Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

 Vi khuẩn đường ruột là những thám tử hóa học — đánh hơi các chất dinh dưỡng và thậm chí cho nhau ăn để giữ cho hệ vi sinh vật đường ruột phát triển mạnh!

Hệ vi sinh vật đường ruột, còn được gọi là cộng đồng vi sinh vật đường ruột, đóng một vai trò quan trọng đối với sức khỏe con người. Cộng đồng vi sinh vật khổng lồ và thay đổi liên tục này được hình thành bởi vô số trao đổi hóa học, bao gồm giữa các vi sinh vật và giữa vi sinh vật với cơ thể con người. Để những tương tác này hoạt động, vi sinh vật đường ruột phải có khả năng phát hiện các chất dinh dưỡng và tín hiệu hóa học xung quanh chúng. Đến nay, các nhà khoa học vẫn biết tương đối ít về toàn bộ các tín hiệu mà các vi sinh vật có thể nhận ra.

Tín hiệu hóa học nào quan trọng nhất đối với vi sinh vật đường ruột có lợi?
  Vượt ra ngoài các mầm bệnh trong nghiên cứu vi sinh

Cho đến nay, phần lớn hiểu biết của các nhà khoa học về khả năng cảm nhận của vi khuẩn đến từ việc nghiên cứu các sinh vật mô hình, đặc biệt là các vi khuẩn gây bệnh. Ít sự chú ý hơn nhiều được dành cho các vi sinh vật cộng sinh — những vi sinh vật không gây bệnh hoặc có lợi, vốn tự nhiên cư trú trong cơ thể con người. Khoảng trống này đã khiến các nhà nghiên cứu đặt câu hỏi rằng những vi khuẩn “có ích” này thực sự đang phát hiện những loại tín hiệu hóa học nào trong môi trường sống của chúng.

Một nhóm nghiên cứu quốc tế do Victor Sourjik dẫn đầu đã bắt đầu giải quyết câu hỏi đó. Nhóm này bao gồm các nhà khoa học từ Viện Max Planck về vi sinh vật học trên mặt đất, thuộc Đại học Ohio và Đại học Philipps-Marburg. Công trình của họ tập trung vào Clostridia, một nhóm vi khuẩn di động được tìm thấy với số lượng lớn trong ruột người và được biết là hỗ trợ sức khỏe đường ruột.
 
Vi khuẩn đường ruột phát hiện nhiều loại chất dinh dưỡng

Các nhà nghiên cứu phát hiện rằng các thụ thể từ hệ vi sinh vật đường ruột của con người có thể nhận diện một phổ rất rộng các hợp chất chuyển hóa. Những chất này bao gồm các sản phẩm phân giải từ carbohydrate, chất béo, protein, DNA và các amin. Thông qua quá trình sàng lọc có hệ thống, nhóm nghiên cứu cũng xác định được những quy luật rõ ràng: các loại cảm biến vi khuẩn khác nhau thể hiện sự ưu tiên riêng đối với những nhóm hóa chất nhất định.

Phát hiện này cho thấy vi khuẩn đường ruột không phản ứng một cách ngẫu nhiên với môi trường của chúng, mà được “tinh chỉnh” để chọn lọc các tín hiệu chuyển hóa cụ thể.

Lactate và Formate nổi bật như những tín hiệu quan trọng

Bằng cách kết hợp các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm với phân tích tin sinh học, các nhà nghiên cứu đã xác định được nhiều ligand hóa học có khả năng gắn với các thụ thể cảm biến điều khiển sự di chuyển của vi khuẩn. Những thụ thể này giúp các vi khuẩn có khả năng vận động phát hiện các nguồn dinh dưỡng đặc biệt quan trọng cho sự phát triển. Kết quả cho thấy sự di chuyển của các vi khuẩn này chủ yếu được thúc đẩy bởi việc tìm kiếm thức ăn.

