Một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature cho thấy hiện tượng tương tự xảy ra khi chúng ta cố gắng pha trộn dầu và nước, sự pha tách biệt, đóng vai trò quan trọng trong hệ thống miễn dịch của thực vật.

Trong một nghiên cứu mang tính đột phá, các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi Jijie Chai tại Đại học Westlake, Trung Quốc, Jane Parker và Paul Schulze-Lefert tại Viện nghiên cứu giống cây trồng Max Planck ở Cologne, Đức, đã chứng minh rằng một loại protein miễn dịch quan trọng phải ngưng tụ thành những giọt để được kích hoạt và bảo vệ cây khỏi bị nhiễm trùng.

Các nhà khoa học bắt đầu khám phá cách thức một nhóm thụ thể miễn dịch thực vật được gọi là thụ thể Toll/Interleukin-1 (TIR,) lặp lại giàu leucine (NLR, nucleotide-binding leucine-rich repeat) liên kết với nucleotide (TNL) được kích hoạt. TNL được xác định bởi sự hiện diện của miền TIR, một mô-đun protein cổ điển có vai trò miễn dịch từ vi khuẩn đến động vật có vú, nhưng để kích hoạt, chúng thường dựa vào các miền bổ sung nhận biết các phân tử có nguồn gốc từ mầm bệnh xâm nhập. Miền TIR hoạt động như một enzyme và tiêu thụ các chất nền trong tế bào chủ rất quan trọng cho quá trình chuyển hóa năng lượng. TNL được kích hoạt thường tiếp tục gây chết tế bào tại vị trí cố gắng lây nhiễm như một phản ứng bảo vệ để bảo vệ toàn bộ cây. Ngoài các TNL điển hình, thực vật còn có các TNL thiếu các yếu tố nhận biết kẻ xâm lược, trong khi vẫn giữ được khả năng thúc đẩy quá trình chết tế bào và bảo vệ thực vật khỏi bị nhiễm trùng. Mặc dù người ta biết rằng các TNL bị cắt đứt này, được gọi là protein miền TIR, thích tương tác với nhau khi được kích hoạt bởi cơ chất của chúng và sau khi được kích hoạt, chúng hoạt động như các enzyme để truyền phản ứng miễn dịch, nhưng điều này xảy ra chính xác như thế nào vẫn chưa được biết rõ. Các nhà nghiên cứu hiện đã phát hiện ra rằng, khi nồng độ protein miền TIR tăng lên bên trong tế bào thực vật, chúng tách ra như giọt dầu trong nước – một đặc điểm điển hình của các protein tương tác với nhau – kích hoạt phản ứng chết tế bào liên quan đến miễn dịch. Hơn nữa, các cấu trúc này không tĩnh với các protein miền TIR liên tục di chuyển vào và ra khỏi các giọt.

Sự hình thành giọt chất nền gây ra của miền TIR thực vật trong ống nghiệm. Protein miền Arabidopsis TIR RPP1 được hợp nhất với protein huỳnh quang GFP để có thể nhìn thấy sự hình thành giọt nhanh chóng của protein tổng hợp RPP1-GFP bằng kính hiển vi huỳnh quang sau khi thêm cơ chất NAD+ hoặc ATP vào ống nghiệm. Các giọt là cấu trúc rất năng động.

Thông qua việc tập trung và tổ chức các tổ hợp enzyme, việc tách pha là một cách hiệu quả để tăng cường hoạt động của enzyme. Việc hình thành các chất ngưng tụ như vậy là điều bình thường đối với các protein miễn dịch ở động vật và mặc dù người ta biết rằng hiện tượng này rất quan trọng đối với các phản ứng miễn dịch của thực vật nhưng vẫn chưa rõ tại sao.

Ngoài những hiểu biết cơ bản về cách các phân tử miễn dịch thực vật được kích hoạt, việc phát hiện ra cơ chế dựa trên phân tách pha để kích hoạt các protein miền TIR có thể có ý nghĩa đối với sự hiểu biết của các nhà khoa học về cách các nhánh miễn dịch thực vật khác nhau giao tiếp với nhau. Đồng tác giả Schulze-Lefert bị mê hoặc bởi sự đa dạng của các tập hợp khác nhau của các miền TIR trong các phức hợp protein lớn.

“Thật đáng kinh ngạc khi quá trình tiến hóa đã nhiều lần tìm ra cách để ban cho cấu trúc protein TIR cổ điển ở thực vật, động vật và vi khuẩn những phẩm chất sinh hóa mới mà cuối cùng rất quan trọng đối với sự mạnh mẽ của hệ thống miễn dịch”.

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Viện Max Planck.