Cưỡng bức đột biến chứng tỏ sự tiến hóa

Jame Bardwell, Giáo sư sinh học phân tử, tế bào và phát triển của trường Đại học Michigan, cho biết loại vi khuẩn này đã sử dụng một công cụ mà chúng có và buộc nó phải hoạt động theo kiểu mà nó thông thường không hoạt động như vậy. Các nhà nghiên cứu đã đạt tới sự tiến hóa thông qua việc tạo ra một bước tiến lớn.

Bước tiến lớn này cũng trở thành một phương pháp tạo ra các bộ xương phân tử, còn được gọi là các liên kết disunphua, vốn là mối quan tâm đặc biệt đối với ngành công nghiệp công nghệ sinh. Các liên kết disunphua là thanh đỡ vững chắc trong các protein, giúp cho các protein gập thành các hình dáng ba chiều, có chức năng, riêng biệt.

Trong bài báo đăng trên Tạp chí Science, nhóm nghiên cứu chung giữa hai trường Đại học Michigan và Texas đã mô tả cách thức mà loại vi khuẩn đa năng này lại có khả năng phát triển một phương pháp hoàn toàn mới để tạo ra các liên kết disunphua. Đó là cách khởi động lại cơ vận động của nó và làm cho nó chuyển động về hướng có thức ăn trước khi bị chết vì đói.

George Georgious, Giáo sư hóa học và kỹ thuật y-sinh ở trường Đại học Texas, đã sử dụng một dòng vi khuẩn đột biến bị mất khả năng tạo các liên kết disunphua do Bardwell triển khai. Các disunphua này rất quan trọng đối với khả năng bơi của cơ vận động giống như chiếc chân vịt của loại vi khuẩn này, hình roi, để hoạt động. Sau đó để thử nghiệm, các nhà nghiên cứu đã đặt những con vi khuẩn không bơi được này vào một chiếc đĩa có thức ăn, ở đó, một khi chúng phải kiệt sức dể với tới thức ăn thì hoặc chúng buộc phải sửa đổi cơ vận động bị hỏng hoặc là chúng phải chết đói tại vị trí của chúng.

Vi khuẩn được sử dụng trong thí nghiệm bị buộc phải dùng một protein có tên là thioredoxin-đây là loại thông thường phá hủy các liên kết disunphua, thay vì tạo ra các liên kết này. Với một quy trình giống như chọn lọc tự nhiên, sinh viên tốt nghiệp trường Đại học Texas Lluis Masip đã thực hiện những biến đổi ngẫu nhiên trong thioredoxin giải mã ADN và sau đó cho hàng ngàn con vi khuẩn này vào thử nghiệm “bơi hay chết đói”. Anh ta muốn xem liệu có một phiên bản thioredoxin thay thế bị buộc tạo ra disunphua cho các protein khác trong con vi khuẩn.

Trước sự ngạc nhiên của các nhà nghiên cứu, một đột biến mang những thay đổi chỉ hai axit amin, chiếm chưa tới 2% tổng số các axit amin ở thioredoxin, đã khôi phục lại cơ vận động của vi khuẩn này. Thioredoxin được thay thế có khả năng thực hiện việc hình thành các liên kết disunphua ở vô số các protein khác của vi khuẩn hoàn toàn do tự thân nó mà không dựa vào bất cứ một thành phần nào của cách thức liên kết disunphua tự nhiên. Con vi khuẩn đột biến cố gắng giải quyết sự cố một cách kịp thời, thoát khỏi chết đói và nhân lên.

Nhóm của Bardwell nhận thấy những thay đổi hai axit amin ở thioredoxin gây ra một biến đổi lớn: chúng dẫn tới việc ràng buộc hai phân tử sắt và hai phân tử sunphua hình thành nên một phức hợp nối hai phân tử protein thioredoxin. Đám sắt-sunphua này rất cần thiết cho enzym mới để hình thành nên các disunphua. Các phức hợp sắt-sunphua diễn ra ở rất nhiều enzym, nhưng trước đó chưa từng có một phức hợp sắt-sunphua chức năng nào được thực hiện ở một protein dưới dạng một kết quả của sự phát triển trong phòng thí nghiệm.

Bardwell liên hệ cách thức hình thành liên kết disunphua mới với ngành kỹ thuật “Mọi người thường nói về thuật ngữ "Thiết kế Hỗ trợ Máy tính" (Computer Assisted Design-CAD), ở đó ta thử các mẫu vật trên một màn hình trước khi chế tạo chúng. Chúng tôi đặt vi khuẩn mà chúng tôi đang nghiên cứu vào một sự chọn lọc di truyền học mạnh, giống như những gì có thể xảy ra trong tiến hóa, và vi khuẩn này đã đáp ứng kịp bằng việc đưa ra một câu trả lời hoàn toàn mới cho vấn đề làm thế nào hình thành nên các liên kết disunphua. Tôi cho rằng, bây giờ chúng tôi có quyền nói tới thuật ngữ Thiết kế Hỗ trợ Di truyền (Gentic Assisted Design-GAD)”.

Ông nói thêm, các enzym xảy ra một cách tự nhiên gồm sự hình thành liên kết disunphua là một cách thức sinh học có những nét cơ bản tương tự giữa người và vi khuẩn. Hiểu được sự hình thành liên kết disunphua diễn ra như thế nào và chỉ ra được những cách mới để làm cho nó diễn ra sẽ rất quan trọng đối với nhiều căn bệnh, ví dụ như Alzheimer và viêm xơ u nang, là những căn bệnh do cuộn nếp protein bị khiếm khuyết.

Disuphua cũng rất thiết yếu đối với hoạt động của hầu hết các protein được tiêm vào người vì những mục đích y tế, ví dụ như insulin và TPA, chất làm tan các cục máu đông được tiêm vào những người bị mắc bệnh tim và đột quỵ.
Nguồn: vista