Khóa luận tốt nghiệp: Trần thị hoa tổng quan về tác động của vi sinh vật

Khám phá tác động của vi sinh vật đường ruột và probiotic đến hệ miễn dịch. Tổng quan nghiên cứu khoa học về lợi khuẩn và sức khỏe con người.

• Tác giả: Trần Thị Hoa
• Người hướng dẫn: TS. Đỗ Ngọc Quang
• Trường học: Trường Đại học Dược Hà Nội
• Chuyên ngành: Dược
• Đề tài: Tổng quan về tác động của vi sinh vật đường ruột và probiotic lên hệ miễn dịch của người
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về hệ vi sinh vật đường ruột

Hệ vi sinh vật đường ruột là một cộng đồng vi khuẩn phức tạp và đa dạng sống trong đường tiêu hóa của con người. Hai nghành chủ yếu là Firmicutes và Bacteroides chiếm phần lớn trong hệ thống này. Quá trình hình thành hệ vi sinh vật bắt đầu từ khi mang thai, tiếp tục trong quá trình sinh và phát triển sau khi sinh. Hệ vi sinh vật này không chỉ giúp tiêu hóa thức ăn mà còn đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong sự phát triển hệ miễn dịch và bảo vệ cơ thể khỏi các tác nhân gây bệnh. Sự cân bằng của hệ vi sinh vật đường ruột là yếu tố chính để duy trì sức khỏe tổng thể.

1.1. Quá trình hình thành hệ vi sinh vật

Hệ vi sinh vật đường ruột bắt đầu hình thành từ quá trình mang thai khi các vi khuẩn đầu tiên vào cơ thể thai nhi. Trong quá trình sinh, trẻ sơ sinh tiếp xúc với vi khuẩn từ môi trường và từ sữa mẹ chứa các thành phần prebiotic. Sau khi sinh, hệ vi sinh vật tiếp tục phát triển và ổn định dần trong những năm đầu đời, chịu ảnh hưởng từ chế độ dinh dưỡng, kháng sinh và các yếu tố môi trường khác.

1.2. Phân bố và điều kiện sinh của vi sinh vật

Vi sinh vật đường ruột phân bố đặc biệt dày đặc ở ruột già, nơi có điều kiện pH thấp và ít oxy thích hợp cho sự phát triển của chúng. Chế độ dinh dưỡng cung cấp các chất cơ sở cho vi khuẩn, trong khi sử dụng thuốc kháng sinh có thể phá vỡ cân bằng hệ vi sinh vật. Các yếu tố khác như tuổi, căng thẳng và thói quen sinh hoạt cũng ảnh hưởng đáng kể đến thành phần và chức năng của hệ này.

II. Ảnh hưởng của hệ vi sinh vật đến hệ miễn dịch đường ruột

Hệ vi sinh vật đường ruột có mối quan hệ sâu sắc với hệ miễn dịch đường ruột, ảnh hưởng đến khả năng nhận dạng kháng nguyên và đáp ứng miễn dịch. Các vi khuẩn có lợi tạo ra những tín hiệu nhận dạng thông qua thụ thể TLR (Toll-like receptor) và thụ thể nhận dạng mẫu (PRR). Hệ vi sinh vật hoạt động như hàng rào bảo vệ sinh học ngăn chặn sự xâm nhập của các vi khuẩn gây bệnh. Chúng còn kích thích sản xuất immunoglobulin A (IgA) và điều chỉnh tế bào T điều tiết (Treg) để cân bằng đáp ứng miễn dịch. Mất cân bằng hệ vi sinh vật có thể dẫn đến bệnh tự miễn dịch như lupus ban đỏ hệ thống (SLE) và viêm khớp dạng thấp (RA).

