Ký sinh trùng chỉ giao phối khi đủ “quân số”

Từ nhiều năm nay, nhà vi sinh vật học, tiến sỹ Stephen Beverley đã cố gắng làm cho loài ký sinh trùng gây bệnh Leishmania giao phối. Trên trang Khoa Học tuần này, ông và đồng nghiệp ở Viện Sức Khỏe Quốc Gia báo cáo rằng họ cuối cùng đã tìm ra câu trả lời: khi đưa đủ số lượng cá thể Leishmania vào trong ruột của loài côn trùng có tên là ruồi cát, những ký sinh trùng này sẽ tiến hành giao cấu.

Một vài loài ký sinh trùng có độc chết người và hàng năm giết chết hàng trăm ngàn người ở các nước đang phát triển. Cá thể con sinh ra từ sự giao phối của những ký sinh trùng có thể giữ chìa khóa gen vô hiệu hóa được chất độc. Thành tựu này có thể là một bước quan trọng xác định các gen quyết định độc tính của các động vật ký sinh. Điều đó có thể thúc đẩy sự phát triển của những phương pháp trị liệu mới cho các bệnh nhiễm trùng này.

“Ý tưởng của chúng tôi là cố gắng cho lai các loài ít độc với các loài độc hơn, và nghiên cứu thế hệ con để tìm ra yếu tố giữ lại khả năng gây nhiễm độc nghiêm trọng”, thạc sỹ Beverley, giáo sư trường Marvin A. Brennecke và là trưởng nhóm nghiên cứu Siêu Vi Trùng Phân Tử cho biết. “Với việc theo dõi xem những thành phần nào trong tư liệu gen của cá thể bố/ mẹ mang độc được truyền lại cho cá thể con mang độc, chúng ta sẽ có thể xác định được những đoạn gen điều khiển khả năng gây nhiễm độc thực sự của loài ký sinh trùng này".

Cùng với Beverley, đồng tác giả của báo cáo là Thạc sỹ David Sacks, một nhà nghiên cứu thuộc Viện Sức Khỏe Quốc Gia chuyên về loài ruồi cát và miễn dịch ký sinh trùng. Loài ký sinh trùng truyền nhiễm Leishmania hay còn gọi là Leishmaniasis, chủ yếu được lan truyền qua các vết đốt của ruồi cát, bệnh này là một vấn đề nghiêm trọng trong sức khỏe cộng đồng ở châu Á, châu Phi, Trung Đông và các nước đang phát triển khác.

Các triệu chứng bao gồm thương tổn diện rộng trên da, sốt, sưng tấy lá lách và gan, thậm chí là biến dạng khuôn mặt trong những ca bệnh nặng.

Dạng nguy hiểm nhất của Leishmaniasis, tình trạng mà đôi khi người ta gọi là sốt đen, là một bệnh gây tử vong nếu không được chữa trị; người ta ước tính dạng này đã giết chết nhiều người hơn bất kỳ một loài ký sinh trùng nào khác, trừ Plasmodium, một loài ký sinh trùng gây sốt rét.

Giống như rất nhiều vi sinh vật, Leishmania có thể sao chép bằng sinh sản vô tính thông qua việc tạo ra các cá thể con chứa vật liệu di truyền từ hơn một cá thể bố mẹ - hình thức này tương đương với giao phối. Giờ đây, các nhà nghiên cứu chỉ có thể tìm thấy giao phối ở loài Leishamnia trong sản phẩm cuối cùng của nó: một cá thể con với hỗn hợp gen bất thường. 

Sau hơn 20 năm cố gắng làm cho loài Leishmania sinh sản thông qua giao phối trong khi còn chưa biết được loài này có bao giờ sinh sản hữu tính hay không, Beverley và Sacks gần đây đã tìm ra rằng đáp án là đưa đủ một số lượng cá thể nhất định vào cơ thể ruồi cát. Thạc sỹ Natalia Akopyants, trợ giáo trong ngành Vi Sinh Vật Phân Tử tại trường đại học vWashington, đã phát hiện ra các động vật ký sinh nguyên tử thông qua các phân tích gen.

“Lý thuyết của chúng tôi, dẫu chưa được chứng minh, cho rằng đây là vấn đề về số lượng”, Beverley cho biết. “Mỗi khi chúng tôi có được đủ số lượng ký sinh trùng trong một cơ thể ruồi, chúng tôi thấy xuất hiện sinh sản hữu tính. Nếu chúng tôi không có đủ số lượng này, sẽ không thấy bất kỳ hiện tượng tự giao phối nào.”

Hoạt động bên trong cơ thể ruồi cát cũng không quá đặc biệt: hầu hết ký sinh trùng tiến hành sinh sản vô tính thay vì giao phối với nhau. Các cơ chế của sinh sản hữu tính ở loài Leishmania hiện vẫn chưa rõ ràng. Ví dụ, người ta vẫn chưa hiểu liệu chúng có dạng giao tử kiểu như trứng và tinh trùng, mỗi giao tử chứa một nửa số gen để rồi kết hợp lại để hình thành một cơ thể hoàn thiện về gen như ở những sinh vật cao hơn hay không.

Beverley hi vọng sẽ phát triển được một công cụ để soi rõ được các cơ thể Leishmania khi chúng đang tiến hành sinh sản hữu tính, để các nhà nghiên cứu có thể hiểu rõ hơn về những gì xảy ra trong quá trình giao phối và từ đó nhanh chóng xác định được các yếu tố thúc đẩy quá trình này trong ruột ruồi.

“Nếu chúng ta có thể soi rõ các ký sinh trùng đang tiến hành giao phối, chúng ta sẽ có được một vài ý tưởng đại loại như có thể cho chúng nghe bài hát nào để khiến chúng tiến hành giao phối trong môi trường đĩa cấy”, ông nói.

Beverley lưu ý rằng nghiên cứu mới vừa rồi đã chẳng thể được tiến hành nếu không có kiến thức của Sacks về loài ruồi cát, tuy nhiên ông muốn tìm cách loại ruồi cát ra khỏi các thí nghiệm gen và chỉ nghiên cứu Leishmania trong môi trường nuôi cấy.

“Trong tự nhiên có những tác động qua lại quan trọng diễn ra giữa cơ thể ruồi cát và loài ký sinh trùng, chúng ta cần hiểu rõ điều đó, và với tư cách là nhà nghiên cứu hàng đầu thế giới trong lĩnh vực này, những khả năng của Sacks là vô cùng cần thiết”, ông cho biết. “Nhưng mục tiêu của chúng tôi là tìm ra những gen khiến cho Leishmania nguy hiểm đối với con người, nên chúng tôi sẽ ngừng phương pháp nghiên cứu thông qua cấy ký sinh trùng này vào cơ thể ruồi cát để tiết kiệm thời gian và chi phí.”

Nghiên cứu được hỗ trợ kinh phí bởi Viện Nghiên Cứu Sức Khỏe Quốc Gia và Viện Nghiên Cứu Quốc Gia về Các Bệnh Truyền Nhiễm và Dị Ứng.

Tài liệu tham khảo:
Akopyants NS, Kimblin N, Secundino N, Patrick R, Peters N, Lawyer P, Dobson DE, Beverley SM, Sacks DL. Hoán đổi gen trong quá trình phát triển tuần hoàn của ký sinh trùng Leishmania ở loài côn trùng ruồi cát. Tạp chí Khoa Học, ngày 10 tháng 4, 2008