Từ nhiều thập kỷ các nhà sinh vật học đã biết rằng tế bào sử dụng những động cơ phân tử rất nhỏ để di chuyển nhiễm sắc thể, mitochondria, và các hạt cơ quan  khác trong tế bào, nhưng chưa ai hiểu rõ cơ chế “lái” những phân tử này đến vị trí xác định. Các nhà nghiên cứu  thuộc Đại học  Rochester đã mở ra một hướng mới trong việc tìm hiểu cơ chế này, và những kết quả đó có thể dẫn tới việc hình thành những phương pháp chữa bệnh mới.

Michael Wele, giáo sư sinh vật học, trong bài báo được công bố trên tạp chí  Cell số ngày 11 tháng 12, nhận định rằng cơ chế kiểm soát những động cơ phân tử khá khác so với những gì các nhà sinh vật học dự đoán trước đây. Trước phát hiện này, các nhà khoa học  cho rằng một số động cơ được gắn với hạt cơ quan  quyết định  quãng đường và tốc độ những hạt phân tử có thể di chuyển, tuy nhiên Welte và các đồng nghiệp phát hiện rằng đó không phải là những động cơ, mà là những phân tử chưa được xác định nắm vai trò kiểm soát cơ chế này.

Welte cho biết: “Thực tế rằng động cơ phân tử không liên quan gì đến việc kiểm soát cơ chế di chuyển này là hết sức đáng ngạc nhiên, và phần nào đó khiến những người làm việc  với vitro cảm thấy không yên tâm. Nó cho thấy chúng ta bỏ qua điều gì đó khi chỉ nghiên cứu  những động cơ này trong ống thí nghiệm thay vì trong tế bào sống”.

Di chuyển nội bào đặc biệt quan trọng  đối với sức khỏe  của một tế bào. Ví dụ, trong quá trình phân chia tế bào, một nửa sao chép từng nhiễm sắc thể của tế bào nằm ở một bên của tế bào trong khi nửa còn lại di chuyển sang phía bên kia. Nếu quá trình di chuyển này bị xáo trộn, nó có thể tạo ra sự không căn bằng nhiễm sắc thể ở những tế bào con. Những tế bào này có thể chết đi hoặc trở thành ung thư. Tương tự, một số nơron thần kinh dài đến 3 phút, tạo ra protein và các hạt cơ quan  ở một đầu rồi di chuyển những thành phần quan trọng  này đến tận đầu kia nơi chúng được sử dụng. Đây là một công việc  khó khăn, và bất cứ gián đoạn nào trong quá trình di chuyển này có thể tạo nhiều loại bệnh thần kinh.

Với độ khó của việc nghiên cứu  những động cơ rất nhỏ hoạt động  bên trong tế bào này, các nhà sinh vật học đã thực hiện những thí nghiệm cơ bản trên chúng ở bên ngoài tế bào trong môi trường  được kiểm soát chặt ché. Việc này khiến họ tin rằng tốc độ và quãng đường một hạt cơ quan  di chuyển phụ thuộc vào số lượng  động cơ kéo nó. Vì vậy, các nhà khoa học  kết luận rằng tế bào chỉ đơn giản gắn một số lượng  động cơ nhất định vào hạt cơ quan  để đưa nó đi một quãng đường nhất định. Mặc dù giả thuyết “đa động cơ” này rất đơn giản, tính thực tế của nó trong tế bào sống chưa bao giờ được kiểm tra.

Sinh viên cao học của Welte, Susan  Tran, quyết định  thực hiện thí nghiệm để kiểm tra vấn đề này. Cô tạo ra một số trứng của ruồi giấm thiếu một loại động cơ phân tử gọi là kinesin và phát hiện rằng một số loại hạt cơ quan  ngừng di chuyển – đây là bằng chứng rõ ràng rằng kinesin chịu trách nhiệm di chuyển những hạt cơ quan  này. Sau đó Tran tạo ra một loại trứng đột biến, lần này chúng chỉ chứa khoảng một nửa số lượng  động cơ kinesin so với trứng thông thường. So với trứng thông thường, những hạt cơ quan  trong trứng đột biến di chuyển với tốc độ và quãng đương y hệt.

Từ nhiều thập kỷ các nhà sinh vật học đã biết rằng tế bào sử dụng những động cơ phân tử rất nhỏ để di chuyển nhiễm sắc thể, mitochondria, và các hạt cơ quan  khác trong tế bào, nhưng chưa ai hiểu rõ cơ chế “lái” những phân tử này đến vị trí xác định. (Ảnh: Đại học  Rochester)

Welte cần biết liệu sự tương đương này là vì trứng thông thường chỉ sử dụng một nửa số động cơ kinesin sẵn có, hoặc chỉ một số phân tử chính kiểm soát quá trình di chuyển của hạt cơ quan, bất chấp số lượng  động cơ. Để kiểm tra vấn đề này, Welte nhờ đến Steven Gross, giáo sư sinh vật học tế bào tại Đại học  California. Nhóm nghiên cứu  của Gross sử dụng bộ dụng cụ gọi là “nhíp quang học” sử dụng tia laze để đo những lực nhỏ bé do động cơ tạo ra. Nhóm nghiên cứu  phát hiện rằng hạt cơ quan  ở tế bào thông thường được kéo với lực gấp đôi những tế bào đột biến do Tran tạo ra.

Welte cho biết: “Điều này khẳng định chắc chắn rằng số lượng  động cơ kéo hạt cơ quan  không có ý nghĩa quan trọng. Tế bào sử dụng một cái gì đó khác để kiểm soát những động cơ này. Phát hiện này mở ra một lĩnh vực rộng lớn cho nghiên cứu  – tìm hiểu cái gì điều khiển những động cơ này và từ đó chúng ta có thể điều khiển chúng”.

Welte và nhóm nghiên cứu  hiện đang tìm kiếm  vị trí nào trong tế bào là nơi bắt nguồn của tín hiệu này và làm thế nào nó tác động lên những động cơ. Mặc dù nhóm nghiên cứu  của Welte sử dụng trứng ruồi giấm, những động cơ di chuyển hạt cơ quan  có mặt ở tất cả các động vật và được sử dụng cho nhiều nhiệm vụ khác nhau, bao gồm di chuyển nơron thần kinh ở người.

Welte cũng chỉ ra rằng virut, bao gồm HIV, sử dụng cùng một loại động cơ để di chuyển bên trong tế bào. Đầu tiên chúng di chuyển từ vị trí xâm nhập đến nhân tế bào, nơi chúng tự nhân lên, rồi đưa những virut thế hệ sau này đến bề mặt tế bào. Nếu Welte và các đồng nghiệp có thể xác định làm thế nào tế bào có thể kiểm soát những động cơ này, rất có thể đó là phương pháp ngăn HIV chiếm quyển kiểm soát những động cơ này và vì vậy giữ HIV, và các mầm bệnh nội bào khác, ở rìa tế bào nơi chúng khó có thể gây ra nhiều thương tổn.

Nghiên cứu do Học viện Y tế quốc gia  tài trợ, với sự tham gia của các nhà nghiên cứu  từ Đại học  Rochester, Đại học  California Irvine, và Đại học  Texas  tại Austin.

Bạn có ý kiến gì về bài viết Lý thuyết “động cơ” tế bào mới này? Hãy gởi suy nghĩ, bình luận, đánh giá, lời khuyên ... của bạn về bài viết Lý thuyết “động cơ” tế bào mới bạn tại đây.