Cảm giác đó trong ruột của bạn? Chà, nó ở trong đầu bạn, nhưng một số trong số đó thực sự bắt đầu từ đường tiêu hóa.
Một số trong số hàng nghìn tỷ vi khuẩn sống trong ruột của bạn – trong số đó có vi rút, sinh vật nhân chuẩn và vi khuẩn cổ – tổng hợp một số chất dẫn truyền thần kinh chịu trách nhiệm cho các dây thần kinh, sự lo lắng và hưng phấn của bạn.
Khi bạn không có đủ – hoặc bạn có quá nhiều – bất kỳ hormone nào trong số này, sức khỏe tinh thần của bạn có thể bị ảnh hưởng.
>> Tham khảo: Đột phá mới trong truyền dẫn thông tin quang học.
Tae Seok Moon, phó giáo sư tại Khoa Năng lượng, Môi trường & Kỹ thuật Hóa học tại Trường Kỹ thuật McKelvey thuộc Đại học Washington ở St. Louis, cho biết bản thân ông đã trải qua sự mất cân bằng này. Và anh ấy đang nghiên cứu cách khắc phục: vi khuẩn biến đổi gen có thể theo dõi quá trình sản xuất hóa chất từ bên trong ruột của một người và khắc phục mọi sự mất cân bằng.
Nghiên cứu của ông đã được công bố vào ngày 11 tháng 11 trên tạp chí Cell Systems.
“Đó là một công việc khó thực hiện,” Moon nói, “để giữ cho các chất dẫn truyền thần kinh của bạn được cân bằng.” Nhưng anh ấy đã bắt đầu rồi. Vào năm 2017, Moon đã được trao một khoản tài trợ để thiết kế một loại vi khuẩn có lợi đặc biệt nhằm bảo vệ con người khỏi những tác động tiêu cực đến sức khỏe của việc tăng vọt adrenaline.
Phương pháp của Moon liên quan đến việc phát triển một “cảm biến vi khuẩn” có thể phát hiện một số hóa chất trong ruột của một người. Anh ấy đã nghiên cứu các cảm biến tương tự trong phòng thí nghiệm của mình với mục tiêu cuối cùng là biến đổi gen thành một loại hệ thống mô-đun với các cảm biến khác nhau.
>> Tham khảo: Tấm nano 2D làm cực dương trong pin Li-ion.
Ông đã phát triển các cảm biến về nhiệt độ, độ pH, nồng độ oxy, ánh sáng, chất ô nhiễm và các hóa chất liên quan đến bệnh tật khác.
Moon không phải là người đầu tiên phát triển các cảm biến như vậy, nhưng cho đến nay, chúng hầu hết đều thiếu tính đặc hiệu. Các cảm biến có thể gặp khó khăn khi phân biệt giữa các phân tử có cấu trúc tương tự nhau.
“Tính cụ thể trong kỹ thuật là một trong những thách thức lớn,” Moon nói. “Nhưng chúng tôi đã chứng minh rằng điều này có thể được thực hiện.”
Bằng chứng là ở vi khuẩn Escherichia coli Nissle 1917 (EcN) biến đổi gen, có một cảm biến cho một — và chỉ một — loại phân tử.
Nhóm nghiên cứu đã có thể bắt đầu với một lộ trình cảm biến được tìm thấy tự nhiên trong vi khuẩn. Tác giả đầu tiên Austin Rottinghaus, một nghiên cứu sinh tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Moon và các thành viên khác trong phòng thí nghiệm đã sử dụng mô hình máy tính để khám phá cách đột biến sẽ ảnh hưởng đến độ nhạy của con đường.
>> Tham khảo: Khói nấu ăn độc hại gây ra các biến chứng đe dọa tính mạng ở phụ nữ mang thai bị huyết áp cao.
Các nhà nghiên cứu đã có thể phát triển một lộ trình cảm biến nhạy cảm với các phân tử mà họ quan tâm — và chỉ những phân tử đó.
Các cảm biến được tích hợp vào EcN, biến vi khuẩn thành những thợ săn chính xác. Họ có thể phân biệt giữa phenylalanine (Phe) và tyrosine (Tyr), hai phân tử có cấu trúc tương tự nhau liên quan đến các rối loạn (PKU) và tyrosinemia loại 2, tương ứng.
Nhóm cũng đã phát triển các cảm biến cho phenylethylamine (PEA) và tyramine (Tyra) có cấu trúc tương tự – cả hai đều được tìm thấy trong thực phẩm và trong ruột.
Với bằng chứng về khái niệm này, phòng thí nghiệm của Moon giờ đây có thể phát triển một bộ truyền động – một loại protein sẽ hoạt động dựa trên thông tin do cảm biến thu thập.
Ví dụ, PKU là một bệnh di truyền khiến trẻ sơ sinh tích lũy quá nhiều phenylalanine. Một loại vi khuẩn được thiết kế hoàn chỉnh có thể có một bộ cảm biến để phát hiện axit amin và một bộ truyền động có thể phân hủy nó nếu mức độ phenylalanine quá cao.
Những loại sinh vật được thiết kế này có thể hữu ích ngoài môi trường y tế. Chúng cũng có thể được sử dụng để theo dõi chất lượng thực phẩm hoặc để điều chỉnh các lộ trình cho kỹ thuật trao đổi chất của vi sinh vật, các quy trình được sử dụng để tạo ra nhiều loại dược phẩm, nhiên liệu hoặc các hóa chất khác.
>> Tham khảo: Nanocarrier spray: Cây trồng tốt hơn mà không cần biến đổi gen.
Tuy nhiên, vì kinh nghiệm của mình, cá nhân Moon quan tâm nhất đến vi khuẩn có thể cảm nhận được mức độ dẫn truyền thần kinh trong ruột.
Ông nói: “Nếu nồng độ quá cao, vi khuẩn sẽ tạo ra một loại enzyme làm suy giảm hóa chất mục tiêu. Nếu quá thấp, vi khuẩn sẽ tạo ra một loại enzyme có thể tổng hợp nhiều hơn”.
Khoảng 95% hormone serotonin được tổng hợp bởi vi khuẩn trong ruột. Moon cho biết khi chất này và các chất dẫn truyền thần kinh khác không hoạt động bình thường, một người có thể phải chịu đựng rất nhiều. Ngài muốn chấm dứt sự đau khổ này.
“Đây là sự khởi đầu của giải pháp kỹ thuật của chúng tôi.”
