Giải thích tiến hóa? Nghiên cứu cho thấy vi khuẩn đường ruột thích nghi với sữa mẹ như thế nào

Các nhà nghiên cứu nói rằng họ đã phát hiện ra một con đường tiến hóa khả dĩ cho mối quan hệ cùng có lợi giữa các vi khuẩn ruột và người. Các nhà khoa học đến từ Nhật Bản và Úc tin rằng Bifidobacterium longum đã thành công trong việc thích ứng với một vị trí độc đáo trong ruột của trẻ nhũ nhi bằng cách sản xuất một enzyme được gọi là LnbX, cho phép vi khuẩn này phát triển trên loại đường chỉ có nhiều trong sữa người.

Theo đồng tác giả chính của nghiên cứu, Takane Katayama thuộc Đại học Kyoto, "Do tác dụng cải thiện sức khoẻ của vi khuẩn bifidobacteria, những phát hiện của chúng tôi cho thấy một con đường tiến hóa khả dĩ cho sự cộng sinh giữa vi khuẩn ruột và cơ thể người được thúc đẩy bởi sữa mẹ".

Viết trên tạp chí Cell Chemical Biology, nhóm nghiên cứu cho biết trước đây họ đã mô tả các enzyme LnbB và LnbX, 2 enzyms này phân cắt một cách tương ứng oligosaccharide lacto-N-tetraose trong sữa mẹ ở Bifidobacterium bifidum và Bifidobacterium longum.

Trong nghiên cứu mới này, họ tìm thấy LnbX có cấu trúc và cơ chế xúc tác khác biệt so với LnbB.

“Dù B. longum và B. bifidum thuộc cùng chi và sống trong cùng một môi trường, chúng sử dụng các enzym khác nhau để phá vỡ lacto-N-tetraose, do vậy tận dụng được các cấu trúc đa dạng của loại đường duy nhất trong sữa người này”, đồng tác giả chính Shinya Fushinobu, từ Đại học Tokyo, nói. “Các kết quả cho thấy các chủng và các loài bifidobacteria có lợi khác nhau đã phát triển một cách độc lập các công cụ phân tử khác biệt để tiêu hóa cùng một loại đường trong sữa mẹ, giải thích khả năng cùng tồn tại và phát triển trong ống tiêu hóa của trẻ sơ sinh bú sữa mẹ”.

Áp suất chọn lọc

Các thí nghiệm bổ sung cho thấy rằng gen LnbX là tối cần thiết để B. longum có khả năng phát triển đặc biệt trên lacto-N-tetraose.

Hơn nữa, phân tích DNA trong phân cho thấy B. longum và gen lnbX có nhiều hơn ở đường tiêu hóa của 10 trẻ sơ sinh được nuôi hoàn toàn sữa mẹ so với 6 trẻ sơ sinh được cho ăn hỗn hợp sữa bột và sữa mẹ.

"Những phát hiện này kết hợp với nhau cho thấy rằng LnbX rất quan trọng để B. longum tồn tại trong hệ sinh thái ruột của trẻ sơ sinh được nuôi bằng sữa mẹ, và đường của sữa mẹ là áp lực chọn lọc chính cho sự tiến hóa của LnbX", Katayama nói.

Trong các nghiên cứu về sau, các nhà nghiên cứu sẽ điều tra xem liệu các loài bifidobacteria khác có sản xuất các enzym khác nhau để tiêu hóa đường trong sữa mẹ không. Họ cũng sẽ tìm kiếm các chất chuyển hóa của Bifidobacterium có thể giúp tăng cường sức khoẻ cho trẻ nhũ nhi.

Nghiên cứu này có thể cải thiện sữa công thức thông qua việc tăng cường, hoặc là với các hợp chất có ích của vi khuẩn, hoặc với các enzyme vi khuẩn đã được chế tạo để tiến hành phản ứng ngược lại và tổng hợp các loại đường có trong sữa người với chi phí thấp và quy mô lớn.

"Mặc dù việc cho con bú sữa mẹ trong năm đầu tiên được đề nghị trong hầu hết các trường hợp, một số bà mẹ phải dựa vào sữa công thức vì họ bị nhiễm virus hoặc không cho được sữa với các dưỡng chất quan trọng như kẽm", Katayama nói. "Vì vậy, việc phát triển các chiến lược mới để tăng cường các thành phần cải thiện sức khoẻ cho sữa công thức sẽ đặc biệt quan trọng trong những trường hợp hiếm hoi này, khi mà không thể cho con bú sữa mẹ được."

Source: Cell Chemical Biology “Molecular Insight into Evolution of Symbiosis between Breast-Fed Infants and a Member of the Human Gut Microbiome Bifidobacterium longum”

Authors: Takane Katayama, et al.