“Vật chất tối” trong vũ trụ dinh dưỡng chưa từng được biết đến

Căn bếp nhỏ nhà tôi chứa đầy “vật chất tối“. Tôi phát hiện ra chúng vào một buổi sáng uể oải xách người ra khỏi giường để úp một tô mì. Trong lúc cố ép bản thân tỉnh táo, tôi đã thử thách mình bằng cách đọc những dòng chữ in trên bao bì túi mì gói.

Thú thật, sau hàng chục năm ăn mì đây là lần đầu tiên tôi đọc hết thành phần của một gói mì tôm. Trong số tổng cộng khoảng 40 hợp chất, có một số thành phần đơn giản mà tôi có thể hiểu được như bột mì, muối, đường. Nhưng cũng có những hợp chất tôi chưa bao giờ biết tới: propylene glycol alginat, riboflavin, Dinatri 5’-inosinat?

Trong vũ trụ dinh dưỡng, 99% những gì chúng ta ăn là những hợp chất chưa từng được biết tới.

Một chuyến lái phi thuyền qua Google nhanh chóng tiết lộ cho tôi biết propylene glycol alginat là một chất lỏng không màu, không mùi và đặc hơn nước một chút. Như một chất keo kết dính, hợp chất này có tác dụng làm đặc và giữ các thành phần của vắt mì ổn định lại với nhau. Không có propylene glycol alginat, vắt mì sẽ vỡ vụn như bột cám.

Riboflavin thì là một loại phẩm màu giúp vắt mì có được màu vàng bắt mắt. Thiếu nó, mì tôm sẽ có màu trắng. Còn Dinatri 5’-inosinat là một muối có công thức hóa học C₁₀H₁₁N₄Na₂O₈P. Muối này được nhà sản xuất tạo ra bằng cách nào đó từ thịt lợn hoặc cá mòi. Nếu dành cho người ăn chay, nó còn có thể được chế biến từ bột sắn.

Bởi Dinatri 5’-inosinat là hợp chất tạo nên vị của thịt, nó hẳn là một thành phần không thể thiếu trong súp gia vị của một gói mì bò. Nhưng còn điều gì bất ngờ hơn để kể cho bạn nghe về chuyến dạo chơi của tôi qua vũ trụ dinh dưỡng, bên trong một túi mì gói?

26.000 “vật chất tối” trong Vũ trụ dinh dưỡng

Trong khi propylene glycol alginat, riboflavin, Dinatri 5’-inosinat nghe có vẻ xa lạ đối với đại đa số mọi người, chúng đã được nghiên cứu cẩn thận bởi các nhà khoa học và ngành công nghiệp thực phẩm từ hàng chục năm về trước. Đây là lý do tại sao các thành phần này có thể xuất hiện một cách an toàn và hữu ích trong gói mì tôi đang ăn.

Propylene glycol alginat, riboflavin và Dinatri 5’-inosinat không phải thứ “vật chất tối” bí hiểm đối với hiểu biết của nhân loại. Chúng là 3 trong số khoảng 150 hợp chất và thành phần dinh dưỡng đã được điểm mặt gọi tên trong các cơ sở dữ liệu khoa học, nơi các nhà nghiên cứu biết những thành phần này sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe chúng ta như thế nào.

Vậy con số còn lại là bao nhiêu? Có bao nhiêu thành phần nằm ngoài sự hiểu biết của chúng ta và của cả các nhà khoa học?

26.000! Đó là câu trả lời tạm thời của Viện Nghiên cứu Y tế Canada. Có hơn 26.000 hợp chất khác mà các nhà khoa học phát hiện ra trong thực phẩm. Họ có thể đặt tên cho chúng – nhưng không biết chúng có tác động như thế nào tới sức khỏe con người.

