What we do and don’t know about gut health

The microbiome inside our bodies dictates many aspects of our health – and is as individual as we are.

• By Jessica Brown

22 January 2019

Inside your gastrointestinal (GI) tract are trillions of micro-organisms, including bacteria, fungi and viruses. You have roughly the same number of micro-organisms in there, mostly in the large intestine, as you do human cells in your entire body. But only 10% to 20% of the bacteria you have in your gut will be shared with anyone else.

Bên trong đường ruột của chúng ta là hàng ngàn tỷ vi sinh vật, trong đó có vi khuẩn, nấm và virus.

Số lượng vi sinh vật trong đó, chủ yếu là ở đại tràng, gần bằng số lượng tế bào trong toàn bộ cơ thể. Nhưng chỉ có từ 10% đến 20% số vi khuẩn chúng ta có trong đường ruột là giống với những người khác.

GETTY IMAGES

These microbiomes differ hugely from person to person, depending on diet, lifestyle and other factors, and they influence everything from our health to our appetites, weight and moods. But despite being one of the most-researched parts of the body, there’s still a long way to go to fully understanding our guts. BBC Future reviewed the findings of some of the science so far.

Những hệ vi sinh vật này khác biệt rất lớn từ người này đến người khác, tùy thuộc vào cách ăn uống, lối sống và các nhân tố khác, và chúng ảnh hưởng đến mọi thứ từ sức khỏe cho đến khẩu vị, cân nặng và tâm trạng.

Tuy nhiên, mặc dù là một trong những bộ phận cơ thể được nghiên cứu nhiều nhất, vẫn còn một chặng đường dài để có thể hiểu đầy đủ đường ruột của chúng ta.

BBC Future xem qua một số phát hiện trong khoa học cho đến nay.

Diet

Our diets have a huge influence the gut microbiome. Research has found links between Western diet, typically high in animal fat and protein and low in fibre, with increased production of cancer-causing compounds and inflammation. The Mediterranean diet, on the other hand, which is typically high in fibre and low in red meat, has been likened to increased levels of faecal short-chain fatty acids, which have been found to have anti-inflammatory effects and improve the immune system.

Cách ăn uống

Cách ăn uống của chúng ta có ảnh hưởng rất lớn đến hệ vi sinh đường ruột.

Các nghiên cứu đã tìm thấy mối liên hệ giữa cách ăn uống của người phương Tây, chủ yếu là nhiều protein và mỡ động vật, và ít chất xơ, với việc sản xuất ra càng nhiều hợp chất gây ra ung thư và sự viêm tấy.

Ngược lại, ẩm thực ở vùng Địa Trung Hải, vốn rất giàu chất xơ và ít thịt đỏ, được xác định là có tác dụng chống viêm tấy và cải thiện hệ miễn dịch.

Scientists hope that population-wide research will advance existing findings. One such project, the ongoing American Gut Study, is collecting and comparing the gut microbiomes of thousands of people living in the US. So far, research suggest those whose diets include more plant-based foods have a more diverse microbiome, and one that is “extremely different” from those who don’t, says Daniel McDonald, the project’s scientific director.

Các nhà khoa học hy vọng rằng nghiên cứu trên toàn bộ người dân sẽ thúc đẩy những phát hiện hiện nay.

Một trong những dự án như thế, dự án Nghiên cứu Đường ruột Mỹ vốn hiện vẫn đang được tiến hành, đang thu thập và so sánh hệ vi khuẩn đường ruột của hàng ngàn người sinh sống ở Mỹ.

Cho đến nay, các nghiên cứu cho thấy những người có khẩu phần ăn gồm nhiều thực phẩm từ thực vật thì có hệ vi khuẩn đa dạng hơn và ‘hết sức khác biệt’ với những ai ăn ít rau củ, ông Daniel McDonald, giám đốc khoa học của dự án, nói.

“We can’t say one end is healthy or unhealthy yet, but we suspect that those who are eating a diet rich in fruits and vegetables have very healthy microbiomes,” he says. However, McDonald adds, it’s unclear if and how radically switching from a diet high in plant-based food to a diet low in healthy food would change the microbiome.

