Giới khoa học tìm hiểu cơ chế giúp nấm trường thọ, không bị ung thư

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Wageningen ở Hà Lan bắt đầu so sánh "những đặc thù" của sự phát triển đa bào ở nấm sợi. Những gì họ đã đạt được là một giả thuyết mới giải thích làm thế nào một số loại nấm ngăn chặn các đột biến tự do tích tụ trong sợi nấm giống như sợi chỉ của chúng; các cấu trúc giống như rễ của quần thể nấm.

Trong phần lớn thời gian sinh trưởng, các sợi nấm có hai nhân riêng biệt, mỗi nhân chứa một nửa bộ nhiễm sắc thể đầy đủ. Chỉ ở dưới mũ của nấm trước khi hình thành bào tử, hai nhân đơn bội mới kết hợp ngắn với nhau để sinh sản vô tính. Đây quả là mô hình sinh sản vô tính bền chặt, khó can thiệp. Nhưng thực ra, đột biến vẫn có thể xảy ra ở nấm.

Cụ thể, đột biến ở một trong hai nhân sẽ khiến nó khó kết hợp với nhân được ghép đôi sẵn còn lại. Nếu thời gian đủ dài, sợi nấm bị đột biến sẽ thống trị nấm, làm giảm khả năng tạo bào tử của nó.

Lần đầu tiên được phát hiện ở nấm mốc phát triển nhanh (Neurospora crassa) vào năm 2016, các nhân đột biến được gán danh là 'kẻ gian lận' vì sợi nấm đột biến không thể bắt đầu hợp nhất vô tính với sợi vốn là mảnh ghép tự nhiên của chính chúng để hình thành bào tử. Thế nhưng, chúng vẫn có thể kết hợp với các sợi khác.

Sự va chạm sinh học kiểu này giữa các tế bào riêng lẻ tích tụ đủ lớn sẽ gây ung thư cho sinh vật. Đó là khi các tế bào bị đột biến có khả năng sao chép và phát tán quá nhanh, chúng gây hại cho cơ thể sinh vật chủ và có thể dẫn đến tử vong.

Nhà sinh vật học tiến hóa Duur Aanen đến từ Trường đại học Wageningen và là tác giả chính của nghiên cứu giải thích: “Bởi vì những đột biến từ nấm này làm giảm khả năng thích ứng của sợi nấm nói chung, nên ta có thể coi chúng như một loại 'ung thư nhân'.

Aanen và các đồng nghiệp đã so sánh nấm mốc phát triển nhanh và nấm tồn tại lâu có thể sống hàng trăm năm. Họ cho rằng loại thứ hai đã sử dụng một kiểu phân chia tế bào đặc biệt được gọi là 'kết nối kẹp' để sàng lọc những đột biến có hại, giúp chúng sống lâu mà không tích lũy quá nhiều lỗi di truyền.

Aanen giải thích: “Trong quan sát với loại nấm sống lâu, chúng tôi nhận thấy không có sự kết hợp nào khi một sợi có nhân đột biến. Nếu tế bào không thể hợp nhất, điều đó có nghĩa là tế bào đã đâm đầu ngõ cụt và đó là sự kết thúc". Nói cách khác, các sợi đột biến ở nấm sống lâu sẽ không có cơ hội sinh sôi phát tán mà tự hủy diệt ngay vì không kiếm được “bạn đời”.

Ở người và các động vật khác, ung thư phát triển sau khi một sinh vật tích lũy đủ lỗi di truyền để giải phóng quá trình phân chia tế bào. Thoạt nhìn những lỗi đột biến đó chồng chất theo thời gian, ta sẽ nghĩ rằng những sinh vật có tuổi thọ cao hoặc cơ thể to lớn sẽ phát triển nhiều khối u hơn.

Nhưng voi và cá voi lại cho thấy không phải như thế. Cơ thể chúng triển khai các biện pháp cấp độ phân tử để sửa chữa DNA bị hư hỏng, kiểm soát quá trình phân chia tế bào và ngăn chặn ung thư. Những giải pháp tiến hóa này tuân theo 'nghịch lý Peto'* là mối quan tâm lớn của các nhà khoa học – hoặc bất kỳ ai muốn ngăn ngừa ung thư.

Mặc dù cơ chế chống ung thư của voi hay cá voi có một số điểm tương đồng trong nghiên cứu mới về nấm này, nhưng nấm là những sinh vật kỳ lạ, với cơ chế sinh tồn khác với động vật chúng ta. Vì vậy, có khá ít cơ hội để các nhà khoa học tìm thấy yếu tố nào của tế bào trong nấm có khả năng dập tắt bệnh ung thư mà con người có thể khai thác, ứng dụng.

Tuy nhiên, chúng ta vẫn có thể đánh giá cao cách mà quá trình tiến hóa đã trang bị cho sinh vật các phương thức để duy trì sự sống, đặc biệt là khi cần chiến đấu tự ngăn cản mầm bệnh.

Thông thường, số lượng đột biến xảy ra trong cơ thể sẽ tỷ lệ thuận với số lượng tế bào. Theo như logic trên thì voi cũng như các loài động vật hữu nhũ to lớn (ví dụ như cá nhà táng) phải có tỉ lệ mắc ung thư rất cao do số lượng tế bào của chúng rất lớn (gấp 100 lần so với số lượng tế bào của con người). Ngoài ra, tuổi thọ trung bình của voi cũng vào khoảng 70 tuổi, độ tuổi gần như cao hơn hẳn so với độ tuổi trung bình của con người. Do đó, việc các loài động vật to lớn ít bị mắc bệnh ung thư lại càng trở nên một câu hỏi hóc búa cho các nhà khoa học. Vào năm 1975, Richard Peto và cộng sự đã đề xuất ra nghịch lý Peto với hàm ý cho rằng các loài động vật to lớn có những cơ chế bảo vệ cơ thể khỏi ung thư mà các loại động vật nhỏ hơn không có. Tuy nhiên, nghiên cứu của Peto vẫn chưa tìm ra được đâu là lý do mà các động vật to lớn lại hiếm bị mắc bệnh ung thư.

Nghịch lý Peto

Anh Tú