Sữa không chỉ là thức ăn dành cho trẻ sơ sinh. Sữa mẹ đã phát triển để cung cấp hàng nghìn phân tử đa dạng bao gồm các yếu tố tăng trưởng, hormone và kháng thể cũng như vi khuẩn.

Elizabeth Johnson, nhà dinh dưỡng phân tử tại Đại học Cornell, nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ ăn của trẻ sơ sinh đến hệ vi sinh vật đường ruột. Những nghiên cứu này có thể mang lại manh mối cho những câu hỏi khó về sức khỏe cộng đồng cho cả trẻ em và người lớn. Trong tập podcast “The Joy of Why” này, người đồng dẫn chương trình Steven Strogatz phỏng vấn Johnson về các thành phần vi sinh vật khiến sữa mẹ trở thành một trong những chất lỏng sinh học kỳ diệu nhất được tìm thấy trong tự nhiên.

Lắng nghe về Podcast của Apple, Spotify,  TuneIn hoặc ứng dụng podcasting yêu thích của bạn, hoặc bạn có thể truyền nó từ Quanta.

Bảng điểm

[Vở kịch chủ đề]

STEVEN STROGATZ: Sữa là một chất quen thuộc, quen thuộc đến nỗi nó có vẻ quá bình thường để có thể chứa đựng bất kỳ điều bí ẩn nào. Tuy nhiên, trên thực tế, sữa và hoạt động cho con bú là những cải tiến sinh học phi thường mà các nhà nghiên cứu vẫn đang cố gắng tìm hiểu.

Ai cũng biết rằng sữa mẹ có thể giúp đảm bảo sức khỏe cho trẻ bú mẹ, nhưng những lợi ích đó không chỉ đơn giản là do hàm lượng dinh dưỡng của sữa. Ngoài việc là nguồn dinh dưỡng, sữa còn giúp bảo vệ chống lại vi trùng, kích thích sự phát triển của trẻ sơ sinh và cho phép mẹ và bé có đủ loại cuộc trò chuyện về mặt hóa học. Sữa mẹ chứa hàng ngàn phân tử đa dạng, bao gồm các yếu tố tăng trưởng, hormone, kháng thể và vi khuẩn. Tất cả những điều này phối hợp với nhau để cung cấp cho trẻ sơ sinh những gì chúng cần để lớn lên và phát triển bình thường. Nhưng chính xác thì thế nào?

Tôi là Steve Strogatz và đây là “The Joy of Why”, một podcast từ Tạp chí Quanta, nơi tôi và người đồng dẫn chương trình Janna Levin lần lượt khám phá một số câu hỏi chưa có lời giải lớn nhất trong toán học và khoa học ngày nay.

Trong tập này, chúng ta sẽ nói chuyện với nhà sinh học phân tử Elizabeth Johnson về những bí ẩn của sữa và cách chúng ta tiến hóa để phụ thuộc vào chất hoàn toàn tự nhiên, toàn năng này.

[Chủ đề kết thúc]

Liz là trợ lý giáo sư về dinh dưỡng phân tử tại Đại học Cornell thuộc Khoa Khoa học Dinh dưỡng và là Học giả Freeman Hrabowski của Viện Y tế Howard Hughes. Cô ấy chuyên về các phương pháp tiếp cận gen và chuyển hóa để nghiên cứu ảnh hưởng của dinh dưỡng đến hệ vi sinh vật đường ruột, đặc biệt quan tâm đến dinh dưỡng cho trẻ sơ sinh và hệ vi sinh vật đường ruột của trẻ sơ sinh. Liz, chào mừng đến với “Niềm vui của Tại sao”.

ELIZABETH JOHNSON: Cảm ơn vì đã có tôi, Steve.

STROGATZ: Hân hạnh. Tôi rất vui được gặp bạn. Tôi không nghĩ nó thực sự có liên quan, nhưng tôi không thể cưỡng lại việc nói rằng chúng tôi gần như là hàng xóm cạnh nhau. Có một ngôi nhà ở giữa chúng tôi. Liz là người bạn rất tốt cũng như đồng nghiệp đáng kính của tôi.

JOHNSON: Vâng, không, tôi nghĩ đó là một điểm tốt để thực hiện.

STROGATZ: Được rồi, bây giờ việc tiết lộ đó đã không còn nữa, hãy để tôi thú nhận, tôi không biết điều đầu tiên về sữa như một chủ đề khoa học. Tôi đã bị sốc khi đang thực hiện một nghiên cứu nhỏ cho chương trình này về việc vẫn còn bao nhiêu câu đố. Khi còn nhỏ, sau giờ học về nhà, tôi thường có sữa và bánh quy; có lẽ tôi sẽ ăn bơ đậu phộng và thạch. Vậy theo cách nghĩ đó thì sữa cũng chỉ là một loại thực phẩm khác. Đầu tiên hãy nói về nó như thức ăn. Thành phần dinh dưỡng cơ bản của sữa là gì?

JOHNSON: Bối cảnh mà bạn đang nói đến cũng giống như cách tôi từng nghĩ về sữa. Đó không phải là thức ăn dành cho trẻ sơ sinh mà chỉ là thức ăn, một thứ gì đó có vị khá ngon.

Khi bạn lớn lên và bạn nhận ra rằng sữa có thể chuyên biệt như thế nào, đặc biệt là khi bạn có một đứa con sơ sinh cần sữa và bạn bắt đầu nghĩ đến sữa mẹ, đó là lúc bạn nhận ra rằng có nhiều thứ sữa hơn tôi thực sự nghĩ khi tôi bú những thứ đó. bánh quy và sữa khi còn nhỏ.

Thực chất nó là gì, nó bao gồm những thứ cần thiết để cung cấp dinh dưỡng cho trẻ sơ sinh trong một khoảng thời gian ngắn. Và đó là một đặc điểm rất đặc trưng của tất cả các loài động vật có vú, chúng sử dụng sữa để nuôi con. Và vì vậy khi bạn nghĩ về những gì thực sự có trong đó, thì có đường và carbohydrate. Có chất béo. Có protein. Có khoáng chất. Và trong sữa mẹ, cũng như nhiều loại sữa khác, có những yếu tố khác, chẳng hạn như yếu tố miễn dịch và các tế bào khác, axit nucleic và những thứ tương tự, không chỉ dành cho sự tăng trưởng mà còn dành cho sự phát triển trong thời kỳ đó của thời gian. Vì vậy, khi bạn lấy một ly sữa lạnh, nó thực sự được thiết kế để làm được nhiều việc hơn những gì nó đang làm hiện tại.

