Vi trùng trong cơ thể
Chính xác bao nhiêu sự sống siêu nhỏ nằm bên trong cơ thể bạn?
Nếu chúng ta cân chúng lên thì người trưởng thành bình thường mang theo khoảng 1.36 kg vi trùng. Điều này khiến hệ vi sinh vật của bạn là một trong các cơ quan lớn nhất trong cơ thể bạn, gần bằng trọng lượng của não bộ và nhẹ hơn gan một chút.
Chúng ta đã biết rằng, về mặt số lượng tuyệt đối của tế bào, các tế bào vi sinh trong cơ thể bạn vượt quá số tế bào cơ thể khoảng 3 lần. Điều gì xảy ra nếu chúng ta đo lường bằng DNA? Trong trường hợp này, mỗi chúng ta có khoảng 20 nghìn gen ở người. Nhưng chúng ta mang theo khoảng 2 triệu đến 20 triệu gen vi sinh vật. Điều này có nghĩa là nói về mặt gen, chúng ta ít nhất là 99% vi khuẩn.
Nếu bạn muốn bảo đảm phẩm giá người, hãy nghĩ về điều này là một vấn đề phức tạp. Mỗi tế bào người chứa nhiều gen hơn mỗi tế bào vi sinh. Nhưng bạn có nhiều vi trùng đến mức tất cả chủng loại gen của chúng cộng lại hơn số gen của các tế bào cơ thể.
Các sinh vật sống bên trong và trên cơ thể chúng ta nhiều loại và đa dạng. Phần lớn nhưng không phải tất cả chúng là các sinh vật đơn bào. Chúng đến từ tất cả 3 nhánh của cây sự sống. Bạn có thể tìm trong đường ruột của bạn các thành viên của vi khuẩn cổ, các sinh vật đơn bào hình thành không cần nhân; loại phổ biến nhất là methanogen, sinh vật tồn tại không cần ô xy, giúp tiêu hóa thức ăn của chúng ta, và bài tiết ra khí methane. (Bò cũng có vi khuẩn này.) Rồi có eukaryote, chẳng hạn như nấm của bệnh to chân, và men ở trong âm đạo và đôi khi trong đường ruột của chúng ta. Phổ biến nhất trong số tất cả là vi khuẩn của chúng ta, giống như khuẩn Escherichia, thứ chúng ta gần như nghĩ khi bị ốm do rau bi na rửa không kỹ nhưng chúng thực sự tồn tại vô hại và hữu ích trong hầu hết đường ruột ở người.
Hàng ngày, với sự hỗ trợ của công nghệ mới, chúng ta phát hiện ra rằng những sinh vật này vẫn đa dạng hơn chúng ta biết. Nó gần như thể chúng ta rà soát đại dương với một cái lưới mắt rất rộng và kết luận rằng sự sống của biển hoàn toàn chứa cá voi và mực to. Chúng ta đã phát hiện rằng có nhiều hơn thế ở ngoài kia. Ví dụ, bạn có thể đoán rằng bất cứ hai loại vi khuẩn trong đường ruột mình, ăn bánh sandwich mới nhất của bạn, tương đối giống nhau, như cá trồng và cá mòi. Trên thực tế, sự khác nhau của chúng như là dưa chuột biển và cá mập trắng lớn: hai động vật với hành vi, nguồn dinh dưỡng và vai trò sinh thái học rất khác nhau.
Vì thế, tất cả các vi trùng của chúng ta ở đâu và chúng đang làm gì? Hãy đi vòng quanh cơ thể và tìm hiểu.
Làn da
Các nhà khoa học vẫn tìm kiếm mục đích sinh sôi các sinh vật này sống trên cơ quan lớn nhất của chúng ta, da. Chúng có thể có vai trò khác nhưng chắc chắn hơn: chúng góp phần tạo mùi của cơ thể chúng ta, gồm mùi hấp dẫn muỗi. Như đã nói trước đây, muỗi thích mùi hương của người này hơn người khác và vi trùng chịu trách nhiệm cho điều này. Những vi trùng này trao đổi các chất hóa học mà làn da của chúng ta tạo thành các thành phần hữu cơ dễ thay đổi khác nhau mà muỗi thích hay không thích. Loại muỗi khác nhau ưu thích những phần khác nhau của cơ thể chúng ta. Với muỗi Anophen, một trong những loại muỗi chính truyền bệnh sốt rét, mùi hấp dẫn không đến từ nách mà từ tay và chân của chúng ta. Điều này gia tăng khả năng rằng thuốc kháng sinh xoa lên tay và chân có thể loại bỏ vụ tấn công từ loại muỗi đặc biệt này. Bằng cách giết các vi trùng, bạn sẽ giết mùi.