“Chúng tôi chưa thể nói mỗi kiểu ăn uống là lành mạnh hay không lành mạnh, nhưng chúng tôi thấy rằng những ai có khẩu phần ăn giàu hoa quả và rau củ thì có hệ vi khuẩn rất khỏe mạnh,” ông giải thích.

Tuy nhiên, ông McDonald cũng nói thêm rằng hiện vẫn chưa rõ liệu chúng ta chuyển đổi một cách triệt để từ cách ăn uống nhiều rau củ sang cách ăn uống có ít thực phẩm lành mạnh liệu có làm thay đổi hệ vi khuẩn hay không và bằng cách nào.

Probiotics

There has been a lot of hype around the health benefits of prebiotics and probiotics in recent years, but while they’re increasingly used in treatments including inflammatory bowel diseases such as Crohn’s disease and ulcerative colitis, several reviews suggest there needs to be further research on which strains and dosages are effective.

Vi khuẩn có ích

Đã có rất nhiều những lời tán dương về lợi ích cho sức khỏe của probiotics (vi khuẩn có ích) và prebiotics (là chất xơ hoà tan, thức ăn cho vi khuẩn có ích) trong những năm qua.

Tuy nhiên, trong khi chúng được sử dụng ngày càng nhiều trong các cách điều trị một số bệnh, gồm cả bệnh viêm loét đại tràng, thì có một số bản đánh giá cho rằng cần phải có thêm nghiên cứu xem chủng vi khuẩn có ích nào là có lợi, và sử dụng chúng với liều lượng như thế nào mới có hiệu quả.

Eran Elinav, an immunologist at the Weizmann Institute of Science in Israel, has recently found that some people are immune to probiotics – although he did this in a relatively small study that would require future research to come to any concrete answers. He gave 25 healthy individuals either 11 strains of probiotics or placebos, and tested their microbiomes and gut function with colonoscopies and endoscopies before and three weeks after the intervention.  

Eran Elinav, nhà miễn dịch học tại Viện Khoa học Weizmann của Israel, mới đây đã phát hiện ra được một số người miễn nhiễm đối với vi khuẩn có ích – mặc dù ông chỉ tiến hành một nghiên cứu tương đối nhỏ và sẽ cần có thêm các nghiên cứu nữa mới có thể cho ra những câu trả lời cụ thể.

Ông đã cấy vào 25 người khỏe mạnh 11 chủng vi khuẩn có ích, và kiểm tra hệ vi khuẩn cùng chức năng đường ruột của họ trước và ba tuần sau khi cấy.

GETTY IMAGES Ở một số người, các vi khuẩn có ích được hệ vi khuẩn tại chỗ chào đón và có thể cư trú, sinh sôi trong đường ruột, nơi các vi khuẩn có ích làm thay đổi hệ vi khuẩn (Siome people have a gut biome which welcomes probiotic supplements)

“People could be divided into two groups – those in which probiotics were welcomed by indigenous microbiome and allowed to colonise the GI tract, where probiotics were able to change the microbiome, and those who were resistant. In this group, the probiotics weren’t allowed to settle in, and did almost nothing,” he says.

“Những người này có thể được chia làm hai nhóm – ở nhóm thứ nhất, các vi khuẩn có ích được hệ vi khuẩn tại chỗ chào đón và có thể cư trú, sinh sôi trong đường ruột, nơi các vi khuẩn có ích làm thay đổi hệ vi khuẩn.”

“Nhóm thứ hai là nhóm kháng khuẩn. Trong nhóm này, vi khuẩn có ích không thể xâm nhập vào và không làm gì được cả,” ông nói.

The researchers were able to predict which category a person would fall into by examining features in their microbiome. Elinav says his findings suggest a need for more advanced tailoring to personalise probiotics to the needs of individuals.

Các nhà nghiên cứu có thể dự đoán một người nằm trong nhóm chào đón hay kháng cự bằng cách xem xét các đặc điểm của hệ vi khuẩn của họ.

Elinav nói rằng những phát hiện của ông cho thấy cần phải cụ thể hóa vi khuẩn có ích theo nhu cầu của từng cá nhân.

Health

Gut microbiota has a major role to play in the health and function of the GI tract, with evidence that conditions such as as irritable bowel syndrome (IBS) often coincide with altered microbiota. But it also plays a much wider role in our health, and this is largely determined in the first few years of life.