STROGATZ: Vì vậy, bây giờ bạn đã mở ra cánh cửa cho vai trò lớn hơn của sữa, nó không chỉ là một loại thực phẩm. Đó là tất cả những gì bạn từng đọc trong sách giáo khoa sinh học, phải không? Enzyme, hormone, kháng thể, tế bào gốc, vi khuẩn, những thứ thậm chí không hẳn là của con người?

JOHNSON: Vâng chính xác. Và nó là nguồn dinh dưỡng tuyệt vời. Bạn đang nghĩ về thứ gì đó sẽ cho phép con người tăng trưởng và phát triển nhanh nhất bên ngoài bụng mẹ, phải không?

Nhưng bạn nghĩ ở đây cũng có cơ hội thực sự tuyệt vời để giao tiếp, phải không? Rất nhiều thông tin có thể được chuyển giao thông qua hành động cho con bú. Và đây là một điều rất quan trọng mà chúng ta quên mất khi nghĩ về nó giống như một sản phẩm tiêu dùng hoặc chỉ là thứ phục vụ nhu cầu năng lượng.

STROGATZ: Bằng thông tin ở đây, bạn có thể cho chúng tôi một ví dụ về loại thông tin nào không? Đó có phải là một giao tiếp hai chiều? Mỗi người có nói chuyện với nhau không?

JOHNSON: Vâng, có một số bằng chứng cho thấy nó có thể có hai chiều. Có thể có thông tin về nước bọt trong nước bọt của bé. Bạn có thể tưởng tượng nếu có một loại vi-rút hoặc các hạt khác ở đó có thể tương tác với vú hoặc ở vú. Và sau đó, bất cứ thứ gì được đưa vào sữa qua các ống dẫn sữa - vì vậy, tiết sữa là sản xuất sữa và sau đó là sữa thải ra - vì vậy bất cứ thứ gì được thải ra trong đều có thứ gì đó mà trẻ sơ sinh có khả năng sẽ tiêu thụ, sau đó là các tế bào và các cơ quan của trẻ sơ sinh sau đó có thể xử lý điều đó. Và một số trong số đó, chúng ta có thể gọi là thông tin.

Chúng có thể là những phân tử nhỏ hoặc những tín hiệu hóa học khác thực sự quan trọng cho sự tăng trưởng và phát triển trong khoảng thời gian đó. Chúng tôi vẫn đang cố gắng hiểu những thứ đó là gì vì chúng tôi muốn hiểu, chúng có cần thiết cho sức khỏe không? Điều gì sẽ xảy ra khi bạn không nhìn thấy một số tín hiệu này và chúng ta nghĩ thế nào về việc cho trẻ ăn theo cách tối ưu nhất với loại thông tin này?

STROGATZ: Hãy bắt đầu khám phá một số điều đó. Ví dụ, chúng ta hãy nói về sự khác biệt giữa người này với người khác. Lý do là các thành phần của mỗi người sẽ không giống hệt nhau. Có thể hàm lượng chất béo sẽ thay đổi hoặc kháng thể được truyền vào sẽ khác. Nhưng sữa của mỗi người có khác nhau nhiều hơn không? Nói, theo thời gian, trong quá trình cho con bú?

JOHNSON: Ồ, chắc chắn nhất. Ví dụ nổi tiếng nhất về điều này là sữa non. Đây là “sữa đầu tiên”, loại sữa đặc, có hàm lượng protein rất cao. Nó trông giống như vàng, giống như vàng lỏng và có số lượng rất nhỏ. Và đó là nguồn dinh dưỡng mà em bé nhận được trong những giây phút đầu tiên của cuộc đời.

Nhưng sau đó trong vòng 5 đến 7 ngày tiếp theo, sữa sẽ trưởng thành, từ đó bạn chuyển từ loại sữa có hàm lượng protein cao này sang loại sữa nhiều nước, nhiều đường hơn và có thể là loại sữa sẽ duy trì sự tăng trưởng trong vài tháng tới. . Và do đó, quá trình sinh học diễn ra là đặc trưng của quá trình tiết sữa.

Nhưng theo quan điểm của bạn, tôi không nghĩ chúng ta thậm chí còn nắm bắt được lượng sữa có thể khác nhau giữa các cá nhân mỗi ngày. Và đó là điều mà phòng thí nghiệm của tôi đang cố gắng thực hiện. Giống như nếu bạn chỉ nhìn vào sữa mỗi ngày trong thời kỳ cho con bú, nó có giống nhau không, hay nó đang thay đổi nhiều sự kiện trong cuộc sống có thể xảy ra trong sáu tháng đầu đời?

Đã có một số nghiên cứu thực sự đáng kinh ngạc cho thấy chế độ ăn uống có ảnh hưởng. Vì vậy, những chất cụ thể đi vào sữa có thể phụ thuộc vào điều đó. Và bạn có thể tưởng tượng rằng có một số đặc điểm vùng miền, điều đó sẽ cho phép sữa của một số quần thể nhất định trông giống hơn so với các quần thể khác. Bạn vẫn sẽ thấy các biến thể, không chỉ giữa các cá nhân mà còn có các biến thể theo thời gian riêng lẻ trong suốt cả ngày. Ngoài ra còn có thời gian của nguồn cấp dữ liệu. Vì vậy, có “sữa đầu” và có “sữa sau”.

STROGATZ: Tôi không biết những điều khoản đó. Sữa đầu và sữa cuối?

JOHNSON: Đúng vậy, khi trẻ ngậm bắt vú, việc bú đó có thể kéo dài từ 30 đến XNUMX phút, hoặc thậm chí lâu hơn. Và trong suốt quá trình cho ăn, thành phần dinh dưỡng đa lượng của sữa có thể thay đổi. Sữa khi bắt đầu cữ bú sẽ có thành phần dinh dưỡng đa lượng khác, đó là sữa đầu, còn sữa cuối sẽ có ở cuối cữ bú. Tôi luôn gọi nó là “chất lỏng sinh học thú vị nhất của tự nhiên” vì có rất nhiều điều phức tạp trong cách chúng ta hiểu về nó. Nhưng nếu xử lý chúng đúng cách, chúng ta thực sự học được rất nhiều thông tin.

