Các nhà khoa học ghi nhận hiện tượng

Các nhà khoa học đã phát hiện một cơ chế đáng ngạc nhiên có thể giúp các “gen nhảy” di chuyển giữa các loài và thúc đẩy quá trình tiến hóa. Trước đây, các phần tử di truyền di động này được cho là chủ yếu lan truyền thông qua virus hoặc plasmid. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã phát hiện RNA intron dạng vòng của một loài vi khuẩn săn mồi rất nhỏ bên trong các tế bào đã chết của một vi sinh vật khác. Do phân tử RNA này tạo thành một cấu trúc vòng bền vững, có khả năng chống lại sự phân hủy, nên nó có thể cung cấp cho các gen nhảy một con đường lan truyền giữa các loài chưa từng được biết đến trước đây.

Các nhà khoa học đã bắt gặp một gen nhảy đang trong quá trình di chuyển, hé lộ một con đường mới đáng ngạc nhiên cho sự lan truyền gen giữa các loài và đẩy nhanh quá trình tiến hóa (Ảnh: AI/ScienceDaily.com)

Gen nhảy là các phần tử di truyền ký sinh được tìm thấy ở vi khuẩn, thực vật, động vật và con người. Chúng có thể được giải phóng trong tế bào dưới dạng các phân tử RNA nhỏ có nguồn gốc từ axit ribonucleic (RNA), sau đó sử dụng các cơ chế chuyên biệt để chèn vào những vị trí mới trong vật chất di truyền. Những sự dịch chuyển này có thể mang lại các đặc tính mới cho tế bào, khiến gen nhảy trở thành một động lực quan trọng của quá trình tiến hóa.

Một số gen nhảy cũng có thể tự loại bỏ khỏi phân tử RNA nhờ hoạt tính của một enzyme RNA. Các phần tử này, được gọi là ribozyme hoặc intron tự cắt nối (self-splicing introns), đại diện cho một nhóm đặc biệt của các gen di động.

Di chuyển bên trong một tế bào là một chuyện, nhưng việc vượt sang một tế bào khác hoặc thậm chí sang một loài khác lại khó khăn hơn nhiều. Các nghiên cứu về phả hệ di truyền cho thấy những sự chuyển gen như vậy đã từng xảy ra, nhưng các nhà khoa học thường cho rằng các gen nhảy di chuyển như những "hành khách" bên trong plasmid hoặc virus. Jens Harder và các cộng sự hiện đã quan sát được một hiện tượng bất ngờ, gợi ý về một con đường lan truyền khác. Các nhà nghiên cứu đã khảo sát một quần xã vi khuẩn và vi sinh vật cổ phát triển chậm, tạo ra khí metan (khí sinh học). Quần thể này chứa một sinh vật chiếm ưu thế bất thường, một loại vi khuẩn ăn thịt rất nhỏ.

Candidatus Velamenicoccus archaeovorus ăn các vi sinh vật chuyển hóa limonene - hợp chất tạo nên mùi hương của cam - thành metan và carbon dioxide. Bên trong các sợi của Methanothrix soehngenii, loài sản sinh metan quan trọng nhất trên Trái đất, các nhà nghiên cứu nhận thấy một số tế bào đã chết. Họ nghi ngờ rằng Ca. Velamenicoccus archaeovorus có thể là thủ phạm. Để kiểm chứng giả thuyết đó, họ cần tìm các phân tử có nguồn gốc từ loài vi khuẩn săn mồi bên trong các tế bào đã chết. Trong quá trình nghiên cứu bộ gen của Ca. Velamenicoccus archaeovorus, Jens Harder đã xác định được một intron hoạt động như một gen nhảy. Trước đây, RNA intron chưa từng được phát hiện ở bên ngoài tế bào, vì vậy các nhà nghiên cứu đặc biệt quan tâm đến việc tìm kiếm phân tử này bên trong vật chủ của vi khuẩn.

Các nhà khoa học tại Viện Vi sinh vật biển Max Planck đã phát triển các phương pháp đủ nhạy để phát hiện lượng RNA rất nhỏ trong tế bào vi khuẩn. Sử dụng các đầu dò axit nucleic được thiết kế đặc biệt, nhóm nghiên cứu đã tạo ra các hình ảnh hiển vi cho thấy RNA intron trong các tế bào sống của Ca. Velamenicoccus archaeovorus và trong các tế bào chết của Methanothrix soehngenii. Các nhà nghiên cứu đã bắt được đoạn intron trong quá trình nó cố gắng sao chép. Tuy nhiên, vi khuẩn Ca. Velamenicoccus archaeovorus đã giết chết vật chủ mới. Do đó, nỗ lực chuyển gen đã kết thúc bằng việc nhảy vào một tế bào đã chết.

Axit ribonucleic đóng vai trò là phân tử truyền tin trong tế bào sống. Các phân tử mạch dài này mang thông tin từ vật chất di truyền đến bộ máy tổng hợp protein của tế bào. Thông thường, RNA bị phân hủy rất nhanh, bắt đầu từ các đầu tự do của phân tử. Vì lý do đó, các tế bào đã chết thường không còn chứa RNA. RNA intron trong nghiên cứu này vẫn tồn tại vì nó tạo thành một phân tử RNA vòng (circular RNA) không có đầu tự do. Cấu trúc hình vòng này bảo vệ RNA khỏi các enzyme vốn sẽ phân hủy nó trong điều kiện thông thường.

Jens Harder cho biết: "Tính ổn định của RNA intron ở dạng vòng là một đặc điểm nổi bật. Ở người, các phân tử RNA vòng ảnh hưởng đến nhiều quá trình chuyển hóa và vai trò của chúng trong sự phát triển của khối u hiện đang được nghiên cứu chuyên sâu. Các ứng dụng của RNA vòng trong vắc-xin RNA, chẳng hạn như vắc-xin phòng virus COVID và một số dạng ung thư, cũng đang được phát triển. Nghiên cứu của chúng tôi đã cho thấy rằng ở vi sinh vật, các gen nhảy có thể được chuyển sang các loài khác thông qua RNA vòng của chúng."

 Nguyễn Thị Kiều Linh - Hcmbiotech, theo Sciencedaily.