Một góc nhìn khác về virus: vai trò đặc biệt của virus trong sự tiến hóa loài người (phần 2)

Các nhà khoa học đã khám phá ra rằng, trong nhau thai người có 2 gen syncytin liên quan đến sự hình thành nhau thai và bảo vệ em bé trong bụng mẹ không bị hệ miễn dịch của mẹ tấn công. 2 gen syncytin này ban đầu là các retrovirus bên ngoài, qua hàng triệu năm tiến hóa đã bị chúng ta thuần hóa theo ý mình. Ngoài syncytin, bộ gen của loài người ngày nay còn nhiều thành phần khác có nguồn gốc từ các virus cổ.

Mời bạn đọc đến với phần 2 của loạt bài về vai trò đặc biệt của virus trong việc định hình sự tiến hóa của nhân loại:

GEN NHẢY, SỰ THUẦN HÓA VIRUS VÀ LỢI HẠI CỦA VIRUS

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

Virus từ động vật lan sang người như thế nào?

Tại sao dơi là thủ phạm bùng phát của nhiều đại dịch toàn cầu

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

Loạt bài lược dịch từ bài viết của nhà văn khoa học Kat Arney trên trang tin Science Focus của đài BBC danh tiếng ở Anh.

Gen nhảy (jumping genes)

Nếu syncytin đã tiết lộ việc tiếp nhận và sử dụng trọn vẹn một gen virus để thực hiện ý muốn của con người thì còn nhiều ví dụ khác về cách các chuỗi virus cổ có thể ảnh hưởng đến hoạt động của gen ở con người ngày nay.

Quay lại những năm 1950, công trình chi tiết của Barbara McClintock, nhà di truyền học người Mỹ bị lãng quên từ lâu, đã tiết lộ rằng, "gen nhảy" có thể ảnh hưởng đến bộ gen của cây ngô.

Như các "gen nhảy" được bà McClintock xác định trong cây ngô, các retrovirus nội sinh ẩn náu trong bộ gen người của chúng ta đã di chuyển qua hàng triệu năm, nhảy quanh một cách ngẫu nhiên và thay đổi hoạt động của các gen ở khu vực lân cận.

Từ những năm 1950, khoa học đã phát hiện ra hiện tượng "gen nhảy" hay transposon ảnh hưởng đến bộ gen của cây ngô (Ảnh: SlideShare)

Các tế bào của chúng ta đã đầu tư nhiều năng lượng để ngăn chặn các yếu tố virus này phát triển. Chúng đã bị gắn nhãn và khóa chặt bằng các thẻ hóa học được gọi là các dấu vết di truyền học biểu sinh (epigenetic marks). Nhưng, khi các yếu tố virus di chuyển, các bộ giảm thanh phân tử di chuyển cùng với chúng, do đó hệ quả của các chuỗi virus có thể lan truyền sang các gen lân cận ở bất cứ nơi nào chúng hạ cánh.

Di truyền học biểu sinh là ngành học nghiên cứu các vấn đề có thể di truyền được nhưng không liên quan đến trình tự DNA như các thay đổi trong các chức năng và biểu hiện của gene. Epigenetic là một ngành học quan trọng đang ngày càng được quan tâm hơn trong nghiên cứu di truyền và ung thư.

Ngược lại, virus cũng chứa đầy các chuỗi DNA thu hút các phân tử "mở nút" gen. Trong một retrovirus chức năng, các "công tắc" này kích hoạt các gen virus để nó có thể lây nhiễm trở lại. Nhưng khi một chuỗi giống như virus bị tách ra, đưa vào một khu vực khác trong bộ gen, khả năng hoạt động như một công tắc di truyền này có thể sẽ trở thành một chú ngựa bất kham.