STROGATZ: Ồ, thật tuyệt. Tôi không thể nghĩ loại chất lỏng sinh học nào khác có thể cạnh tranh được với nó. Tôi cho rằng máu rất phức tạp, nhưng sữa có thể là nhà vô địch.

JOHNSON: Vâng. Tôi thích đặt một từ cho sữa. Điều thú vị về sữa, xét về mặt hiểu biết về sức khỏe con người, là mọi thứ bạn cần để nuôi dưỡng một đứa trẻ đều nằm trong chất này mà chúng ta có thể định lượng được. Và chúng ta có thể nhìn vào mà không cần phải đoán, câu trả lời đã có sẵn. Và sau đó chúng ta có cơ hội giải mã một số câu trả lời đó khi chúng ta phân tích sữa tốt hơn và hiểu được những câu hỏi phù hợp để đặt ra.

Nhưng nó rất khác so với cách bạn và tôi tự nuôi sống bản thân, nơi chúng tôi tự đưa ra quyết định và chúng tôi có thể đưa ra những quyết định đúng và những quyết định tồi và những quyết định đó có thể gây hậu quả tốt hoặc xấu cho sức khỏe của chúng tôi. Nhưng khi chúng ta nghĩ về thời thơ ấu và nghĩ về sữa mẹ, điều tốt vẫn ở đó và chúng ta chỉ cần hiểu tại sao.

STROGATZ: Vì vậy, trước đó bạn đã đề cập đến chế độ ăn uống của người chăm sóc. Và thực ra khi nói đến vấn đề này, tôi nói “người chăm sóc” ở đây để bao gồm các bà mẹ, nhưng cũng hãy nhớ đến những người khác - y tá, người hiến sữa mẹ, người chuyển giới, bất kỳ ai có thể đang cung cấp sữa.

JOHNSON: Tôi thường nói người chăm sóc hoặc cha mẹ đang cho con bú. Khi bạn nhìn vào các đơn vị gia đình, có rất nhiều điều đang diễn ra. Vì vậy, điều thực sự quan trọng là phải bao quát mọi thứ đang diễn ra trong khoảng thời gian này khi chúng ta nghĩ về việc cho trẻ ăn và tất cả những người cho trẻ ăn.

STROGATZ: Đối với câu hỏi về chế độ ăn uống, chế độ ăn uống của người chăm sóc ảnh hưởng như thế nào đến thành phần sữa mà họ sản xuất?

JOHNSON: Tôi nghĩ chúng tôi vẫn đang cố gắng hiểu chính xác cách thức hoạt động của nó. Vì vậy, bạn có thể nghĩ về điều này ở quy mô vĩ mô. Trong phòng thí nghiệm của tôi, chúng tôi tập trung vào phần chất béo của sữa. Trong sữa mẹ, đó là một phần sữa hấp dẫn để nghiên cứu vì nó thực sự chịu trách nhiệm tạo ra tất cả lượng calo. Nó cũng chịu trách nhiệm cho rất nhiều phân tử nhỏ và các tín hiệu hóa học chưa được định lượng nhưng cực kỳ quan trọng.

Và vì vậy khi chúng ta nghĩ về các loại chất béo khác nhau có trong sữa, chúng có thể đến từ nhiều nơi khác nhau. Chúng có thể được tổng hợp ở vú. Chúng có thể đến từ sự lưu thông. Nhưng những chất đến từ hệ tuần hoàn có thể liên quan trực tiếp đến những gì người mẹ cụ thể hoặc người đang cho con bú thực sự tiêu thụ, bởi vì điều đó có thể thay đổi cấu trúc của chất béo trong sữa.

Có lẽ một trong những điều nổi tiếng nhất sẽ là, chẳng hạn, nếu bạn ăn nhiều cá béo, axit béo không bão hòa đa, axit béo omega-3, và những thứ tương tự. Bạn có thể có những thông tin khác nhau về những chất có trong sữa dựa trên việc tiêu thụ những chất dinh dưỡng đó trong chế độ ăn uống.

Vì vậy, chúng tôi đang tìm hiểu - và một số người đang làm công việc cực kỳ tuyệt vời - chúng tôi muốn có một câu trả lời dứt khoát “chúng tôi biết bạn đã ăn gì”. Chúng tôi biết chất đó được đưa vào sữa và chúng tôi biết đó là thứ sẽ tiếp xúc với em bé. Và tôi nghĩ rằng khi chúng ta có những công cụ để tiếp tục làm việc này ngày càng tốt hơn, chúng ta có thể hiểu rõ hơn những gì chúng ta ăn ảnh hưởng đến cách chúng ta tổng hợp sữa.

STROGATZ: Hấp dẫn. Vâng, tôi chưa thực sự nghĩ đến nỗ lực sản xuất toàn cơ thể. Nó không chỉ là tuyến vú. Bạn đã đề cập đến tuần hoàn, nhưng tất nhiên là chế độ ăn uống. Những điều khác chúng ta nên ghi nhớ?

JOHNSON: Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cho con bú khiến việc tiết sữa trở nên khó khăn hoặc dễ dàng, chẳng hạn như sức khỏe của cha mẹ. Những gì đang xảy ra trong thời gian bị nhiễm trùng hoặc các bệnh hoặc rối loạn khác cũng có thể ảnh hưởng đến những gì có trong sữa.

Và cũng có được ý tưởng tốt hơn không chỉ về chất dinh dưỡng, mà còn nếu bạn dùng Tylenol hoặc nếu bạn làm một số việc khác thì sao? Có rất nhiều điều mà chúng tôi vẫn đang cố gắng hiểu, nhưng tôi nghĩ điều tuyệt vời ở đây là chúng tôi có một số bản thiết kế về cách đặt những câu hỏi đó và bây giờ chỉ cần hỏi chúng.

STROGATZ: Vậy là bạn đã đề cập rằng phần lớn công việc của bạn trong phòng thí nghiệm liên quan đến hàm lượng chất béo. Và đặc biệt, có một phân tử hoặc một loại phân tử mà tôi chưa từng nghe đến cho đến khi cố gắng chuẩn bị tinh thần để nói chuyện với bạn về điều này. Tôi sẽ nói điều đó đúng không? “Sphingolipid?”

JOHNSON: Vâng, bạn nói đúng. Tôi đang định nói, bạn có nói đúng không? Đúng!

[STROGATZ cười]

JOHNSON: Nếu mục đích của việc này là để nhiều người biết về spakenolipids hơn thì điều đó thật tuyệt. Nó có cái tên mang tính điềm báo như vậy nhưng thực chất nó là một loại lipid tham gia vào nhiều quá trình trong cơ thể. Chúng là một phần của màng tế bào. Chúng có thể hoạt động như các phân tử cấu trúc và cũng có thể hoạt động như các phân tử truyền tín hiệu. Nhưng điều thú vị về spakenolipid đối với chúng ta là chúng có trong phần chất béo của sữa. Chúng được tạo ra bởi một số vi khuẩn có lợi và cũng có nhiều con đường truyền tín hiệu trong con người chúng ta có thể thực sự chấp nhận những tín hiệu này. Vì vậy, khi chúng ta nghĩ về cách tương tác giữa chế độ ăn uống, hệ vi sinh vật và vật chủ hỗ trợ sức khỏe, đây thực sự có thể là một trong những chất chuyển hóa hoặc tín hiệu hóa học có thể cung cấp cho chúng ta một số manh mối đó.

STROGATZ: Bản thân từ này hơi khó chịu và đáng sợ. Sphingolipids. Tại sao bạn lại gọi họ như vậy?

JOHNSON: Vâng, tôi nghĩ tất cả đều xuất phát từ việc nghiên cứu những loại lipid này ban đầu khó khăn như thế nào. Họ nổi tiếng là rất khó nắm bắt và bí ẩn giống như Nhân sư. Và do đó, điều đó vẫn bị mắc kẹt, mặc dù giờ đây việc đo lường một số lipid này đã đơn giản hơn rất nhiều.

Và khi ngày càng có nhiều người tiếp cận khả năng đo spakenolipid, họ sẽ tìm hiểu xem chúng thực sự có mối liên hệ như thế nào với nhiều khía cạnh sinh học của chúng ta. Và chúng thực sự quan trọng về mặt cơ học trong rất nhiều quy trình mà chúng tôi đang cố gắng tìm hiểu. Một khi bạn tìm hiểu về từ này và tìm hiểu về spakenolipids, bạn không thể loại chúng ra khỏi cuộc sống của mình. Bạn sẽ nhìn thấy chúng ở mọi nơi bạn đến, vì vậy bạn phải cho tôi biết điều đó có đúng không.

STROGATZ: Nó dường như có một vai trò đa diện hoặc linh hoạt như vậy. Bạn nói rằng bạn có thể sử dụng nó như các khối xây dựng, giống như các thành phần cấu trúc. Nó có thể được sử dụng để truyền đạt thông tin. Bạn đã đề cập, nó có thể được sử dụng để xây dựng màng tế bào?

JOHNSON: Màng tế bào, một phần thực sự quan trọng của tế bào. Và tôi nghĩ bạn cũng có thể nói rằng một số cấu trúc nhất định của spakenolipids có thể được sử dụng làm tín hiệu hóa học giữa các tế bào và thậm chí giữa vi khuẩn và tế bào trong cơ thể. Và đó là điều chúng tôi thực sự đang cố gắng nghĩ đến, trong trường hợp làm thế nào chúng tôi biết được thứ gì đó trong chế độ ăn kiêng sẽ đi đến đâu.

Phòng thí nghiệm của tôi đã thực sự cố gắng suy nghĩ làm thế nào để chúng ta biết chất dinh dưỡng nào tương tác với hệ vi sinh vật, để chúng ta biết những vi khuẩn quan trọng nào bị ảnh hưởng bởi chế độ ăn uống và sau đó là gì? hậu quả của những tương tác đó? Vì vậy, chúng ta có những vi khuẩn này có thể hấp thụ và chuyển hóa các chất dinh dưỡng này. Họ đang làm gì và điều đó ảnh hưởng đến sức khỏe của chúng ta như thế nào? Và tôi nghĩ điều đó thực sự quan trọng đối với trẻ sơ sinh, bởi vì phần lớn sữa là các phân tử tương tác với hệ vi sinh vật đường ruột của trẻ sơ sinh.

Bạn đã ước tính rằng gần 10% khối lượng khô của sữa mẹ là để giao tiếp với hệ vi sinh vật đường ruột. Và chúng tôi đang cố gắng tìm hiểu xem liệu có nhiều phân tử hơn đang làm điều đó không? Và hậu quả là gì khi bạn không có một số tín hiệu hóa học đang diễn ra? Bạn có thể cho rằng chúng phải phục vụ một số chức năng có lợi.

STROGATZ: Chúng tôi sẽ quay lại ngay sau tin nhắn này.

[Nghỉ để chèn quảng cáo.]

STROGATZ: Chào mừng bạn quay trở lại với “Niềm vui của Tại sao”.

Vì vậy, nếu tôi nghe đúng thì quan điểm ngây thơ nhất là coi sữa là thực phẩm. Bây giờ chúng ta thấy rằng sữa không chỉ là thực phẩm giúp răng, xương chắc khỏe và những thứ tương tự. Điều tôi nghe được từ bạn là những spakenolipid này, chỉ là một ví dụ về những loại phân tử tuyệt vời trong sữa. Chúng có thể là một cách để người mẹ nói chuyện với những vi khuẩn này tạo nên hệ vi sinh vật.

JOHNSON: Có thể, vâng, đó là điều chúng tôi đang cố gắng tìm ra. Và không chỉ spakenolipids. Chúng tôi cũng đã xem xét chất dinh dưỡng có thể được một số người yêu thích hoặc ít yêu thích nhất, đó là cholesterol. Những điều mà khi chúng ta tiêu thụ những lipid đó, chúng có tương tác với hệ vi sinh vật không? Và sức khỏe của chúng ta được quyết định như thế nào bởi những gì chúng ta ăn?

Và vì vậy chúng tôi thực sự đang ở giai đoạn mà chúng tôi đang cố gắng tìm ra ai là người quan trọng và tại sao họ lại quan trọng trong loại hệ thống này. Vì vậy, vi khuẩn nào có ý nghĩa quan trọng đối với sức khỏe của chúng ta và tại sao? Các cơ chế là gì?