2.1. Cơ chế phân tử của hệ miễn dịch đường ruột

Tế bào biểu mô ruột sản xuất peptide kháng khuẩn và chất nhầy để tạo thành hàng rào vật lý. Tế bào goblet tiết mucin tạo lớp chất nhầy bảo vệ. Tế bào đuôi gai (M cells) trong mô lympho gắn với ruột (GALTs) nhận dạng mẫu phân tử liên quan vi sinh vật (PAMPs) và kích hoạt tế bào bạch huyết bẩm sinh cũng như tế bào trình diện kháng nguyên (APC) để khởi động đáp ứng miễn dịch thích nghi.

2.2. Hàng rào bảo vệ sinh học từ vi sinh vật

Vi khuẩn có lợi sản xuất các chất chuyển hóa có tác dụng kháng khuẩn và axit béo máu ngắn giúp giảm pH. Chúng cạnh tranh với vi khuẩn gây bệnh về dinh dưỡng và không gian sống. Hợp chất kháng khuẩn từ vi khuẩn có lợi ức chế sự phát triển của các tác nhân gây bệnh, tạo thành hàng rào bảo vệ sinh học hiệu quả chống lại các mầm bệnh xâm nhập.

III. Tác động của Probiotic lên hệ miễn dịch

Probiotic là các vi sinh vật sống có lợi được sử dụng để cải thiện sức khỏe đường ruột và tăng cường miễn dịch. Tác dụng của probiotic bao gồm ngăn chặn vi khuẩn gây bệnh, tăng cường hàng rào biểu mô và điều chỉnh hệ thống miễn dịch. Chủng probiotic như Lactobacillus và Bifidobacterium được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm thực phẩm chức năng. Chúng tương tác trực tiếp với tế bào biểu mô thông qua các thụ thể nhận dạng, kích thích sản xuất cytokine kháng viêm như IL-10 và TGF-β. Probiotic cũng giúp phục hồi cân bằng hệ vi sinh vật khi nó bị mất cân bằng do sử dụng kháng sinh hoặc những bệnh tật.

3.1. Cơ chế ngăn chặn vi khuẩn gây bệnh

Probiotic sản xuất chất kháng sinh tự nhiên và axit hữu cơ giảm pH môi trường đường ruột, tạo điều kiện bất lợi cho vi khuẩn gây bệnh. Chúng cạnh tranh về chất dinh dưỡng và vị trí bám dính trên tế bào biểu mô, ngăn chặn colonization của mầm bệnh. Polysaccharide từ thành tế bào probiotic kích thích đáp ứng miễn dịch không đặc hiệu chống lại các tác nhân xâm nhập.

3.2. Tiêu chí lựa chọn Probiotic hiệu quả

Chủng probiotic cần phải an toàn, sống tới được vào ruột và có khả năng kháng axit dạ dày. Chúng phải bám dính tốt vào tế bào biểu mô ruột, có đặc tính kháng khuẩn rõ ràng và khả năng điều chỉnh miễn dịch. Probiotic chất lượng cao được cách ly từ thực phẩm lên men truyền thống hoặc từ sữa mẹ, đã qua kiểm định lâm sàng để chứng minh hiệu quả.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn

Hệ vi sinh vật đường ruột đóng vai trò không thể thay thế trong bảo vệ sức khỏe và phát triển hệ miễn dịch của con người. Mối liên hệ giữa vi sinh vật đường ruột và hệ miễn dịch là cơ sở khoa học cho việc sử dụng probiotic để phòng ngừa bệnh và cải thiện sức khỏe tổng thể. Prebiotic và probiotic hoạt động bổ sung nhau để duy trì cân bằng vi sinh vật và tăng cường miễn dịch. Hiểu rõ cơ chế tác động của chúng giúp chúng ta lựa chọn chiến lược dinh dưỡng phù hợp để bảo vệ sức khỏe đường ruột và phòng ngừa bệnh tự miễn dịch. Cần tiếp tục nghiên cứu lâm sàng để khẳng định hiệu quả của các chủng probiotic cụ thể.

