Viện Thực phẩm cho Sức khoẻ thuộc trường Đại học Nghiên cứu Cộng đồng California, Davis mang hình dáng của một căn biệt thự Tuscan, với những toà nhà có tường làm bằng đất nung nhìn ra phía một vườn nho rộng và một khu vườn đầy ắp các loại rau củ mùa hè. Viện được điều hành bởi nhà hoá học Bruce German, và giả dụ nếu như có một danh hiệu thế giới về việc tán dương công dụng của sữa thì chắc chắn ông sẽ là người nắm giữ nó. Trong lần gặp đầu tiên với chúng tôi, ông dành nửa giờ để độc thoại về chủ đề sữa, vừa nói vừa nhảy trên một quả bóng tập thể dục và lấy tay bóp giấy bọc bong bóng. Theo ông, sữa là một nguồn dinh dưỡng hoàn hảo, một siêu thực phẩm xứng đáng với tên gọi của nó. Đây không phải là một quan điểm phổ biến. Các bài viết khoa học viết về sữa có số lượng rất hạn chế nếu so sánh với các bài viết về các chất lỏng cơ thể khác –máu, nước bọt, thậm chí nước tiểu. Ngành công nghiệp sản xuất các sản phẩm từ sữa đã tiêu tốn rất nhiều tiền để vắt ngày càng nhiều sữa từ bò, nhưng lại không dành ra bao nhiêu để tìm hiểu chất lỏng màu trắng này thật ra là gì và nó hoạt động như thế nào. Các cơ quan tài trợ cho nghiên cứu y tế thường bác bỏ rằng nó không liên quan, German nói, bởi “nó chả có ảnh hưởng gì đến những bệnh xảy ra ở đàn ông trung niên da trắng1.” Các nhà dinh dưỡng học thì xem sữa như một món cốc-tai gồm các chất béo và đường, thức uống đơn giản đến mức có thể dễ dàng sao chép và thay thế bởi các công thức khác. “Mọi người nói rằng sữa chỉ là một đống hoá chất,” German bảo tôi. “Nó hoàn toàn không phải thế.”

Sữa là sản phẩm cách mạng của động vật có vú, có ở thú mỏ vịt, tê tê, người và hà mã, với cấu tạo thành phần khác nhau tuỳ theo nhu cầu sinh học của mỗi loài. Sữa người lại là một kiệt tác đặc biệt. Mỗi bà mẹ thú sản sinh ra những chất đường phức tạp có tên là oligosaccharides2, nhưng các bà mẹ loài người, bằng một cách nào đó, lại tạo ra một sự đa dạng lạ thường: cho đến nay, các nhà khoa học đã xác định được hơn 200 loại oligosaccharides trong sữa mẹ, hay còn gọi là H.M.O.s (human milk oligosaccharides). Chúng là thành phần có tỉ trọng lớn thứ ba trong sữa người, đứng sau đường lactose và chất béo, và cấu trúc của chúng khiến chúng đáng ra phải trở thành nguồn năng lượng dồi dào cho em bé đang phát triển, nhưng các bé lại không tiêu hoá được. German đã không khỏi ngạc nhiên khi lần đầu tìm ra điều này. Tại sao một người mẹ lại tiêu tốn rất nhiều năng lượng để sản sinh những chất hoá học phức tạp nếu như rõ ràng chúng chẳng có tác dụng gì với em bé? Tại sao chọn lọc tự nhiên không dừng hành động phung phí này lại? Đây là lí do: H.M.O.s được giữ nguyên thể khi đi qua dạ dày và ruột non, sau đó đến ruột già, nơi mà hầu hết các vi khuẩn trong cơ thể cư trú. Nhỡ đâu chúng không phải là thức ăn cho trẻ sơ sinh? Nhỡ đâu chúng là thức ăn cho các vi khuẩn trong cơ thể?