Vì vậy, nếu tôi có thể cho bạn xem một cái gì đó?

STROGATZ: Ồ, bạn muốn cho tôi xem cái gì đó?

JOHNSON: Tôi có thể cho anh xem thứ này được không, Steve? Vì tôi nghĩ điều chúng tôi đang cố gắng làm là để bạn có thể thực sự thấy điều này đang diễn ra.

JOHNSON: Vì vậy, những gì chúng ta đang nhìn thấy ở đây là hình ảnh của hệ vi sinh vật. Và hệ vi sinh vật là một tập hợp các vi khuẩn, và trong trường hợp này, đây là vi khuẩn. Vì vậy, những điều rất nhỏ. Và bức ảnh này được chụp bằng kính hiển vi mà chúng tôi có trong phòng thí nghiệm.

Và những gì bạn có thể thấy là có một số vi khuẩn có màu xanh lam và một số vi khuẩn có màu đỏ. Và những thứ có màu đỏ là những thứ mà chúng tôi thực sự có thể dán nhãn cho một chất dinh dưỡng. Trong trường hợp này, đó là cholesterol. Và lượng cholesterol này đã được tiêu thụ. Và sau đó chúng ta có thể làm theo nhãn đó. Và nhãn chuyển sang màu đỏ. Vì vậy, bất kỳ vi khuẩn nào bạn thấy có màu đỏ đều đã hấp thụ cholesterol. Và bất kỳ ai có màu xanh lam đều không quan tâm đến cholesterol vào thời điểm cụ thể đó.

STROGATZ: Bạn đang nói về nhãn mác theo nghĩa dán nhãn phóng xạ?

JOHNSON: Khái niệm tương tự, nhưng đây là huỳnh quang. Vậy màu đỏ là màu đỏ huỳnh quang. Và điều đó đối với chúng tôi rất quan trọng vì nó cho phép chúng tôi thực sự xác định được vi khuẩn đang tương tác với những gì bạn ăn so với những vi khuẩn không có.

STROGATZ: Rất tuyệt. Hãy để tôi nhấn mạnh điều này, bởi vì phần lớn sinh học là nhìn thấy những thứ khó nhìn thấy, nhưng nó giúp ích rất nhiều trong sinh học thần kinh, và bây giờ rõ ràng là trong dinh dưỡng, rằng thứ gì đó vô hình, bạn - với những thủ thuật dán nhãn này - có thể bây giờ theo dõi và xem những gì đang xảy ra.

JOHNSON: Vâng, đó là lý do tại sao họ trao giải Nobel cho những điều này vì nó giúp những người như tôi đặt ra những câu hỏi mà chúng tôi muốn hỏi. Nó có vẻ thực sự đơn giản nhưng nó cho chúng ta một chút manh mối rằng chúng ta đang đi đúng hướng. Và sau đó chúng ta có thể hỏi rất nhiều thứ có thể không phụ thuộc vào tín hiệu huỳnh quang nhưng cho phép chúng ta đi sâu vào một số con đường hóa học liên quan đến nó. Và sau đó chúng tôi có máy móc có thể tách chúng ra một cách vật lý và chúng tôi có thể xác định tất cả vi khuẩn có màu đỏ.

Và bạn có thể nghĩ rằng điều này là tầm thường, nhưng điều này thực sự giúp chúng ta bắt đầu đặt nền tảng cho một số câu hỏi mà chúng ta đang nói đến. Những chất dinh dưỡng này có quan trọng đối với hệ vi sinh vật không? Nếu chúng đang được tiêu thụ và đang được chuyển hóa, thì ít nhất chúng cũng có một số tác dụng.

STROGATZ: Được rồi, toàn bộ vấn đề về hệ vi sinh vật, có thể nó không quá mới đối với bạn. Nhưng đối với nhiều người trong chúng ta ở nơi công cộng, chúng ta chưa thực sự nghĩ về hệ vi sinh vật cho đến, tôi không biết, một hoặc hai thập kỷ qua hay gì đó.

JOHNSON: Điều thú vị khi nghiên cứu về hệ vi sinh vật và dạy nó tại Cornell là khi bạn bước vào lớp học, mọi người sẽ tin bạn khi bạn bước vào. Họ nói, “hệ vi sinh vật rất quan trọng”. Bạn không cần phải bán thứ đó. “Sức khỏe đường ruột của tôi là sức khỏe toàn diện của tôi.” Khi tôi hỏi học sinh trong lớp, “Có bao nhiêu bạn đã dùng men vi sinh?” hoặc “Bạn đã làm được bao nhiêu, bao nhiêu bạn đã ăn prebiotic?”, tất cả đều giơ tay.

Và vì vậy có cảm giác rằng nó rất quan trọng, nhưng cụ thể thì điều gì là quan trọng? Những gì chúng ta ăn thực sự gây ra những tác động này? Và vì vậy nó cho chúng tôi biết… Bạn biết đấy, Steve, tôi không biết, bạn đã bao giờ uống men vi sinh chưa?

STROGATZ: Tôi nghĩ là tôi có. Tôi hầu như quen thuộc với nó vì tôi thường đưa chúng cho con chó của tôi, Murray.

JOHNSON: Đúng. Khi Murray dùng những chế phẩm sinh học này và những thứ tương tự, làm thế nào để chúng ta quyết định loại nào có lợi? Để đưa ra những câu trả lời đó, chúng ta phải bắt đầu từ những điều cơ bản, chẳng hạn như - Tôi không muốn đơn giản hóa nó quá nhiều, nhưng: Vi khuẩn tốt là gì và bối cảnh mà chúng hoạt động để hỗ trợ sức khỏe là gì? Và vì vậy nếu chúng ta muốn biết chế phẩm sinh học mà chúng ta đang dùng có tác dụng với chúng ta không, tôi nghĩ chúng ta cần biết một số tương tác rất cụ thể này ở cấp độ phân tử và sinh hóa.

STROGATZ: Bây giờ tôi ăn sữa chua có được tính không?

JOHNSON: Điều đó được tính. Bạn đã có probiotic, prebiotic. Trong khoa học dinh dưỡng, chúng tôi thực sự nghĩ về cách chế độ ăn uống và hệ vi sinh vật có mối liên hệ rất chặt chẽ với nhau, bởi vì đôi khi bạn có thể có vi khuẩn, nhưng chúng cần một số chất dinh dưỡng nhất định để tồn tại trong ruột, và nếu bạn không cung cấp thứ đó thì chẳng ích gì có khả năng dùng probiotic đó.