Giống tất cả các vi trùng của chúng ta, những loại trên da không cần thiết tồn tại vì lợi ích của chúng ta. Nhưng như các dân cư ôn hòa, chúng thực sự giúp chúng ta rất nhiều: đơn giản bằng cách sinh sống trên cơ thể chúng ta, chúng khiến các loại vi trùng bẩn hơn khó lây nhiễm cho chúng ta. Các phần khác nhau của da có các vi trùng khác nhau và đa dạng. Số loại vi trùng khác nhau không cần thiết liên hệ với số vi trùng bạn có trong từng vị trí. Thường thì ngược lại. Trong thuật ngữ người Mỹ, hãy tưởng tượng nếu Vermont (dân số, 600 nghìn) có sự đa dạng sắc tộc của hạt Los Angeles (dân số, 10 triệu) và Los Angeles đơn nhất như Vermont. Nách của bạn và trán của bạn có rất nhiều vi khuẩn nhưng tương đối ít loại. Ngược lại, lòng bàn tay và cẳng tay có ít vi trùng sinh sống nhưng nhiều loại. Phụ nữ có xu hướng có nhiều cộng đồng vi sinh vật đạ dạng hơn trên tay so với đàn ông. Chúng có thể đến từ sự khác biệt về mặt sinh học mặc dù nguyên nhân vẫn chưa được biết.
Chúng ta cũng thấy rằng vi trùng sống bên tay trái bạn khác vi trùng sống bên tay phải bạn. Trên mỗi bộ phần của tay thì lại có những cộng đồng vi sinh vật khác nhau. Hệ vi sinh trên tay bạn rất khác với hệ sinh sinh trên tay của người khác, nói chúng ít nhất 85% khác nhau về mặt đa dạng chủng loại. Điều này có nghĩa là bạn có một dấu lăn tay hệ vi sinh.
Mũi và phổi
Dọc hành trình của chúng ta, hãy xem mũi của bạn. Mũi người có hệ vi sinh riêng. Trong số đó là Staphylococcus aureus – Tụ cầu vàng, vi khuẩn gây nhiễm trùng tụ cầu khuẩn trong bệnh viện. Dường như những người khỏe mạnh thường là nhà cho loại vi trùng chúng ta gọi là nguy hiểm. Điều chúng tôi nghĩ có lẽ diễn ra ở đây là vi khuẩn khác bạn có trong mũi có thể ngăn ngừa Tụ cầu vàng xâm chiếm mũi. Một phát hiện thú vị khác là môi trường của chúng ta ảnh hưởng lớn đến loại vi khuẩn trong mũi của chúng ta. Trẻ con có nhiều loại vi khuẩn đa dạng hơn trong mũi của chúng lúc nhỏ, chẳng hạn những trẻ sống gần nông trại, ít có khả năng phát triển hen và dị ứng sau này. Dường như chơi bẩn có thể tốt cho bạn.
Dọc xuống phổi, chúng ta thường chỉ thấy các vi khuẩn chết. Bề mặt phơi không khí của phổi chứa một hỗn hợp các chuỗi a xít a min chống vi sinh vật: các protein nhỏ giết vi khuẩn ngay khi chúng vào đó. Mặc dù, ở những người ốm, chẳng hạn với những người xơ hóa nang hay suy giảm hệ miễn dịch (HIV), đôi khi bạn sẽ thấy hệ vi sinh độc hại góp phần cho bệnh phổi.
Cho dù cổ họng của bạn có hệ vi sinh riêng, hay chỉ có vi khuẩn từ miệng đi qua, vẫn là một vấn đề tranh cãi về mặt khoa học. Tuy nhiên, chúng ta có thể nói rằng các vi khuẩn trong cổ họng của người hút thuốc dường như khác với các vi khuẩn của những người không hút thuốc, có lẽ nó cho thấy hút thuốc không chỉ gây hại cho chúng ta mà còn cho các sinh vật sống bên trong chúng ta nữa.
Miệng và dạ dày
Bạn có lẽ đã nghe về vi khuẩn xấu trong miệng – những loại có thể gây bệnh viêm và sâu răng. Một loại xấu được gọi là Streptococcus mutans, một sinh vật thích ăn răng của chúng ta. Nó dường như đã tiến hóa cùng với nền nông nghiệp của con người, khiến chế độ ăn của chúng ta giàu cacbonhydrate, đặc biệt là đường. Giống như chúng ta tình cờ bắt chuột thành thị ăn thức ăn từ rác, ký sinh vi khuẩn đã làm tổ trong cơ thể của chúng ta. May mắn thay, phần lớn vi khuẩn trong miệng chúng ta là có ích, hình thành nên màng sinh học ngăn các vi khuẩn xấu. Vi khuẩn miệng của chúng ta thậm chí có thể giúp kiểm soát huyết áp máu bằng cách thư giãn các động mạch của chúng ta với một thành phần chúng giúp sản sinh ra gọi là o xít nitric (một hóa chất tương tự ô xít nitrous bạn gặp khi làm nha khoa).
