Người Lạc Quan Thế Kỷ 19 Cố Gắng Chia Sẻ Kiến Thức Về Vi Sinh Quốc

Khoa học, chúng ta được nói, tiến bộ một lần một lời chia buồn¹, nhưng đôi khi nó phát triển qua những sự hồi sinh.

Nhà hóa học người Pháp Antoine Béchamp (1816–1908) là một đối thủ suốt đời của nhà vi khuẩn học vĩ đại Louis Pasteur. Pasteur phát minh ra quá trình tiệt trùng và vaccine cho bệnh dại và bệnh than, và phát hiện ra rằng nhiều bệnh tật do vi khuẩn vô hình gây ra. Béchamp là một người khó chịu và luận cứ rằng vi khuẩn trở nên nguy hiểm khi sức khỏe của chủ nhân - môi trường hay môi trường của nó - suy giảm. Béchamp hoàn toàn sai: lý thuyết bệnh tật của Pasteur, mô tả cách bệnh tật được gây ra bởi nhiễm khuẩn (cũng như bởi virus xâm nhập vào tế bào của chúng ta), hoặc bởi gen, lão hóa và tai nạn, được hỗ trợ bởi lý thuyết tiến hóa và tất cả các quan sát của y học hiện đại. Ngày nay, Béchamp chỉ được nhắc đến bởi những người chống tiêm phòng và môn đồ của y học thay thế tin rằng thức ăn là thuốc.

Béchamp có những điểm sai lầm toàn diện, nhưng không tuyệt đối. Ý tưởng của ông rằng vi khuẩn là cần thiết cho sức khỏe tốt và rằng vi sinh vật có lợi có thể trở nên gây bệnh dưới điều kiện hoặc ở nơi sai, hiện nay là quan điểm tiêu biểu của các nhà nghiên cứu nghiên cứu vi sinh học động vật và thực vật. Một khoa học mới về hệ vi sinh vật - đơn giản là vi sinh vật trong môi trường - nhấn mạnh rằng tất cả các thực vật và động vật trên Trái Đất đã phát triển kèm theo vi sinh vật và đặt câu hỏi về cách vi sinh vật tương tác với chủ nhân của chúng. Trong 17 năm qua, chúng ta đã biết được rằng vô số chức năng trong sinh vật sống, từ việc tiêu hóa thức ăn đến việc điều chỉnh hệ thống miễn dịch đến việc nảy mầm hạt giống, phụ thuộc vào vi sinh vật. Gần đây hơn, khoa học về hệ vi sinh vật đã thu hút số vốn đầu tư lớn để tài trợ cho các công ty điều trị các bệnh khó điều trị trước đây hoặc tăng cường năng suất nông nghiệp. (Công bố: Flagship Pioneering, nơi tôi là đối tác, đã tạo ra một số công ty vi sinh vật trong lĩnh vực điều trị và nông nghiệp.)

Thay đổi như thế nào? Theo Justin Sonnenburg, giáo sư vi sinh học tại Đại học Stanford và tác giả của The Good Gut, sự nhấn mạnh mới của chúng ta vào tầm quan trọng chức năng của hệ vi sinh vật là kết quả của ba sự kiện. Đầu tiên, bắt đầu từ năm 2001, các nhà khoa học quan sát thấy rằng chuột có vi sinh vật khác nhau có sinh học khác nhau, gợi ý rằng vi khuẩn cư trú có thể điều chỉnh biểu hiện gen của chủ nhân. Thứ hai, vào năm 2006, các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng vi khuẩn đường ruột có thể gây ra các thay đổi về hiện tượng của chủ nhân, như béo phì. Cuối cùng, công nghệ chuỗi gen phát triển cho dự án giải mã gen con người được sử dụng cho vi sinh vật trong các dự án quốc tế như Dự án Vi sinh vật người, giải phóng các nhà khoa học khỏi sự hạn chế của việc nuôi cấy vi khuẩn và biểu lộ cách gene vi sinh vật thể hiện chúng ở chủ nhân của mình. “Mọi người nhận ra rằng [hệ vi sinh vật] không phải là một điều kỳ cục, đẹp đẽ trong sinh học, mà quan trọng chức năng,” Sonnenburg nói.

