Hệ vi sinh vật đường ruột và sự hình thành hệ miễn dịch

Hệ vi sinh vật đường ruột và tác động trực tiếp lên sự hình thành hệ miễn dịch của con người

Lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu chỉ ra rằng sự thay đổi nồng độ của các loại tế bào miễn dịch trong máu có liên quan đến sự hiện diện của các chủng vi khuẩn trong ruột.

Một nhóm nghiên cứu đa ngành từ Memorial Sloan Kettering, ở New York, đã chỉ ra cơ chế hệ vi sinh vật đường ruột trực tiếp định hình cấu trúc hệ thống miễn dịch của con người, đặc biệt cho thấy rằng sự thay đổi nồng độ các loại tế bào miễn dịch trong máu có liên quan đến sự hiện diện của các chủng vi khuẩn trong ruột.

Kết quả nghiên cứu của họ được công bố trên tạp chí Nature, với bộ dữ liệu thu thập trong hơn mười năm của hơn 2.000 bệnh nhân.

Joao Xavier, nhà sinh vật học hệ thống thuộc Viện Sloan Kettering-đồng tác giả chính của bài báo (cùng với nghiên cứu sinh hậu tiến sĩ Jonas Schluter, hiện là trợ lý giáo sư tại NYU Langone Health), cho biết: “Cộng đồng khoa học đã chấp nhận ý tưởng rằng hệ vi sinh vật đường ruột rất quan trọng đối với sức khỏe của hệ thống miễn dịch trong con người, nhưng dữ liệu họ sử dụng để đưa ra giả định đó lại đến từ các nghiên cứu trên động vật”.

Dữ liệu sử dụng trong nghiên cứu lấy từ những người được cấy ghép tế bào gốc và tủy xương allogeneic hoặc tự thân (BMTs). Sau khi sử dụng hóa trị hoặc xạ trị liều cao để tiêu diệt các tế bào máu bị ung thư, hệ thống tạo máu của bệnh nhân được thay thế bằng các tế bào gốc từ người hiến tặng.

Trong vài tuần đầu tiên cho đến khi các tế bào máu của người hiến tặng - bao gồm cả các tế bào bạch cầu tạo nên hệ thống miễn dịch - tự hình thành, bệnh nhân rất dễ bị nhiễm trùng. Để bảo vệ chúng trong thời gian này, bệnh nhân được dùng thuốc kháng sinh.

Nhưng nhiều loại kháng sinh trong số này có tác dụng phụ không mong muốn là phá hủy hệ vi sinh vật khỏe mạnh sống trong ruột, cho phép các chủng hại khuẩn xâm nhập. Khi hệ thống miễn dịch của bệnh nhân được phục hồi, thuốc kháng sinh được ngừng sử dụng, và hệ vi sinh vật đường ruột từ từ bắt đầu phát triển trở lại.

Tiến sĩ Schluter nói rằng: “Sự phục hồi song song của hệ thống miễn dịch và hệ vi sinh vật, khi cả hai đều bị tổn thương và phục hồi sau đó, đã cho chúng tôi cơ hội độc nhất để phân tích mối liên hệ giữa hai hệ thống này.”

Trong hơn mười năm, các thành viên của dịch vụ BMT của MSK đã thường xuyên thu thập và phân tích các mẫu máu và phân của bệnh nhân trong suốt quá trình BMT. DNA của vi khuẩn được xử lý bởi các nhân viên tại Trung tâm Lucille Castori của MSK về Vi khuẩn, Viêm và Ung thư , điều đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra bộ dữ liệu lớn về hệ vi sinh vật.

"Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng chúng ta có thể học được nhiều điều từ các mẫu phân - các mẫu sinh học được xả thẳng xuống bồn cầu theo đúng nghĩa đen", Tiến sĩ Xavier lưu ý. "Kết quả của việc thu thập này, là chúng tôi có một tập dữ liệu độc nhất với hàng nghìn điểm dữ liệu mà chúng tôi có thể sử dụng để đặt câu hỏi về động lực của mối liên quan này."

