Sử dụng kỹ thuật Multiphoton Microscopy để quan sát các nhiễm sắc thể hoạt động.

Các ấu trùng ruồi giấm được làm ấm lên trong phòng thí nghiệm ấm áp và dễ chịu đã giúp các nhà khoa học có thể quan sát các nhiễm sắc thể đang hoạt động và thật sự nhìn thấy các gen hoạt động như thế nào trong mô sống.

Bằng cách sử dụng kỹ thuật multiphoton fluorescence microscopy, kỹ thuật được nhà Vật lý Watt W. Webb sử dụng lần đầu tiên và phát triển tại trường đại học Cornell, các nhà khoa học lần đầu tiên đã có thể quan sát thấy các nhiễm sắc thể thay đổi hình dạng để kích hoạt các gen của chúng tổng hợp ra các protein chủ chốt ở tế bào của ruồi giấm.

Tiến bộ về kỹ thuật này có thể là một bước tiến quan trọng trong việc hiểu được các quá trình căn bản nằm ẩn sau sự biểu hiện gen.

Việc khám phá ra kỹ thuật multiphoton fluorescence microscopy là kết quả của sự cộng tác liên ngành giữa nhà vật lý Webb, giáo sư John Lis, giáo sư tiến sĩ trường đại học Cornell Barbara McClintock chuyên ngành Genetic và Sinh Học Phân Tử. Giáo sư Jie Yao, người vừa đạt được bằng tiến sĩ tại trường Cornell, là người đã đề xướng và tạo rất nhiều điều kiện thuận lợi cho công trình nghiên cứu này.

"Công nghệ này sẽ cách mạng hóa cách mà chúng ta hiểu quá trình biểu hiện gien ở sinh vật."Giáo sư Lis phát biểu. "Chúng ta đang quan sát quá trình phiên mã gien theo hệ thống thời gian thực (xử lý tức thời dữ liệu vào) và ở các tế bào sống."

Nghiên cứu này được đăng trên tạp chí trong ấn bản ngày 31 tháng 8 của tạp chí Nature.

Thí nghiệm của nhóm nghiên cứu tập trung vào cơ chế điều tiết của gien: Cụ thể là chuyện gì sẽ xảy ra trong nhân tế bào khi một kích thích từ bên ngoài (chẳng hạn như nhiệt) thúc đẩy các gen của tế bào này hoạt hóa và làm thế nào để các gen được hoạt hoá này kiểm soát quá trình sản xuất ra các protein, các protein mà có chức năng bảo vệ ruồi giấm chống lại tác động của nhiệt.

Giáo sư ứng dụng vật lý Webb của trường đại học Cornell phát biểu: "khi một tế bào bị tác động bởi nhiệt -- thật tuyệt vời là – nó sẽ sản xuất ra protein và các protein này sẽ giúp các tế bào chống lại tác động của nhiệt."

Quá trình này diễn ra do một phân tử gọi là HSF (heat shock factor) có khả năng tương tác với gen, ra hiệu cho quá trình tổng hợp các protein mới. Nhưng trước đây chưa có ai quan sát thấy quá trình nổi tiếng này diễn ra trên các tế bào sống.

Giáo sư Yao sử dụng kỹ thuật MPM (multiphoton microscopy) để chụp hình các mô tuyến nước bọt của ruồi giấm Drosophila. Không giống như các phương pháp khác là không đủ khả năng chụp được rõ nét các tế bào và còn có thể làm hư hại các mẫu vật nghiên cứu, phương pháp MPM có thể chụp được các tấm ảnh rõ và sắc nét, thậm chí đối với những mẫu mô dày như là mô tuyến nước bọt của ruồi giấm Drosophila.

Nghiên cứu này có thể thực hiện được cơ bản là nhờ vào thành phần cấu tạo độc đáo của các tế bào sợi ở ruồi giấm – đó là các nhiễm sắc thể đa sợi khổng lồ với hàng trăm bộ gien thay vì bình thường là hai bộ gen trong các tế bào thông thường. Điều này đã làm tăng kích thước thông thường của nhân tế bào lên khoảng 10 lần, đủ lớn để có thể chụp hình chúng một cách chi tiết.

Và các kết quả thật là tuyệt vời. Ông Lis nói: Chỉ trong vòng hai tuần, chúng tôi đã có được các tấm ảnh vô cùng đẹp mắt. Đó là các bức ảnh chụp các gien hsp70, các gien mà có chức năng bảo vệ ruồi khỏi ảnh hưởng của nhiệt độ cao. Bằng cách tăng nhiệt độ lên cao, các nhà nghiên cứu đã kích hoạt các gen này và bằng cách sử dụng các con ruồi giấm chuyên được nuôi để mang các protein phát huỳnh quang lên các HSF, họ có thể quan sát các yếu tố phiên mã đang hoạt động.

Giáo sư Webb phát biểu: " Đây là lần đầu tiên ta có thể quan sát chi tiết các gen hoạt động trong một cơ thể sống, quan sát một yếu tố phiên mã được "khởi động" như thế nào và sau đó nó được hoạt hóa ra sao."

Bằng cách sử dụng phương pháp mà giáo sư Webb xây dựng tại trường đại học Cornell gọi là phương pháp phục hồi sự phát huỳnh quang sau khi chúng bị phá hủy vì tiếp xúc với ánh sáng, các nhà khoa học còn phát hiện ra rằng các chất hoạt hóa HSF kết dính với các gen hsp70 dài hơn rất nhiều so với suy nghĩ trước đó về chúng, trước khi các chất HSF mới được thay thế, và điều này đã đặt ra những câu hỏi mới về cơ chế của quá trình phiên mã gen.

Kỹ thuật multiphoton fluorescence microscopy cũng có thể sẽ là một cách mới để các nhà khoa học sử dụng trong ngành khoa học về sinh vật. Giáo sư Webb cho biết kỹ thuật này đánh dấu sự thành công của khuynh hướng nghiên cứu liên ngành, giúp các nhà khoa học có thể thành công trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác nhau.

"Sự tương tác giữa khoa học vật lý và khoa học cuộc sống là rất lớn."Giáo sư Webb phát biểu. "Và sự tương tác này ngày càng trở nên mạnh hơn vì nó như một công cụ thúc đẩy sự hiểu biết của chúng ta về ngành khoa học cuộc sống."

Giáo sư Yao cho biểu thêm rằng sự hiểu biết rõ hơn về quá trình phiên mã gen ở các sinh vật bậc thấp sẽ giúp chúng ta hiểu được các quá trình này ở các sinh vật bậc cao.

Nguồn: khoahoc.com.vn 3/10/2006