Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Vùng nước biển xung quanh đảo Helgoland của Đức cung cấp môi trường lý tưởng để nghiên cứu sự nở hoa của tảo vào mùa xuân, trọng tâm nghiên cứu tại Viện Vi sinh vật biển Max Planck từ năm 2009. Trong một nghiên cứu trước đây, các nhà khoa học Max Planck đã quan sát thấy một nhóm vi khuẩn có tên SAR11 phát triển đặc biệt nhanh trong thời kỳ nở hoa này. Tuy nhiên, mặc dù có tốc độ tăng trưởng cao nhưng lượng SAR11 lại giảm khoảng 90% sau 5 ngày. Điều này cho thấy các tế bào đã nhanh chóng bị tiêu diệt bởi những kẻ săn mồi hoặc nhiễm virus, có thể bởi cả hai. Giờ đây, các nhà nghiên cứu của Max Planck đã điều tra chính xác điều gì ẩn sau hiện tượng này.

Tìm thấy các thể thực khuẩn lây nhiễm SAR11

Jan Brüwer, người thực hiện nghiên cứu như một phần của luận án tiến sĩ của mình, giải thích: “Chúng tôi muốn tìm hiểu xem liệu số lượng SAR11 thấp có phải do các thể thực khuẩn gây ra hay không, tức là các loại virus đặc biệt lây nhiễm vào vi khuẩn”. "Trả lời câu hỏi có vẻ đơn giản này lại rất khó khăn về mặt phương pháp."

Sự lây nhiễm thể thực khuẩn diễn ra như thế nào? Thể thực khuẩn lây nhiễm vi khuẩn bằng cách đưa vật liệu di truyền của chúng vào vi khuẩn. Khi đó, nó sẽ sao chép và sử dụng các ribosome của vi khuẩn để tạo ra các protein cần thiết. Các nhà nghiên cứu từ Bremen đã sử dụng một công nghệ cho phép họ “theo dõi” vật liệu di truyền của thể thực khuẩn bên trong tế bào. Jan Brüwer giải thích: “Chúng tôi có thể nhuộm các gen của thể thực khuẩn cụ thể và sau đó quan sát chúng dưới kính hiển vi. Vì chúng tôi cũng có thể nhuộm vật liệu di truyền của SAR11, nên chúng tôi có thể đồng thời phát hiện các tế bào SAR11 bị nhiễm thể thực khuẩn”.

Mặc dù điều này có vẻ đơn giản, nhưng độ sáng thấp và kích thước nhỏ của gen của thể thực khuẩn khiến các nghiên cứu phát hiện ra chúng gặp khó khăn. Tuy nhiên, hàng nghìn hình ảnh kính hiển vi đã được phân tích thành công, mang lại một số tin tức thú vị.

Jan Brüwer cho biết: “Chúng tôi thấy rằng vi khuẩn SAR11 đang bị các thể thực khuẩn tấn công mạnh mẽ”. “Trong những thời kỳ tăng trưởng nhanh, chẳng hạn như những giai đoạn liên quan đến tảo nở hoa vào mùa xuân, gần 20% tế bào bị nhiễm bệnh, điều này giải thích cho số lượng tế bào thấp. Vì vậy, các thể thực khuẩn là mắt xích còn thiếu giải thích bí ẩn này.”

Tế bào zombie: Một hiện tượng toàn cầu

Trước sự ngạc nhiên của các nhà khoa học, những hình ảnh còn tiết lộ nhiều điều hơn thế. Brüwer giải thích: “Chúng tôi phát hiện ra rằng một số tế bào SAR11 bị nhiễm thể thực khuẩn không còn chứa ribosome nữa. Những tế bào này có thể đang ở trạng thái chuyển tiếp giữa sự sống và cái chết, do đó chúng tôi gọi chúng là tế bào ‘thây ma-zombie’.

Tế bào zombie đại diện cho một hiện tượng mới được quan sát thấy không chỉ trong môi trường nuôi cấy SAR11 thuần túy mà còn trong các mẫu được thu thập ngoài khơi Helgoland. Hơn nữa, phân tích các mẫu từ Đại Tây Dương, Nam Đại Dương và Thái Bình Dương cho thấy sự hiện diện của các tế bào zombie, cho thấy hiện tượng này xảy ra trên toàn thế giới.

Brüwer nhấn mạnh: “Trong nghiên cứu của chúng tôi, tế bào zombie chiếm tới 10% tổng số tế bào trên biển. Sự xuất hiện toàn cầu của tế bào zombie giúp mở rộng hiểu biết của chúng tôi về chu kỳ lây nhiễm virus”. “Chúng tôi nghi ngờ rằng trong các tế bào zombie, axit nucleic chứa trong ribosome bị phân hủy và tái tạo DNA của thể thực khuẩn mới.”

Brüwer và các đồng nghiệp đưa ra giả thuyết rằng không chỉ vi khuẩn SAR11 mà cả các vi khuẩn khác cũng có thể biến thành zombie. Vì vậy, họ muốn nghiên cứu sâu hơn về sự phân bố của tế bào zombie và vai trò của chúng trong chu kỳ lây nhiễm virus.

Brüwer nhấn mạnh: “Phát hiện mới này chứng minh rằng quần thể SAR11, mặc dù phân chia rất nhanh, nhưng vẫn được kiểm soát và điều chỉnh một cách ồ ạt bởi các thể thực khuẩn”. "SAR11 rất quan trọng đối với các chu trình sinh địa hóa toàn cầu, bao gồm cả chu trình carbon, do đó vai trò của chúng trong đại dương phải được xác định lại. Công trình của chúng tôi nhấn mạnh vai trò của các thể thực khuẩn trong hệ sinh thái biển và tầm quan trọng của các tương tác vi sinh vật trong đại dương."

Nguồn bài viết: Tài liệu Max Planck Institute for Marine Microbiology. cung cấp. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về phong cách và độ dài.
Tạp chí tham khảo:
Jan D. Brüwer, Chandni Sidhu, Yanlin Zhao, Andreas Eich, Leonard Rößler, Luis H. Orellana, Bernhard M. Fuchs. Globally occurring pelagiphage infections create ribosome-deprived cells. Nature Communications, 2024; 15 (1) DOI: 10.1038/s41467-024-48172-w
Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/05/240517111533.htm