Vi sinh vật đặt ra câu hỏi: Con người có thực sự là mình

Vi sinh vật đặt ra câu hỏi: con người có đích thực là mình?

Nguồn: tổng hợp từ PLOS

Chúng ta có thực sự là một cá thể đơn lẻ độc nhất vô nhị mà chúng ta tự nhận là CON NGƯỜI với ý nghĩa cao quý nhất của từ này? Cho đến gần đây, chúng ta dường như khá chắc chắn về điều đó cả về mặt triết học, nghệ thuật lẫn nhân chủng học. Chẳng phải chúng ta từng khắc khoải với câu hỏi thống thiết của chàng hoàng tử Hamlet: to be or not to be?

Ngày nay, sự chắc chắn mang tính triết học này –– và do đó ý thức về bản thân của chúng ta ­ –– phải  đối mặt với những thách thức lớn. Nguồn gốc của thách thức này bắt đầu từ những phát hiện mới về vi sinh vật. 

Thoạt đầu vi sinh học được coi là một ngành học vào thế kỷ 19 (và được cho là có sự trở lại mạnh mẽ sau khi van Leeuwenhoek phát minh ra kính hiển vi vào thế kỷ 17) cho rằng động vật, bao gồm cả con người, mang nhiều vi sinh vật. Tuy nhiên, suốt một thời gian dài vi sinh vật thường được coi là mầm bệnh hoặc không đáng kể: sự vắng mặt của vi sinh vật có nghĩa là có sức khỏe tốt. Chỉ đến khi có sự xuất hiện của các kỹ thuật giải trình tự gene chi phí thấp, thông lượng cao cho phép nghiên cứu các cộng đồng vi sinh vật người ta mới phát hiện ra: con người không phải là một thực thể đơn nhất mà là một cộng đồng năng động và tương tác của tổ hợp tế bào người và tế bào vi sinh vật. Theo ước tính hiện tại, khoảng một nửa số tế bào trong cơ thể chúng ta là vi sinh vật.

Các nhà khoa học về sự sống, bao gồm cả các bác sĩ lâm sàng, ngày càng nhận ra tầm quan trọng của hệ vi sinh vật đối với những gì trước đây được coi là đơn vị sinh học tự khép kín của con người. Khoa học về vi sinh dẫn đến việc đánh giá lại các quá trình sinh học đa dạng như chức năng sinh lý của các cơ quan nội tạng, thành phần của các chất chuyển hóa trong dịch cơ thể và việc kiểm soát các bệnh truyền nhiễm. 

Phát hiện có tính đột phá về vi sinh là động vật ­– từ bọt biển đến con người – hưởng lợi từ vi sinh vật của mình ở hai phương diện dinh dưỡng và khả năng phòng thủ chống lại các kẻ thù tự nhiên. Điều này không có gì đáng ngạc nhiên, bởi lẽ các tương tác với quần xã vi sinh gần như phổ biến ở các động vật còn cổ xưa hơn nguồn gốc tiến hóa của động vật: sự thật thì tổ tiên của chúng ta là đa sinh vật trước khi là đa bào.

Phát hiện thứ hai, còn đáng ngạc nhiên và thách thức hơn: đó là hệ vi sinh vật cũng đóng vai trò trung tâm trong ba quá trình mà theo truyền thống được cho là xác định bạn với tư cách cá thể: hệ thống miễn dịch, não bộ và bộ gene.

Quan điểm thay đổi về con người.

(a) Quan điểm truyền thống: con người sống tách biệt với tự nhiên. (b) Quan điểm mới: tương tác với vi sinh vật xác định cá thể người.

Chúng ta hãy bắt đầu với miễn dịch thích ứng, là một hệ thống nhận biết phân tử được tạo ra bởi sự sắp xếp lại tổ hợp của các đoạn gene. Hệ thống nhận biết này là duy nhất đối với mỗi sinh vật bởi vì những thay đổi di truyền ở tế bào soma là nghiêm ngặt và sự đa dạng về trình tự tiềm năng vượt xa số lượng trình tự có thể được biểu hiện trong quần thể tế bào của một cá thể động vật; ở hầu hết các động vật có xương sống, kể cả con người, các sự kiện tái tổ hợp soma chỉ giới hạn ở các gene immunoglobulin trong các tế bào tiền thân của hai dòng tế bào lympho (tế bào T và tế bào B). 

