Một góc nhìn khác về virus: vai trò đặc biệt của virus trong sự tiến hóa loài người (phần 1)

Corona, Ebola, HIV... virus có phải chỉ là những kẻ gây bệnh? Từ những giai đoạn sớm nhất của sự sống cho đến nụ cười trên mặt chúng ta, virus đã có một ảnh hưởng khổng lồ đến các giống loài người.

Theo nghiên cứu, virus đã đóng vai trò quan trọng như thế nào trong việc định hình sự tiến hóa của các loài người hiện đại Homo sapiens? Mời bạn đọc theo dõi loạt bài hai phần dưới đây được đăng tải trên trang tin khoa học Science Focus của hãng truyền thông danh tiếng nước Anh BBC.

Virus HIV có thể "qua mặt" kỹ thuật chỉnh sửa gene

Khởi nguồn của dịch Covid-19 vẫn chưa được xác định, có thể không phải từ chợ hải sản Vũ Hán

Virus Corona truyền từ dơi sang con người như thế nào?

Tác giả bài viết là nhà văn Kat Arney, tiến sĩ về nghiên cứu ung thư đại học Cambridge, tác giả nhiều bài báo khoa học trên Science Magazine (tạp chí của Hiệp hội vì sự tiến bộ khoa học Mỹ), New Scientist, Guardian, BBC...;

Phần 1:

CÁC CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA VIRUS TRONG GEN NGƯỜI: VIRUS BÌNH THƯỜNG, RETROVIRUS VÀ TRANSPOSON

Tất cả chúng ta đều quen với các loại virus đã quấy rầy nhân loại: virus Corona, Zika, Ebola, và thậm chí là bệnh cúm phổ biến lâu nay. Nhưng nếu biết rằng virus làm chúng ta ốm thì cũng đáng ngạc nhiên khi khám phá ra là, chúng ta đã cố gắng khai thác và "thuần hóa" những kẻ xâm lược mưu mô này.

(Ảnh: Cornell CALS)

Từ những giai đoạn sớm nhất của sự sống cho đến nụ cười trên mặt chúng ta, virus đã có một ảnh hưởng khổng lồ đến các giống loài người.

Virus hoạt động trong gen người như thế nào?

Virus không có gì khác hơn là một chuỗi gen (thường ở dạng một phân tử được gọi là RNA) được đóng gói trong một lớp "áo khoác" protein, và tất cả chúng đều làm việc theo cùng một cách cơ bản giống nhau.

Khi một con virus lây nhiễm vào một tế bào, nó sẽ cướp lấy cỗ máy phân tử của chính tế bào để sao chép gen của nó và sản xuất protein virus. Các virus mới được tập hợp từ các phần vừa được sản xuất và cuối cùng sẽ đi tìm các tế bào mới để tấn công.

Với hầu hết các loại virus như virus cúm, câu chuyện kết thúc ở đó. Nhưng có nhiều retrovirus như HIV, ranh mãnh hơn, lén lút tìm đường chui vào DNA của chúng ta. Chúng tự chèn mình vào bộ gen của sinh vật một cách ngẫu nhiên, nằm bên dưới tới khi thời cơ chín muồi để bắt đầu sản xuất virus trở lại.

(Retrovirus là loại virus có RNA trong bộ gen và gen của chúng có thể tích hợp vào DNA của tế bào ký chủ)

Khi một retrovirus nào đó đã xâm nhập vào DNA của một sinh vật thì không có gì đảm bảo rằng virus đó sẽ nằm yên một chỗ. Virus đã nhúng mình vào DNA có thể đọc các hướng dẫn di truyền, chuyển các hướng dẫn này thành DNA rồi dán nó vào một vị trí khác trong bộ gen. Nhiều bản sao DNA virus sẽ nhanh chóng tích tụ khi chu kỳ này được lặp lại nhiều lần.

Trải qua hàng triệu năm, các chuỗi DNA virus này biến đổi và thay đổi một cách ngẫu nhiên, đánh mất khả năng thoát ra khỏi tế bào chủ của chúng. Bị mắc bẫy trong bộ gen, một số trong các retrovirus "nội sinh" này vẫn có thể nhảy ra xung quanh trong khi những con khác mãi mãi bị mắc kẹt ở nơi chúng hạ cánh lần cuối.