Nỗ lực rộng lớn hơn này đã được dẫn dắt bởi Marcel van den Brink, Trưởng khoa bệnh lý ác tính huyết học, và một nhóm các chuyên gia về bệnh truyền nhiễm, các bác sĩ ghép tủy xương  (BMT) và các nhà khoa học. Tiến sĩ van den Brink cho rằng: “Đối với một số lượng lớn bệnh nhân, chúng tôi thu thập mẫu hàng ngày để chúng tôi quan sát được những gì đang xảy ra.” Ông cũng nói thêm: "Hệ vi sinh vật thay đổi rất nhanh chóng và mạnh mẽ, hầu như bạn không thể nhìn thấy chúng trong một bối cảnh nào khác."

Nghiên cứu trước đây sử dụng các mẫu thu thập được từ công trình này đã xem xét hệ  vi sinh vật đường ruột ảnh hưởng như thế nào đến sức khỏe người bệnh trong quá trình ghép tủy xương. Một nghiên cứu được công bố vào tháng 2 năm 2020 đã ghi nhận rằng sự đa dạng hơn về các chủng trong hệ vi sinh vật đường ruột có liên quan đến việc giảm nguy cơ tử vong sau ghép tủy. Nó cũng phát hiện ra rằng sự kém đa dạng của hệ vi sinh vật trước khi cấy ghép dẫn đến tỷ lệ chống thải ghép cao hơn, một biến chứng có thể gây tử vong, khi các tế bào miễn dịch của người hiến tấn công mô khỏe mạnh.

Các kỹ thuật thống kê mới

Cơ sở dữ liệu mà nhóm MSK tạo ra chứa thông tin chi tiết về các loại vi sinh vật sống trong đường ruột của bệnh nhân tại nhiều thời điểm khác nhau. Nhóm phân tích, bao gồm Tiến sĩ. Schluter và Xavier, đã sử dụng các thuật toán cơ học để khai thác hồ sơ bệnh án điện tử nhằm lấy những dữ liệu có ý nghĩa. Dữ liệu từ hồ sơ bệnh án bao gồm các loại tế bào miễn dịch có trong máu, thông tin về các loại thuốc mà bệnh nhân đã sử dụng và các tác dụng phụ mà bệnh nhân gặp phải.

Tiến sĩ van den Brink cho biết: “Nghiên cứu này có thể đề xuất các giải pháp giúp cho quá trình ghép tủy trở nên an toàn hơn bằng cách điều chỉnh chặt chẽ hệ vi sinh vật.”

Phân tích những dữ liệu này là một trọng trách rất lớn. Tiến sĩ Schluter, lúc bấy giờ là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Tiến sĩ Xavier, đã phát triển các kỹ thuật thống kê mới cho việc này.

“Bởi vì các thí nghiệm trên con người thường không thể thực hiện được, chúng tôi chỉ có thể thu thập những gì mình có thể quan sát được.” -Tiến sĩ Schluter cho hay- "Nhưng vì chúng tôi có rất nhiều dữ liệu được thu thập trong một khoảng thời gian dài  khi hệ thống miễn dịch của bệnh nhân, cũng như hệ vi sinh vật thay đổi một cách đáng kể, chúng tôi có thể bắt đầu xây dựng các mô hình. Điều này giúp chúng tôi có một khởi đầu tốt để hiểu được động lực mà hệ vi sinh vật tác động nhằm xây dựng lại hệ thống miễn dịch."

“Mục đích của nghiên cứu này không nhằm nói lên loại vi khuẩn nào là 'tốt' hay 'xấu' đối với hệ thống miễn dịch" Tiến sĩ Xavier giải thích và nói thêm rằng đây sẽ là trọng tâm của các nghiên cứu trong tương lai. "Đó là một mối quan hệ phức tạp. Các loại tế bào miễn dịch mà chúng ta muốn tăng hoặc giảm sẽ thay đổi hàng ngày, tùy thuộc vào những gì đang diễn ra trong cơ thể. Điều quan trọng là bây giờ chúng ta tìm ra phương pháp để nghiên cứu hệ sinh thái phức tạp này."

Các nhà nghiên cứu cũng cho biết họ đang có kế hoạch áp dụng những dữ liệu này để nghiên cứu hệ thống miễn dịch ở những bệnh nhân đang điều trị các bệnh ung thư khác.

Source: Nature Schluter. J., et al "The gut microbiota is associated with immune cell dynamics in humans"
Links : https://www.nutraingredients.com/Article/2020/11/30/Gut-microbiota-directly-shapes-human-immune-system