Trong số tất cả các hóa chất được thử nghiệm, axit lactic (lactate) và axit formic (formate) xuất hiện thường xuyên nhất như các tác nhân kích thích. Điều này cho thấy các hợp chất này có thể đóng vai trò là nguồn dinh dưỡng đặc biệt quan trọng đối với vi khuẩn đường ruột.
 
Trao đổi chéo hỗ trợ hệ vi sinh vật đường ruột khỏe mạnh

Một số vi khuẩn đường ruột có thể tự sản xuất lactate và formate, làm nổi bật tầm quan trọng của việc trao đổi chéo. Trong quá trình này, một loài vi khuẩn giải phóng các chất chuyển hóa mà các loài khác sử dụng làm thức ăn. Loại hợp tác này giúp ổn định hệ sinh thái đường ruột.

“Những miền (domain) này dường như đóng vai trò quan trọng trong các tương tác giữa các vi khuẩn trong đường ruột và có thể giữ vai trò then chốt đối với một hệ vi sinh vật đường ruột khỏe mạnh của con người", Wenhao Xu, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ trong nhóm nghiên cứu của Victor Sourjik và là tác giả chính của bài nghiên cứu phát biểu.
 
Phát hiện các thụ thể cảm biến mới

Thông qua phân tích có hệ thống nhiều loại cảm biến, nhóm nghiên cứu đã xác định được một số nhóm miền cảm biến trước đây chưa được biết đến. Các cảm biến mới được đặc trưng này có tính đặc hiệu đối với lactate, các axit dicarboxylic, uracil (một thành phần cấu tạo của RNA) và các axit béo chuỗi ngắn (SCFAs)

Các nhà nghiên cứu cũng xác định cấu trúc tinh thể của một cảm biến kép mới được phát hiện phản ứng với cả uracil và acetate. Điều này cho phép họ hiểu cách các phân tử này liên kết với cảm biến ở cấp độ phân tử. Cảm biến thuộc một họ lớn các vùng cảm biến phân tử trong protein với các chức năng đa dạng.
 
Quá trình tiến hóa thể hiện tính linh hoạt đáng kinh ngạc

Bằng cách phân tích mối quan hệ tiến hóa giữa các cảm biến uracil và những miền cảm biến liên quan, nhóm nghiên cứu phát hiện rằng tính đặc hiệu với ligand có thể thay đổi tương đối dễ dàng theo thời gian. Sự linh hoạt này giúp giải thích cách vi khuẩn điều chỉnh khả năng cảm nhận của mình khi môi trường sống thay đổi.

"Dự án nghiên cứu của chúng tôi đã mở rộng đáng kể sự hiểu biết về khả năng cảm nhận của vi khuẩn đường ruột có lợi", Victor Sourjik nói. "Theo hiểu biết của chúng tôi, đây là phân tích có hệ thống đầu tiên về sở thích cảm nhận của vi khuẩn không phải mô hình cư trú trong một hốc sinh thái cụ thể. Trong tương lai, cách tiếp cận của chúng tôi có thể được áp dụng tương tự để điều tra một cách có hệ thống các sở thích cảm nhận trong các hệ sinh thái vi sinh vật khác".
 
Tham khảo: Tài liệu được cung cấp bởi Max-Planck-Gesellschaft. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.
 
Tài liệu tham khảo:
Wenhao Xu, Ekaterina Jalomo-Khayrova, Vadim M. Gumerov, Patricia A. Ross, Tania S. Köbel, Daniel Schindler, Gert Bange, Igor B. Zhulin, Victor Sourjik. Đặc hiệu của các thụ thể hóa cảm trong hệ vi sinh vật đường ruột của con người. Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, 2025; 122 (35) doi: 10.1073/pnas.2508950122
Nguồn: Max-Planck-Gesellschaft. (2026, February 8). Gut bacteria can sense their environment and it’s key to your health. ScienceDaily. Retrieved February 25, 2026 from www.sciencedaily.com/releases/2026/02/260208011017.htm