Loài giun quái vật mọc đầu và não của loài khác

Giun dẹp G. dorotocephala tái tạo lại đầu và não mang hình dạng của loài giun khác khi sự giao tiếp tế bào của chúng bị gián đoạn. Ảnh: Tạp chí Khoa học Phân tử Quốc tế.

Theo Live Science, nghiên cứu này là một ví dụ cho thấy quá trình phát triển không chỉ bị điều khiển bởi yếu tố di truyền. Các nhà khoa học hoàn toàn không biến đổi ADN của giun mà chỉ thay đổi các protein liên lạc giữa các tế bào.

"Mọi người thường nghĩ rằng trình tự và cấu trúc của sợi nhiễm sắc - vật liệu tạo nên nhiễm sắc thể - quyết định hình dạng của cá thể, nhưng kết quả nghiên cứu cho thấy rằng chức năng của các hệ thống sinh lý có thể phớt lờ các cấu trúc đặc trưng của loài",  Micheal Levin, nhà nghiên cứu công trình, thuộc đại học Tufts nói. Nghiên cứu này được công bố trên Tạp chí Khoa học Phân tử Quốc tế hôm 24/11.

Tuy sự thay đổi này chỉ là tạm thời, khi đầu của giun trở lại hình dạng nguyên thủy của chúng sau vài tuần, các nhà nghiên cứu vẫn hy vọng rằng phát hiện này sẽ đưa đến giải pháp cho việc điều trị những dị tật bẩm sinh và thậm chí là liệu pháp y học tái tạo, với mục tiêu thay thế hoặc tái tạo lại mô và các cơ quan bị tổn thương.

Nghiên cứu được tiến hành trên loài giun dẹp nhỏ sống ở nước ngọt Girardia dorotocephala, có khả năng tự tái sinh các mô bị mất. Những con giun dẹp này giữ lại một số lượng lớn tế bào linh hoạt (neoblasts) là một loại tế bào gốc toàn năng, nghĩa là chúng có thể biến đổi thành bất kì loại tế bào nào của cơ thể. Đối với con người, tế bào chỉ ở dạng toàn năng vào những ngày đầu tiên trong chu kì phát triển phôi.

Đầu tiên, các nhà khoa học cắt đầu mẫu vật. Sau đó, để thay đổi khả năng tái sinh vùng đầu, Levin và đồng nghiệp đã cản trở các kênh protein được gọi là khe tiếp hợp (gap junctions). Tế bào giao tiếp với nhau bằng cách gửi các xung điện qua những khe này. Nhóm nghiên cứu thấy rằng họ có thể dễ dàng thúc cho giun phát triển đầu và não có hình dạng tương tự với những loài giun dẹp có quan hệ họ hàng gần gũi với chúng.

Thông thường G. dorotocephala có đầu nhọn và hai mấu lồi thon dài giống hình tai (gọi là tâm nhĩ) nằm ngay cạnh mắt. Sauk hi được xử lý, vài con giun vẫn mọc lại đầu bình thường trong khi số khác mọc đầu tròn giống của loài S. mediterranea; đầu với cổ dày và "tai mèo" của loài P.felina; hoặc là đầu tam giác của loài D. japonica.

Hình dạng não khá phù hợp với hình dạng biến đổi của đầu, ví dụ như những con giun có phần đầu được tái sinh giống với loài D.japonica cũng có phần đặc điểm cấu tạo não ngắn và rộng hơn so với loài G. dorotocephala.

Nếu như vị trí hai loài càng xa nhau trên cây tiến hóa thì hiệu ứng pha trộn và kết hợp này lại càng khó xảy ra. 

Mô hình máy tính cho thấy sự thay đổi hình dáng đầu có được là do sự bất hoạt của những tế bào khác nhau. Ảnh: Live Science

"Phát hiện này gợi lên những câu hỏi về cách thức tương tác giữa hệ gene và hệ thống điện sinh học để tạo nên cấu trúc cơ thể phức tạp", Levin nói.

Nếu như gene là bản thiết kế cho cơ thể, tế bào là những công nhân cần thiết để hiện thực hóa kế hoạch và khe tiếp hợp chính là những sứ giả liên kết công nhân với nhau. Làm gián đoạn quá trình liên lạc này, bạn có thể làm gián đoạn quá trình xây dựng.

Đầu của G. dorotocephala chỉ bị biến đổi trong một khoảng thời gian nhất định trước khi tế bào linh hoạt của nó chiếm ưu thế và biến đổi đầu và não về hình dạng cũ. Tuy nhiên, phòng thí nghiệm của Levin từng làm cho những loài giun dẹp khác mọc hai đầu và giữ nguyên như vậy.

Họ đặt tên cho loài giun kỳ lạ này là giun dẹp Franken, theo tên nhân vật Frankenstein trong tiểu thuyết giả tưởng của nhà văn Marry Shell thường được chọn làm nhân vật hóa trang trong lễ Halloween vì vẻ ngoài kinh dị.

Phương Chu