Trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe và chế độ ăn uống lành mạnh, các xu hướng đến rồi đi, nhưng cũng có những xu hướng vượt qua tính nhất thời để tồn tại lâu dài. Ví dụ điển hình là men vi sinh.
Probiotics là những vi khuẩn và nấm men sống mang lại vô số lợi ích cho cơ thể chúng ta. Nhiều người lần đầu tiên biết đến probiotics thông qua các quảng cáo sữa chua từ những năm 80 đến 90, trong đó các ngôi sao nổi tiếng quảng bá rằng sản phẩm này “giúp cải thiện tiêu hóa”.
Trong những năm gần đây, kombucha – một loại đồ uống trà lên men – đã trở nên cực kỳ phổ biến trong cộng đồng người Mỹ, và kefir – một loại đồ uống từ sữa chua – cũng vậy; cả hai đều chứa rất nhiều vi khuẩn có lợi. Tất nhiên, men vi sinh cũng có thể được bổ sung dưới dạng viên nang hoặc gói nhỏ.
Rõ ràng là men vi sinh đã trở nên phổ biến, nhưng rốt cuộc chúng có nguồn gốc từ đâu? Thực ra, men vi sinh đã tồn tại từ rất lâu đời, ngang bằng với chính nền văn minh loài người. Hãy cùng tìm hiểu về lịch sử của men vi sinh mà chúng ta biết, cũng như cách thức hiểu biết của chúng ta về chúng đã không ngừng phát triển như thế nào cho đến ngày nay.
Lịch sử quá trình lên men
Lịch sử của men vi sinh gắn bó mật thiết với lịch sử loài người. Mặc dù con người không phải lúc nào cũng hiểu rõ về men vi sinh như ngày nay, nhưng nhờ quá trình lên men, chúng ta đã tiêu thụ men vi sinh trong suốt nhiều thế kỷ qua.
Quá trình lên menlà quá trình hóa học trong đó các enzym của vi sinh vật phân giải đường có trong thực phẩm và đồ uống. Nhờ quá trình enzym này, các hợp chất mới như ethanol, axit lactic và khí carbon dioxide được hình thành, mang lại cho thực phẩm những hương vị và kết cấu đa dạng.
Ví dụ, men trong bột bánh mì tận dụng quá trình lên men để chuyển hóa glucose trong bột mì thành năng lượng, đồng thời tạo ra CO₂ dưới dạng chất thải, từ đó hình thành các bọt khí giúp bột nở phồng khi nướng. Sự thay đổi thành phần này cũng xảy ra trong phô mai, nơi axit lactictạo nên hương vị và mùi thơmđặc trưng, quyến rũ.
Probiotics trong thời cổ đại
Loài ngườiđã lên men thực phẩm và đồ uống trong hơn 10.000 nămđể bảo quản cũng như cải thiện hương vị, mùi thơm và kết cấu. Hầu như mọi nền văn minh đều có phương pháp riêng, và các nhà khảo cổ học đã phát hiện ranhững ghi chép về quá trình lên men tại Trung Quốc vào thời kỳ Đồ đá mới, khoảng năm 7000 trước Công nguyên.Tại đó, đồ uống làm từ gạo lên men đặc biệt phổ biến. Sách Sáng Thế Ký trong Kinh Thánh (Chương 18, câu 1-8) ghi chép rằng Áp-ra-ham đã dâng “bò con, bánh mì và sữa chua”, điều này gợi ý về vị chua do axit lactic trong các sản phẩm sữa lên men tạo ra. Ngoài ra, người ta cho rằng Nhà tiên tri Muhammad đã tặng cho người dân vùng núi Caucasus loại đồ uống lên men giàu axit lactic có tên là kefir.
Quá trình lên men cũng đã được thực hiện bởi người Sumer – một trong những dân tộc đầu tiêncanh tác lương thực. Trong các văn bản chữ hình nêm cổ đại từ khoảng năm 1800 trước Công nguyên,có ghi chép về việc giao nộp ngũ cốc chocác xưởng ủ bia, thậm chí còn có cả những bài ca ngợi ca việc ủ bia.Ngoài ra, cũng có ghi chép cho thấy người Sumer đã lên men sữa; trong một báo cáo của một nông dân, có ghi lại rằng năm trước đó, họ đã thu hoạch được một vụ mùa bội thu từ sữa, bơ và phô mai từ đàn bò.