Và sau đó cũng có những chất dinh dưỡng mà bạn có thể đang dùng, và bạn có thể nghĩ rằng chúng có tác dụng có lợi, nhưng nếu bạn không có vi khuẩn thực sự tác động lên chất dinh dưỡng đó, thì bạn cũng sẽ không nhận được điều đó ảnh hưởng sức khỏe. Trường hợp nổi tiếng sẽ là chất xơ.

Vì vậy, chúng tôi hỏi rất nhiều “ai và họ đã làm gì?” Và điều đó thực sự mang lại cho chúng ta nhiều hiểu biết sâu sắc về điều gì có thể quan trọng để tăng cường sức khỏe khi chúng ta nghĩ về sự tương tác của hệ vi sinh vật trong chế độ ăn uống.

STROGATZ: Vì vậy, khi nói về chất xơ, hãy để tôi chuyển hướng sang một nghiên cứu khác được thực hiện trong phòng thí nghiệm của bạn liên quan đến việc chẩn đoán bệnh ở trẻ sơ sinh dựa trên phân của chúng [cười], nếu tôi có thể nói như vậy.

JOHNSON: Bạn đã nói đúng, Steve. Bạn là cha mẹ. Bạn đã xem xét một vài chiếc tã trong nhiều năm. Và có phải tất cả họ đều trông giống nhau không? Không, họ không như vậy.

Và khi chúng ta nói về việc cho trẻ ăn và chăm sóc trẻ, một trong những vấn đề quan trọng là không phải lúc nào trẻ cũng nói cho bạn biết trẻ cần gì theo cách mà bạn có thể hiểu. Nhưng có rất nhiều thông tin trong những chiếc tã này về cơ bản là vi khuẩn và chất chuyển hóa. Và nếu chúng ta có thể hiểu được điều gì đang diễn ra ở đây thì chúng ta có thể có manh mối về sự thay đổi sức khỏe của em bé theo thời gian thực. Sau đó, có lẽ các phương pháp trị liệu có thể phản ứng nhanh hơn, nếu chúng ta có thêm thông tin về thế nào là một chiếc tã lành mạnh và một chiếc tã không tốt cho sức khỏe.

Có lẽ tất cả chúng ta đều đã từng tra cứu trên Google: “Màu xanh lá cây có được không? Những gì đang xảy ra ở đây?" Đây thực sự là một trong những tìm kiếm phổ biến nhất dành cho phụ huynh hiện có. Và chúng tôi nghĩ rằng chúng tôi có thể nghiêm ngặt hơn một chút về vấn đề đó bởi vì chúng tôi có các công cụ để thực sự có thể xác định xem điều này có ổn không, hay điều này không ổn? Điều tuyệt vời là bạn không bao giờ thiếu mẫu. Vì vậy, nhóm của chúng tôi và nhiều nhóm khác trên thế giới đã thực sự có thể bắt đầu đặt những câu hỏi này về “làm thế nào để chúng tôi hiểu về sức khỏe trẻ sơ sinh?” thông qua sự phát triển của hệ vi sinh vật trong vài tháng đầu đời.

STROGATZ: Chính xác thì loại nghiên cứu mà bạn sẽ làm là gì? Vì vậy, bạn thu thập một số phân và sau đó bạn sẽ làm gì để phân tích nó?

JOHNSON: Chúng ta có thể phân lập vi khuẩn và sau đó sử dụng trình tự DNA để hiểu cách phân loại vi khuẩn đó. Và sau đó chúng ta cũng có thể xem xét tất cả các phân tử nhỏ hoặc hóa chất có trong đó. Vì vậy, đó có thể là sự kết hợp của những thứ đã được tiêu hóa, những thứ chưa được tiêu hóa, tế bào ruột. Chúng ta cũng có thể đo lường điều đó và cố gắng giải thích điều đó có thể có ý nghĩa gì trong bối cảnh của trẻ sơ sinh.

Một trong những ví dụ nổi tiếng nhất về điều này là trong một số bệnh về gan ở trẻ sơ sinh, chúng ngừng sản xuất mật. Và vì vậy, nếu bạn có thể đo mật và nó có ở đó thì thật tuyệt, và nếu bạn đo mật và nó không có ở đó, đó là dấu hiệu cho thấy điều đó. Ngoài ra, phân chuyển sang màu hoàn toàn khác khi không có mật. Nhưng hàng ngày, có lẽ chúng ta đang thiếu rất nhiều thông tin chỉ vì chúng ta chưa thể giải mã được nó.

STROGATZ: Được rồi. Vì vậy, có vẻ như chúng ta có thể dành nhiều buổi biểu diễn cho chính hệ vi sinh vật. Nhưng tôi muốn quay lại với sữa, vì có rất nhiều điều thú vị để thảo luận với bạn ở đây. Khoảng thời gian điển hình để cho ăn theo cách đó là bao lâu? Khi nào là lúc chuyển sang các loại chất dinh dưỡng khác?

JOHNSON: Đó là một câu hỏi hay, vì tôi nghĩ việc định hướng nó là điều tốt. Vì vậy, khuyến nghị của Tổ chức Y tế Thế giới và CDC sẽ chỉ cho con bú bằng sữa mẹ trong sáu tháng. Và sau đó là việc giới thiệu các loại thực phẩm bổ sung. Những người khác nhau có những cách khác nhau để làm điều đó. Tuy nhiên, vẫn lấy sữa làm nguồn cung cấp calo chính cho trẻ sơ sinh trong một thời gian, và sau đó có thể cho trẻ dùng sữa bò khi trẻ được một tuổi. Và sau đó cũng là sự khuyến khích cho con bú bằng sữa mẹ, nếu điều đó phù hợp với bạn. Vì vậy, thực sự không có lúc nào bạn phải chấm dứt điều đó một cách nhất thiết.