Sức khỏe

Hệ vi khuẩn đường ruột có vai trò quan trọng trong sức khỏe và chức năng của đường ruột. Có những bằng chứng cho thấy các chứng bệnh như hội chứng ruột kích thích thường trùng hợp với tình trạng hệ vi khuẩn bị biến đổi.

Hệ vi khuẩn đường ruột có thể đóng vai trò to lớn hơn trong sức khỏe chúng ta và điều này phần lớn được định hình trong một vài năm đầu đời.

Our microbiomes start developing when we’re born, when microbes colonise the human gut. Babies delivered by natural birth have been found to have higher gut bacterial counts than those delivered by Caesarean section because of the contact they make with their mother’s vaginal and intestinal bacteria, says Lindsay Hall, microbiome research leader at Quadram Institute Bioscience.

“C-section-born infants miss out on that initial inoculation, and some of the microbes they come into contact with will be from the skin and environment” says Hall.

Hệ vi khuẩn của chúng ta bắt đầu hình thành khi chúng ta sinh ra, khi các vi khuẩn bắt đầu cư trú trên đường ruột.

Những đứa trẻ sinh thường có số lượng vi khuẩn đường ruột cao hơn những đứa trẻ sinh mổ, bởi các bé trong quá trình chào đời đã tiếp xúc với vi khuẩn âm đạo và vi khuẩn ruột của người mẹ, bà Lindsay Hall, phụ trách công tác nghiên cứu về hệ vi khuẩn tại Viện Sinh học Quadram, giải thích.

“Những trẻ sinh mổ mất cơ hội nhiễm khuẩn đầu tiên đó, và một số vi khuẩn mà chúng tiếp xúc là từ da và môi trường,” bà Hal nói thêm.

“This is very important for infants to develop their immune systems. Recent work has suggested that disturbances in early life gut microbiome have negative consequences for host health,” she says.

“Điều này rất quan trọng giúp trẻ phát triển hệ miễn dịch. Các công trình gần đây cho thấy sự xáo trộn trong hệ vi khuẩn đường ruột đầu đời sẽ có hậu quả tiêu cực đến sức khỏe các bé,” bà nói.

“Numerous studies have shown that C-sections affect health long-term, and there’s strong evidence to suggest they lead to a higher risk of developing allergies, and a less robust ecosystem, meaning you’re more susceptible to changes and disturbances, such as antibiotics.

“Rất nhiều nghiên cứu đã cho thấy sinh mổ ảnh hưởng đến sức khỏe về lâu dài, và có bằng chứng mạnh mẽ cho thấy nó dẫn đến nguy cơ cao bị mắc các chứng dị ứng và hệ sinh thái yếu ớt hơn, có nghĩa là bạn sẽ dễ bị ảnh hưởng trước những thay đổi và xáo trộn, chẳng hạn như kháng sinh.”

“However, there is no robust evidence on what this difference means specifically for the immune system.”

There are also differences in the microbiomes of breast-fed and formula-fed babies. Bifidobacterium, a group of bacteria associated with health, are often found in the guts of babies who are breast-fed.

“Tuy nhiên, không có bằng chứng mạnh mẽ cho thấy khác biệt này có ý nghĩa cụ thể như thế nào đối với hệ miễn dịch.”

Ngoài ra cũng có sự khác biệt trong hệ vi khuẩn của những trẻ em được cho bú bằng sữa mẹ và trẻ uống sữa công thức.

“We know that Bifidobacterium are able to digest components found in breast milk. These components are not normally found in formula milk, which is why formula-fed babies have less of them,” Hall says.

Bifidobacterium, một nhóm các vi khuẩn có liên quan đến sức khỏe, thường được tìm thấy ở đường ruột của những em bé được nuôi bằng sữa mẹ.

“Chúng ta biết rằng Bifidobacterium có khả năng tiêu hóa những thành phần được tìm thấy trong sữa mẹ. Những thành phần này không thường được tìm thấy trong sữa công thức (sữa bột trẻ em). Đó là lý do tại sao trẻ em được nuôi bằng sữa công thức có ít vi khuẩn loại này,” Hall nói.