Người Ai Cập cổ đại được biết đến là những người đã thực hiện quá trình lên men thực phẩm, đặc biệt là thông qua việc nướng bánh mì men tự nhiên.Bánh mì là thực phẩm chính của người Ai Cập, điều này được thể hiệnqua các ghi chép trong nhiều ngôi mộ và đền thờ, nơi mô tả quá trình thu hoạch và chế biến ngũ cốc để xay thành bột mì làm bánh mì. Loại bột mì này được sử dụng để làm bột nhào và men khởi động (được tạo ra tự nhiên từ nấm men trong không khí). Loại men này giúp bột nhào nở ra trước khi nướng, tạo ra hương vị đậm đà cùng kết cấu nhẹ và giòn.
Có lẽ điều đáng ngạc nhiên nhất làloại phô mai cổ nhất thế giớiđã được phát hiện từ một xác ướp ở sa mạc Taklamakan, Trung Quốc, có niên đại từ năm 1615 trước Công nguyên.
Tuy nhiên, phải đến thế kỷ 20, cơ chế kỳ diệu của quá trình lên men mới thực sự được làm sáng tỏ.
Phát hiện ra men vi sinh
Lần đầu tiên men vi sinh được ghi nhận về mặt khoa học là vào năm 1907, khinhà khoa học người Nga và là chủ nhân giải Nobel Ilya Metchnikovtiến hành nghiên cứu về cư dân vùng dãy núiCaucasus ở Bulgaria. Ông bị thu hút bởi tỷ lệ người thọ trên 100 tuổi (người thọ trăm tuổi) cao ở khu vực này và nhận thấy rằng người dân các làng trong vùng thường xuyên uống một loại sữa chua lên men nhất định.
Metchnikoff, người cùng thời với Louis Pasteur – người đã xác định được các vi sinh vật không thể thiếu trong quá trình lên men – đã quan tâm đến tác động của những vi sinh vật đó đối với sức khỏe con người. Do đó, ông đã ngay lập tức tiến hành nghiên cứu các vi sinh vật có trong sữa chua mà những người dân làng này thường uống.
Kết quả nghiên cứu vi sinh vật dưới kính hiển vi cho thấy, loại sữa chua này chứa một loại vi khuẩncó tên là Lactobacillus bulgaricus– loài vi sinh vật mới được bác sĩ Stamen Grigorov người Bulgaria phát hiện gần đây. Vànhư chúng ta đã biết ngày nay, quá trình lên men sữa để làm sữa chua thường được thực hiện bằng cách bổ sung các chủng vi khuẩn axitlactic nhưLactobacillusbulgaricus và Streptococcus thermophilus.
Khi mối liên hệ này được làm sáng tỏ, nghiên cứu của Metchnikoff đã gợi ý rằngvi khuẩn Lactobacillicó khả năng trung hòa những tác động tiêu cực lên đường tiêu hóa – vốn là một trong những nguyên nhân gây bệnh tật và lão hóa.Metchnikoffđã gọivi khuẩn Lactobacilli là“probiotics”.Thuật ngữ này bắt nguồn từ từ “pro” trong tiếng Latinh (có nghĩa là “vì”) và từ “bios” hoặc “biotic” trong tiếng Hy Lạp (có nghĩa là “sự sống”).
Ngày nay, người ta đã biết rằng các chế phẩm sinh học có mặt trong nhiều chi vi khuẩn và nấm men khác nhau, nhưng phát hiện của Metchnikoff đã trở thành nền tảng cho những kiến thức mà chúng ta có về các chế phẩm sinh học. Chẳng hạn, các nghiên cứu hiện đạiđã chỉ ra những lợi ích của các chế phẩm sinh học, như cải thiện tâm trạng, giảm triệu chứng khó tiêu và hỗ trợ hệ miễn dịch khỏe mạnh.
Nếu không có phát hiện này, sự hiểu biết của chúng ta về men vi sinh có lẽ đã không phát triển như trong suốt một thế kỷ qua. Hãy cùng xem hiện nay sự hiểu biết của chúng ta về men vi sinh đã đạt đến mức nào nhờ những đóng góp của Metchnikoff.
Probiotics hiện đại
Như có thể thấy qua sự gia tăng phổ biến của các thực phẩm lên men như kombucha, sữa chua và kimchi, men vi sinh đang ngày càng trở nên phổ biến trong xã hội chúng ta hơn bao giờ hết. Tuy nhiên, men vi sinh ngày nay không chỉ đơn thuần liên quan đến các loại thực phẩm ngon miệng. Nghiên cứu về men vi sinh đã có những bước tiến nhờ vào việc dễ dàng tiếp cậncông nghệ giải trình tự toàn bộ bộ gen trongnhững năm gần đây.