4.1. Tầm quan trọng của cân bằng hệ vi sinh vật

Dysbiosis (mất cân bằng vi sinh vật) liên quan đến nhiều bệnh lý bao gồm viêm ruột, béo phì và rối loạn miễn dịch. Duy trì cân bằng hệ vi sinh vật thông qua chế độ ăn giàu chất xơ, giảm kháng sinh không cần thiết và sử dụng probiotic là những biện pháp phòng ngừa hiệu quả. Xét nghiệm gen 16S rRNA có thể giúp xác định thành phần và sự cân bằng của hệ vi sinh vật.

4.2. Khuyến nghị ứng dụng trong thực tiễn

Nên bổ sung probiotic thông qua thực phẩm lên men như sữa chua, kimchi hoặc bổ sung viên probiotic được chứng thực lâm sàng. Tránh sử dụng kháng sinh một cách lạm dụng để bảo vệ hệ vi sinh vật. Ăn thực phẩm giàu prebiotic như hành, cà chua, khoai tây giúp nuôi dưỡng vi khuẩn tốt. Theo dõi sức khỏe đường ruột thông qua triệu chứng tiêu hóa để phát hiện sớm những vấn đề.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Cơ thể con ngƣời là vật chủ của nhiều vi sinh vật sống trên da, miệng, đƣờng tiêu hóa, đƣờng sinh dục …. Trong đó các vi sinh vật sống trong đƣờng tiêu hóa với hai nghành chủ yếu là Firmicutes và Bacteroides là đa dạng, phong phú và đƣợc hiểu rõ nhất [20]. Hệ vi sinh vật đƣờng ruột có vai trò quan trọng trong sự phát triển và chức năng của hệ thống miễn dịch đƣờng ruột. Mối quan hệ này đƣợc duy trì cân bằng ở những ngƣời khỏe mạnh nhƣng với những ngƣời có hệ vi sinh vật đƣờng ruột bị suy giảm hoặc rối loạn có thể dẫn đến các bệnh nhƣ: viêm ruột, rối loạn đƣờng ruột, béo phì, tiểu đƣờng, bệnh chuyển hóa [29].

Probiotic là các vi sinh vật sống mà khi cung cấp với số lƣợng thích hợp sẽ mang lại lợi ích sức khỏe cho vật chủ, giúp phục hồi lại số vi khuẩn có lợi sống trong ruột, chống lại sự xâm nhập của vi khuẩn có hại, kích thích chức năng miễn dịch đƣờng ruột chống lại các nhiễm khuẩn đƣờng ruột [8]. Để có một cái nhìn chi tiết về vai trò của vi sinh vật đƣờng ruột và probiotic lên hệ miễn dịch chúng tôi quyết định thực hiện đề tài ‟ Tổng quan về tác động của vi sinh vật đƣờng ruột và probiotic lên hệ miễn dịch của ngƣời ” với mục tiêu hệ thống lại các nghiên cứu về: (i) đặc điểm của vi sinh vật đƣờng tiêu hóa, (ii) vai trò của vi sinh vật đƣờng tiêu hóa lên hệ miễn dịch đƣờng ruột, (iii) ảnh hƣởng của probiotic lên hệ miễn dịch đƣờng ruột. 1 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ VI SINH VẬT ĐƢỜNG RUỘT Cơ thể con ngƣời là vật chủ của nhiều loài vi sinh vật sống ở trên da, miệng, … đặc biệt các vi sinh vật sống trong ruột là đa dạng, phong phú và đƣợc tìm hiểu rõ nhất. Các vi sinh vật này tác động lên cơ thể con ngƣời trong suốt cuộc sống [39].

Quá trình hình thành hệ vi sinh vật đƣờng ruột Vi sinh vật đƣờng ruột đƣợc hình thành trong quá trình mang thai, khi chào đời, và tiếp tục phát triển trong vòng hai đến ba năm đầu đời của trẻ [14]. Trong ba năm đầu đời, sự phát triển của hệ vi sinh đƣờng ruột bị ảnh hƣởng bởi trục đƣờng ruột, phơi nhiễm của mẹ và trẻ sơ sinh bao gồm: phƣơng thức sinh, phơi nhiễm kháng sinh và các hình thức cho ăn [70]. Quá trình hình thành hệ vi sinh vật đƣờng ruột trong giai đoạn đầu ảnh hƣởng đến sự phát triển đƣờng tiêu hóa, miễn dịch, thần kinh, và giảm sự đa dạng vi sinh vật hoặc rối loạn sinh lý trong giai đoạn đầu có liên quan đến rối loạn ở trẻ nhỏ và sau này [14][56]. Phƣơng thức sinh: tự Cai sữa và bổ sung nhiên/phẫu thuật thức ăn rắn Mô hình cho ăn (bú sữa mẹ, sữa công Hệ vi sinh thức, bổ sung), tiếp xúc với kháng đƣờng ruột ổn sinh, phơi nhiễm môi trƣờng định Hình 1.1: Các yếu tố ảnh hƣởng đến sự phát triển của hệ vi sinh vật đƣờng ruột của trẻ từ sơ sinh đến ba tuổi [70] 2 1.

Trong quá trình mang thai Hệ vi sinh vật của thai nhi có thể đƣợc hình thành ngay từ trong quá trình mang thai thông qua hàng rào nhau thai. Các nghiên cứu gần đây cho thấy sự có mặt của các loài Enterococcus, Lactobacillus, … trong máu rốn, nƣớc ối, nhau thai và màng bào thai của thai nhi [64]. Sự chuyển tiếp giữa cuộc sống trƣớc và sau sinh là một cửa sổ quan trọng để can thiệp vào chế độ ăn uống của mẹ, đảm bảo sự phát triển bình thƣờng của hệ vi sinh vật của trẻ sơ sinh với những tác động đối với sức khỏe trong cuộc sống trƣởng thành [64]. Trong quá trình sinh Trong quá trình sinh, các vi sinh vật trong âm đạo của ngƣời mẹ sẽ góp phần hình thành hệ vi sinh vật của trẻ.

Các yếu tố nhƣ sinh thƣờng, sinh mổ, sinh non đều ảnh hƣởng đến hệ vi sinh vật của trẻ [68]. Trẻ sơ sinh sinh ra tự nhiên có hệ vi sinh vật đƣờng ruột giống với hệ vi sinh vật âm đạo của mẹ [70]. Các vi sinh vật thƣờng gặp gồm có: Lactobacillus, Prevotella, dần có sự phân bố lớn hơn của Bifidobacterium và Bacteroides [27][19]. Trẻ sinh mổ có hệ vi sinh đƣờng ruột tƣơng đồng với hệ vi sinh vật trên da của ngƣời mẹ.

Thành phần chính gồm: Staphylococcus, Corynebacteria, Propionibacterium spp và tỷ lệ Bifidobacteria, Bacteroides spp thấp hơn so với trẻ sinh tự nhiên [70]. Trẻ sinh mổ tiếp cận với kháng sinh dự phòng trong tử cung dẫn đến thay đổi hệ vi sinh vật đƣờng ruột [27]. Trẻ sinh mổ có hệ vi sinh vật kém đa dạng hơn trẻ sinh thƣờng [70]. Sự kém đa dạng này dẫn đến làm tăng nguy cơ trẻ mắc bệnh nhƣ: viêm ruột hoại tử, bệnh chàm, bệnh suyễn, hội chứng ruột kích thích, béo phì, bệnh tiểu đƣờng [14].

Những khác biệt này trong hệ vi sinh vật đƣờng ruột có ảnh hƣởng quan trọng đến sức khỏe vì các chi Bifidobacterium và Lactobacillus đƣợc coi là có lợi cho sức khỏe, trong khi một số Staphylococcus spp và Clostridium spp có tiềm năng gây bệnh [27]. Việc phơi nhiễm kháng sinh sẽ làm giảm tạm thời sự đa dạng về vi sinh vật đƣờng ruột, dẫn đến làm tăng nguy cơ trẻ bị nhiễm các vi sinh vật gây bệnh. Ví dụ nhiễm Clostridium difficile là một điển hình về việc giảm đa dạng sinh học cho phép 3 sự phát triển của mầm bệnh trong ruột [68]. Kháng sinh làm thay đổi các quá trình trao đổi chất của trẻ nhƣ ảnh hƣởng đến chuyển hóa cholesterol và lipid, tăng tính nhạy cảm với chế độ ăn nhiều chất béo [19].

Việc sử dụng kháng sinh có thể phá vỡ sự phát triển bình thƣờng của hệ vi sinh vật đƣờng ruột, hệ thống miễn dịch và mất nhiều thời gian để phục hồi hệ vi sinh vật làm tăng nguy cơ mắc các bệnh nhƣ béo phì, tiểu đƣờng, dị ứng, hen suyễn và bệnh viêm ruột [68]. Trẻ sinh non tháng hoặc nhẹ cân có nguy cơ mắc các rối loạn liên quan đến kháng sinh cao nhất [19]. Điều trị bằng nhiều loại kháng sinh nhƣ: penicillin, ampicillin, cephalexin … , làm tăng tỷ lệ vi sinh vật có khả năng gây bệnh, giảm tỷ lệ vi sinh vật có lợi nhƣ Bifidobacteriaceae và Lactobacillus spp [14]. Ví dụ điều trị bằng kháng sinh ở trẻ sinh non bị viêm ruột làm tăng γ-Proteobacteria [68].

Sau khi sinh Sự phát triển của hệ vi sinh vật đƣờng ruột sau khi sinh chịu ảnh hƣởng nhiều của chế độ ăn của trẻ [14]. Hệ vi sinh vật đƣờng ruột của trẻ bú sữa mẹ chứa nhiều Bifidobacterium, ngoài ra còn có Bacteroides, Streptococcus, và Lactobacillus [70][68]. Các loài Bifidobacterium và Lactobacillus đƣợc coi là có lợi cho sức khỏe của trẻ. Sữa mẹ có khả năng điều chỉnh sự xâm nhập của vi sinh vật trong ruột trẻ sơ sinh với các thành phần riêng biệt không có trong sữa công thức: hệ vi sinh vật sữa mẹ, các yếu tố kích thích sự phát triển của vi sinh vật và các yếu tố ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn [68].

Bên cạnh việc đáp ứng nhu cầu dinh dƣỡng và sinh lý của trẻ sơ sinh, sữa mẹ chứa một số thành phần đặc trƣng nhƣ oligosaccharides giúp tăng trƣởng chọn lọc một số loại vi sinh vật trong đƣờng ruột: Bifidobacterium sp - B. HMO kích thích tăng trƣởng Bifidobacterium sp do HMO dễ bị phân hủy bởi Bifidobacterium sp và cung cấp dinh dƣỡng cho các vi sinh vật này [70]. Các vi sinh vật này có vai trò lên men oligosaccharides trong chế độ ăn uống, giúp tăng cƣờng sức khỏe, điều chỉnh hệ thống miễn dịch của trẻ và có thể giúp ngăn ngừa các bệnh nhƣ eczema và hen suyễn [12][27]. Có thể dự đoán tỷ lệ vi sinh vật đƣờng ruột qua tỷ lệ HMO do mối liên hệ tích cực và tiêu cực giữa HMO và sự phong 4 phú tƣơng đối của các chi vi sinh vật [14].

Hệ vi sinh vật của trẻ bú sữa mẹ có chức năng tổng hợp vitamin B mạnh. Bú sữa mẹ giúp cân bằng thành phần của hệ vi sinh đƣờng ruột của trẻ do các vấn đề bất lợi trong cuộc sống [14]. Khi chuyển từ bú sữa mẹ sang ăn các thức ăn rắn, hệ vi sinh vật của trẻ thay đổi và tƣơng đồng với ngƣời trƣởng thành. Sự có mặt của của các loài Bacteroides spp, Clostridium và Streptococcus kỵ khí phổ biến hơn [70].

