Cách vi sinh vật trong ruột "hack" quyền điều khiển bộ gene của bạn

Nghiên cứu có thể phát triển để giải thích tại sao ăn nhiều chất xơ giúp giảm thiểu ung thư đại tràng.

Bạn đã biết rằng, trong đường ruột của mình lúc này có cả một hệ vi sinh vật đa dạng. Chúng không chỉ ngồi đó và đợi bữa ăn tiếp theo của bạn. Một nghiên cứu mới chỉ ra những vi khuẩn đường ruột này có thể ảnh hưởng đến gene của chúng ta.

Theo đó, một loại hóa chất được tạo ra bởi lợi khuẩn trong hệ tiêu hoá, có tác động đến nhiễm sắc thể trong các tế bào lân cận. Khám phá này có thể giúp chúng ta hiểu rõ hơn mối liên hệ giữa chế độ ăn và sự phát triển của một trong những bệnh ung thư nguy hiểm nhất trên thế giới.

Nghiên cứu được thực hiện bởi Viện Babraham ở Anh. Trong đó, các nhà khoa học phát hiện ra DNA trong biểu mô đường ruột ở người chứa một hóa chất với nồng độ cao bất thường. Hóa chất này từng được biết đến, hoạt động như một công tắc biểu sinh có khả năng bật và tắt gene.

Vi sinh vật trong ruột có thể cướp quyền điều khiển bộ gene của bạn.

Quá trình bật tắt gene biểu sinh, liên quan đến nhiều vấn đề, từ di truyền, lão hóa cho đến sinh ung thư. Ngoài ra, nồng độ cao hóa chất này cũng được ghi nhận tại một bộ phận khác trên cơ thể: não bộ.

Crotonylation là một con đường biến đổi của gene mới được các nhà khoa học phát hiện gần đây. Giống với quá trình methyl hóa, crotonylation làm thay đổi cách gene biểu hiện bằng việc tinh chỉnh môi trường hóa học mà không cần tạo những thay đổi thực tế trên mã gen.

Trong khi methyl hóa sẽ bổ sung một nhóm methyl (CH₃) vào một nucleotide cơ sở - thường là cytosine (C), nhưng thỉnh thoảng là adenosine (A) - crotonylation sẽ gắn một nhóm acetyl (-COCH₃) vào các protein gọi là histones, thứ giúp quấn các sợi DNA gọn gàng lại.

Có thể tưởng tượng histone giống như một lõi, cho phép những sợi DNA được cuốn gọn lại thành một nhúm, nhúm tạo thành đó chính là những sợi nhiễm sắc. Crotonylation xảy ra có thể “bật” một gene nhất định, biểu hiện ra bên ngoài sinh vật một tính trạng.

Trong quá trình tìm kiếm các histones bị acetyl hóa, các nhà khoa học nhận thấy một tác nhân nào đó đang ngăn cản cơ thể loại bỏ những nhóm acetyl khỏi DNA trong quá trình ngược với crotonylation. Họ nghi ngờ tác nhân đó là chính là những phân tử hữu cơ nhỏ, gọi là axit béo ngắn (SCFA). Chúng được tạo ra khi vi khuẩn đường ruột lên men chất xơ trong thực phẩm như rau củ và hoa quả.

Nghiên cứu trước đây đã gợi ý mối liên hệ giữa quá trình trao đổi chất của tế bào và quá trình acetyl hóa, chỉ ra SCFAs chính là tác nhân gây ra điều đó. Qua phân tích các mô có trong một loạt các cơ quan như đại tràng, não, gan, lá lách và thận, các nhà khoa học phát hiện mức độ acetyl hóa cao xảy ra chỉ ở não và đại tràng.

Crotonylation ảnh hưởng đến histones qua đó có thể bật một gene biểu hiện trên sinh vật.

Tại sao quá trình này chỉ xảy ra trong não, chứ không phải các cơ quan khác vẫn còn là điều bí ẩn. Tuy nhiên, nghiên cứu mới này cho thấy vi khuẩn có trách nhiệm cuối cùng đối với biểu hiện gen trong đường ruột.

"Các axit béo chuỗi ngắn là nguồn năng lượng chủ chốt cho các tế bào trong đường ruột, nhưng chúng tôi cũng chỉ ra chúng ảnh hưởng đến crotonylation của gene”, tác giả chính của nghiên cứu, Rachel Fellows từ Viện Babraham cho biết.

Cụ thể, SCFA được tạo ra bởi các loại vi khuẩn tìm thấy trong đường ruột người khỏe mạnh thúc đẩy quá trình acetyl hóa bằng cách ngăn ngừa một enzyme gọi là histone deacetylase 2 (HDAC2) loại bỏ các nhóm acetyl này.

Để xác nhận vi khuẩn thực sự là tác nhân thúc đẩy crotonylation, các nhà nghiên cứu đã cho chuột uống một loại thuốc kháng sinh để tiêu diệt hầu hết vi khuẩn trong ruột của chúng. Kết quả là nồng độ SCFA đã giảm sút, đồng thời, quá trình crotonylation của histones trong ruột cũng giảm.

Nếu các vi khuẩn tồn tại trong đường ruột và thúc đẩy quá trình crotonylation, những lợi ích nào con người có thể nhận được? Đó là điều các nhà khoa học không chắc.

Tuy nhiên, nghiên cứu này gợi ý mối liên hệ giữa chế độ ăn uống ảnh hưởng đến gen của chúng ta. Chẳng hạn, nó có thể giải thích tại sao ăn nhiều chất xơ giúp giảm thiểu ung thư đại tràng.

Nghiên cứu có thể phát triển để giải thích tại sao ăn nhiều chất xơ giúp giảm thiểu ung thư đại tràng.

Với khoảng 770.000 ca tử vong do ung thư đại tràng mỗi năm, tìm ra nhiều cách để ngăn ngừa và điều trị căn bệnh này cũng là một ưu tiên cao dành cho các nhà khoa học.

Trong khi đó, đối với người bình thường, nghiên cứu này là một lời nhắc nhở tốt để chúng ta kiểm tra lại chế độ ăn kiêng của mình, đảm bảo rằng nó không chỉ tốt cho cơ thể mà còn tốt cho cả hệ vi sinh vật đường ruột.

"Ruột của chúng ta là nơi chứa vô số vi khuẩn giúp tiêu hóa thức ăn như chất xơ thực vật”, Patrick Varga-Weisz - một trong số các tác giả nghiên cứu nói.

"Chúng cũng đóng vai trò như một rào cản đối với các vi khuẩn có hại và giáo dục hệ thống miễn dịch của chúng ta. Những vi khuẩn này ảnh hưởng đến tế bào của chúng ta như thế nào là trọng điểm cho các quá trình này".

Nghiên cứu này được xuất bản trên tạp chí Nature Communications.