Probiotics và giải trình tự gen
Giải trình tự gen là quá trình xác định trình tự của bốn “thành phần” hóa học (cơ sở) được biết đến là adenin, guanin, cytosin và thymine, vốn cấu thànhnên phân tử DNA. Các cơ sở này cung cấp cho các nhà khoa học thông tin về loại thông tin di truyền được mang trong một đoạn DNA cụ thể. Điều này đặc biệt có giá trị trong trường hợp của các chế phẩm probiotic, bởi vì,nó đã góp phần xác định không chỉcác chủng vi sinh vật khác nhautrên thế giới mà còn cả các chủng vi sinh vật tồn tại trong chính cơ thể chúng ta.
Trước tiên, chúng ta hãy cùng xem qua một dòng thời gian tóm tắt về các phát hiện trong lĩnh vực giải trình tự gen.
Trong 10 năm qua, lĩnh vực nghiên cứu về men vi sinh đã chứng kiến những thay đổi đáng kể. Phần lớn những thay đổi này là nhờcácbước đột phánhư Dự án Gen người, giúp mở rộng khả năng tiếp cận các phương pháp giải trình tự toàn bộ bộ gen mới. Việc giải mã trình tự gen của hơn 1.000 loài vi khuẩn trên mỗi người trong các điều kiện khác nhau đã giúp mở rộng đáng kể hiểu biết của chúng ta về các loài vi khuẩn liên quan đến nhiều trạng thái sức khỏe khác nhau của con người.
Các nỗ lực ban đầu trong lĩnh vực giải trình tự gen chủ yếu tập trung vào các chủng vi khuẩn có hại liên quan đến bệnh tật. Hiện nay, một phần trọng tâm này đang dần chuyển sang việc giải trình tự gen của các chủng vi khuẩn liên quan đến thực phẩm và vi khuẩn cộng sinh trong đường ruột, đặc biệt là các chủng vi khuẩn probiotic. Đây là lĩnh vực được đặt tênlà “probiogenomics”vào năm 2009.
Nếu có dữ liệu trình tự toàn bộ bộ gen, các chuyên gia sẽ có thể giải đáp nhiều thắc mắc hơn, giải quyết nhiều vấn đề hơn và đạt được nhiều tiến bộ hơn nữa trong lĩnh vực sức khỏe và y tế. Trình tự bộ gen của các chủng vi sinh vật mới được phân lập từ thực phẩm lên men hoặc từ đường ruột sẽ giúp các nhà khoa họcgiải đáp nhiều thắc mắcliên quan chỉ trong vòng một hoặc hai ngày.
- Có nguy hiểm hay không – Có mang gen sản sinh histamine hay gen kháng kháng sinh hay không
- Có hữu ích hay không – ví dụ, liệu nó có mang gen giúp lên men lactose thành axit lactic hay không
- Các loài có quan hệ họ hàng gần về mặt di truyền là gì?
- Liệu vi sinh vật đócó xuất hiện trong đường ruột của những người đã được giải trình tựhay không
PS128: Những điều có thể biết được từ việc giải trình tự gen
Năm 2007, khi một chủng vi khuẩn mới được phân lập từ dưa muối lên men, kết quả giải trình tự bộ gen đã chỉ ra rằngchủng này thuộc loài Lactobacillus plantarum. Chủng mới này, L. plantarum PS128 không mang các gen sản xuất histamine đã biết cũng như các gen kháng kháng sinh thông thường, do đó ngay lập tức được phân loạilà một chủng probiotic tiềm năng cho con người. Làm thế nào mà người ta biết được điều này? Nhờ vào giải trình tự gen.
Gần đây,Lactobacillus plantarum PS128 đã được đổi tên thànhLactiplantibacillus plantarum PS128. Tại sao vậy? Điều này cũng là nhờ vào việc giải trình tự bộ gen.
Trước đây, chi Lactobacillusbao gồm nhiềuloài vi khuẩn sản xuất axit lactic, nhưng nhờ phân tích trình tự gen, người ta đã phát hiện ra rằng phần lớn trong số hơn 260 loài này, xét về mặt tiến hóa, có quan hệ họ hàng xa với nhau.
Lactose – chất sẽ chuyển hóa thành axit lactic qua quá trình lên men – có hàm lượng cao trong các sản phẩm từ sữa;đồngthời, do vi khuẩn axit lactic có khả năng chịu đựng axit và axit mật,nên chúng đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng thương mại. Ngoài ra, vi khuẩn axit lactic còn sản sinh ra các hợp chất kháng khuẩnnhư bacteriocin và hydro peroxide bên cạnh axit lactic, do đó chúng cũng đóng vai trò chức năng trong việc chống lại các tác nhân gây bệnh.
