Bacillota (xưa là Firmicutes): “vi khuẩn béo” mà không béo

Nếu bạn từng nhận một tờ xét nghiệm phân có biểu đồ cột, cái cột cao nhất nhiều khả năng mang nhãn Firmicutes. Tờ kết quả có thể đã bảo bạn rằng nó nghĩa là bạn “được lập trình để tăng cân”. Sau đây là những gì các nghiên cứu thật sự nói về cái cột ấy, và về cái ngành nay đã mang một cái tên mới.

Bacillota là gì

Bacillota là một ngành vi khuẩn: một nhánh ở bậc cao nhất của cây phả hệ vi khuẩn, đúng cái bậc mà “động vật có dây sống” chiếm trong giới động vật. Phần lớn thành viên của nó có vách tế bào dày, một lớp (chúng bắt màu Gram dương) — nhóm Negativicutes bắt màu Gram âm là ngoại lệ thường trực — và một bộ gen tương đối nghèo hai chữ cái ADN là G và C, nên các sách giáo khoa cũ gọi chúng là “Gram dương ít G+C”.

Cái tên thì mới. Suốt nhiều thập niên, ngành này là Firmicutes, từ tiếng Latin nghĩa là “da dai”. Năm 2021 ¹, Ủy ban Quốc tế về Phân loại Vi khuẩn nhân sơ đưa bậc ngành vào bộ quy tắc đặt tên của mình, và Oren cùng Garrity công bố hợp lệ tên chuẩn hóa cho 42 ngành ¹, mỗi tên dựng trên một chi chuẩn. Firmicutes thành Bacillota, cái tên mới dựng trên chi chuẩn Bacillus. Về sinh vật thì chẳng có gì thay đổi; chỉ cái nhãn đổi. Bạn vẫn sẽ gặp tên cũ trên gần như mọi xét nghiệm bán cho người tiêu dùng và trong mọi bài báo viết trước lần đổi ấy, nên bài này dùng cả hai.

Nó sống ở đâu trong bạn

Chủ yếu ở ruột già. Khi Eckburg và cộng sự tại Stanford giải trình tự 13.355 ² trình tự gen ribosome lấy từ niêm mạc đại tràng và phân của người lớn khỏe mạnh vào năm 2005 ², hai ngành chiếm ưu thế là Firmicutes và Bacteroidetes, và phần lớn trình tự thuộc về những loài chưa ai từng nuôi cấy được trong phòng thí nghiệm ². Bức tranh ấy vẫn đứng vững. Dự án Hệ vi sinh vật Người, lấy mẫu người lớn khỏe mạnh ở nhiều vị trí trên cơ thể, thấy rằng ngay cả những người khỏe mạnh cũng khác nhau đáng kể về vi sinh vật họ mang, với sự chuyên biệt hóa rõ rệt theo từng ổ sinh thái từ nơi này sang nơi khác ³. Danh mục MetaHIT đặt con số lên quy mô ấy: 3,3 triệu ⁴ gen vi sinh vật không trùng lặp trong phân của 124 ⁴ người châu Âu, khoảng 150 lần ⁴ số gen của người, và ít nhất 160 ⁴ loài vi khuẩn phổ biến trong từng người một.

Bacillota không dừng lại ở ruột. Các lactobacillus, vốn thuộc ngành này, chiếm ưu thế ở bốn trong năm ⁸ kiểu quần thể mà Ravel và cộng sự tìm ra khi giải trình tự hệ vi sinh vật âm đạo của 396 ⁸ phụ nữ không triệu chứng. Còn Staphylococcus aureus, một thành viên khác, sống chủ yếu trong mũi: bài tổng quan của Wertheim trên The Lancet Infectious Diseases gọi mũi là ổ sinh thái chính của nó ở người ¹³.

Nó làm gì cho chúng ta

Hãy bắt đầu từ cơ chế, vì lợi ích đi ra từ đó. Chất xơ và tinh bột kháng đi tới đại tràng mà chưa bị tiêu hóa. Vi khuẩn đường ruột lên men chúng thành các axit béo chuỗi ngắn, và hai trong số đó — butyrat và propionat — là những chất mà bài tổng quan của Louis và Flint ghi công với một loạt chức năng có lợi cho sức khỏe, trong đó butyrat là nhiên liệu ưa dùng của các tế bào lót đại tràng ⁵. Những loài sinh butyrat chủ lực mà họ mô tả — Faecalibacterium prausnitzii, Eubacterium rectale và nhóm Roseburia — đều là Bacillota, và chúng sống dựa vào việc nuôi chéo nhau: lactat hay succinat của loài này thành nguyên liệu của loài kia ⁵.

Loài được nghiên cứu kỹ nhất trong số đó có bằng chứng riêng. Sokol và cộng sự theo dõi bệnh nhân Crohn sau phẫu thuật cắt đoạn ruột và thấy rằng tỷ lệ F. prausnitzii thấp hơn trên niêm mạc ruột báo trước bệnh tái phát 6 tháng ⁶ sau đó. Trong phòng thí nghiệm, vi khuẩn này làm tế bào máu người sản xuất ít IL‑12 và IFN-gamma hơn rõ rệt và nhiều IL‑10 hơn, còn dịch nổi nuôi cấy của nó chặn được sự hoạt hóa NF-kappaB, một công tắc viêm trung tâm ⁶. Lời dè dặt, nói thẳng: nhánh điều trị của nghiên cứu ấy là chuột bị gây viêm đại tràng bằng hóa chất, không phải người. Nó cho thấy một cơ chế hợp lý, không phải một liệu pháp đã được chứng minh.

Còn có một mẹo sinh tồn nữa. Browne và cộng sự ở Viện Sanger đã nuôi cấy thành công 137 ⁷ loài từ phân người khỏe mạnh vốn bị xếp vào loại không nuôi cấy được, và bộ gen của chúng gợi ý rằng ít nhất 50–60 % ⁷ số chi vi khuẩn đường ruột biết tạo bào tử bền. Phần lớn những kẻ sinh bào tử ấy là Bacillota. Bào tử cho phép các vi khuẩn đường ruột ghét oxy sống sót qua chặng đường từ người này sang người kia, và đó nhiều khả năng là cách phần lớn quần thể này được chia sẻ ngay từ đầu ⁷.

Nó làm gì chống lại chúng ta

Chính ngành ấy cũng chứa vài mầm bệnh nghiêm trọng nhất mà chúng ta mang trong người. Clostridioides difficile là một thành viên Bacillota sinh bào tử, chiếm lấy đại tràng sau khi kháng sinh dọn sạch các đối thủ của nó. Trong chương trình giám sát chủ động ở 10 ¹² vùng của Hoa Kỳ, Lessa và cộng sự ước tính 453.000 ¹² ca nhiễm và khoảng 29.000 ¹² ca tử vong chỉ riêng trong năm 2011 ¹²; 65,8 % ¹² số ca liên quan đến chăm sóc y tế, và người từ 65 ¹² tuổi trở lên có tỷ số tỷ lệ mắc là 8,65 ¹² so với người trẻ hơn. Staphylococcus aureus là ví dụ thường ngày còn lại: bài tổng quan của Wertheim ghi nhận người mang vi khuẩn ở mũi có nguy cơ cao hơn sẽ nhiễm trùng bằng chính chủng của mình, và tình trạng kháng kháng sinh ngày càng tăng của mầm bệnh này làm việc điều trị khó hơn trên toàn thế giới ¹³.

Hãy để ý điều mà hai kẻ này có chung với những thành viên hữu ích ở trên: bào tử, vách dày, sự dai dẳng. Chính các đặc tính khiến Bacillota là đồng minh bền bỉ cũng khiến mầm bệnh của nó khó dọn sạch.

Tỷ lệ béo phì, nói cho sòng phẳng

Giờ đến cái biểu đồ cột. Năm 2006 ⁹, Ley, Turnbaugh, Klein và Gordon báo cáo trên Nature rằng 12 ⁹ người béo phì tình nguyện mang tỷ lệ Bacteroidetes thấp hơn người gầy, và tỷ lệ ấy tăng lên khi họ giảm cân bằng hai ⁹ chế độ ăn ít calo. Nghiên cứu đi kèm trên chuột thấy rằng một hệ vi sinh vật “béo phì” rút được nhiều năng lượng hơn từ thức ăn, và đặc tính ấy truyền được sang chuột vô khuẩn ¹⁰. Từ những bài báo đó, tỷ lệ Firmicutes/Bacteroidetes đi vào văn hóa đại chúng như một cái núm vặn béo — gầy.

Bằng chứng về sau đã không chiều theo. Magne và cộng sự rà lại y văn năm 2020 ¹¹ và thấy kết quả giữa các nghiên cứu mâu thuẫn nhau, với những khác biệt được giải thích dễ dàng bằng cách xử lý mẫu, phương pháp giải trình tự và lối sống mô tả sơ sài chẳng kém gì bằng cân nặng. Kết luận của chính họ, bằng chính lời họ: hiện rất khó gắn tỷ lệ này với một tình trạng sức khỏe xác định, và càng khó coi nó là dấu ấn của béo phì ¹¹. Vậy nên một cột Bacillota cao trên tờ xét nghiệm không phải là một chẩn đoán. Nó là ảnh chụp nhanh một cái ngành chứa cả những loài sinh butyrat mà niêm mạc đại tràng của bạn chạy bằng, lẫn những mầm bệnh mà bệnh viện của bạn lo lắng, và cái cột ấy không thể cho bạn biết bạn đang có loài nào.