Các loại vi khuẩn khác, gọi là Fusobacterium nucleatum, thường được tìm thấy trong miệng khỏe mạnh nhưng cũng có thể góp phần cho bệnh bựa răng. F. nucleatum thú vị vì nó được quan sát với khối u của những người bị ung thư đại tràng. Chúng tôi không biết liệu mối liên hệ này là nguyên nhân hay kết quả: F.nucleatum có thể sinh ra bệnh tật, hay nó có thể đơn giản phản ứng với môi trường nơi khối u sinh sống. Các vi khuẩn trong miệng của bạn cũng đa dạng. Thậm chí, mặt khác nhau của một chiếc răng có thể có các cộng đồng vi khuẩn khác nhau. Điều này có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều nhân tố, gồm phơi ô xy và cách nhai.
Trong dạ dày, chúng ta thấy một môi trường a xít, giống như một viên pin xe hơi, nơi chỉ có một số loại vi khuẩn tồn tại. Nhưng những loại vi khuẩn ở đây có thể rất quan trọng. Một loại quan trọng là Helicobacter pylori (or H. pylori), đã sinh sống cùng chúng ta lâu đến mức chúng ta có thể nói dân số nào quan hệ gần gũi với nhau – và với ai chúng liên hệ khi chúng sinh sôi = bằng cách nhìn vào các chuỗi H.pycoli cụ thể chúng sinh sôi.
H.pycoli đóng vai trò quan trọng trong các khối u, vết đau trong dạ dày hay ruột nôn nơi màng nhày bảo vệ đã bị mòn và a xít dạ dày ăn mòn mô cơ thể. Các triệu chứng bắt đầu với hơi thở hôi và cơn đau dạ dày dữ dội, và leo thang tới nôn và chảy máu. Đã nhiều năm, các bác sỹ đổ lỗi các khôi u do stress và chế độ ăn, khuyên bệnh nhân nghỉ ngơi và cắt giảm các thực phẩm gia vị, cồn và cà phê. Sữa và chất giảm độ a xít trong dạ dày được khuyên dùng. Bệnh nhân giảm nhẹ triệu chứng nhưng hiếm khi hồi phục hoàn toàn. Vào những năm 1980, bác sỹ người Aucs Barry Marshall và J. Robin Warren chỉ ra rằng phần lớn các khối u thực sự gây ra bởi nhiễm trùng H. pylori infections và có thể được điều trị bằng kháng sinh hay các hóa chất như bismuth, tấn công vi khuẩn. Trên thực tế, Marshall rất chắc chắn về điều này đến mức ông đã uống mẫu H. pylori, tự chữa viêm dạ dày và đoạt giải Nobel, giải ông cùng nhận với Warren.
Tuy nhiên, ngày nay chúng ta biết rằng 50% toàn bộ dân số có H.pycoli. Vậy tại sao tất cả họ không có khối u? Dường như H.pycoli chỉ là một trong nhiều nhân tố rủi ro sinh ra u: cần thiết nhưng không đủ. H.pycoli, cùng với rất nhiều loại vi khuẩn chúng ta liên hệ với bệnh tật, dường như là loại nhiều người mang theo mà không có vấn đề gì. Một trong những thách thức và hứa hẹn của khoa học vi sinh là tìm hiểu cách và lý do những vi khuẩn này đôi khi tấn công chúng ta.
Đường ruột
Tiếp theo, chúng ta tới ruột. Chúng tôi tin đây là cộng đồng vi sinh lớn và quan trọng nhất trong cơ thể. Nếu bạn là một vi khuẩn sống trên người, đây là nơi chính. Nơi đây là ngôi nhà lớn của hệ tiêu hóa của chúng ta, dài từ 6 đến 8 mét và khắp ngóc ngách. Nó là nơi sinh sống tốt cho các vi khuẩn: ấm, nhiều thức ăn, nhiều nước, và hệ thống thải thuận tiện. Với dân cư vi khuẩn lớn và giàu năng lượng, đường ruột của chúng ta giống thành phố New York và nước Ả rập giàu dầu mỏ.
