Lần Đầu Tiên Phát Hiện Protein Giống Prion Ở Vi Khuẩn

Clostridium botulinum chứa một protein hoạt động như một prion trong các vi khuẩn khác

Cho đến nay, prion chỉ được tìm thấy trên tế bào sinh vật nhân thực của thực vật hay động vật. Chúng được biết đến nhiều nhất như những tác nhân gây ra chứng thoái hóa và rối loạn chức năng của não, ví dụ như bệnh “bò điên”, có thể tìm thấy ở vi khuẩn.  Những protein prion gấp khúc bất thường này dẫn tới tổn thương não cùng các triệu chứng đặc trưng của bệnh, bệnh do Prion gây ra thường diễn biến nhanh chóng và luôn dẫn tới tử vong.

Một phần protein của Clostridium botulinum– vi khuẩn gây ngộ độc thức ăn – gây ra những biểu hiện tương tự như prion khi nó được chèn vào nấm men và vi khuẩn E.coli đã được báo cáo trên tạp chí Science đăng ngày 13/01.

Prion được hình thành từ các protein có thể gấp khúc theo nhiều kiểu cấu trúc đặc biệt khác nhau.  Prion có thể chuyển sang trạng thái gây bệnh bằng cách biến đổi cấu trúc thông thường thành cấu trúc dạng gấp khúc.

Các nhà khoa học lần đầu tiên phát hiện prion vào năm 1980 được coi như là tác nhân của chứng  rối loạn chức năng não, và cũng được biết đến như bệnh não xốp  nhiễm. Từ đó, các nhà nghiên cứu đã tìm ra thêm những protein gấp khúc sai trong động vật có vú, côn trùng, giun, thực vật, nấm và biết được rằng không phải tất cả các prion đều gây hại cho vật chủ.

Nhưng tới nay, prion vẫn chỉ được tìm thấy trong tế bào sinh vật nhân thực bao gồm động vật, thực vật và nấm.

Mò kim đáy bể

Trong nghiên cứu gần đây nhất, các nhà nghiên cứu đã phân tích khoảng 60.000 bộ gen vi khuẩn sử dụng phần mềm để nhận diện protein hình thành prion trên nấm men và họ tập trung vào protein Rho. Ở nhiều loài vi khuẩn như C. botulinum hay E. Coli, Rho là một protein điều hòa trung tâm kiểm soát hoạt động nhiều gene khác nhau.

Khi một phần Rho của C. botulinum có khả năng hình thành prion được chèn vào E.coli, các khối protein bị dị dạng có đặc tính như prion được hình thành. Hơn nữa, khi các mảnh protein được chèn vào nấm men, nó có thể thay thế chức năng của protein nấm men hình thành prion.

Các nhà khoa học cũng tìm ra được rằng mặc dù dạng Rho bình thường ức chế hoạt động gen trên E. coli nhưng nhiều gen khác vẫn hoạt động khi protein tồn tại dưới dạng prion. Ann Hochschild ,nhà di truyền vi sinh vật tại Đại học Y Khoa Harvard, Massachusetts và đồng tác giả nói rằng “điều này cho thấy prions có thể giúp vi khuẩn  thích ứng với những điều kiện môi trường cực đoan (environmental stress)”. Ví dụ, các nhà khoa học tìm thấy E.coli biến đổi dạng prion của Rho khi tiếp xúc với ethanol tốt hơn Rho bình thường.

Phát hiện này cho thấy prion có trước sự phân hóa sinh vật nhân thực và vi khuẩn 2,3 triệu năm trước. Hochschild nói  rằng “Prion dường như lan truyền phổ biến trong tự nhiên nhiều hơn những ước tính trước kia. Chúng tôi tin rằng những protein hình thành prion khác sẽ được khám phá trên vi khuẩn.”

Nhà nghệ thuật biến hình

Vì prion có thể di truyền, nên khám phá này cho thấy rằng những protein prion có thể cho phép vi khuẩn kế thừa những đặc điểm này mà không cần bất cứ đột biến gene nào. “Điều này có thể có ích khi vi khuẩn cần đáp ứng nhanh với môi trường sống, như trong điều kiện có kháng sinh” theo Peter Chien, nhà sinh hóa vi khuẩn từ trường Đại học Massachusetts Amherst.

Chien nói rằng bước tiếp theo của nghiên cứu này là xác nhận Rho có thể hoạt động như một prion trong vật chủ tự nhiên. Nhưng điều này có thể có những trở ngại do các thí nghiệm di truyền trên C. botulinum  khó thao tác hơn so với vi sinh vật thường dùng làm thí nghiệm như E. coli

Sự phát triển khả năng thí nghiệm với prion trên vi khuẩn có thể giúp khám phá nhiều hơn về hành vi của prion trên người liên quan đến một số bệnh như Alzeimer và Parkinson, theo Jeffrey Robert – nhà sinh học phân tử tại Đại học Cornell, Ithaca, New York.

IBSG – Nhóm Vi sinh lược dịch. 

Nguồn:

  1. http://www.nature.com/news/prion-like-protein-spotted-in-bacteria-for-the-first-time-1.21293
  2. https://www.cdc.gov/prions/
  3. http://www.vusta.vn/vi/news/Thong-tin-Su-kien-Thanh-tuu-KH-CN/Anh-huong-cua-bo-va-benh-bo-dien-o-nguoi-21777.html