Khám phá mới về “lời nguyền của mẹ”

Phát hiện này cũng được mô tả trong một bài báo đã được công bố vào ngày 02 tháng 8 trên tạp chí eLife.

Các tác giả của bài báo bao gồm: Patel, Miriyala, Littleton, Janet Young, Hieko Yang, Yukiko Yamashita, Kiên Trinh, Scott Kennedyand Leo Pallanck. Nghiên cứu đã được tiến hành trong phòng thí nghiệm của các nhà sinh vật học tiến hóa Harmit Singh Malik tại Trung tâm nghiên cứu ung thư Fred Hutchinson.

Nghiên cứu được tài trợ bởi Helen Hay Whitney Foundation, Mathers Foundation và Viện Y tế quốc gia cấp F30 AG045021, GM104990 và GM074108

Bằng chứng mới cho thấy rằng “lời nguyền của mẹ” – khả năng các bà mẹ có thể truyền gen xấu gây hại cho con trai nhưng lại không có tác động đến con gái của họ – thú vị là điều này cũng xảy ra đối với động vật.

Một giả thuyết được đặt ra là có hai phần độc lập của bộ gen trong các tế bào Eukaryote, được tìm thấy ở cả thực vật và động vật, hai phần này cùng tham gia trong một “cuộc chạy đua phân tử xung đột theo định hướng” có tác động đến sức khỏe của cơ thể và tinh thần. Phần lớn bộ gen nằm trong nhân tế bào. Nhưng cũng có một phần gen thứ cấp rất nhỏ nằm trong ty thể.

Về mặt lý thuyết các nhà khoa học thừa nhận rằng ty thể từng là vi khuẩn riêng biệt đã phát triển khả năng khai thác các phân tử oxy có độc tính cao như một nguồn năng lượng mạnh mẽ. Tuy nhiên, các loài Eukaryote lại thiếu khả năng này, vì vậy một vài trong số chúng phải tìm cách nuốt tổ tiên ty thể mà không tiêu hóa nó – chuyển đổi nó thành một “loài cộng sinh” – một sinh vật sống trong cơ thể của sinh vật khác. Không giống như bộ gen nhiễm sắc thể được xây dựng từ sự kết hợp vật liệu di truyền của cả bố và mẹ, bộ gen ty thể chỉ được di truyền từ mẹ. Kết quả là bộ gen ty thể của con đực không di truyền được. Trong khi đó, chọn lọc tự nhiên chủ động ngăn chặn những đột biến trong DNA ty thể (mtDNA) làm suy yếu con cái, nhưng lại không có cơ chế trực tiếp để loại bỏ những suy giảm này ở con đực: dẫn đến cái gọi là “lời nguyền của mẹ”.

Hiện tại, một nhóm các nhà sinh vật học từ Đại Học Vanderbilt và Trung Tâm Nghiên Cứu Ung Thư Fred Hutchinson ở Seattle đã phát hiện ra một đột biến mtDNA ở ruồi giấm Drosophila melanogaster là bằng chứng xác thực cho giả thuyết “lời nguyền của mẹ” ở động vật: Nó làm giảm khả năng sinh sản ở con đực khi chúng già đi nhưng lại không có bất kỳ dấu hiệu nào được nhận thấy trên con cái cùng cha mẹ.

Những “lời nguyền của mẹ” là một trong những hệ quả kỳ lạ của chọn lọc tự nhiên. Theo thuyết tiến hóa, mtDNA và DNA nhiễm sắc thể luôn trong một cuộc cạnh tranh bất tận. Khi một gen tích lũy được các đột biến có lợi, các gen khác cũng buộc phải thích ứng với sự đột biến này, theo giả thuyết Red Queen.

Ở thực vật, bộ gen ty thể lớn hơn, có chứa một số lượng lớn các gen, các trường hợp nổi bật của đột biến male-harming đã được phát hiện. Hệ gen ty thể ở động vật nhỏ hơn, tuy nhiên, lại khó khăn hơn nhiều để phát hiện các đột biến male-harming  tương tự.

Thí nghiệm cuối cùng phát hiện ra đột biến male-harming ở mtDNA đó là một công trình mất hơn bốn năm để hoàn thành. Các nhà khoa học thiết lập 18 dòng ruồi giấm độc lập nhau, gồm 300 con cái và 100 con đực. 12 dòng trong số đó, con cái được thu thập ở tất cả các độ tuổi và cho giao phối với con đực từ quần thể ban đầu. Các nhà nghiên cứu đã tìm ra nó ở độ tuổi 35 (khoảng 70 tuần). Trong 6 dòng còn lại những con cái được cho giao phối với con đực cùng bố mẹ theo lựa chọn của chúng. Trong suốt giai đoạn này các nhà nghiên cứu đã theo dõi hoạt động của ruồi để xác định mức độ tổn hại của con đực.