Albert-László Barabási, một nhà khoa học Harvard gọi đây là những “nutritional dark matter” hay “vật chất tối dinh dưỡng“. “Sự hiểu biết của chúng ta về chế độ ăn ảnh hưởng đến sức khỏe chỉ giới hạn trong 150 thành phần dinh dưỡng quan trọng. Nhưng những chất này chỉ đại diện cho một phần nhỏ các chất sinh hóa có trong thực phẩm của chúng ta“, ông nói.

Như các nhà vật lý thiên văn cho biết chúng ta chỉ đang nhìn thấy 5% vật chất có trong vũ trụ, 95% còn lại là vật chất tối và năng lượng tối – thứ chúng ta chưa từng biết đến và phải đang săn tìm từng chút một manh mối về sự tồn tại của chúng.

Trong một vũ trụ dinh dưỡng, Barabási cho biết các chuyên gia cũng nên quan tâm đến khối lượng “vật chất tối” khổng lồ mà họ cần phải tìm hiểu. Ẩn mình trên từng đĩa thức ăn của chúng ta mỗi ngày, tác động của những hợp chất này tới sức khỏe con người là điều mà chúng ta cần phải hiểu.

Để có thể hiểu quy mô của “vật chất tối dinh dưỡng“, hãy lấy một ví dụ cụ thể. Gói mì tôm của tôi liệt kê tỏi như một thành phần dinh dưỡng riêng biệt không thể chia nhỏ hơn được nữa. Trên thế giới cũng có khoảng 58.000 món ăn và loại thực phẩm khác chứa tỏi.

Trong đời sống hàng ngày, chúng ta chỉ biết một củ tỏi có thể được bóc thành tép tỏi và thái ra hoặc đập dập thành từng lát tỏi. Nhưng suy cho cùng tỏi dù thế nào vẫn chỉ là tỏi?

Câu trả lời không phải vậy. Khi đối chiếu một lát tỏi với danh sách 150 thành phần dinh dưỡng của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ, tôi có thể tìm thấy 67 hợp chất trong đó bao gồm mangan, vitamin B6 và selen – những thành phần dinh dưỡng nổi tiếng khiến tỏi được quảng cáo là một thực phẩm lành mạnh.

Con số tiếp tục tăng lên một cách đáng ấn tượng khi nhìn một lát tỏi dưới lăng kính của FooDB, một nguồn tài nguyên toàn diện và lớn nhất thế giới về các thành phần có trong thực phẩm của Viện Nghiên cứu Y tế Canada.

Với FooDB, bạn sẽ thấy trong một tép tỏi còn có hơn 4.000 hợp chất khác – từ allicin và diallyl disulfide (hai thứ đã tạo nên mùi hăng xộc thẳng vào mũi khi bạn dập nát một tép tỏi) cho đến luteolin, một hợp chất có tác dụng bảo vệ sức khỏe hệ tim mạch.

Tim Spector, tác giả cuốn sách “Spoon-Fed: Why almost everything we’ve been told about food is wrong” cho biết: Nếu bạn chỉ nhìn một loại thực phẩm dưới lăng kính của calo và các chất dinh dưỡng đa lượng như protein, chất béo, carbohydrate hay thậm chí đường và muối, bạn sẽ chỉ nhìn thấy một phần nhỏ của bức tranh tổng thể.

“Chúng ta đang đánh giá thấp sự phức tạp của thực phẩm“, ông nói. “Thực phẩm là một thứ rất phức tạp: chúng chứa các hóa chất phức tạp. Khi đi vào đường ruột của chúng ta, thực phẩm tương tác với các vi sinh vật, biến các hợp chất của nó thành các chất hóa học khác. Các tác động của các chất hóa học này lên cơ thể của chúng ta cũng vô cùng phức tạp“.

“Hãy lấy beta-carotene làm ví dụ“, Barabási cho biết. Đây là một tiền chất của vitamin A, hợp chất hữu cơ làm nên màu của các loại trái cây có màu đỏ cam. Theo các nghiên cứu dịch tễ học, những người ăn nhiều các loại thực phẩm chứa beta-carotene sẽ có sức khỏe tim mạch tốt hơn.

