Cụm từ “virut có lợi” nghe như một điều bất hợp lý. Nhưng đối với rệp vừng đậu đang bị ong bắp cày ký sinh tấn công, việc mang trên mình những vi khuẩn lây nhiễm là sự khác biệt giữa sự sống và một cái chết từ từ, theo một nghiên cứu mới.
Ong bắp cày đẻ trứng bên trong rệp vừng, và ấu trùng ong ăn rệp vừng đang sống từ trong ra ngoài.
Tác giả chính Kerry M. Oliver cho biết: “Một cái chết do ký sinh là một kết cục thật kinh khủng. Giống như trong bộ phim “Alien” khi một vật phát triển bên trong bạn rồi chui ra ngoài và ăn thịt bạn”. Trong các thí nghiệm, khoảng 80% rệp vừng mang vi khuẩn Hamiltonella defensa không lây nhiễm chết vì sự tấn công của ong bắp cày.
Tuy nhiên, hầu hết rệp vừng mang vi khuẩn H. defensa có chứa virut sống sót sự tấn công của ong.
Nghiên cứu là bằng chứng đầu tiên cho thấy một virut lây nhiễm trong vi khuẩn có thể giúp chứ không phải gây hại cho vật chủ của vi khuẩn.
Oliver và các đồng nghiệp đã thực hiện nghiên cứu tại Đại học Arizona, Tucson.
Các nhà nghiên cứu cũng kiểm nghiệm những dòng rệp vừng mà vi khuẩn từng bị lây nhiễm nhưng hiện không còn bị lây nhiễm nữa.
“Trong tất cả các trường hợp mà virut không còn thì sự bảo vệ cũng gần như hoàn toàn biến mất”, Oliver, hiện là giáo sư tại Đại học Georgie, Athens, cho biết.
Virut này, gọi là APSE, chứa những gen mã hóa độc tố mà các nhà nghiên cứu cho rằng tham gia vào sự phòng vệ chống lại ong bắp cày.
Ngược lại, việc bị lây nhiễm bởi những virut có chứa mã độc tố thường khiến những vi khuẩn gây bệnh như E. coli có hại hơn, chứ không phải ít đi, đối với vật chủ là người.
Các nhà sinh vật học gọi phần ADN của virut APSE mã hóa độc tố là “thành phần gen linh động”. Virut có thể dịch chuyển thành phần gen linh động này giữa các vi khuẩn đơn lẻ và giữa các loài vi khuẩn khác nhau.
Thành phần gen linh động có thể kết hợp với ADN của kẻ nhận, và khiến chúng có khả năng tạo ra độc tố.
Chuyển đổi ADN từ loài này sang loài khác qua thành phần gen linh động khá khác biệt so với việc cha mẹ truyền lại vật liệu gen cho con cái. Ở động vật, những đoạn ADN thường không nhảy từ vật liệu gen của một cá thể trưởng thành sang vật liệu gen của một cá thể trưởng thành khác.
Moran cho biết: “Điều thú vị nhất đối với tôi là bạn có sự lựa chọn và thích nghi đối với khả năng chống chịu ong bắp cày xuất hiện ở một loài, và đột nhiên, nó có thể xuất hiện ở một loài khác”.
Rệp vừng đậu là sâu bọ hại nông nghiệp và Aphidius ervi, ong bắp cày mà các nhà nghiên cứu thí nghiệm, được sử dụng để kiểm soát rệp vừng.
Nghiên cứu của nhóm cũng tiết lộ tại sau kiểm soát sinh học đối với rệp vừng bằng ong bắp cày đôi khi thành công và đôi khi không thành công.
“Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy nó phụ thuộc và loại virut mà vi khuẩn có”.
Oliver và các đồng nghiệp tại UA, Patrick H. Degnan, Martha S. Hunter và Nancy A. Moran, sẽ công bố kết quả nghiên cứu trên tạp chí Science.
| Ong bắp cày ký sinh, Aphidius ervi, đuổi theo rệp vừng đậu để có tể đẻ trứng vào bên trong chúng. (Ảnh: Kerry M. Oliver) |
Moran, giáo sư về sinh thái học và sinh vật học tiến hóa tại UA Regents, đã nghiên cứu vai trò của vi khuẩn cộng sinh bên trong đối với rệp vừng đậu Acyrthosiphon pisum trong hơn 15 năm.
Rệp vừng và các loại sâu bọ khác ăn nhựa cây thường chứa một số loại vi khuẩn như vậy. Một số, được gọi là vật cộng sinh chính, cung cấp cho rệp vừng những chất dinh dưỡng cần thiết không có trong nhựa cây.
Rệp vừng không thể sống sót mà không có những vật công sinh này, và những vật công sinh cũng không thể sống bên ngoài cơ thể rệp vừng.
Mối quan hệ giữa rệp vừng và vật cộng sinh chính gần gũi đến mức vi khuẩn sống bên trong chuyên môn hóa các tế bào bên trong rệp vừng.
Thêm vào đó, rệp vừng thường chứa các vi khuẩn khác gọi là vật cộng sinh thứ yếu. Những vật cộng sinh này cần thiết cho khả năng sống sót và sinh sản dưới một số điều kiện nhất định, ví dụ như sự có mặt của kẻ thù.
Oliver, làm việc với Hunter và Moran, đã phát hiện rằng rệp vừng mang vật cộng sinh thứ yếu Hamiltonella defensa có khả năng chống chịu ong bắp cày.
Nhưng khi rệp vừng được giữ trong phòng thí nghiệm qua nhiều thế hệ mà không tiếp xúc với ong bắp cày, một số dòng mất đi khả năng kháng lại sự tấn công của ong.
Trên thực tế, những dòng rệp vừng đó vẫn chứa vi khuẩn H. defensa, nhưng những vi khuẩn này đã mất virut APSE.
Để loại bỏ khả năng những khác biệt gen giữa rệp vừng hoặc vi khuẩn là nguyên nhân dẫn đến khả năng chống chịu ong bắp cày thấp, các nhà nghiên cứu đã thực hiện một thí nghiệm khác.
Nhóm nghiên cứu so sánh rệp vừng mang H. defensa có virut APSE với cùng một dòng rệp vừng chứa cùng một dòng H. defensa nhưng không có virut.
Khi được tiếp xúc với ong, khoảng 90% rệp vừng có vi khuẩn bị virut lây nhiễm đã sống sót. Trong khi đó rệp vừng không có virut thường có kết cục thê thảm.
Oliver nhận định: “Điều này cho thấy sự phức tạp của sự sống”.
Quỹ khoa học quốc gia, Bộ nông nghiệp Hoa Kỳ và HỌc viện y tế quốc gia đã tài trợ cho nghiên cứu.
Tham khảo:
1. Kerry M. Oliver et al. Bacteriophages Encode Factors Required for Protection in a Symbiotic Mutualism. Science, August 21, 2009