Vi rút cổ đại đã phản lại con người sau hàng triệu năm được thuần hóa

Hơn 5.000 người được chẩn đoán hàng năm mắc bệnh ALS (xơ cứng teo cơ bên), một căn bệnh thoái hóa thần kinh gây tử vong. Đó là căn bệnh mà vi rút tấn công các tế bào thần kinh trong não và tủy sống, dần dần cướp đi khả năng nói, vận động, ăn uống và hô hấp của con người.

Cho đến nay, chỉ có một số ít thuốc có khả năng làm chậm quá trình tiến triển của bệnh mà không thể chữa khỏi. Nhưng các nhà nghiên cứu từ Đại học Corolado tại Boulder đã xác định được một nhân tố mới đáng ngạc nhiên trong căn bệnh này—một loại protein cổ, giống như vi-rút, được biết đến có vai trò thiết yếu trong việc tạo điều kiện cho sự phát triển của nhau thai.

Những phát hiện gần đây đã được công bố trên tạp chí eLife. Tác giả chính Alexandra Whiteley, trợ lý giáo sư tại Khoa Hóa sinh cho biết: “Công trình của chúng tôi cho thấy rằng khi loại protein lạ này (còn được gọi là PEG10) hiện diện ở mức cao trong mô thần kinh, nó sẽ thay đổi hành vi của tế bào theo cách góp phần gây ra bệnh ALS”. 

Với sự tài trợ của Hiệp hội ALS, Viện Y tế Quốc gia và Đối tác Liên doanh tại Đại học Corolado tại Boulder, phòng thí nghiệm của Whiteley đang nghiên cứu để tìm hiểu các cơ chế liên quan và tìm ra cách ức chế protein phản trắc này. Whiteley cho rằng: “Vẫn còn sớm, nhưng hy vọng là điều này có thể giúp tìm ra phương pháp trị liệu tiềm năng hoàn toàn mới để tìm ra nguyên nhân gốc rễ của căn bệnh”.

Vi rút cổ đại với tác động thời hiện đại

Nghiên cứu trước giờ cho thấy khoảng một nửa bộ gen của con người được tạo thành từ các bit DNA do vi rút cổ đại (còn được gọi là retrovirus) để lại và các ký sinh trùng giống vi rút, được gọi là transposon. Chúng đã lây nhiễm cho tổ tiên linh trưởng của chúng ta cách đây 30-50 triệu năm. Một số, chẳng hạn như HIV, nổi tiếng với khả năng lây nhiễm các tế bào mới và gây bệnh.

Những loại vi rút khác, giống như những con sói bị mất răng nanh, đã bị thuần hóa theo thời gian, truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác, trong quá trình tiến hóa của con người.

PEG10, là một trong những “transposon được thuần hóa” như vậy. Các nghiên cứu cho thấy nó có khả năng đóng một vai trò quan trọng trong việc cho phép động vật có vú phát triển nhau thai—một bước quan trọng trong quá trình tiến hóa của loài người.

Nhưng giống như vi rút Jekyll và Hyde, khi PEG10 quá nhiều ở những nơi không phù hợp, nó cũng có thể gây ra bệnh tật, gồm một số bệnh ung thư và một chứng rối loạn thần kinh hiếm gặp khác gọi là hội chứng Angelman.

Nghiên cứu của Whiteley là nghiên cứu đầu tiên liên kết protein giống vi-rút với ALS, cho thấy PEG10 hiện diện ở mức độ cao trong mô tủy sống của bệnh nhân ALS, nơi nó có khả năng can thiệp vào bộ máy cho phép não và tế bào thần kinh giao tiếp. Whiteley nhận định: “Có vẻ như sự tích lũy PEG10 là một dấu hiệu đặc trưng của bệnh ALS”.

Quá nhiều protein ở những nơi không phù hợp

Whiteley không bắt đầu nghiên cứu ALS, hay vi rút cổ đại. Thay vào đó, nhà nữ khoa học này nghiên cứu cách các tế bào loại bỏ protein dư thừa, vì quá nhiều thứ tưởng bổ cho sức khỏe lại thường có liên quan đến các bệnh thoái hóa thần kinh khác, gồm cả bệnh Alzheimer và Parkinson.

Phòng thí nghiệm của Whiteley là một trong ít phòng thí nghiệm trên thế giới nghiên cứu một loại gien gọi là ubiquilins, giúp giữ cho các protein có vấn đề không tích tụ trong tế bào.

Vào năm 2011, một nghiên cứu đã phát hiện đột biến gen ubiquilin-2 (UBQLN2) có liên quan với một số trường hợp mắc bệnh ALS có tính chất di truyền, chiếm khoảng 10% các trường hợp mắc bệnh ALS. 90% còn lại là lẻ tẻ, không được cho là có tính di truyền. Nhưng vẫn chưa rõ làm thế nào gien bị lỗi có thể gây ra căn bệnh chết người này.

Sử dụng các kỹ thuật hiện đại và áp dụng trên động vật, Whiteley và các đồng nghiệp tại Trường Y Harvard lần đầu tiên bắt đầu xác định loại protein nào tích tụ khi UBQLN2 hoạt động sai và không kìm hãm được. Trong số hàng ngàn protein tích tụ, PEG10 đứng đầu danh sách.

Sau đó, Whiteley và các đồng nghiệp đã thu thập mô cột sống của những bệnh nhân ALS đã qua đời (do tổ chức nghiên cứu y tế Target ALS cung cấp) và sử dụng phương pháp phân tích protein, hay còn gọi là proteomics, để xem có protein nào biểu hiện nào quá mức hay không. Một lần nữa, trong số hơn 7.000 protein được xem xét, PEG10 nằm trong top 5.

Trong một thí nghiệm riêng biệt, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng khi gien ubiquilin trục trặc, protein PEG10 sẽ tích tụ lại và làm gián đoạn sự phát triển của sợi thần kinh mang tín hiệu điện từ não đến cơ thể.

Nghiên cứu cho thấy PEG10 được biểu hiện quá mức trong mô của những người mắc cả ALS lẻ tẻ và theo di truyền. Điều đó có nghĩa là protein giống vi-rút hay còn gọi là vi rút cổ đại có thể đóng vai trò chính trong cả hai trường hợp.

Whiteley nói: “Thực tế là PEG10 có khả năng góp phần gây ra căn bệnh này, do đó chúng ta có thể xác định được một mục tiêu mới để điều trị bệnh ALS. Đối với một căn bệnh khủng khiếp mà không có phương pháp điều trị hiệu quả nào giúp kéo dài tuổi thọ hơn một vài tháng, điều đó có ý nghĩa rất lớn”.

Nghiên cứu cũng có thể giúp hiểu rõ hơn về các bệnh khác, là kết quả của sự tích tụ protein đồng thời giúp chúng ta cái nhìn sâu sắc hơn về cách thức vi rút cổ đại ảnh hưởng đến sức khỏe.

Trong trường hợp này, Whiteley so sánh thứ gọi là vi-rút “thuần hóa” có thể đã mọc lại “nanh vuốt”. Nhà nữ khoa học này nhận định: “Được thuần hóa là một thuật ngữ tương đối, vì những hoạt động giống như vi-rút này có thể là nguyên nhân dẫn đến bệnh thoái hóa thần kinh. Và trong trường hợp này, những gì tốt cho nhau thai có thể không tốt cho mô thần kinh”.

Anh Tú