Protein Ở Vi Khuẩn Có Khả Năng Làm Tăng Số Lượng Tế Bào Sản Xuất Insulin Ở Cá Ngựa Vằn

Các nhà nghiên cứu ở Đại học Oregon đã phát hiện ra một loại protein mới có trong ruột cá Zebrafish (cá ngựa vằn) có khả năng làm gia tăng gấp bội các tế bào beta của tuyến tụy. Đây là những tế bào chỉ sản xuất insulin – một loại hormone có vai trò kiểm soát quá trình trao đổi đường. Thiếu insullin là nguyên nhân dẫn đến tiểu đường type 1 là căn bệnh tự miễn ảnh hưởng đến khoảng 1.5 triệu người tại Mỹ. Do đó, đây là một nghiên cứu tiềm năng có ý nghĩa trong chăm sóc sức khỏe con người được đăng trên tạp chí eLife vào tháng 12/2016.

Giáo sư Guillemin, khoa sinh học và viện sinh học phân tử đại học Oregon đồng thời là giám đốc trung tâm META nói rằng: “Microbiome là một nguồn nguyên liệu phong phú để khám phá những phân tử sinh học mới có khả năng kiểm soát và nâng cao sức khỏe cho con người”. Bên cạnh đó, một số vi khuẩn đường ruột cần thiết giúp cho tuyến tụy  gia tăng sản xuất  tế bào beta trong suốt quá trình phát triển khi sử dụng mô hình là cá ngựa vằn vô trùng (germ-free Zebrafish) theo tiến sĩ Jennifer Hampton Hill là tác giả chính của nghiên cứu này. Kết quả nghiên cứu cho thấy trong những tuần đầu tiên lượng tế bào beta ở cá ngựa vằn sinh ra ở mức bình thường, nhưng khi chúng nhiễm các vi khuẩn đặc biệt, lượng tế bào beta được sinh ra nhiều hơn và các nhà khoa đã tìm thấy một loại protein được sản xuất từ vi khuẩn lại có khả năng kích thích sự tăng trưởng của tế bào sản xuất insulin.

Hampton Hill cho biết: “Có sự tương tác giữa động vật với các quần thể vi khuẩn tồn tại trên cơ thể chúng. Các tương tác này thông qua những dấu hiệu và tín hiệu giúp cho các bộ phận cơ thể tăng cường chức năng sinh học của chúng.

Các nhà khoa học tin rằng vi khuẩn có thể đóng một vai trò quan trọng trong quá trình cân bằng nội môi và khả năng điều hòa quá trình chuyển hóa glucose. Hệ vi sinh vật khưu trú trong cơ thể (microbiome) có thể là một nguồn tạo tín hiệu cho sự phát triển của tuyến tụy và đây là lần đầu tiên con người đã giải mã được sự kết nối  giữa hệ vi sinh vật cư trú trong cơ thể (microbiome) với sự phát triển của tế bào beta trong cơ thể cá ngựa vằn.

Nhiều nghiên cứu đã công bố về mối quan hệ giữa hệ vi sinh vật đường ruột khưu trú trong vật chủ và vật chủ thúc đẩy sự phát triển của ruột và hệ miễn dịch. Tuy nhiên, các nghiên cứu này chỉ ghi nhận ở mối quan hệ giữa hệ vi khuẩn đường ruột và các cơ quan tiêu hóa mà chưa có thông tin về cơ quan khác cũng như cơ chế chưa được hiểu rõ. Nhà sinh vật học Karen Guillemin, trưởng nhóm nghiên cứu về cá ngựa vằn từ những năm 1960 đã trở thành người dẫn đầu  UO (University of Oregon), trong khi mà nhà sinh vật học George Streisinger đã có những bước tiến  trong việc ứng  dụng các phương pháp mới cho nghiên cứu sự phát triển và di truyền của động vật có xương sống (vertebrate) trên  những con cá ngựa nhỏ, chúng được xem như là một sinh vật mô hình.