Tuy nhiên, nghiên cứu trên những tình nguyện viên sử dụng thực phẩm bổ sung beta-carotene lại không thấy hợp chất này đem lại lợi ích. “Một lý do tiềm năng là vì beta-carotene không bao giờ có mặt một mình trong thực vật. Bất kể loại thực vật nào cũng có hơn 400 phân tử đi kèm với nó“, Barabási cho biết.

Tương tác giữa với những “vật chất tối dinh dưỡng” này có thể là lời giải thích cho việc tại sao một hợp chất có trong thực phẩm được coi là tốt cho sức khỏe, nhưng phiên bản thực phẩm chức năng của nó lại vô dụng.

Một ví dụ khác cho sự tương tác giữa các hợp chất đã biết và “vật chất tối dinh dưỡng” là trimetylamin N-oxit (TMAO). Các nghiên cứu gần đây phát hiện bệnh nhân tim mạch vành sẽ có nguy cơ tử vong trong 5 năm cao hơn gấp 4 lần nếu có nồng độ TMAO trong máu cao.

Thịt đỏ là một nguồn thực phẩm cung cấp tiền chất TMA (trimethylamine), sau đó được gan chuyển hóa thành TMAO trong máu. Tuy nhiên, nếu chế biến thịt đỏ với tỏi tươi, một hợp chất trong nó là allicin có thể chặn quá trình TMA biến đổi thành TMAO, cuối cùng đem lại lợi ích cho sức khỏe tim mạch của bạn. Đó là lý do tại sao chế độ ăn Địa Trung Hải hay bao gồm các món ăn kết hợp với tỏi.

Dinh dưỡng cá nhân và tối đa hoá tuổi thọ con người

Allicin hiện không có mặt trong danh sách 150 hợp chất dinh dưỡng phổ biến, nhưng nó có trong tập dữ liệu của FooDB. Hợp chất này có thể được tính là một “vật chất tối dinh dưỡng” đang được khám phá.

Nghiên cứu của Barabási trên tạp chí Nature Food cho biết có 37 thành phần dinh dưỡng trong tỏi ảnh hưởng tới sức khỏe con người, bao gồm vitamin B1, B6, C và các khoáng chất như mangan, đồng, selen, canxi… Thiếu hụt hoặc dư thừa những hợp chất này có thể liên quan đến nhiều bệnh như tiểu đường type 2, bệnh Parkinson và bệnh cơ tim.

Tuy nhiên, có ít nhất 485 hợp chất khác trong tỏi giống với allicin là thứ mà các nhà khoa học chưa điều tra được sự ảnh hưởng của chúng. Khoảng trống kiến thức này có thể là nguyên nhân dẫn đến mâu thuẫn trong nhiều nghiên cứu dinh dưỡng, trong đó, lợi ích của các loại thực phẩm không nhất quán với thực phẩm chức năng hoặc chế độ dinh dưỡng bổ sung các hợp chất cụ thể có trong loại thực phẩm đó.

Hầu hết các loại gia vị mà con người sử dụng ngày nay đều có nguồn gốc từ thực vật. Trong mỗi loại gia vị này đều chứa không dưới 2.000 hợp chất.

Tính đến tháng 8 năm 2019, FooDB ghi nhận sự hiện diện của 26.625 chất sinh hóa khác nhau trong thực phẩm. Và con số ấy chắc chắn còn chưa thể dừng lại trong tương lai. Hơn 26.000 hợp chất này thậm chí còn có thể chuyển hóa thành 49.000 hợp chất thứ cấp khác.

Thực vật như rau và các loại củ quả trong chế độ ăn luôn được coi là một nguồn dinh dưỡng lành mạnh nhất. Điều này được xác nhận bởi FooDB, khi bảng danh sách cho biết thực vật là nhóm thực phẩm có độ đa dạng hóa học cao nhất.