Hệ vi sinh vật không ảnh hưởng đến các sự kiện di truyền này –– nhưng nó đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành sự phong phú và hoạt động của các loại tế bào T và tế bào B. Ví dụ, sự hiện diện và thành phần của vi sinh vật trong đường ruột có thể ảnh hưởng đến các tế bào có chức năng chống viêm. Ngoài ra, các axit béo chuỗi ngắn, là sản phẩm thải ra từ quá trình trao đổi chất của vi sinh vật đường ruột, thúc đẩy sự biệt hóa của tế bào B thành tế bào plasma tiết ra các phân tử immunoglobulin A bảo vệ (IgAs), và có bằng chứng cho thấy hệ vi sinh vật đường ruột có tác dụng toàn thân quan trọng trong việc ức chế các IgE làm trung gian của nhiều bệnh dị ứng (hen suyễn, chàm, v.v.), phản ứng toàn thân nghiêm trọng với chất gây dị ứng và một số bệnh tự miễn dịch. Mặc dù nhiều khía cạnh sự tương tác phức tạp giữa vi sinh vật và hệ miễn dịch vẫn chưa được hiểu đầy đủ, nhưng rõ ràng hệ vi sinh vật là một phần của quá trình xác định xem liệu sinh vật có nhận ra một dạng phân tử cụ thể là chính mình hay không, cũng như mức độ mạnh mẽ của sinh vật phản ứng với bản thân. Nói cách khác, bạn hoặc tôi là sản phẩm của sự tương tác phức tạp giữa các tế bào người với vô số các tế bào vi sinh vật. 

Vi sinh vật học cũng đang gây nhiễu truyền thống lâu đời trong giải phẫu và sinh lý học trong việc xác định bản sắc cá nhân về các chức năng cao hơn của não người trong tự nhận thức, đặc điểm tính cách và trạng thái cảm xúc. Có lẽ điều khiến chúng ta không hiểu về con người và ý thức về bản thân là những tác động chính của hệ vi sinh vật đối với chức năng hệ thần kinh. Các nghiên cứu hành vi trên loài gặm nhấm cho thấy sự xáo trộn hoặc thay đổi trong hệ vi sinh vật đường ruột có liên quan đến sự căng thẳng, chứng lo âu và trầm cảm. Các nghiên cứu về giải phẫu và điện sinh lý đang thiết lập một mạng lưới liên lạc phức tạp giữa vi sinh vật đường ruột với chức năng của hệ thần kinh trung ương. Mặc dù ít nhất một số tác động được báo cáo dọc theo trục hệ vi sinh vật - ruột - não có thể là gián tiếp (ví dụ: sự phụ thuộc vào tác động của vi sinh vật đối với dinh dưỡng, trao đổi chất và miễn dịch), nghiên cứu về động vật gặm nhấm cho thấy hệ vi sinh đóng vai trò quan trọng trong bệnh thần kinh và thoái hóa thần kinh. Do đó, bằng chứng thực nghiệm về ảnh hưởng của hệ vi sinh vật đối với các đặc điểm hành vi mà chúng ta coi là để xác định ý thức của chúng ta về bản thân –– chúng ta là gì –– có ý nghĩa sâu xa ngoài ý nghĩa y sinh học và đặc biệt là đối với sự hiểu biết triết học về bản thân con người.

Chúng ta chỉ còn lại cơ sở sinh học thứ ba về bản thân: bộ gene. Trình tự bộ gene của mỗi người vừa cố định (trừ đột biến soma) vừa duy nhất (trừ các cặp song sinh giống hệt nhau). Bề ngoài, tính cá nhân của mỗi người được nhấn mạnh hơn nữa bởi hệ vi sinh, nó là duy nhất đối với một cá nhân cũng như dấu vân tay của bạn. Sự đa dạng của vi sinh vật rất quan trọng vì hệ vi sinh vật đóng góp vào nhiều đặc điểm của vật chủ, bao gồm các đặc điểm dinh dưỡng và trao đổi chất cũng như hiệu quả của thuốc điều trị. Thực tế là các đặc điểm quan trọng của con người không thể được xác định riêng, bởi lẽ gene người sẽ không làm xáo trộn khái niệm di truyền của bản thân nếu các đối tác vi sinh vật và các gene được mã hóa một cách đáng tin cậy với vật chủ là người. Mặc dù có nguồn gốc từ bên ngoài, hệ vi sinh vật có thể được coi là “chủ nhân danh dự”. Tuy nhiên, vấn đề là ở chỗ nhiều khía cạnh của thành phần phân loại và di truyền của cộng đồng vi sinh vật có thể thay đổi độc lập với kiểu gene của con người, cả giữa các cá thể và theo thời gian, trong một cá thể riêng lẻ. Tính luân chuyển này trong quan hệ vật chủ và vi sinh vật có hai hệ quả sâu sắc. Hệ quả thứ nhất là phạm vi của y học về bộ gene cần được đánh giá lại dựa trên bằng chứng rằng nhiều đặc điểm quan trọng về mặt y học không chỉ được xác định bởi cấu tạo gene người mà còn phụ thuộc, ở mức độ đáng kể, vào khả năng di truyền của vi sinh vật. Hệ quả thứ hai –– sâu rộng hơn –– là nhận thức ngày càng tăng rằng phần lớn cấu tạo di truyền của mỗi cơ thể người là vi sinh vật sẽ làm suy yếu bất kỳ định nghĩa nào về “tính riêng lẻ” xét về bộ gene cá nhân của chúng ta.

