Các nhà khoa học vừa phát hiện một sinh vật cực nhỏ mang bộ gen kỳ lạ, chỉ chứa 189 gen mã hóa protein, khiến nó trở thành một trong những sinh vật đơn bào có bộ gen nhỏ nhất từng được biết đến. Sukunaarchaeum, tên tạm đặt của vi khuẩn cổ này, tuy không phải virus nhưng chúng lại có điểm chung quan trọng: chúng chỉ tồn tại để nhân bản chính mình.
Mục lục
Sinh vật đặc biệt giống virus
Ẩn sâu trong loài tảo lông roi biển Citharistes regius là một vi sinh vật nhỏ bé đến mức các nhà nghiên cứu gần như không thể tin vào mắt mình khi lần đầu tiên giải mã bộ gen của nó. Với kích thước chỉ 238.000 cặp base (bp), ít hơn 5% so với bộ gen của vi khuẩn E. coli, Sukunaarchaeum thực sự là một sinh vật kỳ lạ.
Điều đáng chú ý là phần lớn các gen của nó tập trung vào một nhiệm vụ duy nhất: sao chép bộ gen. Nó thiếu gần như toàn bộ các con đường trao đổi chất cơ bản, từ tổng hợp axit amin đến sản xuất nucleotide – những khối xây dựng cơ bản của sự sống. Điều đó khiến nó phải dựa hoàn toàn vào vật chủ để tồn tại.
Phát hiện tình cờ ở đại dương
Nhóm nghiên cứu từ Đại học Tsukuba ban đầu chỉ đơn giản là muốn giải trình tự toàn bộ ADN trong tế bào C. regius, một loài tảo lông roi được biết đến với khả năng cộng sinh với vi khuẩn lam. Nhưng thay vì chỉ tìm thấy ADN của tảo và vi khuẩn cộng sinh như dự đoán, họ vô tình phát hiện ra vòng ADN nhỏ bé này.
Giáo sư Takuro Nakayama, trưởng nhóm nghiên cứu, chia sẻ: “Ban đầu, chúng tôi nghĩ đây chỉ là một sản phẩm phụ trong quá trình giải trình tự. Nhưng sau nhiều phương pháp kiểm tra khác nhau, chúng tôi buộc phải thừa nhận rằng đây thực sự là bộ gen của một sinh vật sống”.
Ranh giới mờ nhạt giữa tế bào và virus
Sukunaarchaeum không phải sinh vật có bộ gen nhỏ nhất từng được biết đến – kỷ lục đó thuộc về một loài vi khuẩn sống trong côn trùng với bộ gen chỉ 160.000 bp. Tuy nhiên, điểm khác biệt lớn là loài vi khuẩn kia vẫn có khả năng tổng hợp các phân tử hữu ích cho vật chủ, trong khi Sukunaarchaeum thì không.
“Nó gần như không có bất kỳ con đường trao đổi chất nào có thể nhận biết được”, Nakayama giải thích. “Điều này cho thấy mối quan hệ ký sinh hoặc bóc lột một chiều giữa vi sinh vật này với vật chủ của nó”.
Tuy nhiên, Sukunaarchaeum có một điểm khác biệt quan trọng với virus: nó có khả năng tự sao chép vật chất di truyền mà không cần chiếm dụng bộ máy tế bào của vật chủ. Gần như tất cả gen được xác định của nó đều liên quan đến quá trình sao chép, phiên mã và dịch mã ADN.
Mảnh ghép quan trọng trong tiến hóa
Phát hiện này đã mở ra những câu hỏi thú vị về nguồn gốc tiến hóa của virus. Kate Adamala, nhà sinh học tổng hợp tại Đại học Minnesota, cho biết: “Nếu Sukunaarchaeum thực sự là một vi sinh vật đang trên đường trở thành virus, nó có thể cho chúng ta biết về cách virus tiến hóa ngay từ đầu”.
Điều đáng ngạc nhiên là Sukunaarchaeum không phải là trường hợp duy nhất. Khi các nhà nghiên cứu kiểm tra các trình tự ADN từ nước biển trên khắp thế giới, họ phát hiện nhiều trình tự tương tự. “Đó là khi chúng tôi nhận ra mình không chỉ tìm thấy một sinh vật kỳ lạ đơn lẻ, mà đã khám phá ra bộ gen hoàn chỉnh đầu tiên của một nhóm vi khuẩn cổ chưa từng được biết đến trước đây”, Nakayama nói.
Hành trình khám phá tiếp theo
Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang cố gắng chụp ảnh Sukunaarchaeum – một thử thách không nhỏ khi kích thước của nó có lẽ chưa đến 1 micron. Họ cũng đang nỗ lực tìm hiểu mối quan hệ tiến hóa của nó với các vi khuẩn cổ khác và xác định chức năng cụ thể của các protein mà nó tạo ra.
Phát hiện này không chỉ thách thức hiểu biết của chúng ta về ranh giới giữa sự sống tế bào và virus, mà còn nhắc nhở rằng thế giới vi sinh vật vẫn còn rất nhiều bí ẩn đang chờ được khám phá.