Barabási giải thích lý do tại sao hầu hết các loại rau củ quả đều chứa trong chúng không dưới 2.000 hợp chất. Ông cho biết từ quan điểm tiến hóa, thực vật không thể di chuyển nên chỉ có thể phát triển khả năng tự vệ một phần nhỏ thông qua các yếu tố cơ học tại chỗ như gai, nhưng phần lớn vẫn là tự vệ hóa học thông qua mùi và vị.

“Các biện pháp tự vệ hóa học này đòi hỏi một quá trình chuyển hóa thứ cấp mở rộng tạo ra nhiều loại flavonoid, terpenoid và alkaloid“, nghiên cứu của Barabási cho biết. Con người và các loài động vật khác có thể săn tìm nguồn thức ăn cần thiết, nên không có khả năng tổng hợp nhiều phân tử giống như thực vật.

Đó cũng là lý do tại sao hầu hết các loại gia vị mà con người sử dụng cho thực phẩm ngày nay đều có nguồn gốc từ thực vật.

Mặc dù vậy, tới 85% các hợp chất trong thực vật hiện nay được coi là “vật chất tối dinh dưỡng“. Ngay cả với FooDB, thống kê của họ mới chỉ cho biết được nồng độ của 146 hợp chất có trong tỏi. 2.160 hợp chất còn lại chỉ được liệt kê mà chưa được định lượng.

Barabási cho biết trong kỷ nguyên của y sinh kỹ thuật số, dinh dưỡng cũng cần phải được chính xác hóa giống như những gì mà chúng ta đã làm trong ngành di truyền học bây giờ. Và khi nói đến những “vật chất tối dinh dưỡng“, có một sự tương đồng rất đặc biệt giữa chúng với những DNA trong bộ gen của chúng ta.

Trước khi con người giải mã được toàn bộ hệ gen của mình, các nhà di truyền học từng cho rằng đó là một hoạt động vô bổ và tốn kém. Họ cho rằng chỉ cần biết khoảng 1,4% DNA của con người – các DNA mã hóa protein quan trọng là đủ. 98,4% DNA còn lại không mã hóa protein từng được coi là những DNA “rác“.

Nhưng sau khi giải mã được toàn bộ trình tự gen người, các nhà khoa học lại tìm được tới 2/3 các trình tự gen liên quan đến bệnh tật nằm ở vùng gen rác này.

Hơn nữa, tính tổng cộng tất cả dữ liệu di truyền nói chung mới chỉ có khả năng giải thích từ 5-20% nguyên nhân gây bệnh trên người. Lối sống quyết định phần còn lại, đó là lý do tại sao những người sở hữu những gen di truyền gây bệnh tim lại có thể giảm tới 70% nguy cơ phát bệnh của mình, dựa vào chế độ ăn uống và tập luyện thể dục.

“Chúng ta cần quan tâm tìm kiếm trong phần còn lại này, và thực phẩm là một cơ hội lớn tiếp theo có thể lấp đầy khoảng trống“, Barabási nói. “Sẽ thật là ngu ngốc nếu chúng ta bỏ qua tới 99,5% các hợp chất chúng ta ăn và coi chúng là những hợp chất không quan trọng“.

Lý tưởng nhất, Barabási đưa ra một mô hình trong tương lai mà ở đó, chúng ta có thể kết hợp toàn bộ những hiểu biết về thực phẩm và gen để giải thích cũng như dự đoán mô hình sức khỏe cho từng cá nhân.

Hãy tưởng tượng vào một ngày nào đó, bạn có thể dùng điện thoại di động, bật camera và quét qua đĩa thức ăn của mình. Một ứng dụng sẽ cho bạn biết toàn bộ hàng ngàn hợp chất và định lượng chúng trong đó, xuất nó ra thành những tập hợp mã vạch, mỗi mã đại diện cho từng loại thực phẩm.