Năm 2016, các nhà khoa học Đại học Utah phát hiện ra rằng, một retrovirus nội sinh trong bộ gen của con người - ban đầu đến từ một loại virus lây nhiễm cho tổ tiên của chúng ta vào khoảng 45 triệu đến 60 triệu năm trước - "mở nút" thành một gen được gọi là AIM2 khi nó phát hiện ra phân tử interferon, "tín hiệu nguy hiểm" cảnh báo cơ thể rằng nó đang bị nhiễm virus. Và thế là AIM2 buộc các tế bào bị lây nhiễm phải tự hủy diệt để ngăn ngừa sự lây nhiễm nhiều hơn.

Những virus cổ xưa này đã trở thành "tác nhân kép", giúp các tế bào của chúng ta đường đầu với các loại virus khác đang cố gắng tấn công chúng ta.

Một ví dụ khác về một loại virus có thể đã định hình loài người của chúng ta được tìm thấy gần một gen có tên Prodh. Prodh được tìm thấy trong các tế bào não của chúng ta, đặc biệt là ở vùng hồi hải mã.

Hồi hải mã hay còn gọi là hồi cá ngựa (hippocamus) vì có hình dạng giống con cá ngựa là một phần của não trước. Hồi hải mã là một bộ phận quan trọng trong não phụ trách sự học tập và trí nhớ. Con người và các động vật có vú có hai hồi hải mã ở hai bên não.

Ở người, gen Prodh được kích hoạt bởi một công tắc điều khiển được tạo ra từ một retrovirus đã chết từ lâu. Tinh tinh cũng có một phiên bản của gen Prodh nhưng nó gần như không hoạt động trong não chúng.

Một lời giải thích khả thi là, một loại virus cổ xưa đã "nhảy" sang một bản sao của chính nó nằm cạnh Prodh ở một trong những tổ tiên đã chết từ lâu của chúng ta cách đây hàng triệu năm. Điều này lại không xảy ra ở các loài linh trưởng tổ tiên đã tiến hóa thành tinh tinh ngày nay.

Ngày nay, các lỗi trong Prodh được cho là có liên quan đến một số rối loạn não bộ, do đó rất có khả năng ảnh hưởng đến sự kết nối trong bộ não con người, ít nhất là một số tác động nào đó (ví dụ như chứng tâm thần phân liệt).

Bên dưới là ảnh minh họa não người bị tâm thần phân liệt.

Area of the brain involved with schizophrenia. The Hippocampus and adjacent regions may show some reduction in size.

Vùng não liên quan đến tâm thần phân liệt. Hồi hải mã có gen Prodh và các khu vực lân cận có thể bị giảm kích thước. (Ảnh: Pinterest)

Tương tự là các biến thể trong công tắc di truyền chịu trách nhiệm về sự khác biệt giữa các tế bào xây dựng khuôn mặt của con người chúng ta khi chúng ta lớn lên trong bụng mẹ và điều tương tự ở tinh tinh. Mặc dù các gen của chúng ta gần như giống hệt với gen của tinh tinh, nhưng chắc chắn chúng ta và tinh tinh không giống nhau. Vì vậy, sự khác biệt phải nằm trong các công tắc điều khiển.

Đánh giá các công tắc này theo trình tự DNA của chúng, có vẻ như, một lúc nào đó trong hành trình tiến hóa, nhiều công tắc hoạt động trong các tế bào phát triển khuôn mặt của chúng ta có nguồn gốc từ virus ắt hẳn đã "nhảy" chỗ để chúng ta trở thành loài mặt phẳng như ngày nay.

Những người thuần hóa virus

Cùng với việc tìm kiếm ví dụ về các virus chết từ lâu đã làm thay đổi sinh học của chúng ta, các nhà khoa học cũng đang tìm kiếm các cơ chế kiểm soát làm cơ sở cho tác dụng của chúng. Thủ phạm chính là các phân tử thầm lặng đặc biệt được gọi là KRAB Zinc Finger Protein (KRAB ZFPs - protein ngón tay kẽm) phụ trách nắm giữ các chuỗi virus trong bộ gen và "ghim" chúng ở đúng chỗ.

Giáo sư Didier Trono và nhóm của ông đã phát hiện ra hơn 300 KRFP ZFP khác nhau trong bộ gen người. Dường như mỗi ZFP ưa thích một mục tiêu DNA có nguồn gốc virus khác nhau. Khi đó, các ZFP giúp tuyển lựa các cỗ máy phân tử có nhiệm vụ bật hoặc tắt gen.