Nhưng tôi nghĩ bạn sắp hỏi tôi câu hỏi trị giá hàng nghìn tỷ đô la: Hậu quả sức khỏe lâu dài của việc tiếp xúc với sữa mẹ so với tiếp xúc với sữa công thức dành cho trẻ sơ sinh là gì? Bằng cách cho trẻ ăn sữa ngày hôm nay, tôi có thể ngăn ngừa bệnh hen suyễn dị ứng sau 5 năm không? Hay có những quá trình phát triển thực sự phụ thuộc vào thời gian, rất quan trọng và có thể dẫn đến sức khỏe suốt đời? Và liệu chúng ta có thể thực sự xác định được những thứ đó là gì để chúng có trong mọi dạng dinh dưỡng dành cho trẻ sơ sinh không? Tôi nghĩ về điều này rất nhiều, về những gì quan trọng.

Ngay cả với tư cách là cha mẹ, bạn cũng nghĩ: “Trời ơi, nếu hôm qua tôi đánh rơi chúng lên đầu thì điều đó có quan trọng không? Hay là không phải vậy?” Hoặc “Không, họ liếm nó khỏi mặt đất! Điều đó có quan trọng không?” Những điều tôi thực sự cần lo lắng là liệu tôi có tạo ra được môi trường phù hợp để chuẩn bị cho họ thành công trong tương lai không?

Và câu trả lời có lẽ là, trẻ sơ sinh rất khỏe mạnh, nên có lẽ chúng ta lo lắng nhiều hơn mức cần thiết.

STROGATZ: Và có quá sớm để trả lời bất kỳ câu hỏi nào về tác động lâu dài của những câu hỏi này không? Chủ đề còn quá trẻ hay chúng ta đã có manh mối nào đó rồi?

JOHNSON: Tôi nghĩ có một số manh mối. Ý tôi là có những nghiên cứu dịch tễ học có mối tương quan giữa chế độ cho ăn và kết quả hoặc thậm chí thành phần hệ vi sinh vật dựa trên chế độ và kết quả cho ăn. Nhưng tôi nghĩ còn quá sớm vì những nghiên cứu đó cực kỳ khó thực hiện. Điều thực sự thách thức trong một số nghiên cứu là việc cho trẻ ăn rất khó khăn.

Nó thường không giống như sữa mẹ so với sữa công thức hay cái này với cái kia. Có những thời điểm khác nhau, chẳng hạn như bạn có thể đã đến ba tháng, hoặc bạn có thể đã đến sáu tháng, hoặc có thể chỉ được cho ăn hoàn toàn trong một tháng.

Có rất nhiều sự khác biệt mà chúng ta cần phải nắm bắt nếu muốn thực sự trả lời đúng những câu hỏi đó. Và sau đó chúng ta cần có khả năng theo dõi các nhóm thuần tập một cách chặt chẽ trong một thời gian dài để bắt đầu giải quyết một số câu hỏi đó. Điều đó cần rất nhiều tài nguyên.

STROGATZ: Vì vậy, trong bối cảnh rộng hơn không chỉ là sữa mẹ, nếu chúng ta nói về các loại sữa động vật có vú khác thì sao? Ví dụ, rất nhiều người trong chúng ta luôn uống sữa bò, và nó khác nhau như thế nào? Sữa của một số loài động vật khác có làm được những công việc mà sữa người không làm được và ngược lại không?

JOHNSON: Vâng, tôi nghĩ rằng có một số điểm tương đồng, nhưng cũng có rất nhiều điểm khác biệt. Nếu bạn nghĩ về chức năng của sữa, thì đó là nuôi dưỡng một em bé thuộc loài cụ thể đó, và bò và trẻ sơ sinh có kích thước khác nhau và chúng có quỹ đạo phát triển khác nhau. Vì vậy, bạn có thể tưởng tượng rằng điều đó có thể được phản ánh trong sữa.

Vì vậy, khi bạn nghĩ về sữa bò, có nhiều chất đạm hơn so với sữa mẹ, rất giàu carbohydrate. Có tất cả các chiến lược khác nhau để vận chuyển chất dinh dưỡng ở các loại sữa động vật khác nhau. Nhưng sữa bò có rất nhiều thành phần tạo nên sữa mẹ. Vì vậy, khi chúng ta nghĩ đến việc sử dụng sữa bò để thay thế, nó có thể rất có ý nghĩa.

STROGATZ: Vì vậy, thông thường chúng ta uống sữa tiệt trùng. Có những người không, phải không? Tôi đoán sự khác biệt là, nếu nó được tiệt trùng, bạn đã tiêu diệt tất cả hoặc hầu hết các vi khuẩn tồn tại trong quá trình di chuyển. Bạn có thể vẫn còn một số chất dinh dưỡng.

JOHNSON: Và có sữa hiến tặng tiệt trùng của con người. Vì vậy, chúng ta phải suy nghĩ hoàn toàn về cách chúng ta nghĩ về sữa hiến tặng và liệu những yếu tố sống đó trong sữa hiến tặng có phải là những thứ có thể bị biến tính dưới tác dụng nhiệt. Các phân tử có thể thay đổi hình dạng của chúng theo các phương pháp thanh trùng khác nhau. Có rất nhiều người thực sự thông minh đang nghĩ về hậu quả của việc này.

STROGATZ: Một vấn đề khác mà tôi chắc chắn là nhiều thính giả của chúng tôi đang nghĩ đến có liên quan đến chứng không dung nạp lactose. Tôi đã đọc ở đâu đó rằng khả năng người trưởng thành phân hủy đường lactose, tất nhiên, là loại đường chính trong sữa động vật, đó là một đặc điểm tương đối hiện đại. Chỉ khoảng 6,000 năm trước chúng ta mới bắt đầu có thể làm được điều đó. Trong lịch sử, chỉ có trẻ sơ sinh mới có enzyme lactase giúp chúng tiêu hóa sữa mẹ.

Vì vậy, tôi đoán câu hỏi của tôi là, nếu người lớn ở 10,000 năm trước không thể uống sữa, nhưng bây giờ hầu hết chúng ta đều có thể, ngoại trừ một vài ngoại lệ, liệu chúng ta có biết điều gì đã gây ra sự thay đổi này không? Chúng ta có nghĩ rằng có một số đột biến di truyền thuận lợi và bắt đầu lan truyền không?