Sau một năm rưỡi không có ý tưởng và có thể sẽ kết thúc mà không tìm được bất kỳ điều gì có ý nghĩa. Nhưng may mắn thay, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một điểm đột biến mtDNA xuất hiện ở một trong các dòng. Nó làm thay đổi một amino axit đơn trong cấu trúc một tiểu đơn vị của một loại enzyme gọi là cytochrome C oxidase. Các nhà nghiên cứu xác định rằng các đột biến gây ra việc sản xuất tinh trùng và khả năng di chuyển tinh trùng của con đực giảm xuống khi có tuổi nhưng nó không cho thấy bất kỳ tác động nào khác.

“Chúng tôi không tìm được cơ chế chính xác của các đột biến tác động đến khả năng sinh sản,” Patel nói, “nhưng, khi nhìn lại, nó có ý nghĩa. Đột biến có ảnh hưởng đến con đực nhưng con cái lại không bị ảnh hưởng. Đó là sự khác nhau ở con cái và con đực”.

Phát hiện của họ phù hợp với một giả thuyết đã được đề xướng để giải thích mối liên hệ giữa một đột biến mtDNA của con người và sự suy yếu của tinh trùng: Đó là đột biến mtDNA là nguyên nhân đáng kể dẫn đến sự vô sinh ở nam giới không thể chữa được, ảnh hưởng đến 7-10 % nam giới.

Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng enzyme đột biến nhạy cảm với nhiệt độ. Khi nâng nhiệt độ trong lồng thêm 4 độ C dẫn đến kết quả là sự mất tinh trùng của các con ruồi giấm đực . Điều này cho phép các nhà khoa học thực hiện thêm một thử nghiệm kiểm tra một dự đoán khác về giả thuyết lời nguyền của mẹ: bộ gen nhiễm sắc thể cần phát triển các cơ chế khôi phục năng lực do ức chế hoạt động của đột biến mtDNA gây ra hiện tượng male-harming.

Họ đã ghép đôi con cái mang đột biến mtDNA với con đực từ một số chủng ruồi giấm khác nhau được thu thập từ một số địa điểm khác nhau trên khắp thế giới. Sau đó, họ nghiên cứu khả năng sinh sản của con đực và rất ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng các bộ gen nhiễm sắc thể từ rất nhiều chủng có khả năng khôi phục hoàn toàn khả năng sinh sản.

Cuối cùng, “sau 20 năm kể từ khi khả năng “lời nguyền của mẹ” được công nhận, một vài đột biến của ty thể đã được ghi nhận là có những tác động nguy hại nhiều hơn ở con đực, nhưng không một đột biến nào trong số đó thuyết phục được giới khoa học rằng chúng không có bất kỳ tác động xấu nào đến con cái. Nghiên cứu của chúng tôi đã tiên phong để xem xét một cách toàn diện cho các tác dụng có thể của male-harming đến đột biến mtDNA trên con cái. Và may mắn thay chúng tôi đã tìm thấy một đột biến như vậy. Đột biến này gây ra một tác động tiêu cực mà con đực không có. Từ đó chúng tôi đã có thể đánh giá sự ảnh hưởng xấu đến các con cái cùng cha mẹ”, theo Maulik Patel, trợ lý giáo sư khoa học sinh học Vanderbilt, người đứng đầu nghiên cứu.

“Chiến lược chúng tôi sử dụng trong nghiên cứu này, kết hợp với những tiến bộ trong phương pháp thao tác với hệ gen ty thể, cung cấp cho chúng ta những cơ hội mới thú vị để khám phá ra những “mặt tối” của một trong những hình thức cộng sinh lâu đời nhất và quan trọng nhất trên hành tinh. Chúng tôi hy vọng điều này sẽ dẫn đến cách điều trị các bệnh ty thể – chỉ một số ít trong số đó hiện nay có thể điều trị được, và được di truyền cho khoảng 1/200 trẻ sơ sinh với tỷ lệ biểu hiện ra ngoài ở người lớn khoảng 1/5000″, Patel nói.

Với những kết quả được công bố từ công trình nghiên cứu “dài hơi” đó, bức màn bí ẩn từ giả thuyết “lời nguyền của mẹ” đã được vén lên và mở ra những tiềm năng to lớn cho việc điều trị cũng như ngăn chặn các bệnh liên quan đến mtDNA trong tương lai.

Phạm Thị Ly (lược dịch)

Nguồn:

1. Discovery of male-harming DNA mutation reinforces ‘mother’s curse’ hypothesis. Bioengineer.org. 3 August 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.