Công nghệ hỗ trợ sinh sản (ART) là nền tảng của điều trị vô sinh đương đại. Thành công và thất bại trong điều trị ART phần lớn liên quan đến các yếu tố như tuổi tác, cân nặng, sự tiếp nhận của nội mạc tử cung, chất lượng phôi và kỹ thuật sử dụng. Chất lượng của phôi IVF (in vitro fertilization) phụ thuộc vào thành phần của môi trường nuôi cấy phôi và các yếu tố được áp dụng trong nuôi cấy phôi. Đồng thời sự nhiễm khuẩn của giao tử được sử dụng trong ART có thể làm hại đến môi trường nuôi cấy phôi, gây ra ảnh hưởng xấu hoặc thậm chí mất noãn và phôi.

Mục tiêu của nuôi cấy phôi trong IVF là giữ cho giao tử và phôi ở điều kiện tương tự như môi trường tự nhiên của chúng. Trong phòng thí nghiệm IVF, việc nuôi cấy giao tử và phôi đòi hỏi các điều kiện nghiêm ngặt. Mỗi bước trong quy trình và thao tác trong phòng thí nghiệm phải được thực hiện với một kỷ luật nghiêm ngặt về kỹ thuật vô trùng. Sự hiện diện của vi khuẩn trong môi trường và cơ thể bệnh nhân, như mẫu tinh dịch, dịch nang và vùng cổ tử cung tiếp xúc trong quá trình chọc hút noãn và chuyển phôi, có liên quan đến bất lợi trong kết quả mang thai IVF. Tinh dịch, sự nhiễm khuẩn từ kỹ thuật viên, dầu phủ trong các đĩa nuôi cấy, là nguồn ô nhiễm thường được nhắc đến nhất. Tinh dịch không vô trùng và nó có thể chứa vi sinh vật ngay cả sau khi xử lý. Tuy nhiên, tần suất chính xác của các nhiễm khuẩn này là không rõ do không có nhiều bài nghiên cứu. Hơn nữa, có rất ít thông tin về cách xử lý phôi từ các đĩa nuôi cấy có nhiễm khuẩn. Mặc dù hầu hết các vi sinh vật được phát hiện trong các mẫu tinh dịch không gây bệnh, nhưng sự hiện diện của chúng có ý nghĩa rất lớn đối với IVF, từ đó có thể áp dụng các biện pháp can thiệp hiệu quả hơn có thể cải thiện tỷ lệ mang thai và sinh con thông qua IVF.

Bài nghiên cứu này nhằm mục đích xác định tỷ lệ và số lượng vi khuẩn trong các mẫu tinh dịch tự nhiên được sử dụng cho IVF, mẫu tinh dịch đã xử lý và môi trường nuôi cấy IVF, sau đó liên kết các số liệu đó với chất lượng phôi IVF và tỷ lệ có thai. Các mẫu nghiên cứu từ 50 cặp vô sinh bao gồm: mẫu tinh trùng thô (n = 48), đã xử lý (n = 49), ủ ấm (n = 50) và môi trường nuôi cấy IVF (n = 50). Microbiome được phân tích bằng 454 pyrosequencing (công nghệ giải trình tự gen thế hệ mới) và phân tích định lượng bằng phương pháp real-time quantitative PCR. Thống kê mô tả, các kiểm định t-, Mann-Whitney và tương quan Spearman, được sử dụng để so sánh.

Các mối liên quan giữa một số dữ liệu lâm sàng (như tăng số lượng bạch cầu trung tính, khả năng di chuyển của tinh trùng, chất lượng phôi) và sự hiện diện của một số ngành và chi vi khuẩn (Bacteroidetes, Proteobacteria, Staphylococcus, Corynebacterium spp.)

Các loại vi khuẩn chiếm ưu thế trong các mẫu tinh dịch là Lactobacillus, Incertae sedis XI, Staphylococcus, Prevotella, Phyllobacterium và Corynebacterium. Các mẫu tinh dịch mà Lactobacillus chiếm ưu thế có chất lượng tốt hơn so với các loại vi sinh khác, vì lactobacilli ngăn chặn sự peroxy hóa lipid của tinh trùng, do đó bảo tồn khả năng vận động và khả năng sống của tinh trùng. Một số tác giả chỉ ra rằng các vi khuẩn gram dương như Lactobacillus và Corynebacterium, có thể bảo vệ chống lại ảnh hưởng tiêu cực của các vi khuẩn gram âm như Prevotella, Aggregatibacter và Pseudomonas. Prevotella là một loại vi khuẩn kỵ khí gram âm, có ở tinh dịch và âm đạo, chiếm số lượng lớn ở những bệnh nhân có chất lượng tinh trùng kém. Nghiên cứu này đã chứng minh mối tương quan giữa sự hiện diện của vi khuẩn gram âm Bacteroidia, Sphingobacteria (lớp), Proteobacteria (ngành), Alphaproteobacteria (lớp)) với khả năng vận động của tinh trùng. Thành tế bào vi khuẩn gram âm có lipopolysaccharide – liên quan đến yếu tố gây viêm và oxy hóa và do đó có thể ảnh hưởng đến sự vận động của tinh trùng.

Không có dữ liệu về sự hiện diện của Incertae sedis XI trong các mẫu tinh dịch. Các nghiên cứu trước đây chỉ ra rằng vi khuẩn Clostridiales Family XI Incertae Sedis phát triển trong đại tràng của người trưởng thành khỏe mạnh và cũng được tìm thấy trên da và bộ phận sinh dục của phụ nữ bị nhiễm khuẩn âm đạo.