"Những ZFP KRAB này từng bị xem là "sát thủ" của các retrovirus nội sinh. Tuy nhiên, thật ra chúng là những người khai thác các yếu tố trên, cho phép sinh vật khai thác sự giàu có của những tiềm năng cư ngụ trong các chuỗi virus trên", giáo sư Trono lý giải.

Trono và nhóm của ông tin rằng, KRAB ZFP là mối liên kết còn thiếu giữa các chuỗi virus có hại tích cực và những thứ đã trở thành các công tắc điều khiển được thuần hóa.

Nhóm có bằng chứng cho thấy, các protein đã tiến hóa cùng với các yếu tố virus trong một cuộc đua vũ trang, ban đầu các protein ngăn chặn virus nhưng cuối cùng lại áp đảo chúng.

"Chúng tôi nghĩ rằng những gì chúng (protein) làm là thuần hóa những yếu tố này. Và bằng cách thuần hóa, ý tôi là không chỉ đảm bảo rằng virus nằm yên một chỗ mà còn biến chúng thành một thứ gì đó có lợi cho vật chủ, một cách làm rất tinh tế để điều chỉnh hoạt động của gen trong tất cả các tế bào và tình huống có thể xảy ra", Science Focus dẫn lại lời giáo sư Trono.

Giáo sư Trono là trưởng phòng thí nghiệm di truyền học và virus học Trono tại Đại học Bách khoa Liên bang Lausanne (EPFL) ở Thụy Sĩ.  

Trong suốt quá trình tiến hóa của chúng ta, chúng ta đã bị lây nhiễm các virus nhưng Ebola chỉ mới nổi lên gần đây.

Ủng hộ cho ý tưởng này là kết luận rằng, các nhóm ZFP KRAB khác nhau đang hoạt động trong các loại tế bào khác nhau. Chúng cũng được tìm thấy trong các mẫu cụ thể ở các loài khác.

Nếu chúng chỉ ngăn chặn virus, lập luận là, các mảng protein giống nhau phải có mặt trong tất cả các tế bào. Còn gì nữa, tại sao các nhà nghiên cứu lại tìm thấy các protein gắn với hàng ngàn yếu tố virus đã chết từ lâu mà Trono và nhóm của ông đã xác định?

Không có lý do gì để ngăn chặn một retrovirus đã chết, vì vậy các protein phải đóng một vai trò quan trọng trong việc kiểm soát hoạt động gen.

Mặc dù ý tưởng của Trono vẫn còn một chút tranh cãi, ông xem KRAB ZFP là một lực lượng của các tài xế nô lệ virus, khai thác các yếu tố này để làm theo ý muốn của chúng ta và biến chúng thành công tắc kiểm soát di truyền.

Trải qua nhiều triệu năm, điều này có thể là một động cơ mạnh mẽ để tạo ra các loài mới. Ví dụ, nếu một con virus ngẫu nhiên nhảy sang một sinh vật tổ tiên chứ không phải một loài khác, rồi được KRAB ZFP thuần hóa theo thời gian, nó sẽ tạo ra các công tắc điều khiển mới có thể có tác động lớn đến vẻ bề ngoài hoặc hành vi của loài động vật đó.

Hơn nữa, những yếu tố nhảy này trở nên tích cực hơn trong thời gian thay đổi môi trường. Khi thời gian trôi đi một cách khó khăn, các loài cần tìm ra những cách thức mới để thích nghi, nếu không thì chúng sẽ chết.

Kích hoạt các yếu tố di động này sẽ làm xáo trộn bộ gen, đưa ra các biến thể di truyền mới mẻ, cung cấp nguồn cỏ phong phú cho sự chọn lọc tự nhiên diễn ra.

