Các nhà khoa học "sửa chữa" cây đời của vi khuẩn

Các nhà khoa học đã mang đến một sự thay đổi, diện mạo mới cho phương pháp phân loại vi khuẩn bằng cách sử dụng cây tiến hóa dựa trên trình tự bộ gene.

Một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Queensland (Úc) do Giáo sư Philip Hugenholtz thuộc Khoa Hóa học và Sinh học Phân tử của UQ và Trung tâm Sinh thái học (ACE) của UQ đứng đầu bao gồm các nhà nghiên cứu ACE, Tiến sĩ Maria Chuvochina, Tiến sĩ David Waite, Tiến sĩ Christian Rinke, Adam Skarshewski và Pierre-Alain Chaumeil đã mang đến một sự thay đổi, diện mạo mới cho phương pháp phân loại vi khuẩn bằng cách sử dụng cây tiến hóa dựa trên trình tự bộ gene.

Nghiên cứu dựa vào kỹ thuật metagenomics - cho phép khai thác được tối đa, giải trình tự và phân tích ADN của các vi sinh vật không nuôi cấy được trong các quần thể sinh vật được thu thập trực tiếp từ các mẫu môi trường, từ đó, tạo ra một bức tranh hoàn chỉnh hơn mô tả cấu trúc của vương quốc vi khuẩn.

Cấu trúc có tên gọi là phép phân loại khoa học giúp kết nối các mối quan hệ giữa các loài sinh vật sống.

Giáo sư Hugenholtz cho biết cấu trúc có tên gọi là phép phân loại khoa học giúp kết nối các mối quan hệ giữa các loài sinh vật sống. Ông cho biết: "Phép phân loại giúp gom nhóm và phân loại các loài sinh vật bằng cách sắp xếp chúng trong một hệ thống phân cấp các mối liên hệ từ gần đến xa theo các cấp bậc, chẳng hạn như loài, chi, họ, bậc, lớp, ngành và vực (đơn vị phân loại sinh vật ở cấp cao nhất, hơn cả giới; còn gọi là siêu giới hoặc lãnh giới, lĩnh giới)".

“Hệ thống phân loại mới cung cấp những hiểu biết về mối tương tác giữa các loài sinh vật trong chuỗi và lưới thức ăn, chúng ta có thể liên tưởng đến các con số và các đơn vị như giây, phút, giờ, v.v… trong đo đạc thời gian hay các khái niệm như: đường phố, ngoại ô, tiểu bang và Quốc gia trong địa điểm địa lý".

Giáo sư Hugenholtz cho biết cộng đồng khoa học nói chung đều tán thành ý kiến cho rằng các mối quan hệ tiến hóa là cách thức phân loại sinh vật mang tính tự nhiên nhất, tuy nhiên, phép phân loại vi khuẩn vẫn còn biểu hiện một số lỗi do những khó khăn về yếu tố lịch sử tiến hóa mang lại.

"Điều này chủ yếu là do các loài vi sinh vật có rất ít đặc điểm thể chất riêng biệt, đặc trưng, vì thế, việc hàng nghìn loài bị phân loại không chính xác xét theo tiêu chí yếu tố lịch sử là không thể tránh khỏi", ông nhấn mạnh. “Kỹ thuật phân loại cũng tương đối phức tạp bởi thực tế là chúng tôi chưa thể phát triển phần lớn các loài vi sinh vật trong phạm vi phòng thí nghiệm. Chính vì lẽ đó, cho đến nay, việc nhận biết, phân loại chúng chưa được thực hiện đầy đủ".

Tiến sĩ Donovan Parks, nhà phát triển phần mềm hàng đầu trong dự án, bày tỏ thái độ vui mừng của ông về sự tiến bộ gần đây của công nghệ giải trình tự bộ gene cũng như cách thức nó giúp tái tạo lại cây đời của vi khuẩn.

Ông nhấn mạnh: "Hệ thống phân loại phát triển đến một mức độ đáng chú ý. Hiện nay, chúng ta có trong tay bản sơ đồ di truyền chi tiết của hàng trăm ngàn loài vi khuẩn, kể cả những loài chưa được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm".

Nhóm nghiên cứu sau đó sử dụng các sơ đồ di truyền để xây dựng một cây tiến hóa khổng lồ của vi khuẩn dựa trên 120 gen được bảo tồn an toàn, chặt chẽ trên toàn bộ vực vi khuẩn.

"Cây tiến hóa là cơ sở để chúng tôi tạo ra một mô hình chuẩn hóa - công cụ hỗ trợ chúng tôi sửa chữa tất cả các phân loại chưa chính xác và thực hiện tiến trình tiến hóa giữa các nhóm vi khuẩn phù hợp", Tiến sĩ Parks chia sẻ. "Ví dụ, chi Clostridium được xem là một bãi rác cho vi khuẩn hình que sản xuất bào tử bên trong tế bào của chúng, do đó, chúng tôi phân loại lại nhóm này thành 121 nhóm chi riêng biệt trên 29 họ khác nhau”.

"Chúng tôi đã tao ra một sự thay đổi diện mạo hoàn chỉnh trong phân loại vi khuẩn, và đặc biệt vui mừng khi biết rằng cộng đồng khoa học cũng tỏ thái độ hào hứng về điều này".

Phương pháp phân loại của nhóm nghiên cứu dựa trên Cơ sở dữ liệu Phân loại Gen các loài được tài trợ bởi Hội đồng nghiên cứu sinh người Úc Laureate Fellowship.

Bài báo về nghiên cứu được đăng tải trên tạp chí Nature Biotechnology.