Tương tự như tinh dịch, chi Lactobacillus cũng chiếm ưu thế trong môi trường nuôi cấy phôi. Lactobacillus sp. có mặt trong quần thể vi sinh của nội mạc tử cung và nang noãn. Sự khác biệt về hệ vi sinh vật giữa buồng trứng trái và phải, được cho là do sự khác biệt về sự lan truyền của huyết sinh (haematogenous). Ngược lại, sự hiện diện của một số loài khác, chẳng hạn như Propionibacterium và Actinomyces, có liên quan đến kết quả IVF bất lợi. Ngoài ra, E. coli và Streptococcus spp. trong dịch nang có thể ngăn cản sự gắn kết của hormone kích thích nang noãn (FSH) với thụ thể của nó trên tế bào hạt. Trong nghiên cứu này, sự hiện diện của vi khuẩn trong môi trường nuôi cấy IVF không ảnh hưởng đến tỷ lệ mang thai. Ngoài ra, các tác giả không thể xác định nguồn gốc của hệ vi sinh trong môi trường nuôi cấy phôi.

Do nhiệt độ ủ là yếu tố quyết định sự phát triển của vi khuẩn, nên việc ủ môi trường IVF ở 37°C có thể ảnh hưởng đến sự phát triển và hoạt động của vi khuẩn. Các mẫu tinh trùng được rửa và ủ có sự hiện diện nhiều chủng vi sinh vật, chiếm ưu thế là Prevotella, Staphylococcus, và lớp Alphaproteobacteria. Điều thú vị là, Alphaproteobacteria là nhóm vi khuẩn phổ biến nhất trong các mẫu tinh trùng được xử lý mà có và không có ủ ấm. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng vi khuẩn trực khuẩn ruột (coliform), bao gồm cả E. coli được tìm thấy ở nồng độ cao trong tinh dịch và môi trường nuôi cấy IVF. Kala và cs. đã chứng minh rằng việc nhiễm E. coli gây ra sự bám dính và phá hủy màng tinh trùng dẫn đến giảm khả năng vận động và khả năng sống sót trong các mẫu đã rửa. Sự hiện diện của S. aureus và E. coli có thể gây ra apoptosis trong tinh trùng người với hai cơ chế giả định có thể xảy ra: hoạt động gây độc tế bào trực tiếp của độc tố vi khuẩn và tiếp xúc với lông nhung (pili) và tiên mao (Flagella).

Tải lượng vi khuẩn giảm dần được tìm thấy ở dạng thô (35,5%), được xử lý (12,0%) và mẫu tinh trùng được sử dụng để thụ tinh với noãn (4,0%) và trong 8,0% môi trường nuôi cấy IVF.

Các phương pháp khác nhau đã được đề xuất để giảm sự nhiễm khuẩn trong môi trường nuôi cấy IVF bằng cách cải thiện quy trình chuẩn bị tinh dịch và nuôi cấy phôi. Phần lớn các phòng thí nghiệm IVF sử dụng môi trường nuôi cấy có chứa kháng sinh để giảm thiểu rủi ro phát triển vi sinh vật. Các loại kháng sinh được sử dụng phổ biến nhất là penicillin (-lactam), streptomycin và gentamicin. Trong nghiên cứu này, cả môi trường ủ tinh dịch và môi trường nuôi cấy phôi đều được bổ sung gentamicin sulphate. Gentamicin là một chất diệt khuẩn phổ rộng của nhóm aminoglycoside có hiệu quả chống lại vi khuẩn hiếu khí Gram dương và Gram âm. Một số loài vi khuẩn có thể kháng gentamicin. Sự kháng của E. coli với cả penicillin và streptomycin trong môi trường nuôi cấy đã được báo cáo trước đây. Trong nghiên cứu 70 chủng vi khuẩn phân lập từ môi trường nuôi cấy nhạy cảm với gentamicin, kháng sinh trong môi trường nuôi cấy không thể ức chế hoàn toàn đối với số lượng lớn vi khuẩn, bao gồm cả vi khuẩn kỵ khí. Hơn nữa, các nghiên cứu khác đã chứng minh rằng aminoglycoside có tác dụng không tốt lên khả năng vận động của tinh trùng. Một đánh giá phân tích khác đã kết luận rằng việc sử dụng amoxycillin và axit clavulanic trước khi chuyển phôi làm giảm sự nhiễm khuẩn đường sinh dục nhưng không ảnh hưởng đến tỷ lệ mang thai lâm sàng.

Nghiên cứu của chúng tôi chứng minh rằng IVF không xảy ra trong môi trường vô trùng. Các vi khuẩn phổ biến bao gồm các lớp Bacilli trong tinh dịch thô và môi trường nuôi cấy IVF, Clostridia trong tinh dịch đã qua xử lý và Bacteroidia trong các mẫu tinh trùng được sử dụng để thụ tinh. Sự hiện diện của Staphylococcus sp. và Alphaproteobacteria liên quan đến kết quả lâm sàng, như chất lượng tinh trùng và phôi. Do đó, nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào các phương pháp hỗ trợ để giảm tác động bất lợi của các vi sinh vật này đối với sự phát triển phôi IVF và giúp tránh thất bại IVF.

Nguồn: The complex microbiome from native semen to embryo culture environment in human in vitro fertilization procedure. Reproductive Biology and Endocrinology 2020. DOI: https://doi.org/10.1186/s12958-019-0562-z

Từ khóa: tinh dịch, nhiễm khuẩn, hệ vi sinh vật, IVF