Những virus động lực nguyên thủy cho sự tiến hóa ở loài người

Aminopeptidase N – một loại protein có chức năng là receptor của coronavirus, họ virut gây nên những đại dịch gần đây như SARS và MERS. Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy bằng chứng cho thấy protein này đã thích nghi trong suốt quá trình tiến hóa của động vật để tránh bị gắn bời coronavirus.

Các nhà khoa học luôn biết đến ảnh hưởng của những mầm bệnh virus lên sự tiến hóa của loài người – Homo sapiens. Những dấu vết của DNA virus có thể được tìm thấy rải rác trong suốt bộ gen người, nhưng cho đến nay các nhà khoa học vẫn chưa có những công cụ để biết làm cách nào mà ảnh hưởng của virus đã lan truyền đến toàn bộ các loài cũng như các bộ gen. Gần đây, trong một nghiên cứu mới, các nhà khoa học tại Đại Học Stanford phân tích một lượng lớn dữ liệu (Big-data analysis) để làm sáng tỏ phạm vi ảnh hưởng của virus lên sự tiến hóa của loài người cũng như các loài động vật hữu nhũ khác.

Thật đáng kinh ngạc, kết quả chỉ ra rằng 30% tổng số protein tạo ra sự thích nghi của loài người khác biệt với tinh tinh liên quan đến virus.

 “Khi xảy ra một đại dịch hoặc một bệnh dịch tại một vài thời điểm trong quá trình tiến hóa, quần thể bị tác động bởi virus sẽ phải thích nghi hoặc bị tuyệt diệt. Theo David Enard, tiến sĩ tại Đại học Stanford, “Chúng tôi biết điều đó, nhưng điều thực sự làm chúng tôi ngạc nhiên là sự chắc chắn và rõ ràng của mô hình mà chúng tôi tìm ra. Đây là lần đầu tiên mà những virus được cho thấy có một ảnh hưởng mạnh mẽ lên sự thích nghi.”

Những khám phá từ nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí eLife với tiêu đề “Virus là một tác nhân có ảnh hưởng lớn đến sự đáp ứng của protein ở động vật hữu nhũ.”

Protein là sản phẩm cuối cùng của mã di truyền và thực hiện một lượng lớn các chức năng giúp cho bộ máy tế bào vận hành. Bằng việc trả lời câu hỏi làm thế nào mà những thay đổi nhỏ trong cấu hình và thành phần của protein giúp cho con người và những loài động vật hữu nhũ đáp ứng với virus, nghiên cứu mới này có thể giúp các nhà khoa học tìm ra một liệu pháp giúp cải thiện việc điều trị virus hiện nay.

Theo Dmitri Petrov, giáo sư tiến sĩ sinh học và Phó khoa sinh học tại Stanford: “Chúng tôi đang tìm hiểu những phần của tế bào đã được sử dụng để chống lại virus trong quá khứ, mà có lẽ không gây ảnh hưởng bất lợi cho cơ thể. Điều đó có thể giúp chúng tôi có thể hiểu rõ những điểm chính và giúp chúng tôi tìm ra những protein để nghiên cứu những liệu pháp mới.“

Những công trình về tương tác giữa virus và protein trước đó tập trung hầu hết vào những protein riêng biệt có liên quan trực tiếp đến đáp ứng miễn dịch – nơi có thể tìm kiếm những protein của các kiểu hình thích nghi được tạo nên nhờ các virus. Đây là nghiên cứu đầu tiên để có một cái nhìn toàn diện về tất cả các loại protein.

 Theo tiến sĩ Enard: “Tiến bộ lớn nhất ở đây là không chỉ những protein miễn dịch đặc hiệu mới thích ứng với virus, mà hầu như mọi loại protein có tương tác với virus đều có thể tham gia vào quá trình thích nghi chống lại virus. Đồng thời, nghiên cứu cũng cho thấy rằng các sự thích ứng xảy ra bên ngoài đáp ứng miễn dịch cũng nhiều như bên trong.”

Những nghiên cứu viên đã tìm kiếm và xác định được tất cả các protein được biết đến có tương tác với virus – danh sách chứa 1300 protein. Cùng với đó, các nhà nghiên cứu cũng đã phát triển các thuật toán cho việc đối chiếu một lượng cơ sở dữ liệu khổng lồ của bộ gen và so sánh sự tiến hóa của các protein tương tác với virus với các protein khác. Kết quả là họ thấy rằng những sự thích nghi đã xảy ra ba lần ở những protein thường xuyên có tương tác với virus so với các protein khác.

 “Tất cả chúng tôi đều cảm thấy thú vị khi hiểu bằng cách nào protein làm được điều đó, chúng ta cũng như các sinh vật tiến hóa khác đã trải qua những áp lực chọn lọc để làm nên sự thích nghi của chúng ta ngày hôm nay.” Tiến sĩ Petrov khẳng định. Những cuộc chiến đấu với virus đã góp phần tạo nên tất cả các đặc tính của chúng ta – không chỉ ở một vài protein tham gia chống lại sự lây nhiễm mà gần như tất cả. Tất cả những sinh vật đều đã sống chung với virus hàng tỉ năm; công trình này cho thấy rằng những tương tác đó đã ảnh hưởng đến từng phần của tế bào.

Khi virus cướp lấy hầu như toàn bộ chức năng của tế bào chủ để nhân lên và phát tán đã tạo nên đòn bẫy cho sự tiến hóa của bộ máy tế bào đến một mức độ lớn hơn bất kì các áp lực chọn lọc nào khác như kẻ săn mồi hay điều kiện môi trường. Nghiên cứu này đã làm sáng tỏ một vài câu hỏi sinh học hóc búa trong một thời gian dài, ví dụ như tại sao những loài sinh vật liên quan gần gũi lại tiến hóa những bộ máy khác nhau để thực hiện cùng những chức năng tế bào giống nhau, như sao chép DNA hoặc hình thành các màng tế bào khác nhau. Các nhà nghiên cứu trước đó không biết áp lực chọn lọc nào có thể tạo ra những thay đổi như vậy. “Nghiên cứu này là nghiên cứu đầu tiên với lượng dữ liệu đủ lớn và rõ ràng để giải thích tất cả những câu đố đó cùng một lúc”, theo tiến sĩ Petrov.

Nhóm nghiên cứu tại Stanford cảm thấy rất hứng thú với phát hiện của họ và đang sử dụng những kết quả đột phá này để đào sâu hơn vào những dịch virus trong quá khứ, mang lại hy vọng cho việc chiến đấu với bệnh tật của y học ngày nay. Ví dụ, những virus tương tự như virus gây suy giảm miễn dịch ở người (HIV-like virus) đã quét qua quần thể của tổ tiên chúng ta cũng như những loài động vật khác tại nhiều thời điểm trong suốt lịch sử tiến hóa. Xem xét những ảnh hưởng của những virus lên sự khác biệt giữa những quần thể nhất định có thể tạo ra một sự hiểu biết mới cho cuộc chiến trường kì chống virus trong xu hướng ngày càng đa dạng và nguy hiểm như hiện nay.

Nguồn: 

Trúc Đào (lược dịch)

Nguồn:

1. Viruses Are a Primary Driver of Human Evolution. Gen Eng News. 14 July 2016.

Xin mời Quý Độc Giả bỏ ra 2-5 phút để làm một khảo sát mức độ hài lòng về bài viết của IBSG tại đây. IBSG chân thành cảm ơn Quý Độc Giả.