JOHNSON: Vâng. Sự hiểu biết của tôi là lactase có tác dụng thúc đẩy trẻ sơ sinh. Vì vậy, đây là một gen sẽ được biểu hiện trong giai đoạn trứng nước, và sau đó nó sẽ tắt đi. Nhưng sau đó bạn có thể có một đột biến không tắt được nó. Và điều đó có thể cho phép lactase được biểu hiện ở tuổi trưởng thành. Một số người đã thực hiện một số công việc thực sự tốt về sự lan truyền của khả năng đặc biệt này dựa trên việc truy tìm nguồn gốc di truyền của đột biến đặc biệt này. Một số vi khuẩn của bạn cũng có thể chuyển hóa đường lactose. Đưa nó trở lại hệ vi sinh vật đường ruột, nó liên quan như thế nào đến sự tồn tại của lactase và những thứ tương tự.

STROGATZ: Hấp dẫn. Bạn đã đề cập một chút đến vấn đề này nhưng bạn lại đề cập đến sữa và sữa công thức. Chắc chắn nhiều bậc cha mẹ hoặc người chăm sóc sẽ nghĩ đến điều này. Nghiên cứu của bạn có cung cấp cho chúng tôi cái nhìn sâu sắc nào về cuộc trò chuyện quan trọng này không?

JOHNSON: Vâng, tôi nghĩ nếu bạn đến phòng thí nghiệm của tôi, Steve, chúng tôi đã phân tích mọi loại công thức mà chúng tôi có thể có được. Chúng ta nói về sữa công thức dành cho trẻ sơ sinh là một chuyện, nhưng có rất nhiều công thức khác nhau. Vì vậy, trong phòng thí nghiệm của chúng tôi, chúng tôi định lượng sữa mà chúng tôi nhận vào và chúng tôi cũng định lượng bất kỳ loại sữa công thức nào mà bất kỳ người chăm sóc nào có thể đang sử dụng.

Và bạn có thể thấy rất rõ sự khác biệt về thành phần dinh dưỡng giữa các loại sữa công thức khác nhau cũng như giữa sữa công thức và sữa mẹ, và thực sự cố gắng hiểu xem có tập hợp các chất dinh dưỡng thiết yếu nào mà hệ vi sinh vật cần được tiếp xúc hay không. Bất cứ thứ gì bạn cho em bé ăn, chúng tôi sẽ đo lường nó trong phòng thí nghiệm.

Tại sao rất khó để nói về chủ đề này là do mọi người đang đánh giá. Giống như tôi đã trình bày bài nói chuyện này tại cuộc họp Pew và sau đó mọi người nói, “Công thức gì? Tôi đã làm gì?" “Tôi đã gọi cho vợ tôi và nói với cô ấy rằng chúng tôi đã làm sai mọi việc!” Và tôi không muốn đó là tin nhắn. Tôi muốn thông điệp rõ ràng hơn là mọi người đang làm đúng. Và chúng tôi chỉ muốn biết thêm thông tin.

STROGATZ: Tôi biết ở đây có những vấn đề quan trọng đang bị đe dọa về y học, dân số, sức khỏe cộng đồng, mọi thứ. Nhưng chỉ xét về niềm vui của việc trở thành một nhà khoa học, điều gì mang lại cho bạn niềm vui trong nghiên cứu của mình?

JOHNSON: Ôi, nhiều thứ quá. Bắt đầu đặt những câu hỏi mà chúng tôi cho là thú vị. Và sau đó còn làm việc với nhóm các nhà khoa học mà tôi làm việc cùng. Để thấy được sự sáng tạo và cả sự kiên cường vì những câu hỏi này thật khó.

[Vở kịch chủ đề]

Bức ảnh mà tôi muốn cho các bạn xem, ngày chúng tôi chụp được bức ảnh đó, đứng xung quanh và nhìn vào màn hình máy tính và tôi nghĩ, “Đây có phải không? Đây có phải là điều chúng ta nghĩ không?” Sự phấn khích đó thực sự thúc đẩy rất nhiều công việc khó khăn mà chúng tôi làm.

STROGATZ: Thật tuyệt. Cảm ơn bạn rất nhiều. Chúng tôi đã nói chuyện với nhà sinh học phân tử Liz Johnson của Cornell. Một lần nữa xin cảm ơn Liz vì cuộc trò chuyện sâu sắc về sữa và hệ vi sinh vật.

JOHNSON: Cảm ơn bạn rất nhiều, Steve, vì đã có tôi.

[Vở kịch chủ đề]

STROGATZ: Cảm ơn vì đã lắng nghe. Bạn có thể tìm thêm nội dung - bao gồm hình ảnh của Liz về ghi nhãn huỳnh quang trong hệ vi sinh vật - tại Quanta Magazine dot org [quantamagazine.org].

Nếu bạn đang thưởng thức “The Joy of Why” và bạn chưa đăng ký, hãy nhấn nút đăng ký hoặc theo dõi ở nơi bạn đang nghe. Bạn cũng có thể để lại đánh giá về chương trình — việc này giúp mọi người tìm thấy podcast này.

“Niềm vui của Tại sao” là một podcast từ Tạp chí Quanta, một ấn phẩm độc lập về mặt biên tập được hỗ trợ bởi Quỹ Simons. Các quyết định tài trợ của Simons Foundation không ảnh hưởng đến việc lựa chọn chủ đề, khách mời hoặc các quyết định biên tập khác trong podcast này hoặc trong Tạp chí Quanta.

“Niềm vui của Tại sao” được sản xuất bởi Sản phẩm PRX; nhóm sản xuất là Caitlin Faulds, Livia Brock, Genevieve Sponsler và Merritt Jacob. Nhà sản xuất điều hành của PRX Productions là Jocelyn Gonzales. Morgan Church và Edwin Ochoa đã hỗ trợ thêm.

Từ Tạp chí Quanta, John Rennie và Thomas Lin cung cấp hướng dẫn biên tập, với sự hỗ trợ của Matt Carlstrom, Samuel Velasco, Nona Griffin, Arleen Santana và Madison Goldberg.

Nhạc chủ đề của chúng tôi là từ APM Music. Julian Lin đã nghĩ ra tên podcast. Hình ảnh của tập phim là của Peter Greenwood và logo của chúng tôi là của Jaki King và Kristina Armitage. Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn tới Trường Báo chí Columbia và Bert Odom-Reed tại Phòng thu Phát sóng Cornell.

Tôi là chủ nhà của bạn, Steve Strogatz. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi hoặc ý kiến ​​​​cho chúng tôi, xin vui lòng gửi email cho chúng tôi tại [email được bảo vệ].