Ý tưởng này bắt nguồn từ đầu thế kỉ 20, khi mà 2 nhóm các nhà khoa học khác nhau đã có những phát hiện mới mà họ không hề biết là có liên quan mật thiết với nhau. Ở một bên (camp), các bác sĩ khoa nhi đã tìm ra rằng có nhiều vi khuẩn mang tên Bifidobacteria (“Bifs,” theo như cách họ thường gọi với nhau) tồn tại trong phân của trẻ bú sữa mẹ hơn so với trong phân của trẻ bú bình. Theo như các bác sĩ thì trong sữa mẹ phải có chứa một loaị chất giúp nuôi dưỡng loại vi khuẩn kể trên-cái mà sau này các nhà khoa học gọi là nguyên tố bifidus. Trong khi đó, các nhà hoá học đã chỉ ra, sữa mẹ có chứa các carbo­hydrates mà sữa bò không có, và họ đang phân tách hỗn hợp bí ẩn này ra từng phần riêng biệt, bao gồm một vài oligosaccharides. Hai kết quả nghiên cứu song song cuối cùng đã hội ngộ vào năm 1954, nhờ vào hợp tác giữa Richard Kuhn (nhà hoá học Áo, người đã đoạt giải Nobel) và Paul Gyorgy (bác sĩ khoa nhi người Mĩ gốc Hung-ga-ri, người ủng hộ sữa mẹ). Họ cùng khẳng định rằng nguyên tố bifidus bí ẩn và oligosaccharides trong sữa là một-và chúng có vai trò nuôi dưỡng vi khuẩn đường ruột.

Đến những năm 90, các nhà khoa học đã biết rằng có hơn 100 loại H.M.O.s trong sữa, nhưng họ mới định rõ được đặc điểm của một vài trong số đó. Không ai biết đa phần chúng trông như thế nào và là thức ăn cho loại vi khuẩn nào. Có một quan niệm phổ biến là chúng đều nuôi dưỡng các vi khuẩn Bifs, nhưng German không hài lòng với quan điểm đó. Ông muốn biết đích danh các “thực khách” và những món chúng “gọi.” Để tìm hiểu, ông rút kinh nghiệm từ lịch sử và lập một nhóm gồm các nhà hoá học, vi trùng học và khoa học thực phẩm. Họ cùng nhau nhận diện tất cả các loại H.M.O.s, chiết xuất ra khỏi sữa và cho các vi khuẩn ăn. Trước sự thất vọng của các nhà nghiên cứu, chẳng có gì phát triển cả.

Ngược lại, vi khuẩn B. infantis vét sạch đến mảnh cuối cùng bằng cách sử dụng một nhóm gen gồm 30 gen-bộ dao kéo toàn năng chuyên dùng để xử lý H.M.O.s. Không một Bif nào khác sở hữu nhóm gen này; nó thuộc sở hữu của riêng B. infantis.

Vấn đề đã sớm trở nên rõ ràng: H.M.O.s không phải là nguồn thức ăn vạn năng cho Bifs. Vào năm 2006, nhóm nghiên cứu đã tìm ra rằng chất đường này chỉ nuôi dưỡng một phân loài có tên khoa học Bifidobacterium longum infantis3. Miễn là được cung cấp H.M.O.s, B. infantis sẽ có sức cạnh tranh hơn hẳn các vi khuẩn đường ruột khác. Một phân loài thân cận với B. infantis, B. longum longum, sinh trưởng rất yếu ớt khi tiêu thụ chất đường này, còn loại vi khuẩn với cái tên đầy mỉa mai B. lactis, thành phần không thể thiếu của sữa chua vi sinh, lại không phát triển chút nào. Một vi khuẩn vi sinh chủ chốt khác, B. bifidum, có chút khả quan hơn nhưng lại là một “thực khách” kén chọn và bừa bãi. Nó phân mảnh một vài H.M.O.s và chỉ tiêu thụ những mảnh mà nó thích. Ngược lại, vi khuẩn B. infantis vét sạch đến mảnh cuối cùng bằng cách sử dụng một nhóm gen gồm 30 gen-bộ dao kéo toàn năng chuyên dùng để xử lý H.M.O.s. Không một Bif nào khác sở hữu nhóm gen này; nó thuộc sở hữu của riêng B. infantis. Sữa mẹ đã tiến hoá để nuôi dưỡng loài vi khuẩn ấy, và đổi lại, chúng cũng phát triển thành một kẻ-ăn-H.M.O.s điêu luyện. Không đáng ngạc nhiên khi chúng thường là loài vi khuẩn đường ruột chiếm ưu thế ở các trẻ bú sữa mẹ.

