Gửi bình luận
Các nhà nghiên cứu Trung Quốc cho biết gấu nước sở hữu gien kháng bức xạ có thể ứng dụng trong không gian, cây trồng và y học.
Gấu nước là sinh vật cực nhỏ có thể nắm giữ chìa khóa về cách con người có thể sống sót trong môi trường khắc nghiệt, gồm cả không gian.
Gấu nước (tardigrades) có chiều dài không quá 1mm, từ lâu đã được biết đến với khả năng kháng bức xạ cao. Giờ đây, các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã xác định được những gien mang lại cho gấu nước khả năng kháng bức xạ này. Khám phá của họ có thể có những tác động sâu rộng, từ du hành vũ trụ đến điều trị ung thư.
"Việc phát hiện ra cơ chế chống bức xạ của gấu nước có triển vọng ứng dụng thực tế rộng rãi, liên quan đến y học, thám hiểm không gian, bảo vệ môi trường, công nghệ sinh học, nông nghiệp và các lĩnh vực khác. Cơ chế chống bức xạ của gấu nước có thể truyền cảm hứng cho việc phát triển các vật liệu bảo vệ bức xạ không gian mới giúp các phi hành gia tránh khỏi tác hại của bức xạ", Zhang Lingqiang, nhà khoa học tại Viện Nghiên cứu Sinh học Bắc Kinh và là đồng tác giả bài báo đăng trên tạp chí Science được bình duyệt ngang hàng, nói.
Gấu nước là nhóm vi sinh vật 8 chân được tìm thấy ở hầu hết mọi nơi trên Trái đất, gồm cả Nam Cực và đáy đại dương. Dù có kích thước nhỏ bé, gấu nước có thể làm được một số điều đáng kinh ngạc, chẳng hạn sống sót trong môi trường chân không của không gian và thậm chí sống trong nhiều thập kỷ mà không cần thức ăn.
Song khi khả năng chống chịu bức xạ cao của gấu nước đã được ghi nhận đầy đủ, các nhà khoa học vẫn chưa chắc chắn về cơ chế đằng sau cách chúng có thể chống lại bức xạ và nhanh chóng phục hồi những tế bào bị tổn thương.
Có khoảng 1.500 loài gấu nước khác nhau, nhưng chỉ một số ít được giải trình tự gien và chỉ có một bộ gien cấp độ nhiễm sắc thể đã được xây dựng nhưng vẫn thiếu phần chú thích.
Nhóm nghiên cứu Trung Quốc đã phát hiện ra một loài mới có tên Hypsibius henanensis ở tỉnh Hà Nam (Trung Quốc). Điểm khác biệt chính so với các loài gấu nước khác là Hypsibius henanensis có tế bào ngắn hơn và cũng sở hữu hình thái móng vuốt hơi khác.
Các nhà khoa học đã tạo ra một bản đồ bộ gien được chú thích cho phép nghiên cứu sâu hơn về cơ chế chống bức xạ của sinh vật đó. Họ phát hiện ra rằng loài này có 285 gien liên quan đến cơ chế chống stress sau khi tiếp xúc với bức xạ và nhóm nghiên cứu đã xác định ba cách kháng bức xạ tiềm năng.
Đầu tiên là thông qua một gien có tên DODA1, mà họ cho rằng có thể đã xuất hiện trong bộ gien của chúng thông qua quá trình chuyển gien ngang từ vi khuẩn. Nhóm nghiên cứu cho biết gien này mang lại khả năng chống bức xạ cho gấu nước thông qua quá trình tổng hợp sinh học betalains - sắc tố có trong thực vật, vi khuẩn và một số loại nấm.
Betalains là nhóm sắc tố tự nhiên có màu đỏ hoặc vàng, thường được tìm thấy trong các loài thực vật thuộc bộ Caryophyllales, điển hình như củ dền, rau dền và một số loài xương rồng. Chúng có vai trò quan trọng trong việc tạo màu sắc cho các bộ phận của cây như hoa, quả và lá.
"Chuyển gien ngang là sự kiện tiến hóa quan trọng cung cấp cho chúng ta bằng chứng trực tiếp về cách thích nghi với những thay đổi của môi trường thông qua trao đổi gien", Zhang Lingqiang cho biết.
Sau đó, nhóm nghiên cứu phát hiện rằng một loại protein đặc hiệu của gấu nước là TRID1, được kích thích bởi bức xạ và có cấu trúc không ổn định, giúp cải thiện quá trình sửa chữa các đứt gãy kép của DNA.
Cách cuối cùng mà nhà khoa học tìm thấy là thông qua hai gien không đặc hiệu của gấu nước, tạo ra hai protein ty thể có tên BCS1 và NDUFB8. Khi được điều chỉnh tăng lên do tiếp xúc với bức xạ, chúng sẽ bảo vệ khỏi tổn thương ty thể.