Chúng tôi muốn nhấn mạnh rằng việc phát hiện ra tầm quan trọng cơ bản của hệ vi sinh vật đối với cấu tạo di truyền của con người là rất khác so với quan điểm cũ cho rằng môi trường có ảnh hưởng đến bộ gene của chúng ta. Quan điểm cũ là một giả thuyết cho ra bạn là ai là do bộ gene và môi trường “quy định”. Với những phát hiện mới có thế thấy hệ vi sinh vật không “ảnh hưởng” gì đến bộ gene của chúng ta; nó chỉ tạo thành các siêu sinh vật – con người.

Hệ quả và quan điểm

Nỗ lực khoa học đáp ứng như thế nào trước nhận thức ngày càng tăng rằng thành phần và hoạt động của đối tác vi sinh vật của con người trực tiếp tham gia vào các quá trình sinh học quan trọng xác định các khái niệm truyền thống về bản thân: từ khả năng đáp ứng của hệ thống miễn dịch thích ứng đến khả năng nhận thức và trạng thái cảm xúc của chúng ta cũng như cơ sở di truyền và tình trạng sức khỏe? Chúng ta đang chứng kiến ​​những khoản đầu tư bền vững từ các tổ chức khoa học, thương mại và các Mạnh Thường Quân vào các trung tâm nghiên cứu vi sinh vật. Sách giáo khoa đang được sửa đổi và các khóa giảng được soạn thảo lại để phù hợp với kiến thức mới về quần xã vi sinh vật. 

Một hệ quả lớn hơn là các tác động của vi sinh vật học đã vượt ra ngoài phạm vi khoa học tự nhiên lấn sang khoa học nhân văn. Thật vậy, như chúng ta thấy, việc phát hiện ra rằng vi sinh vật là một bộ phận cấu thành của chính chúng ta đòi hỏi một nỗ lực để hiểu ý nghĩa của việc trở thành con người –– cho đến nay là lĩnh vực gần như độc quyền của khoa học nhân văn.

Hình 2. Nghiên cứu hệ vi sinh vật đặt lại câu hỏi con người có hoàn toàn là mình?

 Về mặt lịch sử, sự phân công lao động giữa các khoa nghệ thuật và khoa học đã xuất hiện vào thế kỷ 18, cùng với ý tưởng rằng con người không chỉ là bản chất đơn thuần –– rằng có những năng lực độc quyền của con người khiến chúng ta khác biệt với động vật và thực vật “đơn thuần”. Cụ thể hơn, lập luận cho rằng lý trí, ngôn ngữ và nghệ thuật đã giải phóng con người khỏi những điều ngẫu nhiên của tự nhiên và dần dần làm nảy sinh một thế giới duy nhất của con người, một thế giới “văn hóa” không thể điều khiển được đối với các quy luật tự nhiên và do đó. đòi hỏi một bộ khoa học riêng (thuật ngữ “văn hóa” lần đầu tiên được sử dụng để đánh dấu một thế giới “đặc biệt” của loài người là vào cuối những năm 1770). Những phát hiện về vai trò của vi sinh vật đã tạo nên sự giao thoa giữa khoa học tự nhiên và khoa học nhân văn. Điều này làm cho sự hợp tác chặt chẽ của khoa học sự sống với khoa học nhân văn trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết.