Theo dòng sự kiện

Protein "Big Bang" tô điểm phân tử cho y học và kỹ thuật sinh học

05/07/2021, 15:02

TNNN - Biết được cách thức và lý do protein phát triển có thể giúp các nhà khoa học hiểu và thiết kế hoạt động của protein,

Protein đã âm thầm xâm chiếm cuộc sống của chúng ta kể từ khi đại dịch COVID-19 bắt đầu. Chúng ta đang sống theo “cút bắt trò chơi” của cái gọi là protein "đột biến" của vi rút đã đột biến hàng chục lần để tạo ra các biến thể ngày càng chết người.

Nhưng sự thật là, chúng ta luôn bị protein điều khiển. Ở cấp độ tế bào, chúng chịu trách nhiệm về khá nhiều thứ. Protein là nền tảng mà ADN - vật chất di truyền tạo nên sự độc đáo của mỗi chúng ta - về cơ bản chỉ là một chuỗi dài các bản thiết kế protein. Điều đó đúng với động vật, thực vật, nấm, vi khuẩn, vi khuẩn cổ và thậm chí cả vi rút. Cũng như các nhóm sinh vật đó tiến hóa và thay đổi theo thời gian, protein và các bộ phận cấu thành của chúng cũng vậy.

Một nghiên cứu mới của các nhà nghiên cứu từ trường Đại học Illinois, được công bố trên tạp chí Scientific Report, về việc lập bản đồ lịch sử tiến hóa và mối quan hệ qua lại của các miền protein, các tiểu đơn vị của phân tử protein, trong hơn 3,8 tỷ năm.

Gustavo Caetano-Anollés, giáo sư tại Khoa Khoa học Cây trồng, chi nhánh của Viện Sinh học Bộ gen Carl R. Woese tại Illinois và là tác giả chính của bài báo cho biết: "Biết được cách thức và lý do các miền kết hợp trong protein trong quá trình tiến hóa có thể giúp các nhà khoa học hiểu và thiết kế hoạt động của protein cho các ứng dụng y học và kỹ thuật sinh học. Ví dụ, những kiến thức này có thể hướng dẫn việc kiểm soát và phòng ngừa bệnh tật, chẳng hạn như chế tạo vắc xin tốt hơn từ protein đột biến của vi rút COVID-19”.

Caetano-Anollés đã nghiên cứu sự tiến hóa của các đột biến COVID-19 kể từ giai đoạn đầu của đại dịch, nhưng mốc thời gian đó đại diện cho một phần rất nhỏ so với những gì ông và nghiên cứu sinh tiến sĩ Fayez Aziz đã thực hiện trong nghiên cứu hiện tại của mình. Các nhà nghiên cứu đã biên soạn trình tự và cấu trúc của hàng triệu trình tự protein được mã hóa trong hàng trăm bộ gen trên tất cả các nhóm phân loại, bao gồm cả sinh vật bậc cao và vi khuẩn.

Họ không tập trung vào toàn bộ protein mà thay vào đó là các lĩnh vực cấu trúc. Caetano-Anollés cho biết: "Hầu hết các protein được tạo ra từ nhiều vùng. Đây là các đơn vị cấu trúc nhỏ gọn, hoặc các mô-đun, chứa các chức năng chuyên biệt. Quan trọng hơn, chúng là đơn vị của sự tiến hóa. Sau khi phân loại các protein thành các miền để xây dựng cây tiến hóa, họ bắt đầu làm việc để xây dựng một mạng lưới nhằm hiểu cách các miền đã phát triển và được chia sẻ trên các protein trong suốt hàng tỷ năm tiến hóa”.

Aziz cho biết: "Chúng tôi đã xây dựng một chuỗi mạng lưới thời gian mô tả cách các miền tích lũy và cách các protein sắp xếp lại các miền của chúng thông qua quá trình tiến hóa. Đây là lần đầu tiên nghiên cứu trình tự thời gian tiến hóa một mạng lưới 'tổ chức miền' như vậy. Cuộc khảo sát của chúng tôi cho thấy có một mạng lưới phát triển rộng lớn mô tả cách các miền kết hợp với nhau trong protein". Mỗi liên kết của mạng đại diện cho một thời điểm khi một miền cụ thể được tuyển vào một protein, thường để thực hiện một chức năng mới.

Aziz nói: “Chỉ riêng thực tế này đã cho thấy rõ ràng việc tuyển dụng miền là một lực lượng mạnh mẽ trong tự nhiên. Niên đại cũng tiết lộ miền nào đóng góp các chức năng quan trọng của protein. Ví dụ, các nhà nghiên cứu có thể truy tìm nguồn gốc của các vùng chịu trách nhiệm cảm nhận môi trường cũng như các chất chuyển hóa thứ cấp, hoặc sử dụng các chất độc trong quá trình bảo vệ của vi khuẩn và thực vật.

Phân tích cho thấy các miền bắt đầu kết hợp sớm trong quá trình tiến hóa protein, nhưng cũng có những giai đoạn mạng lưới phát triển bùng nổ. Ví dụ, các nhà nghiên cứu mô tả một "vụ nổ lớn" của các tổ hợp miền cách đây 1,5 tỷ năm, trùng với sự gia tăng của các sinh vật đa bào và sinh vật nhân chuẩn, những sinh vật có nhân có màng bao gồm cả con người.

Sự tồn tại của các vụ nổ lớn sinh học không phải là mới. Nhóm của Caetano-Anollés trước đây đã báo cáo về nguồn gốc khổng lồ và ban đầu của quá trình trao đổi chất, gần đây họ đã tìm thấy nó một lần nữa khi theo dõi lịch sử của mạng lưới trao đổi chất. Ghi chép lịch sử về một vụ nổ lớn mô tả quá trình tiến hóa chắp vá của protein cung cấp những công cụ mới để hiểu cấu tạo của protein.

Caetano-Anollés nói: “Điều này có thể giúp xác định tại sao các cấu trúc biến thể và tái tổ hợp bộ gen thường xảy ra ở SARS-CoV-2. Ông nói thêm rằng cách hiểu mới về protein này có thể giúp ngăn chặn đại dịch bằng cách phân tích nguồn gốc của các bệnh do vi rút gây ra. Nó cũng có thể giúp giảm thiểu dịch bệnh bằng cách cải tiến thiết kế vắc xin khi bùng phát.

Trường Đại học Illinois

Bình Minh dịch

Nguồn: Lab Manager- Hoa Kỳ

Từ khóa: Protein, tế bào, ADN, Covid-19.,
Bình luận