Và nếu bất kỳ sự kiện nào trong số này xảy ra trong các tế bào mầm tạo ra trứng và tinh trùng, chúng sẽ được truyền lại qua các thế hệ và cuối cùng trở thành một thành phần "thường trú" trong bộ gen của sinh vật.

Khoảng một nửa bộ gen của con người được tạo thành từ hàng triệu chuỗi DNA có thể được truy nguyên từ các virus đã chết từ lâu hoặc các "gen nhảy", tất cả được gọi chung là các yếu tố chuyển vị (transposable elements), còn gọi là các yếu tố có khả năng vận động hoặc transposons.

Theo một số nhà nghiên cứu, con số này thậm chí có thể lên tới 80% vì các chuỗi DNA cổ xưa hiện nay đã bị suy thoái vượt quá mức có thể nhận ra chúng giống như virus, hoặc bị phong hóa trong bộ gen như các hóa thạch phân tử.

Trong nhiều năm, nhiều khối DNA lớn có nguồn gốc từ virus lặp đi lặp lại nằm rải rác trong bộ gen của con người đã bị loại bỏ dưới dạng "rác thải". Chắc chắn là tỷ lệ của những thứ trùng lặp này ít hơn nhiều so với rác trong thân cây di truyền của chúng ta. Tuy vậy, khi các nhà nghiên cứu nhìn kỹ hơn các yếu tố virus riêng lẻ thì một bức tranh phức tạp hơn nổi lên.

Mọi sự hóa ra là, một trong số các virus được nhúng vào bộ gen của chúng ta đã trở thành nô lệ của chủ nhân, tương tự trường hợp các kẻ thù di truyền của chúng ta.

3 cơ chế hoạt động khác nhau của virus trong gen người: virus bình thường, retrovirus, transposon (Ảnh: Science Focus)

Tiến hóa Syncytin

Cách đây 15 năm, các nhà nghiên cứu Mỹ đã phát hiện ra một gen người chỉ hoạt động trong nhau thai. Họ gọi nó là syncytin, vì nó tạo ra một phân tử hợp nhất các tế bào nhau thai lại với nhau, hình thành một lớp mô đặc biệt mang tên synitium. Điều kỳ lạ là syncytin nhìn rất giống một gen từ retrovirus.

Sau đó, các nhà khoa học lại phát hiện ra một gen syncytin khác cũng liên quan đến việc hình thành nhau thai, đồng thời ngăn ngừa hệ thống miễn dịch của mẹ tấn công thai nhi trong bụng mẹ. Một lần nữa, gen này cũng trông giống như nó đến từ một retrovirus.

Trong khi con người và các loài linh trưởng lớn khác có hai gen syncytin giống nhau, các gen syncytin này không được tìm thấy ở bất kỳ động vật có vú nào khác có các lớp tế bào hợp nhất trong nhau thai tương tự nhau.

Virus có thể đã đóng một vai trò nhất định trong sự phát triển của nhau thai người (Ảnh: Getty Images)

Chuột cũng có hai gen syncytin: chúng làm công việc tương tự như phiên bản syncytin người, nhưng chúng trông giống như các virus hoàn toàn khác nhau. Và mèo và chó có một gen syncytin riêng biệt khác có nguồn gốc từ virus, cả hai gen ở mèo và chó đều liên quan tới các tổ tiên là những loài ăn thịt giống nhau.

Rõ ràng, tất cả các loài động vật có vú này (người và linh trưởng) đã bị nhiễm một loại virus đặc biệt từ hàng triệu năm trước. Theo thời gian, những virus này đã được khai thác để đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của nhau thai, khiến chúng trở thành vật cố định vĩnh viễn trong bộ gen của chúng ta.

Điều kỳ lạ là ngựa và lợn không có lớp tế bào hợp nhất trong nhau thai và chúng cũng không có bất kỳ gen nào giống như syncytin có nguồn gốc từ virus. Vì vậy, có lẽ chúng sẽ không bao giờ nhiễm phải một trong những loại virus hợp nhất này.

Ngoài synytin, bộ gen của loài người ngày nay còn nhiều thành phần khác có nguồn gốc từ các virus cổ. Mời bạn đọc đón xem câu chuyện tiến hóa đầy thú vị của những thành phần này trong phần 2: Gen nhảy, sự thuần hóa virus và lợi hại của virus.

(còn tiếp)

Linh Trần (Theo Science Focus)