Phát hiện enzyme β-galactosidase mới mở ra hướng phát triển prebiotic thế hệ mới

Bối cảnh nghiên cứu

Trong những năm gần đây, khoa học dinh dưỡng và y sinh ngày càng tập trung vào vai trò của hệ vi sinh đường ruột đối với sức khỏe con người. Không chỉ ảnh hưởng đến tiêu hóa, hệ vi sinh còn liên quan mật thiết đến miễn dịch, chuyển hóa, viêm mạn tính và thậm chí cả sức khỏe thần kinh. Một trong những cách quan trọng để điều chỉnh hệ vi sinh là thông qua prebiotic – các hợp chất không tiêu hóa được nhưng có khả năng nuôi dưỡng lợi khuẩn.

Tuy nhiên, phần lớn các prebiotic hiện nay chỉ tập trung vào những loại carbohydrate quen thuộc như inulin hay fructooligosaccharide (FOS). Nhiều glycan hiếm trong đường ruột con người vẫn chưa được khai thác do thiếu hiểu biết về cách vi khuẩn xử lý chúng. Một nghiên cứu mới công bố năm 2025 trên tạp chí Communications Biology đã cung cấp mảnh ghép quan trọng cho khoảng trống này.

Phát hiện enzyme β-galactosidase hoàn toàn mới

Nhóm nghiên cứu đã xác định được một enzyme β-galactosidase mới trong vi khuẩn Bacteroides xylanisolvens – một loài vi khuẩn phổ biến cư trú trong ruột người. Điểm đặc biệt của enzyme này nằm ở tính chọn lọc cực cao.

Cụ thể, enzyme chỉ nhận diện và tác động lên liên kết β-1,2 trong các phân tử galactooligosaccharide (β-1,2-GOS). Đây là một dạng glycan hiếm, trước đây rất ít được nghiên cứu do không có công cụ sinh học phù hợp để phân tích và xử lý. Khác với các enzyme β-galactosidase thông thường vốn có thể phân giải nhiều kiểu liên kết khác nhau (β-1,3 hoặc β-1,4), enzyme mới này hoàn toàn không tác động lên các liên kết đó.

Tính đặc hiệu này cho thấy hệ vi sinh đường ruột có mức độ “chuyên môn hóa” cao hơn nhiều so với hiểu biết trước đây.

Cơ chế hoạt động được làm rõ bằng cấu trúc tinh thể

Để lý giải vì sao enzyme có thể phân biệt chính xác liên kết β-1,2, các nhà khoa học đã sử dụng phân tích cấu trúc tinh thể bằng tia X. Kết quả cho thấy vùng hoạt động của enzyme có hình dạng và đặc tính hóa học phù hợp hoàn hảo với cấu trúc không gian của β-1,2-GOS, trong khi “loại trừ” các liên kết khác.

Phát hiện này không chỉ giúp hiểu rõ cơ chế xúc tác ở cấp độ phân tử, mà còn tạo nền tảng cho việc thiết kế enzyme hoặc glycans mục tiêu trong tương lai.

Tiềm năng ứng dụng trong dinh dưỡng và y học

Phát hiện enzyme β-galactosidase đặc hiệu mang lại nhiều hướng ứng dụng quan trọng:

Phát triển prebiotic thế hệ mới

Thay vì nuôi dưỡng vi khuẩn một cách “đại trà”, các glycan β-1,2-GOS có thể được thiết kế để nuôi dưỡng chọn lọc những nhóm lợi khuẩn cụ thể trong ruột.

Hỗ trợ tiêu hóa carbohydrate phức tạp

Enzyme này có thể giúp cải thiện khả năng xử lý các loại đường phức tạp, đặc biệt hữu ích cho người gặp vấn đề về tiêu hóa carbohydrate hoặc mắc hội chứng ruột kích thích (IBS).

Ứng dụng trong điều trị bệnh

Một số bệnh, điển hình là bệnh Chagas, có liên quan đến các glycans mang cấu trúc tương tự β-1,2-GOS. Hiểu rõ cách enzyme xử lý các cấu trúc này có thể mở ra hướng can thiệp sinh học mới.

Ý nghĩa đối với nghiên cứu hệ vi sinh đường ruột

Phát hiện này mang ý nghĩa vượt ra ngoài phạm vi một enzyme đơn lẻ. Nó cho thấy:

Hệ vi sinh đường ruột có khả năng xử lý những loại carbohydrate rất đặc thù, đóng vai trò quan trọng trong cân bằng sinh thái ruột.

Nhiều glycan hiếm từng bị bỏ qua có thể giữ vai trò sinh học quan trọng, nhưng chỉ được phát hiện khi có công cụ enzyme phù hợp.

Đây là bước tiến quan trọng hướng tới cá nhân hóa dinh dưỡng, nơi chế độ ăn và prebiotic có thể được thiết kế dựa trên đặc điểm vi sinh của từng người.

Kết luận

Enzyme β-galactosidase mới được phát hiện từ vi khuẩn đường ruột là một minh chứng rõ ràng cho thấy chúng ta mới chỉ hiểu được một phần nhỏ về tiềm năng sinh học của hệ vi sinh. Với khả năng xử lý chính xác β-1,2-GOS, enzyme này mở ra triển vọng phát triển prebiotic thế hệ mới, hỗ trợ tiêu hóa, miễn dịch và sức khỏe toàn diện.

Trong thời gian tới, các nghiên cứu tiếp theo sẽ cần tập trung vào việc ứng dụng thực tế, đánh giá hiệu quả sinh học và tiến tới các thử nghiệm lâm sàng nhằm xác nhận lợi ích của các glycan mới đối với con người.

Nguồn:

Communications Biology (2025)