Các nhà khoa học đang tiến gần hơn tới khả năng hiểu rõ được cách thức sử dụng đường ruột để chữa bệnh.

Một trong những liệu pháp chữa trị mới nhất trong lĩnh vực này là cấy hệ vi khuẩn trong phân: hệ vi khuẩn của một người khỏe mạnh được cấy vào đường ruột người bệnh.

The procedure is used to treat antibiotic-resistant intestinal bacteria clostridium difficile, which can infect the bowel and cause diarrhoea. Though there’s no conclusive evidence on the underlying mechanism, it’s believed that the transplant repopulates a microbiome with diverse bacteria that helps to fight the bacterium off.

Quy trình này được sử dụng để chữa trị bệnh nhiễm khuẩn đường ruột do vi khuẩn clostridium difficile ở những bệnh nhân lờn kháng sinh, vốn có thể gây tiêu chảy.

Mặc dù không có bằng chứng kết luận về cơ chế hoạt động của nó, người ta tin rằng việc cấy có thể làm đầy hệ vi khuẩn trở lại với các loại vi khuẩn đa dạng, giúp đẩy lùi các vi khuẩn có hại.

The big question around these transplants is defining what a normal gut microbiome is.

“We haven’t established what’s normal, but also what’s normal for each individual. It depends on their ethnicity, environment and other things they body has gone through,” says Fiona Pereira, head of business development and strategy for the department of surgery and cancer at Imperial College London, which oversees research into the relationship between the microbiome and diet.

Vấn đề lớn đặt ra đối với cách làm này là xác định thế nào là hệ vi khuẩn đường ruột bình thường.

“Chúng tôi vẫn chưa xác định được thế nào là bình thường cũng như thế nào là bình thường cho mỗi cá nhân. Nó tùy thuộc vào sắc tộc, môi trường và những thứ khác mà cơ thể họ trải qua,” Fiona Pereira, người đứng đầu bộ phận chiến lược và phát triển kinh doanh cho Khoa Phẫu thuật và Ung thư tại Đại học Imperial College London, vốn giám sát các nghiên cứu về mối quan hệ giữa các ăn uống và hệ vi khuẩn, nói.

Pereira says if scientists can gain a clear understanding of what is healthy in different ethnic groups and age groups, they can then profile a person and see how their gut varies and what this is related to – it could be diet, environment, or genetic predispositions to certain diseases.

Pereira nói rằng một khi các nhà khoa học nắm biết, hiểu rõ được thế nào là hệ vi khuẩn lành mạnh trong các nhóm sắc tộc và tuổi tác khác nhau, thì họ có thể phác nên thông tin của một người và xem đường ruột của họ khác biệt như thế nào, nó có liên quan đến những yếu tố nào – đó có thể là cách ăn uống, môi trường, hay xu hướng dễ mắc một số chứng bệnh do di truyền.

 

Antibiotics

It is already well established that antibiotics can dramatically alter our gut microbiota.

Kháng sinh

Giới khoa học đã hiểu rất rõ rằng kháng sinh có thể làm thay đổi triệt để hệ vi khuẩn đường ruột.

The gut is an environment where harmless and beneficial bacteria are in very close contact to opportunistic pathogens that cause infections, says Willem van Schaik, professor at the University of Birmingham and lead researcher of a new study identifying more than 6,000 new antibiotic-resistance genesin pathogens.

He found that most of these pathogens weren’t associated with DNA that can transfer between bacteria, which means there’s no immediate risk of spread of these genes from normal bacteria to pathogens.

Ruột là một môi trường mà ở đó các vi khuẩn có ích và có hại tiếp xúc rất gần gũi với những mầm bệnh chỉ chực chờ có cơ hội là gây ra nhiễm trùng, ông Willem van Schaik, giáo sư tại Đại học Birmingham và nhà nghiên cứu dẫn đầu của một công trình mới nhận dạng hơn 6.000 gien kháng kháng sinh trong các mầm bệnh, nói.

Ông phát hiện rằng hầu hết những mầm bệnh này không gắn kết với ADN vốn có thể luân chuyển giữa các vi khuẩn, và điều đó có nghĩa là sẽ không có nguy cơ nhãn tiền về việc những gien này lây lan từ vi khuẩn thường sang các mầm bệnh.

