Những hiểu biết quan trọng về cách thức hoạt động và tồn tại của một gen ký sinh

Những phát hiện mới từ Viện Nghiên cứu Y học Stowers đã khám phá ra những hiểu biết quan trọng về cách hoạt động và tồn tại của gen vị kỷ (selfish gene) rất nguy hiểm-được coi là một bộ phận ký sinh trùng của ADN. Những hiểu biết sâu sắc về động lực của nó là một nguồn tài nguyên quý giá cho cộng đồng rộng lớn đang nghiên cứu các hệ thống truyền động giảm phân.

Nghiên cứu mới, được công bố trên PLoS Genetics ngày 7/12/2022, tiết lộ cách thức một gen vị kỷ trong nấm men đã sử dụng chiến lược giải độc để kích hoạt chức năng của nó và tạo khả năng cho nó có thể tiến hóa thuận lợi và thành công lâu dài. Chiến lược này của nó giúp ích nhiều cho các nhà khoa học đang nghiên cứu các hệ thống tương tự, bao gồm các nhóm đang thiết kế các hệ thống truyền động tổng hợp để kiểm soát dịch hại gây bệnh. Một ngày nào đó có thể dẫn đến khả năng loại bỏ các quần thể dịch hại gây hại cho cây trồng hoặc thậm chí cho cả con người trong trường hợp bệnh do vật trung gian gây ra.

Tiến sĩ Sarah Zanders, điều tra viên của Stowers cho biết: “Hiểu biết về quá trình sinh học của những yếu tố vị kỷ này có thể giúp chúng tôi xây dựng các trình điều khiển tổng hợp có thể thay đổi quần thể tự nhiên".

Nghiên cứu trước đây từ Phòng thí nghiệm Zanders đã tiết lộ một gen điều khiển trong nấm men, có tên là wtf4, tạo ra protein độc có khả năng tiêu diệt tất cả thế hệ con.

Dựa trên công trình này, nghiên cứu do Tiến sỹ Nicole Nuckolls, Phòng thí nghiệm Zanders đứng đầu, đã phát hiện ra sự khác biệt về thời điểm tạo ra chất độc và protein giải độc từ wtf4 và các kiểu phân phối độc đáo của chúng trong các bào tử đang phát triển.

Nhóm nghiên cứu đã phát triển một mô hình về cách thức chất độc hoạt động để tiêu diệt bào tử-tương đương với trứng ở người hoặc tinh trùng trong nấm men. Kết quả cho thấy các protein độc tập kết lại với nhau, có khả năng phá vỡ các protein thiết yếu cho tế bào hoạt động khác. Bởi vì gen wtf4 mã hóa cả chất độc và thuốc giải độc nên thuốc giải độc có hình thức tương tự và cùng nhóm với chất độc. Tuy nhiên, thuốc giải độc có một bộ phận mở rộng có thể cô lập các cụm thuốc giải độc bằng cách đưa chúng đến “ngăn chứa rác” của tế bào, không bào.

Để hiểu rõ hơn cách thức hoạt động của các gen vị kỷ trong quá trình sản sinh này, các nhà nghiên cứu đã xem xét thời điểm bắt đầu hình thành bào tử và tìm thấy protein độc biểu hiện trong tất cả các bào tử đang phát triển và túi bao quanh chúng, trong khi protein giải độc chỉ được tìm thấy trong túi với nồng độ thấp. Trong quá trình phát triển sau này, thuốc giải độc được làm giàu bên trong các bào tử kế thừa wtf4 từ tế bào nấm men mẹ.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các bào tử thừa hưởng trình điều khiển đã sản xuất thêm protein giải độc bên trong bào tử để trung hòa chất độc và đảm bảo sự sống sót của chúng.

Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng một “công tắc” phân tử cụ thể kiểm soát nhiều gen khác liên quan đến sự hình thành bào tử cũng kiểm soát biểu hiện của chất độc, nhưng không phải thuốc giải độc, từ gen wtf4. “Công tắc” này rất cần thiết cho sự sinh sản của nấm men và được liên kết chặt chẽ với wtf4, giúp giải thích tại sao gen vị kỷ này lại thành công trong việc trốn tránh mọi nỗ lực vô hiệu hóa công tắc của vật chủ.

Nuckolls cho biết: “Nếu chúng ta có thể điều khiển các ký sinh ADN này biểu thị ở loài muỗi và thúc đẩy sự tiêu diệt của chúng, thì đó có thể là một cách để kiểm soát các loài gây hại”.

Các tác giả khác bao gồm tiến sỹ Anthony Mok, María Angélica Bravo Núñez, Jeffery Lange, Todd J. Gallagher, và Chris W. Seidel.

P.T.T (NASATI), theo https://phys.org/news/2022-12-elish-genes-yeast-succeed.html, 9/12/2022