Trong 15 năm qua, Guillemin và cộng sự của ông đã phát triển các biện pháp để sản xuất và nuôi cá ngựa vằn trong điều kiện vô  trùng, nhằm cho phép họ giải đáp câu hỏi đặt ra  là khi động vật phát triển trong điều kiện không có vi khuẩn thì chuyện gì sẽ xảy ra?

Các kết quả thực nghiệm đã chứng minh rằng sự có mặt của vi  khuẩn đường ruột đặc trưng giúp cá ngựa vằn sản xuất protein, chất có vai trò kích thích sự phát triển tế bào beta ở tuyến tụy. Kết quả này đã hé mở một tia sáng mới nhằm giải thích rõ hơn mối quan hệ  dịch tễ  giữa  việc thiếu hụt hệ vi sinh đường ruột của động vật non và khả năng tăng nguy cơ bệnh tiểu đường tuýp 1.

Guillemin và Hill cho rằng: Hệ vi sinh vật đường ruột nghèo nàn ở con non sẽ làm hạn chế sự phát triển các tế bào beta tuyến tụy. Hậu quả là 1 hệ thống miễn dịch yếu kém tăng nguy cơ mắc bệnh cho con non trong giai đoạn đầu đời.

Thông qua các nghiên cứu trên mô hình cá ngựa vằn, nhóm nghiên cứu đã sàng lọc được nhiều  vi khuẩn đường ruột có khả năng  kích thích sự tăng sinh tế bào beta ở tuyến tụy. Sau khi đánh giá sự tương tác giữa 1 dòng vi khuẩn nghiên cứu và hệ đường ruột, nhóm nghiên cứu đã ghi nhận được hơn 163 protein có làm tăng lượng tế bào beta mới được sinh ra. Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu cũng đã so sánh trình tự các protein tiềm năng (có khả năng tham gia quá trình sản xuất tế bào beta) và hệ proteome trong trường hợp có có hệ vi sinh vật đường ruột và trường hợp cá vô trùng. Từ đó sàng lọc ra protein mới, protein này chưa được biết trước đó. Sau khi tin sạch và    c và chèn nó vào đường ruột cá vô trùng, quần thể tế bào beta được mở rộng- thu nhận protein này với tên là protein tăng sinh tế bào mở rộng Beta chứa yếu tố A , hoặc gọi là protein BefA.

Hình bên trái vùng màu xanh lá cây là sinh khối của tế bào beta có trong tuyến tụy của một con cá vô trùng. Hình bên phải, cá vô trùng sau khi xử lý có protein tăng sinh tế bào mở rộng Beta chứa yếu tố A hoặc BefA.

Hiểu biết về đặc tính phân tử của BefA cho phép các nhà nghiên cứu tìm kiếm các trình tự của  gen của vi khuẩn khác có khả năng sinh ra nó. Mở rộng nghiên cứu các nhà khoa học cũng tìm thấy  một số vi khuẩn cộng sinh trong ruột người có khả năng sinh BefA. Hill  và các cộng sự đã tinh sạch hai trong số các protein BefA với từ vi khuẩn đường ruột ở người, kết quả  đã chứng minh được hiệu lực kích thích tăng sinh tế bào beta ở cá ngựa vằn là như nhau khi sử dụng BefA ở người và cá ngựa vằn

 Việc khám phá BefA và vai trò của hệ vi khuẩn đường ruột trong việc tăng cường khả năng đáp ứng miễn dịch cho cơ thể. Từ đó,   thúc đẩy phát triển hệ vi sinh vật đường ruột khỏe mạnh ở trẻ em, ví dụ bằng cách thúc đẩy việc cho con bú và tránh sử dụng quá nhiều thuốc kháng sinh. Thêm vào đó, các nghiên cứu để xác định các cơ chế mà protein BefA ảnh hưởng đến sự phát triển tế bào beta và  các protein có tác dụng tương tự ở loài động vật khác, kể cả con người hay không?. Và Liệu pháp BefA có thể được xem là 1 giải pháp tiềm năng cho điều trị tiểu đường type 1 ở người cuối cùng.

IBSG – Nhóm Vi sinh lược dịch. 

Nguồn: Researchers find bacterial protein that boosts insulin-producing cells in zebrafish/ https://www.sciencedaily.com/releases/2016/12/161213130607.htm