Theo dòng sự kiện

Các nhà khoa học nhắm đến khai thác "Tên lửa Tự tìm hướng" vi khuẩn khó tin

08/04/2021, 16:47

TNNN - Nhóm nghiên cứu do Phòng thử nghiệm Berkeley dẫn dắt đang nghiên cứu về cỗ máy phân tử kỳ lạ do vi khuẩn tạo ra có thể theo dõi nhanh hệ vi sinh.

Bạn hãy tưởng tượng có những mũi tên độc gây chết người khi bắn vào kẻ thù của bạn nhưng lại vô hại nếu chúng găm vào bạn bè của bạn. Thật dễ dàng để thấy đây sẽ là một lợi thế khó tin trong chiến tranh ra sao, nếu đó là thật. Tuy nhiên, có một thứ giống như những mũi tên này thực sự tồn tại và chúng được sử dụng trong chiến tranh ... chỉ ở một quy mô khác.

Những vũ khí này được gọi là tailocins và thực tế vượt quá sức tưởng tượng.

Vivek Mutalik, nhà khoa học nghiên cứu tại Phòng thử nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley (Phòng thử nghiệm Berkeley), người nghiên cứu tailocins và phage (thực khuẩn thể), giải thích: “Tailocins là protein nano cực mạnh do vi khuẩn tạo ra. Chúng trông giống như thực khuẩn thể nhưng không có nắp đậy, là 'đầu' của thể thực khuẩn có chứa AND của virus và bộ máy nhân bản. Vì vậy, chúng giống như một chiếc kim chạy bằng lò xo và nằm trên mục tiêu tế bào, sau đó dường như chọc thủng tất cả các con đường qua màng tế bào, tạo ra một lỗ thông với tế bào chất, vì vậy tế bào bị mất các ion, hàm lượng của nó và bị phá hủy".

Nhiều loại vi khuẩn có khả năng tạo ra các tế bào chết, dường như tạo ra các tế bào chết trong điều kiện căng thẳng. Bởi vì chúng chỉ khắc nghiệt đối với một số chủng cụ thể - trên thực tế, chúng đặc biệt đến mức có biệt danh là "Tên lửa Tự tìm hướng vi khuẩn " - tailocins có vẻ như là một công cụ được vi khuẩn sử dụng để cạnh tranh với các đối thủ của chúng. Do sự tương đồng của chúng với các thực khuẩn thể, các nhà khoa học tin rằng các phân tử do AND tạo ra ban đầu được đưa vào bộ gen của vi khuẩn trong quá trình lây nhiễm vi-rút (vi-rút dẫn hướng cho vật chủ để tự tạo ra nhiều hơn) và theo thời gian tiến hóa, vi khuẩn đã loại bỏ các phần của ADN của thực khuẩn thể không mang lại lợi ích nhưng vẫn giữ những phần có thể kết hợp để phục vụ lợi ích của chúng.

Tuy nhiên, không giống như hầu hết các khả năng lựa chọn thông qua quá trình tiến hóa, các liên kết riêng không cứu được cá thể này. Theo Mutalik, vi khuẩn sẽ bị giết nếu chúng tạo ra các phân tử, giống như khi chúng bị nhiễm bởi vi rút thực khuẩn thể thực thụ, bởi vì cỗ máy phân tử nhọn phun ra qua màng để thoát ra khỏi tế bào sinh sản giống như sao chép các vi rút. Nhưng một khi được phóng thích, các tailocins chỉ nhắm mục tiêu vào một số chủng nhất định, không để lại các tế bào khác của dòng vật chủ.

Mutalik nói: "Chúng có lợi cho họ hàng nhưng cá thể này bị hy sinh, đó là một hành động cao thượng. Nhưng chúng tôi vẫn chưa hiểu hiện tượng này xảy ra trong tự nhiên ra sao".

Những chủ đề về nghiên cứu tailocins là một lĩnh vực nổi trội do có nhiều ứng dụng có thể xảy ra. Mutalik và các đồng nghiệp của ông trong Khoa Sinh học của Phòng thử nghiệm Berkeley cùng với các cộng tác viên tại trường Đại học California, Berkeley quan tâm đến việc khai thác các liên kết để nghiên cứu tốt hơn hệ vi sinh vật. Các nhóm khác quan tâm đến việc sử dụng tailocins như một giải pháp thay thế cho kháng sinh truyền thống - loại thuốc này quét sạch bừa bãi các chủng có lợi cùng với các chủng có hại và ngày càng không hiệu quả do sự phát triển của các chủng kháng thuốc.