However, many of the genes thought to be fixed in certain bacterial environments can start spreading by overuse of antibiotics, which can put pressure on the resistant genes locked up inside a single bacterial cell, causing them to mobilise.

“Our findings highlight how many resistant genes are in the microbiome and could potentially be mobilised to be opportunistic pathogens. They should be seen as a warning that there is a large reservoir of these genes we don’t want to start mobilising,” van Schaik says.

Tuy nhiên, nhiều gien trong số các gien này, vốn được cho là gắn bó với một số môi trường vi khuẩn nhất định, thì có thể bắt đầu lan rộng do tình trạng lạm dụng kháng sinh. Việc này gây áp lực lên các gien đề kháng khu trú bên trong một tế bào vi khuẩn đơn nhất, khiến cho chúng trỗi dậy.

“Những phát hiện của chúng tôi nhấn mạnh về việc các gien đề kháng có nhiều tới đâu trong hệ vi khuẩn, và chúng có thể bị huy động để trở thành những mầm bệnh khi có cơ hội thuận lợi như thế nào. Chúng nên được xem là một lời cảnh báo rằng có rất nhiều những gien như thế mà chúng ta không muốn chúng trỗi dậy,” van Schaik nói.

The brain

The brain and gut have a strong, two-way communication system referred to as the gut–brain axis. Each are essential to the other – studies have found that brain development is abnormal in the absence of the gut microbiome. However, a recent review stated that research hasn’t yet figured out which exact gut bacterium are crucial for brain development.

Não và ruột có hệ thống liên lạc hai chiều mạnh mẽ được gọi là trục não-ruột. Mỗi cơ quan đều thiết yếu với cơ quan kia – các nghiên cứu cho thấy não phát triển bất thường nếu không có hệ vi khuẩn đường ruột.

Tuy nhiên, một nghiên cứu mới đây nói rằng khoa học vẫn chưa hình dung ra chính xác hệ vi khuẩn đường ruột nào có vai trò thiết yếu đối với sự phát triển não.

Further investigation is uncovering how interlinked the gut is to the brain, however, including our mood and mental health, says Katerina Johnson, a researcher of the microbiome-gut-brain axis at the University of Oxford.

Các tìm hiểu sâu hơn đã phát hiện ra ruột và não, bao gồm tâm trạng và sức khỏe tâm lý, gắn kết với nhau chặt chẽ thế nào, bà Katerina Johnson, nhà nghiên cứu về trục hệ vi khuẩn-ruột-não ở Đại học Oxford, nói.

“Research shows that if we take gut bacteria from depressed humans and colonise the guts of mice with it, the mice show changes in their behaviour and physiology that are characteristic of depression,” she says.

Gut microbes can produce most of the neurotransmitters found in the human brain, including serotonin, which plays a key role in regulating mood. It is hoped that scientists will soon be able to understand how microbes can be used to produce neurotransmitters to treat psychiatric and neurologic disorders liked to our microbiomes, including Parkinson’s disease and multiple sclerosis.

“Nghiên cứu cho thấy nếu chúng ta lấy hệ vi khuẩn đường ruột của người bị trầm cảm, cấy nó vào ruột của chuột thì những con chuột này sẽ có thay đổi trong hành vi và tâm lý đặc trưng của chứng trầm cảm,” bà cho biết.

Hệ vi khuẩn đường ruột có thể tạo ra hầu hết những chất truyền dẫn thần kinh ở não người, bao gồm serotonin vốn có trò quan trọng trong việc điều chỉnh trạng thái.

Người ta hy vọng rằng các nhà khoa học sẽ sớm có thể hiểu được cách sử dụng hệ vi khuẩn để tạo ra chất dẫn thần kinh nhằm chữa trị những chứng rối loạn tâm thần có liên quan đến hệ vi khuẩn, bao gồm bệnh Parkinson’s và bệnh đa xơ cứng.

Behaviour

We’ve also started to glimpse how gut microbes can influence behaviour. Some studies, largely conducted in animals, for example, suggest that certain types can affect brain chemistry and behaviour to make animals act more socially.

Germ-free animals who’ve had no exposure to microbes, on the other hand, have shown deficits in social behaviour, and researchers have found that this can be restored by adding specific types of bacteria such as Lactobacillus, often found in yoghurt, according to Johnson.