B. infantis có ăn là có làm. Khi tiêu hoá H.M.O.s, nó sẽ giải phóng các axit béo chuỗi ngắn, nguồn thức ăn cho các tế bào đường ruột của trẻ. Thông qua tiếp xúc trực tiếp, B. infantis cũng kích thích các tế bào đường ruột sản sinh các protein bám dính để niêm lại các lỗ hổng giữa hai tế bào, ngăn cách các vi khuẩn khỏi dòng máu, và giữ lại các phân tử kháng viêm tạo nên hệ thống miễn dịch. Những điều chỉnh này chỉ xảy ra khi B. infantis tiêu thụ H.M.O.s; nếu như thay vào đó là lactose, nó vẫn sống sót nhưng sẽ không tham gia phản ứng với các tế bào của em bé. Nói cách khác, tiềm năng có lợi của loài vi khuẩn này chỉ được giải phóng hoàn toàn khi chúng tiêu hoá sữa mẹ. Tương tự, để một đứa trẻ có thể gặt hái đầy đủ các lợi ích từ sữa mẹ, cần phải có vi khuẩn B. infantis trong hệ thống đường ruột của trẻ đó. Vì vậy, nhà vi trùng học David Mills, cộng sự của German, xem B. infantis như một phần của sữa, dù rằng không được tạo ra từ bầu sữa mẹ.

Hiện ta vẫn chưa rõ vì sao sữa người lại khác biệt so với sữa của các loài thú có vú khác. Sữa của người có nhiều hơn gấp 5 lần số loại H.M.O.s so với sữa bò, và gấp vài trăm lần về số lượng. Thậm chí sữa tinh tinh cũng trở nên thua kém khi so sánh với sữa người. Một vài lí giải cho sự khác biệt này đã được Mills đưa ra. Một lí do trong đó có liên quan đến não bộ con người, bộ phận với kích thước rất lớn với một loài linh trưởng có kích cỡ như chúng ta, đồng thời cũng phát triển cực kì nhanh trong năm đầu đời. Tốc độ phát triển này đòi hỏi phải có axit sialic, tình cờ là một trong các chất hoá học mà B. infantis sản xuất ra khi tiêu thụ H.M.O.s. Rất có thể, bằng cách cho loại vi khuẩn này ăn uống đầy đủ, các bà mẹ có thể nuôi dưỡng những đứa trẻ thông minh hơn. Điều đó cũng góp phần lí giải vì sao giữa khỉ và vượn, những loài sống thành đàn có nhiều và đa dạng các loại oligo­saccharides trong sữa hơn những loài sống đơn độc. Việc sinh sống trong các nhóm lớn hơn yêu cầu ghi nhớ nhiều liên kết xã hội hơn, quản lí nhiều mối quan hệ bằng hữu hơn và kiểm soát nhiều kẻ thù hơn. Nhiều nhà khoa học tin rằng những đòi hỏi này đã dẫn lối cho sự phát triển của trí tuệ linh trưởng; có lẽ chúng cũng góp phần làm đa dạng hoá các H.M.O.s.

Một lí giải khác liên quan đến các dịch bệnh. Trong một nhóm cá thể, mầm bệnh có thể dễ dàng lây lan từ vật chủ này sang vật chủ khác, nên động vật cần những cách tự phòng vệ tốt hơn. H.M.O.s là một ví dụ. Khi một mầm bệnh lan nhiễm vào hệ thống đường ruột của chúng ta, nó gần như luôn luôn bắt đầu bằng cách bám lấy các glycan-các phân tử đường-trên bề mặt của các tế bào ruột. Tuy nhiên H.M.O.s và các glycan này giống nhau kì lạ, vì thế đôi khi các mầm bệnh sẽ bám nhầm vào H.M.O.s. Chúng hoạt động như vật đánh lạc hướng, giữ an toàn cho các tế bào của em bé. Chúng có thể ngăn chặn nhiều vi khuẩn đường ruột có hại tấn công, như Salmonella; Listeria; Vibrio cholerae, nguyên nhân gây ra bệnh dịch tả; Campylobacter jejuni, tác nhân phổ biến của bệnh tiêu chảy khuẩn; Entamoeba histolytica, một amíp nguy hiểm gây ra bệnh kiết lị, khiến một trăm nghìn người chết mỗi năm; và nhiều biến thể của E. coli. H.M.O.s thậm chí có thể cản trở H.I.V., điều này có thể giải thích tại sao có hơn một nửa số trẻ bú sữa các bà mẹ mang bệnh lại không bị nhiễm, mặc dù chúng tiêu thụ sữa chứa đầy virút trong nhiều tháng. Mỗi lần các nhà khoa học đưa mầm bệnh vào các tế bào nuôi cấy dưới sự hiện diện của H.M.O.s thì những tế bào này đều bình an vô sự.

“Thức ăn bạn mang cho các con vi khuẩn này cũng quan trọng không kém so với sự tồn tại của chúng trong việc giúp chúng phát triển và định cư trong một môi trường không mấy hiếu khách,” ông bảo tôi.