Trong bài báo gần đây nhất của họ, nhóm cộng tác của Berkeley đã khám phá cơ sở di truyền và cơ chế vật lý điều chỉnh cách thức phân hủy tấn công các chủng cụ thể, đồng thời xem xét sự tương đồng và khác biệt về di truyền giữa các nhà sản xuất tailocin và các chủng mục tiêu.

Hình ảnh minh họa về tailocins và hành động cao thượng của chúng do Antara, con gái của tác giả nghiên cứu Vivek Mutalik vẽ.

Sau khi kiểm tra 12 chủng vi khuẩn đất được biết là sử dụng tailocins, các nhà sinh vật học đã tìm thấy bằng chứng cho thấy sự khác biệt trong lipopolysaccharides - các phân tử dựa trên chất béo và đường - gắn trên màng ngoài có thể xác định liệu một chủng có được một tailocin cụ thể nhắm mục tiêu hay không.

Adam Arkin, đồng tác giả và là nhà khoa học chính của Khoa Sinh học cho biết: “Các vi khuẩn mà chúng tôi nghiên cứu sống trong một môi trường đầy thách thức vì vậy chúng tôi muốn xem chúng có thể sử dụng tailocins để chiến đấu cho sự tồn tại ra sao. Đồng quản lý khu vực và kỹ thuật của Hệ sinh thái và Mạng tích hợp với Gen và Tổ hợp phân tử (ENIGMA) Lĩnh vực Khoa học Trọng tâm. Arkin lưu ý rằng mặc dù các nhà khoa học có thể dễ dàng phát triển vi khuẩn tạo ra các liên kết trong phòng thử nghiệm (và có thể dễ dàng đưa các gen vào các chủng có thể nuôi cấy để sản xuất hàng loạt, điều này sẽ rất hữu ích nếu chúng ta muốn tạo các liên kết thành thuốc) nhưng vẫn còn rất nhiều câu hỏi chưa được giải đáp về cách vi khuẩn triển khai các liên kết trong môi trường tự nhiên của chúng, cũng như cách thức - và lý do - nhắm mục tiêu các chủng cụ thể với độ chính xác của một sát thủ.

Arkin nói thêm: “Một khi chúng tôi hiểu các cơ chế nhắm mục tiêu, chúng tôi có thể bắt đầu sử dụng các cơ chế điều chỉnh này. "Tiềm năng đối với y học rõ ràng là rất lớn, nhưng nó cũng sẽ là điều khó tin đối với lĩnh vực khoa học mà chúng tôi đang làm, nghiên cứu cách các vi sinh vật trong môi trường tương tác và vai trò của những tương tác này trong các quá trình sinh thái quan trọng, như hấp thụ carbon và xử lý nitơ".

Hiện tại, rất khó để tìm ra từng vi khuẩn trong một cộng đồng đang làm gì, vì các nhà khoa học không thể dễ dàng cộng và trừ các chủng và quan sát kết quả. Với các mắt xích khai thác đúng cách, có thể thực hiện những thử nghiệm này một cách dễ dàng.

Mutalik, Arkin và các đồng nghiệp của họ cũng đang tiến hành các nghiên cứu tiếp theo nhằm mục đích khám phá cơ chế hoạt động của các động vật khác nhau. Họ có kế hoạch sử dụng các phương tiện hình ảnh tiên tiến tại Phòng thử nghiệm Berkeley để chụp ảnh nhanh cấp độ nguyên tử của toàn bộ quá trình, từ thời điểm tailocin liên kết với tế bào mục tiêu cho đến khi tế bào giảm phát. Về cơ bản, họ sẽ quay các hình ảnh về một bộ phim “Sát thủ” siêu nhỏ.

Phòng thử nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley

Trương Tố Quyên dịch

Nguồn: Lab Manager- Hoa Kỳ

 

Bình luận