ở InSilico Medicine (2) đã kiểm tra hơn 3.600 mẫu vi khuẩn đường ruột từ 1.165 người khỏe mạnh trên toàn cầu. Trong số các mẫu, khoảng 1/3 là từ những người có độ tuổi từ 20-39, 1/3 là từ những người từ 40-59 tuổi, còn lại là từ những người từ 60-90 tuổi.

Sau đó các nhà khoa học đã sử dụng học máy (3) để phân tích dữ liệu. Trước tiên, họ xây dựng chương trình máy tính – vốn là một giải thuật học sâu (4) mô phỏng một cách lỏng lẻo phương thức hoạt động của các nơ-ron trong não – trên 95 loài vi khuẩn khác nhau từ 90% mẫu, kèm theo độ tuổi của những người cung cấp mẫu. Kế đến, họ yêu cầu giải thuật dự báo độ tuổi của những người cung cấp 10% các mẫu còn lại. Họ công bố kết quả nghiên cứu trên máy chủ lưu trữ sơ bộ (pre-print servers) bioRxiv (5) rằng chương trình của họ đã có thể dự báo chính xác tuổi thọ của một người trong vòng 4 năm. Trong số 95 loài vi khuẩn, họ phát hiện có 39 loài đóng vai trò quan trọng nhất trong việc dự đoán tuổi thọ. 

Zhavoronkov và các cộng sự đã phát hiện ra rằng một số vi khuẩn trở nên “đông đúc” hơn ở những người có tuổi, chẳng hạn như loài Eubacterium hallii, được cho là rất quan trọng đối với quá trình trao đổi chất trong ruột. Các loài khác giảm, ví dụ như loài Bacteroides Vulgatus - có liên quan đến viêm loét đại tràng, một chứng viêm trong bộ máy tiêu hóa. Vadim Gladyshev (đồng tác giả, nhà sinh vật học chuyên nghiên cứu về lão hóa, thuộc Đại học Harvard) nói rằng những thay đổi trong chế độ ăn uống, thói quen nghỉ ngơi và hoạt động thể chất có thể góp phần vào những biến đổi này ở các loài vi khuẩn. 

Zhavoronkov cho biết chiếc “đồng hồ sinh học” này có thể là cơ sở để kiểm tra mức độ lão hóa nhanh hay chậm ở người và liệu những yếu tố như rượu, thuốc kháng sinh, men vi sinh hay chế độ ăn uống có ảnh hưởng đến tuổi thọ hay không. Nó cũng có thể được dùng để so sánh nhữngngười khỏe mạnh với những người mắc một số bệnh lý nhất định (ví dụ như Alzheimer), để xem liệu hệ vi sinh vật của họ có bị “lệch chuẩn” hay không. 

Nếu như ý tưởng này được thông qua, nó sẽ liên kết các nhà khoa học khác (có chuyên môn về dấu ấn sinh học (6)) lại với nhau để cùng dự đoán tuổi sinh học, bao gồm cả chiều dài của các telomere (7) và các thay đổi lên biểu hiện gen trong suốt đời người. Kết hợp đồng hồ sinh học mới với những “đồng hồ” khác có thể mang lại một bức tranh chi tiết hơn nhiều về sức khỏe và tuổi sinh học thực sự của một người nào đó. Nó cũng có thể giúp các nhà nghiên cứu kiểm tra tốt hơn để xem liệu một số can thiệp nhất định (bao gồm cả thuốc và các phương pháp điều trị khác) có ảnh hưởng đến quá trình lão hóa hay không. “Bạn không cần phải đợi cho đến khi người ta qua đời mới tiến hành các thử nghiệm nhằm kéo dài tuổi thọ,” theo Zhavoronkov. 

Robin Knight (nhà nghiên cứu khoa học máy tính và microbiome, giám đốc Trung tâm Center for Microbiome Innovation – thuộc Đại học California, thành phố San Diego) cho biết việc đưa ra dự báo tuổi thọ dựa trên hệ vi sinh vật trong đường ruột là một ý tưởng “rất hợp lý”, là một trong những “mối quan tâm ghê gớm” đối với các nhà nghiên cứu về lão hóa. Nhóm của ông đang phân tích 15.000 mẫu từ Dự án nghiên cứu về ruột của Mỹ (American Gut Project), một nghiên cứu microbiome có quy mô toàn thế giới do ông sáng lập, với mục đích là phát triển các dự báo tương tự về lão hóa. 