Minh họa cuộc chạy đua vũ trang giữa protein tự vệ trong bộ gen người và các retrovirus cổ xưa (Ảnh: USUC Genomis Institue)

Virus: điểm tốt, điểm xấu và ích lợi

Rõ ràng là, các virus bị mắc kẹt trong bộ gen của chúng ta đã mang lại cho chúng ta những lợi ích khổng lồ trong lịch trình tiến hóa. Nhưng không phải tất cả đều hữu ích như thế. Trong 20 bé sơ sinh được sinh ra, có một bé mang theo một loại virus mới, "nhảy" từ đâu đó trong bộ gen của nó, một điều có thể vô hiệu hóa một gen quan trọng và gây bệnh cho bé.

Ngày càng gia tăng các bằng chứng cho thấy, các yếu tố chuyển vị-transposon "nhảy" cũng đóng góp vào sự hỗn loạn di truyền bên trong các tế bào ung thư. Và theo các nghiên cứu ly kỳ, các tế bào não là những vị trí đặc biệt tốt để tái kích hoạt các gen nhảy, có thể gia tăng sự đa dạng của các tế bào thần kinh và tăng cường trí não của chúng ta, nhưng cũng tiềm ẩn khả năng gây ra các vấn đề và tình trạng trí nhớ liên quan đến tuổi tác, ví dụ như chứng tâm thần phân liệt.

Vậy, những virus trong DNA của chúng ta là bạn hay là kẻ thù của chúng ta?

(Ảnh: Washington Post)

Paolo Mita, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ chuyên về transposon tại Trường Y của đại học New York ở New York (Mỹ), cho rằng, câu trả lời là cả hai.

"Tôi gọi chúng là "bạn-kẻ thù" (frenemies), bởi vì khi bạn nhìn vào vai trò của chúng trong tuổi thọ một con người, rất có thể nếu được huy động thì chúng sẽ có những tác động tiêu cực. Trong ngắn hạn, chúng là kẻ thù của chúng ta.

Mặt khác, nếu bạn nhìn xuyên thời gian, những yếu tố này là một lực lượng tiến hóa mạnh mẽ và chúng vẫn còn hoạt động trong các loài người của chúng ta ngày nay".

"Sự tiến hóa chỉ là cách các sinh vật sống phản ứng lại trước những thay đổi của môi trường, và trong trường hợp này, chắc chắn chúng là bạn của chúng ta bởi vì chúng đã định hình cách thức bộ gen ngày nay của chúng ta hoạt động".

Còn các virus đang lây nhiễm cho chúng ta ngày hôm nay, chẳng hạn như HIV, liệu chúng có tác động nào đến sự tiến hóa của chúng ta trong tương lai không?

"Dĩ nhiên! Câu trả lời là tại sao không?", Mita bật cười. "Tuy nhiên, sẽ cần nhiều thế hệ cho đến khi chúng ta có thể nhìn lại và nói rằng sự tiến hóa này đã xảy ra".

"Tuy nhiên, bạn có thể thấy tàn dư của các cuộc chạy đua vũ trang trước đây trong bộ gen giữa các retrovirus nội sinh và các tế bào chủ. Đó là một trận chiến liên tục, và tôi không nghĩ rằng nó đã dừng lại".

Frenemy là từ tiếng Anh được tạo thành do sự kết hợp giữa hai từ friend (bạn bè) và enemy (kẻ thù), chỉ những người vừa có đặc điểm của bạn vừa giống kẻ thù, hoặc những người bề ngoài tỏ ra thân thiện nhưng bên trong lại ngấm ngầm ganh đua để hại bạn.

Linh Trần (Theo Science Focus)

 

Đánh giá gần đây
Đọc nhiều nhất Phản hồi nhiều nhất

1 Vì sao xe khách không có cửa lên phía tài xế?

2 Hố đen sẽ dẫn bạn đến đâu?

3 Việt Nam vừa có thêm mạng di động ảo đầu số 055, tự do chọn SIM số

4 Dân mạng khen Công Phượng khéo chọn vợ

5 Tại sao vô-lăng xe hơi lại có hình tròn mà không thẳng như xe máy?

Tin Liên quan
Các tin khác
a
Xem thêm
Góc nhìn VNREVIEW