Nếu bạn là một nhà sinh học, hay chí ít là đã từng học qua nó, hẳn bạn đã biết về thuyết tiến hóa của Charles Darwin, về những thay đổi về mặt hình thái để thích nghi tốt hơn với môi trường sống. Vậy bạn có bao giờ đặt ra câu hỏi những viên gạch đầu tiên gây nên các biến dị đó là gì? Là DNA? RNA? Hay Protein? Một nghiên cứu mới đây trên tạp chí Science đã giúp chúng ta hé lộ bức màn bí ẩn của câu hỏi này. Công trình được thực hiện bởi các nhà khoa học từ Viện Tin Sinh học Châu Âu (European Bioinformatics Institute- EMBL- EBI) và trường Đại học Washington.
Theo Pedro Beltrao, trưởng nhóm nghiên cứu của EMBL- EBI, “nghiên cứu này nhằm giúp chúng ta hiểu về cách thức tiến hóa xảy ra, cách mà các loài thích nghi với sự thay đổi môi trường qua nhiều thế hệ”. “Ví dụ. khi bạn so sánh con người và tinh tinh, cả hai đều có những khác biệt rõ nét có thể dễ dàng nhận thấy, chính một phần nào đó trong bộ gen di truyền đã khiến chúng có những nét tương đồng và khác biệt như vậy. Nhiệm vụ của chúng tôi là chỉ ra cách thức mà sự đa dạng này được hình thành, từ đó, chúng ta sẽ nhìn thấy bức tranh về sự sống một cách rõ nét hơn. Bên cạnh đó, nghiên cứu này cũng giúp chúng ta hiểu vì sao các loài thực vật và động vật có thể thích nghi và thay đổi, cũng như các tế bào ung thư hay vi khuẩn có thể kháng lại thuốc điều trị”.
Câu hỏi về sự biểu hiện
Nghiên cứu đi sâu vào sự đa dạng di truyền thông qua sự biểu hiện của các gen, từ đó nắm được cách thức một protein có thể được tạo thành, và sau đó là mô và các cơ quan trong cơ thể. Tuy nhiên, các nhà khoa học thấy rằng cơ chế giúp các protein bổ sung các chức năng mới đóng vai trò cực kỳ quan trọng.
Việc tạo thành protein này được điều khiển bằng các protein khác thông qua các biến đổi sau dịch mã (Post- Translational Modification- PTM). Và một loại PTM là sự phosphoryl hóa; một cơ chế nhanh chóng, điều hòa nhiều loại protein. Trong quá trình tiến hóa, các PTM có thể được hình thành thông qua các đột biến, đây là hiện tượng cho phép các protein có thêm chức năng mới hoặc làm mất các chức năng cũ không cần thiết. Các nghiên cứu trước đây đã so sánh các protein giữa các loài gần gũi với nhau nhằm tìm ra các đột biến, do đó các PTM không được coi là một nhân tố chính tạo nên sự đa dạng loài. Trong nghiên cứu mới này, nhóm tác giả đã phát hiện ra rằng chỉ cần một số ít các đột biến thôi cũng đủ làm thay đổi các vị trí biến đổi protein này. Nói theo cách khác, chỉ với một số đột biến nhỏ cũng có thể làm thay đổi toàn bộ cách thức vận hành của tế bào hay cách thức protein được tạo thành.
Thay đổi bền vững
Sử dụng các phương pháp thực nghiệm và tính toán, các nhà khoa học đã tái hiện lại lịch sử tiến học của các vị trí phosphoryl hóa, các biến đổi điều khiển các protein, ở 18 loài đơn bào. Chúng xác định được các điểm điều khiển này tồn tại cách đây bao lâu, khi chúng chưa biến đổi một cách nhanh chóng qua hàng triệu năm.
Đa số các điểm phosphoryl hóa có quan hệ khá gần gũi trong tiến hóa, hay nói cách khác, chúng chỉ ra một số điểm khác nhau đặc trưng giữa các loài, từ đó phát triển lên thành sự đa dạng tiến hóa.
“Nếu các loài cần thích nghi với các thử thách mới, chúng cần tạo nên sự đa dạng thông qua rất nhiều thế hệ mà chỉ một số ít trong số đó còn sống sót. Một cách khiến lý thuyết này trở thành hiện thực là thông qua các thay đổi về biểu hiện gen, nhưng sự thay đổi trong quá trình phosphoryl hóa là hiệu quả nhất”.
Ung thư: kẻ bẻ khóa chuyên nghiệp
Sự đa dạng được tạo nên từ các PTM là một điểm quan trọng và rất mới mẻ trong nghiên cứu ung thư. Nhiều loại thuốc điều trị ung thư ngăn cản tế bào u hình thành và phát triển thông qua việc khóa các chu trình tín hiệu của tế bào mà hiệu quả nhất là khóa các protein “cửa ngõ”. Nhưng, thông qua các đột biến, các tế bào ung thư đã tìm ra cách tạo ra một PTM mới và các điểm tín hiệu truyền hiệu quả khác thông qua việc thử hàng triệu loại “khóa” khác nhau. Đa số các chìa khóa này là vô dụng nhưng chỉ cần một chiếc hiệu quả thì ngay lập tức, các tế bào u có thể tiếp tục sinh sôi trở lại, hay vô hiệu hóa hiệu quả của thuốc.
“Nghiên cứu sâu hơn về chức năng của PTM trong tiến hóa còn giúp các nhà khoa học ngày nay hoàn thiện hơn bức tranh về các protein tín hiệu cũng như cách thức thông tin được truyền đi trong tế bào”. “Đồng thời nó cũng mở ra một con đường mới trong nghiên cứu y học”.- Pedro Beltrao.
Phạm Ngọc Sơn
Nguồn tham khảo
Studer RA, et al: “Evolution of protein phosphorylation across 18 fungal species”, Science, October 2016 DOI: 10.1126/science.aaf2144
Điểm 4.7/5 dựa vào 37 đánh giá
EmoticonEmoticon