Mã vạch này được dùng để đối chiếu với mã gen của bạn. Một hệ thống trí tuệ nhân tạo (AI) sẽ đào sâu vào các cơ sở dữ liệu Bigdata như FooDB và các ngân hàng gen để nói cho bạn biết bạn có nên ăn đĩa thức ăn này không, và nếu có thì nên ăn bao nhiêu là vừa đủ.

Một phần của mô hình này đang được thử nghiệm tại Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ, tại đó, một nhóm nghiên cứu đang phát triển một chương trình AI dự đoán cách “vật chất tối” trong chế độ ăn uống có thể ảnh hưởng tới nguy cơ mắc tiểu đường.

Hệ thống được gọi là PhyteByte, tham chiếu chéo FooDB với một cơ sở dữ liệu khác có tên là ChEMBL của Viện Tin sinh học Châu Âu. Đây là bản kiểm kê 1,9 triệu hợp chất được cho là có các tác dụng sinh học đối với cơ thể con người. PhyteByte có nhiệm vụ tìm ra hợp chất nào trong FooDB có thể kích hoạt một loại protein liên quan đến chuyển hóa chất béo và glucose, gây ảnh hưởng lên nguy cơ mắc và điều trị bệnh tiểu đường.

Khi trí tuệ nhân tạo được thiết lập để thăm dò vào kho big data của FooDB nó đã tìm ra được 10 kết quả. Hai trong số những hợp chất này đã được biết tới, nhưng 8 hợp chất còn lại là những “vật chất tối” trong dinh dưỡng, bao gồm sesamin từ hạt vừng, một loại flavone gọi là irigenin từ đậu lima và các hợp chất từ ​​trà, thảo mộc và gia vị.

Các tác giả cho biết đây là một quá trình đối chiếu tỉ mỉ và mất thời gian, nhưng cuối cùng PhyteByte sẽ có thể đánh giá hoạt tính sinh học của tất cả 70.000 hợp chất trong cơ sở dữ liệu của FooDB.

Và Barabási nói đó mới chỉ là những bước đầu tiên đặt chân vào một vũ trụ dinh dưỡng chứa đầy “vật chất tối” mà con người chưa biết đến. “Chúng ta phải chấp nhận đó là một công cuộc tìm kiếm phức tạp“, ông nói, nhưng kết quả cuối cùng sẽ rất ngọt ngào.

Trong vũ trụ dinh dưỡng, còn rất nhiều bí ẩn mà chúng ta chưa biết tới.

Giống như công cuộc tìm kiếm vật chất tối trong vũ trụ, nếu các nhà thiên văn tìm thấy chúng, hiểu biết về vũ trụ của chúng ta có thể hoàn toàn thay đổi. Con người sẽ có thể sở hữu một nguồn năng lượng vô hạn khi khai thác vật chất tối.

Trên khía cạnh dinh dưỡng, nếu có thể giải mã toàn bộ những hợp chất chưa biết trong thực phẩm, chúng ta cuối cùng sẽ có thể thiết kế các liệu pháp dinh dưỡng phù hợp cho từng cá nhân, ngăn ngừa bệnh tật và tối ưu hóa tuổi thọ cho con người, Barabási cho biết.

Cuối cùng, điều mà tôi rút ra được từ cuộc dạo chơi của mình đó là lối sống – mà một nửa được quyết định bởi những gì bạn ăn – có thể ảnh hưởng tới 80% sức khỏe và tuổi thọ của bạn.

Vì vậy, bạn cần phải hiểu rằng gói mì tôm mà mình đang cầm trên tay thực sự không phải là một gói mì như nó là. Tất cả những hỗn hợp được viết ra trên bao bì mới chỉ là một phần của câu chuyện. Bí ẩn còn lại nằm trong những “vật chất tối dinh dưỡng” mà chúng ta còn chưa biết đến.

Tham khảo Nature, Leoriella, Newscientist