Ruột non là nơi phần lớn dưỡng chất từ thực phẩm của bạn được hấp thụ vào máu. Ruột già hay đại tràng là nơi nước được hấp thụ, và các vi khuẩn hữu ích lên men chất xơ trong chế độ ăn của bạn, chất xơ chưa tiêu hóa từ ruột non. Điều này giải phóng thậm chí nhiều năng lượng hơn cho bạn để sử dụng. Do chúng hoạt động dọc theo hệ tiêu hóa của chúng ta, các vi khuẩn đường ruột là người canh giữ cổng của quá trình trao đổi chất của chúng ta theo nhiều cách. Chúng có tiềm năng ảnh hưởng thứ chúng ta ăn, bao nhiêu calorie chúng ta nhận được, dưỡng chất và chất độc gì chúng ta bị phơi nhiễm, và cách thuốc ảnh hưởng đến chúng ta.
Thực tế quan trọng khác về bộ sưu tập rất quan trọng cộng đồng vi sinh vật này, về mặt khoa học, là nó rất dễ lấy mẫu. Các vi khuẩn chỉ lột xác và thoát ra, sống hay chết, thường đi theo cà phê buổi sáng. Phân của bạn chứa các vi khuẩn phần lớn từ đại tràng, nơi gần hậu môn hơn. Nói chung, trong khi có sự khác biệt giữa các vi khuẩn trong ruột non và ruột già, thì sự thay đổi này là nhỏ khi so với sự thay đổi giữa từng người. Điều này nghĩa là phân của bạn là một bằng chứng tốt về các vi khuẩn riêng của đường ruột bạn.
Dĩ nhiên, theo một số cách, bức tranh vi khuẩn chúng ta thu được từ phân là bức tranh méo mó. Ví dụ, E.coli đã tạo ra rất nhiều tiêu đề như một loại vi khuẩn dường như đáng ngại thỉnh thoảng xuất hiện trong thực phẩm ở nhà hàng có bếp không sạch sẽ, nhưng nó không đáng ngại. Chúng ta nghe về nó chỉ vì nó dễ tìm thấy trong phân. (Nếu bạn thấy E.coli trong thịt hay rau, nó nghĩa là chúng đã bị lây nhiễm bởi phân.) Trên thực tế, E.coli không thực sự là loại chính trong đường ruột, nó chứa ít hơn 1 tế bào trong 10.000 người trưởng thành khỏe mạnh nhất. Sự nổi tiếng của nó do thực tế là nó cơ bản là một cỏ dại, bồ công anh của vi khuẩn, và tăng trưởng khỏe mạnh trong đĩa petri. Điều tương tự cũng đúng với các vi khuẩn khác, loại nhiều năm đã đóng vai trò quá mức trong sự hiểu biết của chúng ta về hệ vi sinh của chúng ta: chúng ta biết về chúng bởi vì chúng dễ nuôi trong phòng thí nghiệm.
Hầu hết các vi khuẩn trong đường ruột của chúng ta thay đổi thường xuyên, và chúng ta chưa biết cách nuôi chúng trong phòng thí nghiệm. Những vi khuẩn đường ruột này, chủ yếu từ hai nhóm vi khuẩn chính gọi là Firmicute và Bacteroidetes, quan trọng cho quá trình tiêu hóa thực phẩm và trao đổi thuốc, nhưng chúng cũng liên quan tới hàng loạt căn bệnh gồm béo phì, bệnh viêm đường ruột, ung thư đại tràng, bệnh tim, bệnh đa xơ cứng và tự kỷ. Đây là lý do tại sao công nghệ như chuỗi DNA thế hệ tiếp theo là một cuộc cách mạng. Chúng ta cuối cùng sẽ có thể nhìn vào điều đến nay là không thể thấy được.
Cơ quan sinh dục
Đầu tiên, một thú nhận về sự thiếu hiểu biết: chúng ta chưa biết nhiều về các vi khuẩn nằm trên và bên trong dương vật.
Tuy nhiên, âm đạo đã được nghiên cứu kỹ. Trong phụ nữ khỏe mạnh trưởng thành, âm đạo thường có một vài loại Lactobacillus sinh sống. Không, chúng không giống các loại Lactobacillus bạn thấy trong sữa chua, nhưng chúng liên hệ chặt và cũng sản sinh a xít latic, duy trì a xít âm đạo. Dường như không phải mọi âm đạo khỏe mạnh đều có hệ vi sinh giống nhau. Và chúng ta sẽ thấy, trong vài khía cạnh, các vi khuẩn ở âm đạo xác định số phận của chúng ta.
(còn tiếp, trích dẫn từ tài liệu của giáo sư Rob Knight tại đại học Carlifornia)