Năm 2020,đề xuất phân loại lạiliên quan đến tên các loài vi khuẩn đã được chấp nhận trên một tạp chí chuyên ngành chính thức.Đây là việc phân loại lạiLactobacillus thành25 chi mới, sau khi trình tự gen đã giúp làm rõ sự khác biệt rõ rệt về thành phần di truyền. Hệ thống phân loại mới này bao gồm 1 chi vẫn giữ tên cũ“Lactobacillus”,chi Lactiplantibacillus mớiđược thành lập, cùng với 23 chi mới khác.
Tương lai của men vi sinh
Nhờ những công nghệ đột phá như giải trình tự gen cùng với tốc độ thực hiện đáng kinh ngạc mà công nghệ hiện đại mang lại, sự hiểu biết của chúng ta về hệ vi sinh vật và men vi sinh đã được mở rộng đáng kể, đồng thời mang lại những bước tiến nhảy vọt trong kiến thức về sức khỏe con người.
Ví dụ,thông qua việc giải trình tự hệ vi sinh vật trong phân, các chuyên gia có thể xác định hồ sơ hệ vi sinh vật của từng cá nhân. Đây sẽ là thông tin hữu ích cho những người đang mong muốn hiểu sâu hơn về các nhu cầu sức khỏe cụ thể của bản thân. Hiện nay, loại dịch vụ giải trình tự này đang được một số công ty cung cấp dưới dạng bộ kit xét nghiệm hệ vi sinh vật trong phân có thể sử dụng tại nhà, và bất kỳ ai cũng có thể mua trực tuyến.
Các doanh nghiệp cho rằng, bằng cách sử dụng các bộ kit này, người tiêu dùng có thể hiểu sâu hơn về nhu cầu sức khỏe của bản thân dựa trên hồ sơ hệ vi sinh vật và có khả năng xác định loại men vi sinh nào mang lại hiệu quả tối ưu. Tuy nhiên, các bộ kit “bán trực tiếp cho người tiêu dùng” như vậykhông chịu sự quản lý của FDAvàkhả năng phân tích của chúngnói chung là chưa đủ. Nhiều bộ kit trong số này có giá khá cao, và ngoài khả năng ứng dụng vào sức khỏe con người, vẫn chưa có kết luận rõ ràng về độ chính xác và tính hợp lệ của ít nhất một số kết quả.
Những đổi mới trong quá khứ và đang diễn ra hiện nay đã mở ra vô số tiềm năng mới trong nghiên cứu và ứng dụng men vi sinh. Chẳng hạn,các phương pháp mới như phân tích metagenomecung cấp thêm nhiều thông tin về mẫu được phân tích.Bằng cách giải trình tự hỗn hợp DNA gen được chiết xuất từ các nguồn tự nhiên, có thể xác định được quần thể vi sinh vật trong mẫu đó. Thay vì phân lập và nuôi cấy từng vi sinh vật riêng lẻ bằng phương pháp phân lập và nuôi cấy truyền thống, phương pháp tiếp cận được tối ưu hóa hơn nhiều này cho phép các nhà nghiên cứu xác định nhiều vi sinh vật cùng một lúc, đặc biệt là những vi sinh vật có điều kiện nuôi cấy riêng biệt.Nhờ công nghệ metagenomics, khoảng 70% hệ vi sinh vật của con người đã được xác định, trong đó phần lớn là những loài khó nuôi cấy trong phòng thí nghiệm.
Phương pháp phân tích metagenome tiềm ẩnkhả năng làm sáng tỏ các gencó thể đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong y học và công nghệ sinh học, cũng như các protein do chúng mã hóa và toàn bộ họ gen;đồng thời, các phương pháp thu thập dữ liệu mới đang thúc đẩy sự tiến bộ trong lĩnh vực này. Các hệ thống như vậy sẽ giúp nghiên cứu sâu hơn về sự tương tác giữa các chế phẩm probiotic với hệ miễn dịch, quá trình chuyển hóa và toàn bộ hệ vi sinh vật.
Tại Bened Life, chúng tôi mong muốn trở thành một thành viên của xã hội, góp phần giải quyết cả những vấn đề thường ngày lẫn những thách thức toàn cầu thông qua việc ứng dụng men vi sinh “ruột-não”, từ đó hỗ trợ mọi người có được chất lượng cuộc sống tốt hơn.
Chúng tôi,L. plantarum Thông qua PS128, chúng tôi đang hướng tới một tương lai như vậy. Hãy cùng tìm hiểu cách thay đổi cuộc đời bạn ngay từ hôm nay!