Khoa học về hệ vi sinh vật là một cuộc cách mạng về cách con người hiểu và kiểm soát sinh học. Lý thuyết bệnh tật của Pasteur để lại cho y học một phép màu mô phỏng rằng vi khuẩn liên tục bao vây động vật (những trận chiến trong các cuộc chiến tranh cuối cùng thất bại khi vi khuẩn vượt qua một xác chết và nó mục nát). Ông ta không phải là lỗi của nhà vi khuẩn học; Pasteur biết rằng chúng ta không thể khỏe mạnh mà không có vi sinh vật. Nhưng như Ed Young mô tả trong cuốn sách tuyệt vời của mình năm 2016, I Contain Multitudes: The Microbes within Us and a Grander View of Life, “Vi sinh vật... được đưa ra như những biểu tượng của sự chết. Chúng là vi khuẩn, tác nhân gây bệnh, mang lại tai họa... [Các nhà khoa học] đã phát hiện ra vi khuẩn gây bệnh sốt phát ban, bệnh lậu, thương hàn, lao, tả, và đậu mùa... Vi trùng học trở thành một khoa học áp dụng, nghiên cứu vi khuẩn để đẩy lùi hoặc tiêu diệt chúng.”

Nhưng sự trùng sinh là điều không thể trong tự nhiên. Vi khuẩn phủ lên mọi thứ và xâm phạm mọi nơi. Vi sinh vật phồn thịnh ở đáy biển lạnh và trong ống của suối nước nóng sôi; vi khuẩn thậm chí có thể sống sót trong chất thải phóng xạ. Từ một đến mười phần trăm khối lượng và một nửa số tế bào trong động vật là vi sinh vật. Sự trùng sinh cũng không mong muốn. Cộng sinh cung cấp khả năng trao đổi chất thiếu sót trong động vật, như tổng hợp vitamin B trong mối và tiêu hóa cỏ trong bò, và chúng điều chỉnh các mạng tín hiệu tế bào điều chỉnh các chức năng cần thiết cho sức khỏe động vật, nhận được dinh dưỡng và bảo vệ. Nhiều cây cỏ cũng phụ thuộc vào vi sinh vật: đậu, yến, đậu nành và đậu có nấm ở gốc chúng có vi khuẩn, cố định nitơ từ không khí vào cây. Nhưng trả lại, cây cỏ nuôi dưỡng những người bạn lợi ích của họ bằng đường.

Bạn cũng vậy: Tế bào của bạn có khoảng 20.000 đến 25.000 gen, nhưng hệ vi sinh vật của bạn có 500 lần nhiều hơn. Hơn 98 phần trăm vi khuẩn của bạn có thể được tìm thấy trong ruột của bạn; nhưng các phần khác của cơ thể của bạn có bầy riêng nơi vi sinh vật đã tiến hóa để sống trên đồng bằng dầu trên khuôn mặt của bạn, trong đầm ẩm của nách của bạn, hoặc trên các tảng đá mượt của miệng bạn. Microbiota của bạn chủ yếu là vô hại, nhưng nhiều người cũng quan trọng về chức năng đối với bạn, đẩy các vi khuẩn có hại ra khỏi cơ thể, giáo dục hệ thống miễn dịch của bạn nhận biết kẻ thù, và ảnh hưởng đến hành vi như sự ngon miệng. Một phần ba sữa mẹ con người bao gồm đường oligosaccharides gọi là đường chuyển hóa, nhưng em bé không thể tiêu hóa chúng; đường chuyển hóa là thức ăn cho vi sinh vật, cung cấp dinh dưỡng cần thiết giúp não con phát triển và protein kín chặt ruột của chúng.

Vi sinh vật học thường khuyến khích chúng ta nghĩ về hệ vi sinh vật như một cơ quan, và đó là sự thật. Nhưng sự thật là kỳ quái hơn: động vật và thực vật là những sinh vật đa tế bào, được tạo thành từ cả tế bào động vật hoặc thực vật và tế bào vi sinh vật. Chúng ta chỉ có thể hiểu động vật và thực vật thông qua cách chúng tương tác với cộng đồng vi sinh vật sống bên trong và trên bề mặt của chúng. Nhưng cái hiểu biết này ban đầu thuộc về Béchamp; ông ta hiểu rằng những gì chúng ta gọi ngày nay là “sự mất cân đối” chỉ là sự mất cân đối hoặc sự không thích ứng của hệ vi sinh vật. Ông là người đầu tiên đề xuất rằng một số loại ung thư do vi khuẩn gây ra. Ông ta sẽ không ngạc nhiên khi biết rằng sự tăng trưởng quá mức của vi khuẩn trong ruột non dẫn đến hấp thụ dinh dưỡng kém, từ đó gây ra các triệu chứng khó chịu hoặc nghiêm trọng, hoặc rằng những biến động của hệ vi sinh vật của âm đạo có thể tăng nguy cơ nhiễm HIV. Trong vi khuẩn học, ý tưởng về môi trường ngày nay đang trở nên mạnh mẽ.

Những hồi sinh khoa học như thế này xảy ra đôi khi trong một sự phức tạp của mô hình tiến triển khoa học của Thomas Kuhn (mô hình này cho rằng khoa học phát triển khi các “mô hình” bị lật đổ khi chúng không còn giải thích được thế giới). Nhà tự nhiên học người Pháp thế kỷ 18 Jean-Baptiste Lamarck tin rằng các đặc điểm đạt được trong cuộc sống có thể được kế thừa bởi các thế hệ kế tiếp, tưởng tượng rằng cổ dài của hươu cao cổ là kết quả của những thế hệ căng trải. Khám phá cấu trúc của DNA chôn vùi Lamarkism, ngoại trừ ở Liên Xô, nơi nó là chủ nghĩa chủ nghĩa Stalin. Nhưng trong vòng 15 năm qua, một lĩnh vực mới gọi là di truyền học đã chứng minh rằng methylation, một sự biến đổi hóa học của DNA được kích thích bởi môi trường, có thể thay đổi gen của chúng ta: một bản sao đặc biệt của Luận điều Lamark.

Sonnenburg cảnh báo, “Nhiều người sẽ nói chúng ta vẫn chưa thực sự hiểu rõ chức năng của [hệ vi sinh vật] ngay bây giờ, nhưng chúng ta đã hiểu rõ tầm quan trọng của chúng.” Giống với nhiều nhà khoa học khác, ông ta muốn biết một số điều. Trước hết, một hệ vi sinh vật khỏe mạnh là gì? “Con người tiến hóa với một hệ vi sinh vật tổ tiên, nhưng nó đã mất đi trong quá trình công nghiệp hóa. Liệu hệ vi sinh vật của phương Tây có thể là một cộng đồng không cân đối, làm cho người phương Tây có xu hướng mắc các bệnh mãn tính không?” Thứ hai, nhanh chóng như thế nào các nhà nghiên cứu có thể phát triển hệ vi sinh vật cho chăm sóc sức khỏe chính xác? “Nó là cá nhân, nó liên quan đến hầu hết sinh học của chúng ta và nó có thể thay đổi được: nó dường như hoàn hảo.” Cuối cùng, Sonnenburg tự hỏi liệu chúng ta có muốn xây dựng lại hệ vi sinh vật tổ tiên của mình không. Thay vào đó, ông ta suy đoán, chúng ta có thể tối ưu hóa hệ vi sinh vật của mình cho các mục tiêu khác nhau ở các giai đoạn khác nhau trong cuộc sống. “Một người chạy marathon có thể muốn điều gì đó khác biệt so với một phụ nữ mang thai, và một bệnh nhân cần immunotherapy có thể muốn điều khác.”

Nói cách khác, con người có thể nuôi dưỡng một môi trường tốt hơn cho các cộng sinh của họ không? Nếu như vậy, điều này không hề không khả thi. “Không có thứ gì là con mồi của cái chết, mọi thứ đều là con mồi của cuộc sống,” như Béchamp đã nói.

1 Tuyên ngôn thực sự của nhà vật lý người Đức, Max Planck ít sâu sắc hơn: “Một chân lý khoa học mới không chiến thắng bằng cách thuyết phục đối thủ của nó và làm cho họ nhìn thấy ánh sáng, mà là do đối thủ của nó cuối cùng chết và một thế hệ mới mọc lên đã quen với nó.”

• Làm thế nào các nhóm Facebook trở thành một chợ lạ lùng cho ngà voi
• Lấy nước từ không khí? Bạn chỉ cần vài ion hoặc một chiếc bọt kỳ quặc
• Dự án xe bay của Larry Page đột nhiên trở nên khá thực tế
• Encyclopædia Britannica muốn sửa lại kết quả Google sai lệch
• BỘ ẢNH: Những người phụ nữ tiên phong đối mặt với đám cháy ở California
• Đói thèm thú vị hơn về chủ đề yêu thích tiếp theo của bạn? Đăng ký nhận bản tin Backchannel ngay bây giờ