Nhưng một trong những thách thức của việc triển khai một chiếc “đồng hồ” như vậy là luôn có sự khác biệt vô cùng to lớn về cách mà vi khuẩn tồn tại trong ruột người trên toàn cầu. Ông nói thêm: “Việc nhân rộng các loại hình nghiên cứu này trên những quần thể hoàn toàn dị biệt đóng vai trò cực kỳ quan trọng” nhằm tìm hiểu xem liệu có dấu hiệu lão hóa rõ rệt nào ở các nhóm người khác nhau hay không.

Ông nói rằng người ta cũng không biết liệu những thay đổi trong hệ vi sinh vật có khiến cho con người già đi nhanh hơn không hay những thay đổi đó chỉ đơn thuần là tác dụng phụ của lão hóa. Dựa trên học máy, InSilico Medicine đang triển khai một số đồng hồ sinh học có thể phối hợp với từng microbiome. “Tuổi tác đóng vai trò như một tham số quan trọng trong tất cả các loại bệnh tật. Từng phút từng giây cơ thể chúng ta không ngừng biến đổi.” - trích lời ông Zhavoronkov.

Chú thích:

(1) Hệ vi sinh vật (microbiome) là một hệ sinh thái gồm hàng trăm ngàn tỷ vi sinh vật gồm vi khuẩn, virút, nấm, động vật nguyên sinh… đang sinh sống và bao phủ mọi ngóc ngách cơ thể. Chúng cực kỳ bé nhỏ, gần như vô hình dưới mắt thường, sống cuộc đời tưởng chừng nhàm chán (ăn,lớn lên và sinh sản) nhưng lại tác động rất lớn đến sức khỏe con người. Chúng là toàn bộ hệ gene của cộng đồng các vi sinh vật đang cư ngụ ở trên và bên trong cơ thể. Vi khuẩn (microbe) bao gồm cả vi khuẩn có lợi và vi khuẩn tiềm ẩn gây bệnh. Phần lớn vi khuẩn là symbiotic (cộng sinh - tức là cả cơ thể người và vi sinh vật đều có lợi) và vài loại vi khuẩn, với số lượng ít hơn, là pathogenic (gây bệnh). 

(2) InSilico Medicine là một công ty công nghệ sinh học mới nổi gần đây (thành lập năm 2014), có trụ sở ở Rockville, bang Maryland. Ông Alex Zhavoronkov là nhà sáng lập và CEO. 

(3) Học máy (machine learning) là một lĩnh vực của trí tuệ nhân tạo, ám chỉ khả năng học tập của một cỗ máy bằng cách sử dụng các bộ (set) dữ liệu rất lớn thay vì những quy tắc không thể sửa đổi (hard-coded). Ví dụ như các máy có thể "học" cách phân loại thư điện tử xem có phải thư rác (spam) hay không và tự động xếp thư vào các thư mục tương ứng. 

(4) Học sâu (deep learning) là một phạm trù nhỏ của machine learning, tập trung giải quyết các vấn đề liên quan đến mạng thần kinh nhân tạo nhằm nâng cấp các công nghệ như nhận diện giọng nói, tầm nhìn máy tính và xử lý ngôn ngữ tự nhiên.

(5) bioRxiv làmột trang web truy cập mở dành cho các công trình nghiên cứu sơ bộ, trước khi gửi công trình cho các tạp chí uy tín,nhằm tạo cơ hội để người đọc có thể tự do bình luận, góp ý. 

(6) Dấu ấn sinh học (biomarker) là những phân tử biểu hiện một dữ kiện sinh học. Chúng có thể đơn thuần là hóa chất, như glucose là dấu ấn của bệnh tiểu đường, hoặc phân tử protein như các kháng thể (antibody) là dấu ấn của bệnh nhiễm trùng, và gene hay DNA marker làdấu ấn cho các bệnh liên quan đến di truyền. 

(7)Telomere là những trình tự lặp lại của DNA ở các đầu mút của nhiễm sắc thể, là manh mối có liên quan đến sự lão hóa.

Nguồn: sciencemag.org

Người dịch: Adonis Nguyễn Thanh

Tìm hiểu thêm về chủ đề dự báo tuổi thọ qua các bài viết sau:

1. Bài kiểm tra giúp dự đoán tuổi thọ 

2. Dự báo tuổi thọ dựa trên mẫu DNA