Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Khám phá này, được công bố trên tạp chí PLOS Biology, đã dùng cá làm một mô hình thí nghiệm để nghiên cứu làm thế nào thông tin di truyền cổ xưa này – đã tồn tại trong suốt 420 triệu năm tiến hóa – có thể chi phối sự phát triển cũng như các rối loạn chức năng ở ruột.

“Nghiên cứu của chúng tôi đã tiết lộ rằng những đặc điểm sinh học của ruột được bảo tồn trong suốt quá trình tiến hóa của động vật có xương sống, đưa ra giả thuyết rằng đây là mấu chốt quan trọng của sức khỏe hệ tiêu hóa,” TS. John F. Rawls, tác giả chính của nghiên cứu và là phó giáo sư ngành Di truyền Phân tử và Vi sinh vật tại Khoa Y, Đại học Duke phát biểu. “Bằng cách làm này, chúng tôi đã xây dựng được mô hình cho các nghiên cứu về cơ chế sinh học của ruột ở các thí nghiệm không dùng đối tượng con người như cá và chuột vì lý do không thể thực hiện thí nghiệm trên người.”

Đối với tất cả các động vật có xương sống, ruột có rất nhiều vai trò quan trọng. Chúng hấp thu chất dinh dưỡng, kích hoạt hệ thống miễn dịch, xử lý chất độc và thuốc, và tạo một rào cản quan trọng ngăn cản các vi sinh vật. Khuyếm khuyết ở các tế bào biểu mô ruột sẽ dẫn đến vô số các căn bệnh, bao gồm viêm đại tràng, ung thư trực tràng, dị ứng thực phẩm, tiểu đường, suy dinh dưỡng và tiêu chảy nhiễm trùng.

Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã dựa vào các mô hình động vật để thu thập thông tin về các tế bào biểu mô ruột với mục đích giúp chống lại các căn bệnh trên người. Nhưng không rõ các tế bào này có sự tương đồng đến mức độ nào giữa các loài khác nhau.

Ở nghiên cứu này, Rawls và nhóm của ông đã dùng cách tiếp cận so sánh sinh học để giải đáp vấn đề. Nghiên cứu này có sự phối hợp của TS. Colin R. Lickwar và cộng sự để tạo nên dữ liệu bộ gen của các tế bào biểu mô của bốn sinh vật khác xa nhau trong chuỗi tiến hóa: cá ngựa vằn, cá gai, chuột và người. Sau đó, Lickwar vẽ nên các bản đồ gen cho mỗi loài mô tả không chỉ mức độ hoạt động của tất cả các gen mà còn cả vị trí các trình tự di truyền chuyên biệt hay các yếu tố điều hòa bật/tắt sự hoạt động của các gen.

Lickwar rất ngạc nhiên khi nhận thấy sự tương đồng đáng kể giữa các loài động vật có xương sống. Ông xác định một nhóm các gen phổ biến – dấu hiệu di truyền đặc trưng cho tế bào biểu mô ruột – một số chúng có chung cách thức hoạt động ở một số vùng chuyên biệt suốt dọc chiều dài của ruột. Ngoài ra, khá nhiều gen có mặt trong vùng mang dấu hiệu bảo tồn này trước đây đã được xác định có liên hệ đến nhiều bệnh trên người. Lickwar và Rawls thắc mắc rằng liệu các dấu hiệu di truyền bảo tồn này có được điều khiển bởi các yếu tố điều hòa di truyền vốn cũng được chia sẻ giữa các loài hay không.

Để kiểm tra vấn đề trên, họ lấy vô số các yếu tố điều hòa trên cá, chuột và người và đưa chúng vào cá ngựa vằn. Vì cá ngựa vằn có cơ thể trong suốt, các nhà khoa học có thể quan sát dưới kính hiển vi các mảng màu để xác định liệu biểu hiện của protein huỳnh quang màu xanh hay màu đỏ, sau khi gen mã hóa của chúng được chèn vào cùng với các yếu tố điều hòa, có được kích hoạt trong ruột hay không. Họ nhận thấy rằng các yếu tố điều hòa có nguồn gốc từ các loài khác vẫn hoạt động được trên cá ngựa vằn, chứng tỏ rằng các yếu tố điều hòa này có mức độ bảo tồn cực kỳ cao.

“Khám phá của chúng tôi gợi ý rằng các tế bào biểu mô ruột có thể sử dụng một chương trình hoạt động chủ chốt cổ xưa để thực hiện vai trò của chúng trong cơ thể hầu hết các loài động vật có xương sống.” Lickwar, trưởng nhóm nghiên cứu, phát biểu. “Hiện tại vì chúng tôi đã xác định được chương trình chủ chốt này nên chúng tôi có thể dễ dàng kết nối kết quả qua lại giữa người và cá ngựa vằn.

Nghiên cứu được hỗ trợ bởi Viện Sức khỏe Quốc gia (P01-DK094779) và Đại học Duke.

Trích dẫn: "Genomic Dissection of Conserved Transcriptional Regulation in Intestinal Epithelial Cells," Colin R. Lickwar, J. Gray Camp, Matthew Weiser, Jordan L. Cocchiaro, David M. Kingsley, Terrence S. Furey, Shehzad Z. Sheikh, and John F. Rawls. PLOS Biology, Aug. 29, 2017. DOI: 10.1371/journal.pbio.2002054 http://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.2002054

Nguồn: https://www.eurekalert.org/pub_releases/2017-08/du-smg082917.php