Sinh vật đơn bào cũng có hệ thống liên lạc

Khi nói đến mạng lưới liên lạc tế bào, một loài vi khuẩn đơn bào nguyên thủy có tên Monosiga brevicollis còn vượt trội hơn các động vật có hàng tỷ tế bào. Các nhà nghiên cứu tại Học viên nghiên cứu sinh vật học Salk đã phát hiện rằng nó điều khiển một mạng lưới tín hiệu phức tạp và đa dạng hơn bất cứ sinh vật đa bào nào ở cấp cao hơn trong cây tiến hóa.

Nghiên cứu của họ, được công bố trong tuần từ 7-11 tháng 7 trực tuyến trên tờ Proceedings of the National Academy of Science, đã khám phá ra 128 gen tiroxin kinaza, nhiều hơn so với người 38 gen.

Những kinaza này truyền các tín hiệu cần thiết cho sinh trưởng, ngưng trệ và chấm dứt của tế bào. Mặc dù hoạt động của chúng được điều chỉnh chặt chẽ bởi các tế bào thường, các kinaza ngoài tầm điều khiển là nguyên nhân chính gây nên ung thư. Rất nhiều các loại thuốc ung thư thành công – ví dụ như Gleevec, được sử dụng để điều trị bệnh bạch cầu – nhắm tới các tiroxin kinaza bướng bỉnh này.

Kho báu tiroxin kinaza đa dạng và hoàn toàn mới nói trên khiến tác giả chính của cuộc nghiên cứu, Gerard Manning - người chỉ đạo Trung tâm tin sinh học Razavi-Newman, hết sức ngạc nhiên vì từ lâu tiroxin kinaza được cho là chỉ giới hạn trong các động vật đa bào, chúng xử lý liên lạc giữa các tế bào.

Manning cho biết: “Chúng tôi hoàn toàn sửng sốt. Dựa trên các nghiên cứu trước đây, chúng tôi chỉ mong đợi sẽ tìm thấy một ít kinaza, nhưng thay vào đó chúng tôi đã phát hiện ra số lượng kỷ lục trong sinh vật nguyên thủy. Hai thành phần quan trọng khác trong mạng lưới tiroxin kinaza – gen PTP và SH2 – cũng có số lượng lớn hơn bất cứ bộ gen nào, điều này cho thấy sự phức tạp của toàn bộ mạng lưới ở loài sinh vật này”.

Cây phát sinh loài, biểu diễn mối quan hệ tiến hóa giữa các tiroxin kinaza Monosiga, cho thấy rằng chỉ một vài trong số chúng có họ với tiroxin kinaza ở người (màu vàng). (Ảnh: Tiến sĩ Gerard Manning, Học viện nghiên cứu sinh vật học Salk)

Hàng trăm nghìn tỷ tế bào trong cơ thể chúng ta cần một hệ thống liên lạc phức tạp để liên kết các hoạt động của chúng. Tiroxin kinaza là bộ phận sinh tồn của hệ thống liên lạc. Đây là loại enzim được nghiên cứu cực kỳ kĩ lưỡng hoạt động như cơ quan tiếp nhận các tín hiệu bên ngoài ví dụ như tín hiệu tăng trưởng rồi truyền thông điệp đến các tế bào bằng cách gắn một nhóm photphat vào các protein.

Monosiga brevicollis thuộc nhóm choanoflagellates là một loại sinh vật sống dưới nước nằm trong vùng xám giữa vương quốc nấm và động vật. Nó có rất ít điểm chung với động vật đa bào cần liên kết hoạt động của hàng tỷ các tế bào. Tuy nhiên cấu trúc nguyên thủy của nó – vành xúc tu vây quanh đuôi hình roi gọi là flagellum – về căn bản giống như “tế bào cổ áo” tập hợp lại hình thành nên bọt biển, đây được coi là dạng nguyên thủy nhất của sinh vật đa bào hay metazoan.

Vì vai trò tiến hóa quyết định của mình, M. brevicollis được chọn là đại diện choanoflagellate cho việc sắp xếp toàn bộ bộ gen. Manning cho biết: “Choanoflagellates giống như “bà con đầu tiên” của động vật và bộ gen của chúng cho chúng ta ý niệm mơ hồ về nguồn gốc tiến hóa của động vật”.

Kinaza Monosiga phân tách nhiều hơn bất cứ loài động vật nào, điều này có thể giúp các nhà khoa học hiểu nguyên tắc cơ bản của công việc truyền tín hiệu của tiroxin kinaza. Bất chấp sự đa dạng của mình, kinaza monosiga đưa ra cùng một giải pháp cho một vấn đề ở cùng một thời điểm, giống như kinaza ở động vật, tuy nhiên chúng sử dụng một phương pháp khác biệt để tạo ra một cấu trúc cảm nhận sinh ra từ tế bào, hoặc để xác định mục tiêu cho một kinaza đến một phần nhất định của tế bào. Manning cho biết: “Quá trình tiến hóa hội tụ này cho thấy rằng chỉ có một số cách nhất định để xây dựng mạng lưới chức năng từ các thành phần này”.

Với các thông tin mới, một câu hỏi hiển nhiên vẫn chưa được giải đáp đó là: loài sinh vật đơn bào này sử dụng cơ cấu liên lạc vào mục đích gì? Manning thừa nhận: “Chúng tôi vẫn chưa hề có manh mối nào! Nhưng phát hiện này là bước đầu tiên để tìm ra điều đó”.