Nhóm nghiên cứu tại Viện Thực phẩm cho Sức khoẻ đã lắp đặt một hệ thống xử lí sữa kì công bên trong toà nhà nửa Tuscan của họ. Ở phòng thí nghiệm chính, nơi mà Mills quản lý cùng với nhà khoa học thực phẩm Daniela Barile, có hai thùng thép lớn để chứa sữa, một cái máy thanh trùng trông như máy pha cà phê, và một núi các thiết bị khác nhằm chiết lọc và phân tách các thành phần của sữa. Khi tôi đến, hàng trăm các xô rỗng màu trắng đang được xếp chồng nhau trên một cái giá gần đó. “Bình thường thì chúng đầy,” Barile bảo tôi. Những cái xô đầy được bảo quản trong một nhà lạnh khổng lồ, nhiệt độ bên trong được đặt xuống mức cực lạnh, âm 25.6 độ F (khoảng âm 32 độ C). Trên một hàng ghế băng gần đó, có một hàng ủng Wellies (“Khi chúng tôi xử lí sữa, nó bắn ra khắp nơi,” Barile kể), một cái búa để đập nhỏ đá (“Cái cửa đang không chịu đóng hẳn vào”), và, kì lạ là, một cái máy thái thịt giăm bông (tôi không hỏi đến cái này). Chúng tôi ngó vào phía bên trong. Những chiếc xô trắng chứa tổng cộng khoảng 600 ga-lông sữa (gần 2300 lít) được xếp đều trên các tấm ván và giá đỡ. Rất nhiều trong số đó là sữa bò được quyên góp bởi các nhà sản xuất sữa, nhưng có một lượng sữa đáng ngạc nhiên là của con người. “Nhiều phụ nữ bơm sữa và cất giữ chúng, đến khi con của họ cai sữa, họ nghĩ, Giờ phải làm sao với chỗ sữa này? Sau đó họ biết đến chúng tôi và ngỏ ý quyên góp,” Mills tâm sự. “Chúng tôi có 80 lít, thu thập trong 2 năm, từ một người ở Đại học Stanford đã từng đến nói, ‘Tôi có chừng này sữa. Các anh có muốn giữ chúng?’” Có, họ muốn. Họ cần càng nhiều sữa càng tốt.

Khoảng 20 dặm về phía đông của Viện, tại Bệnh viện Trẻ em U.C. Davis, một bác sĩ có tên Mark Underwood đang ứng dụng kết quả nghiên cứu của German và cộng sự. Underwood là trưởng bộ phận chăm sóc đặc biệt cho trẻ em chưa đầy một tháng tuổi của bệnh viện, nơi có thể cùng một lúc tiếp nhận nhiều nhất là 48 trẻ đẻ non. Những trẻ đẻ non nhất được sinh vào lúc 23 tuần tuổi; còn những bé nhẹ nhất chỉ có cân nặng khoảng hơn 1 pound (khoảng 0.45kg). Các bé thường được sinh qua mổ đẻ, sau đó được truyền các đợt kháng sinh và đặt trong một môi trường siêu vô trùng. Bị thiếu mất các vi khuẩn nguyên sinh, những trẻ này lớn lên với một hệ thống vi sinh kì lạ trong cơ thể: rất ít các Bifs thông thường và nhiều mầm bệnh có hại. Trẻ sinh non là một ví dụ điển hình cho sự mất cân bằng hệ vi sinh, và các quần thể nội sinh khác lạ này khiến các bé có nguy cơ mắc phải một tình trạng đường ruột có thể gây tử vong, viêm ruột hoại tử (necrotizing enterolitis, hay NEC4). Nhiều bác sĩ đã tìm cách ngăn ngừa NEC bằng cách truyền men vi sinh probiotics cho các trẻ sinh non, với ít nào thành công. Nhưng Underwood, sau khi nói chuyện với những người như German và Mills, nghĩ rằng ông có thể làm tốt hơn bằng cách truyền vào các bé một hỗn hợp B. infantis và sữa mẹ. “Thức ăn bạn mang cho các con vi khuẩn này cũng quan trọng không kém so với sự tồn tại của chúng trong việc giúp chúng phát triển và định cư trong một môi trường không mấy hiếu khách,” ông bảo tôi. Nếu cách điều trị này có tác dụng, sữa mẹ có thể mang đến cho những em bé sinh thiếu tháng những lợi ích giống như những đứa trẻ sinh đầy tháng có được, nuôi dưỡng cả đứa trẻ lẫn hệ vi khuẩn của nó, chuẩn bị các bé cho tương lai sau này.