Nghiên cứu cho thấy những thay đổi này liên quan đến ngừng dùng sữa mẹ hơn là chuyển sang các loại thức ăn rắn [14]. Dùng sữa mẹ làm chậm sự trƣởng thành của hệ vi sinh vật đƣờng ruột [39]. Trẻ bú sữa công thức có hệ vi sinh vật đƣờng ruột khác với trẻ bú sữa mẹ với sự hiện diện của Staphylococcus, Streptococcus và Clostridium đa dạng hơn [68]. Trẻ bị nhiễm Clostridium có nguy cơ mắc các bệnh dị ứng cao hơn nhƣ eczema, thở khò khè tái phát, và viêm da dị ứng [70].

Giống nhƣ trẻ dùng thức ăn rắn, trẻ bú sữa công thức có hệ vi sinh vật tƣơng đồng với ngƣời trƣởng thành [14]. Do vậy việc chuyển đổi từ giai đoạn bú sữa công thức sang giai đoạn ăn thức ăn rắn không làm thay đổi nhiều thành phần của hệ vi sinh vật đƣờng ruột [14]. Hệ vi sinh vật ở trẻ bú sữa công thức có các chức năng đặc trƣng của một hệ vi sinh vật trƣởng thành: tổng hợp acid mật, tham gia vào các quá trình chuyển hóa [70]. Phân bố của hệ vi sinh vật đƣờng ruột ở ngƣời trƣởng thành Ƣớc tính rằng hệ vi sinh đƣờng ruột của ngƣời trƣởng thành chứa khoảng 100 nghìn tỷ vi sinh vật thuộc 1.

Ngành chiếm ƣu thế là Firmicutes 53,9%, Bacteroides 35,3%, chiếm tỉ lệ thấp hơn là Proteobacteria 4,5% và các ngành Verrucomicrobia, Actinobacteria, Tenericutes mỗi ngành 2% và 1% [20]. Ngành Firmicutes gồm 4 lớp: lớp Clostridia 95%, Mollicutes 4. Phần lớn các vi sinh vật thuộc lớp Clostridia thuộc nhóm XIV (XIVa và XIVb), bao gồm các chi nhƣ Eubacterium, Ruminococcus. Nhiều vi sinh vật sản xuất butyrate thuộc nhóm Clostridia XIVa nhƣ E.

hallii giúp ngăn ngừa sự tích lũy lactate trong ruột kết của ngƣời [27]. 5 Ngành Bacteroides gồm các lớp: B. vulgatus chiếm 31%, Prevotellaceae chiếm 23%, B. thetaiotaomicron chiếm 13%, còn lại là các lớp khác [40].

Ngành Proteobacteria gồm 5 lớp: alpha, beta, gamma, delta, epsilon Proteobacteria [15]. Mật độ vi sinh vật thay đổi theo vị trí từ thực quản đến đại tràng, thực quản chứa 10 ˆ11 tế bào/ml, đại tràng chứa 10 ˆ12 tế bào/ml [40][27]. Thực quản pH < 4.0: Bacteroides, Gemella, Megasphaera, Pseudomonas, Dạ dày pH 2: Streptococcus, Prevotella, Rothia sps, Streptococcus, Lactobacillus, Prevotella, Veillonella Enterococcus, Helicobacter pylori. Đại tràng pH 5 - 5.7: Bacteroides, Clostridium, Prevotella, Porphyromonas, Eubacterium, Ruminococcus, Streptococcus, Enterobacterium, Enterococcus, Lactobacillus, Ruột non pH 5 - 7: Peptostreptococcus, Bacteroides, Clostridium, Fusobacteria.