Quá trình lịch sử của sự sống có thể nhìn thấy được bên trong cấu trúc của RNA vận chuyển

RNA vận chuyển là một phân tử có từ lâu và là trung tâm của mọi chức năng mà một tế bào thực hiện và vì vậy rất cần thiết cho mọi sự sống. Một nghiên cứu mới từ trường đại học Illinois cho thấy RNA vận chuyển cũng là một “sử gia vĩ đại”, lưu giữ một ít về những sự kiện có ảnh hưởng lớn và sớm nhất của quá trình tiến hóa trong cấu trúc của chúng.

Cuộc nghiên cứu được viết bởi Gustavo Caetano-Anollés, giáo sư về khoa học trồng trọt cùng với nhà nghiên cứu sau tiến sỹ Feng-Jie Sun, xuất hiện vào ngày 07/03 trên tờ PLoS Computational Biology.

Trong số hàng ngàn RNA được tìm thấy cho đến giờ thì RNA vận chuyển là trung gian trực tiếp nhất giữa các gen và protein. Giống như nhiều RNA khác, RNA vận chuyển hỗ trợ việc chuyển đổi gen thành những chuỗi amino axit, những axit tạo thành protein. Với sự hỗ trợ của một enzyme đã được nhắm trước, mỗi phân tử RNA vận chuyển nhận dạng và chốt lại một amino axit cụ thể mà chúng mang đến bộ máy tạo protein. Để bổ sung thành công amino axit vào việc hoàn thành việc phát triển một protein thì RNA vận chuyển cũng phải đọc được chính xác một phần của đã bị mã hoá của RNA thông tin, một phần đưa ra chỉ dẫn cho quá trình của các amino axit trong protein.

Tất cả những RNa vận chuyển kết hợp với nhau tạo thành một hình thể mà nếu được làm phẳng sẽ giống như một giao lộ có dạng vòng xoay. Những kiểu trong cấu trúc này cung cấp những manh mối về lịch sử tiến hoá sơ khai.

Caetano - Anolles cho biết, việc RNA vận chuyển là trọng tâm của chức năng tạo lập protein có nghĩa là nó cũng đã có từ rất lâu. Câu hỏi của ông bắt đầu một dự cảm rằng việc hiểu được thuộc tính về cấu trúc của RNA vận chuyển sẽ hé mở về việc các sinh vật và những virut đã tiến hoá như thế nào.

Ông nói: “Trong tiến hoá có những điều căn bản nhất được giữ lại, duy trì trong hàng triệu thậm chí hàng tỉ năm. Chúng là những hoá thạch, những hoá thạch phân tử cho chúng biết về quá khứ. Do đó, việc nghiên cứu những phân tử này có thể xác định những câu hỏi về nền tảng trong sinh học và tiến hoá”.

Tất cả những RNA vận chuyển kết hợp với nhau thành một hình thể nếu được làm phẳng thì giống như hình lá chuồn. Nhóm bắt đầu tìm kiếm kiểu trong cấu trúc lá chuồn này bằng cách sử dụng dữ liệu chi tiết từ hàng trăm phân tử đại diện cho các virus và mỗi đại diện của 3 lĩnh giới: cổ khuẩn, vi khuẩn và sinh vật nhân thực.

Các nhà nghiên cứu đã biến đổi những đặc điểm đặc trưng trong những cấu trúc hình lá chuồn của RNA vận cuyển riêng lẻ thành những đặc điểm đã được mã hoá. Đây là quá trình cho phép một nghiên cứu trên vi tính về nhóm RNA vận chuyển đơn giản và có khả năng xảy ra nhất. Họ đã thực hiện các phân tích tương tự trên RNA vận chuyển của mỗi lĩnh giới. Để thấy được những nhóm này chúng đã cách xa nhóm tổng thể bao xa rồi. Việc so sánh này cho phép họ xác định trật tự mà các virut và mỗi sinh vật trong lĩnh giới đã tách ra.

Công trình phân tích này ủng hộ một nghiên cứu trước đây đã từng cho rằng cổ khuẩn là sinh vật đầu tiên xuất hiện như là một nhóm đặc trưng về mặt tiến hoá. Cổ khuẩn là những vi khuẩn có thể sống sót trong axit đang sôi ở gần chỗ biển có lưu huỳnh hay những môi trường khắc nghiệt khác. Nghiên cứu trước đây cũng được dẫn đầu bởi Caetano - Anollés đã phân tích một danh mục khổng lồ các nếp gấp protein - những vùng đã được định hình chính xác trong protein mà cho chúng chức năng chúng đang có, và danh mục này như là kim chỉ nam cho lịch sử tiến hoá. Caetano-Anollés cho biết: “Điều này quan trọng vì hai nguồn bằng chứng độc lập cùng hỗ trợ cho nhau."

Caetano-Anollés cho biết phân tích mới này cũng chỉ ra rằng những virut đã xuất hiện không lâu sau khi cổ khuẩn cùng với những sinh vật nhân thực trong lĩnh giới cũng như các vi khuẩn lâu sau đó. Phát hiện này ảnh hưởng đến những tranh luận hiện nay về việc liệu các virut tồn tại trước hay sau sự xuất hiện của các tế bào sự sống. Ông nói thêm rằng việc ủng hộ ý kiến cho rằng virut sinh ra bởi miền tế bào.

* Caetano-Anollés là một hội viên của viện sinh học về hệ gen của đại học Illinois.