Hành vi

Chúng ta cũng đã bắt đầu hiểu sơ qua làm thế nào hệ vi khuẩn đường ruột có thể ảnh hưởng hành vi.

Chẳng hạn như một số nghiên cứu, chủ yếu được tiến hành trên động vật, cho thấy một số chủng vi khuẩn nhất định có thể tác động lên sinh hóa não và hành vi, khiến cho động vật gắn kết với đồng loại nhiều hơn.

Trái lại, những động vật không tiếp xúc với vi khuẩn đã thể hiện sự thiếu gắn kết với đồng loại và các nhà nghiên cứu phát hiện rằng điều này có thể được khôi phục bằng cách bổ sung một số vi khuẩn cụ thể như Lactobacillus, vốn thường có trong sữa chua, theo bà Johnson.

A recent paper titled ‘Why does the microbiome affect behaviour?’ examined the theory that the gut microbiome has evolved to manipulate its human host for its own success, much like parasites, by making the host more sociable in order to be transmitted.

The paper argued, however, that this theory is unlikely, and behavioural changes are likely to be a by-product of processes that help microorganisms grow and compete in the gut, such as fermentation.

“The gut microbiome is so diverse that, even if there was a type of bacteria producing active chemicals to manipulate our behaviour, this bacteria would quickly be outcompeted by other bacteria not investing any extra energy to produce the compound,” says Johnson, one of the paper’s authors.

Một công trình mới có tựa đề là ‘Tại sao hệ vi khuẩn ảnh hưởng hành vi?’ xem xét giả thiết rằng hệ vi khuẩn đường ruột đã tiến hóa đến mức có thể thao túng vật chủ để thủ lợi bằng cách khiến cho vật chủ tiếp xúc với đồng loại nhiều hơn để chúng có thể lây lan.

Tuy nhiên, luận văn này lập luận rằng đây là giả thiết khó xảy ra và những thay đổi hành vi có thể là phụ phẩm của những quá trình giúp vi sinh vật phát triển và cạnh tranh trong đường ruột, chẳng hạn như lên men.

The future

Science has not yet defined what a healthy microbiome looks like, and a conclusion appears some way off yet. But there is growing consensus that environmental factors, such as diet and antibiotics, affect our microbiome more than our genes, and that a more diverse microbiome is better for us.

“While we can change our microbiome with our diet, they seem to have a set point to which they often return after a temporary disturbance,” says Johnson. “But one thing we can do is eat more fibre, to increase the diversity of the gut, which is frequently associated with health.”

While there have been many advancements within microbiome research in recent years, there also remain some challenges.

One of these is the reliance on a method called 16S rRNA sequencing, says McDonald, which looks at a specific region of a single gene believed to exist in all bacteria. E. coli is an example of why this method is too broad, McDonald says.

 

 

“While there are pathogenic E.coli, there are also E.coli that play a neutral or beneficial role in the gut, which would all be indistinguishable with the current method we use. An increase in the level of E.coli doesn’t mean it’s bad for you.”

McDonald’s advice is that we should remain cautious.

“There are a lot of cool things microbiome research will lead to, and there are exciting developments going on now, but while continued advances will lead to improvements in health, a lot of this stuff is tied up in basic research, and there’s a lot of research we can do with mice that we can’t translate to humans, because it’s not safe to do so.”

In the meantime, the most scientists can advise is to eat our greens.

Tương lai

Khoa học vẫn chưa kết luận một vi khuẩn lành mạnh thì trông thế nào, và có lẽ cũng còn lâu nữa mới đi đến một kết luận nào đó.

Tuy nhiên, có sự đồng thuận ngày càng tăng là các yếu tố môi trường, chẳng hạn như cách ăn uống và kháng sinh, sẽ ảnh hưởng tới vi khuẩn trong cơ thể chúng ta nhiều hơn là gien của chính chúng ta, và trong cơ thể càng có nhiều loại vi khuẩn đa dạng thì càng tốt.

Và trong lúc này, hầu hết các khoa học gia đều khuyên rằng ăn nhiều rau củ quả sẽ tốt cho sức khoẻ chúng ta.

Bài tiếng Anh đã đăng trên BBC Future.