Theo nghiên cứu, tình trạng rối loạn ty thể được phát hiện có liên quan đến các rủi ro sức khỏe con người liên quan đến bức xạ trong chuyến bay vũ trụ.
Zhang Lingqiang nói nghiên cứu có ý nghĩa trong một số lĩnh vực, gồm khắc phục ô nhiễm kim loại nặng, phát triển cảm biến sinh học bức xạ, thiết bị bảo vệ hiệu quả hơn cho môi trường bức xạ cao và công nghệ xử lý để làm sạch chất thải hạt nhân hoặc ô nhiễm.
Ông cho biết: "Xạ trị là một trong những phương pháp điều trị ung thư quan trọng, nhưng bức xạ phát ra trong quá trình xạ trị có thể gây tổn thương cho các tế bào bình thường".
Các cơ chế mà nhóm nghiên cứu tìm thấy "có thể cung cấp ý tưởng cho việc phát triển những tác nhân bảo vệ xạ trị mới, giảm thiểu tổn thương của xạ trị với các tế bào bình thường và cải thiện hiệu quả điều trị", theo Zhang Lingqiang.
"Gien chống bức xạ của gấu nước có thể được đưa vào các sinh vật khác thông qua công nghệ kỹ thuật di truyền. Điều này sẽ giúp phát triển các loại cây trồng, động vật chống bức xạ mới và cải thiện khả năng sống sót của các sinh vật trong môi trường khắc nghiệt", Zhang Lingqiang nói thêm.
Với khả năng sống sót trong điều kiện nhiệt độ, áp suất và độ ẩm khắc nghiệt, gấu nước cung cấp cho các nhà khoa học "kho tàng các cơ chế phân tử chưa được khám phá về khả năng chống chịu stress".
"Các nghiên cứu về một số loài gấu nước đã chứng minh rằng chúng là loài động vật có khả năng chịu bức xạ tốt nhất trên Trái đất. Chúng thể hiện khả năng chống lại bức xạ gamma lên tới 3.000 đến 5.000 gray (Gy), cao hơn khoảng 1.000 lần so với liều gây tử vong cho con người", nhóm khoa học viết, nhưng cơ chế đằng sau điều này vẫn chưa rõ ràng.
"Khả năng sống sót trong những điều kiện khắc nghiệt nhất của gấu nước tiếp tục định hình lại khái niệm từ chúng ta về giới hạn sự sống động vật trên Trái đất", theo nhóm nghiên cứu, gồm cả các chuyên gia BGI Research và Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc.
BGI Research (Trung Quốc) là tổ chức nghiên cứu sinh học hàng đầu thế giới, nổi tiếng với những đóng góp quan trọng trong lĩnh vực giải trình tự gien. Tổ chức này đã tham gia vào nhiều dự án nghiên cứu quy mô lớn, gồm cả Dự án Bộ gien Người và các nghiên cứu về đa dạng sinh học.
Các nhà khoa học đã sử dụng kỹ thuật gọi là khai thác dữ liệu đa omics, trong đó kết hợp lượng lớn dữ liệu phức tạp để nghiên cứu bộ gien, RNA và protein của loài gấu nước bằng các phương pháp tin sinh học, khoa học dữ liệu và sinh học tính toán, Zhang Lingqiang cho hay.
Tin sinh học là lĩnh vực khoa học kết hợp giữa sinh học và khoa học máy tính. Nó sử dụng các công cụ và phương pháp tính toán để thu thập, lưu trữ, phân tích và hiểu dữ liệu sinh học, đặc biệt là dữ liệu lớn từ các thí nghiệm sinh học phân tử, như giải trình tự gien.
"Bài báo trên tạp chí Science áp dụng khai thác dữ liệu đa omics để vẽ bản đồ bộ gien chất lượng cao, đồng thời lần đầu tiên trên thế giới tích hợp các thay đổi động của hệ transcriptome và proteome để phản ứng với bức xạ cực mạnh", Zhang nói.
Transcriptome là tập hợp toàn bộ các phân tử RNA được phiên mã từ bộ gien của một tế bào, mô hoặc sinh vật ở thời điểm nhất định. Nói cách khác, transcriptome là bản sao dưới dạng RNA của thông tin di truyền có trong DNA, phản ánh hoạt động biểu hiện gien tại một thời điểm cụ thể.
Proteome là thuật ngữ trong sinh học phân tử, ám chỉ tổng thể các protein được tạo ra hoặc có khả năng được tạo ra bởi một tế bào, mô hoặc cơ thể sinh vật ở thời điểm nhất định. Nói cách khác, proteome là tập hợp đầy đủ các sản phẩm protein được mã hóa từ bộ gien của một sinh vật.
Nhóm khoa học cho biết cần tiến hành thêm các nghiên cứu chức năng về cách thức hoạt động của những cơ chế này và liệu chúng có được tìm thấy ở các loài gấu nước khác hay không. Điều này có thể đưa ra những ý tưởng mới để bảo vệ sức khỏe con người và chống lại bệnh tật.
