Bí ẩn cuộc "xâm lăng" của binh đoàn virus cổ đại

Vào tháng 7 vừa qua, các nhà khoa học đã phát hiện ra một loại protein đột biến trong tĩnh mạch của một số phụ nữ mang thai - protein Hemo. Không ai chắc chắn vì sao lại có sự tồn tại của loại protein này.

Họ cho rằng loại protein bí ẩn này xuất hiện trong bào thai hoặc nhau thai do một loại virus từng gây đột biến gen cho tổ tiên của động vật có vú 100 triệu năm về trước.

Phôi thai 45 ngày tuổi. Các nhà khoa học đã phát hiện ra protein Hemo, có trong bào thai và nhau thai, được tạo ra từ DNA của virus cổ đại xuất hiện từ 100 triệu năm trước (100 triệu năm tương ứng với thời kỳ những con khủng long còn tồn tại trên Trái Đất)

Các cuộc nghiên cứu mới chỉ bắt đầu

Hemo không phải là protein duy nhất có nguồn gốc từ bên ngoài: DNA của con người chứa khoảng 100.000 mẫu DNA virus. Tổng cộng, chúng chiếm khoảng 8% bộ gen của con người. những hiểu biết về vai trò của những DNA virus này vẫn đang ở mức rất sơ khai. Và chúng ta hiện vẫn không chắc chắn về mục đích của những kẻ xâm lược này.

Trong một nghiên cứu được xuất bản tạp chí Trends in Microbiology, Tiến sỹ Aris Katzourakis, nhà nghiên cứu virus tại Đại học Oxford, và các cộng sự của ông đã khám phá ra khả năng gen virus sản sinh ra các protein như Hemo đang ảnh hưởng đến sức khoẻ của chúng ta bằng nhiều cách khác nhau. Một số thì bảo vệ chúng ta khỏi bệnh tật. Số khác lại làm tăng nguy cơ mắc bệnh ung thư.

Tiến sĩ Katzourakis cho biết: "Nó không chỉ đơn giản là tốt hay xấu mà còn phức tạp hơn thế. Chúng tôi chỉ mới bắt đầu cuộc nghiên cứu này."

Quá trình xâm chiếm vào DNA của các "vị khách không mời"

Hầu hết DNA virus xuất phát từ một nhóm virus đặc biệt: retrovirus (nhóm virus này bao gồm cả virus HIV).

Các virus cổ đại phải chăng đơn giản chỉ là những hóa thạch, giống như những con muỗi trong hổ phách, bị mắc kẹt và bảo tồn trong các bộ gen lớn trong khi chức năng của chúng bị mất dần đi?

Retrovirus xâm chiếm một tế bào chủ và chèn gen của nó vào DNA của tế bào đó. Cứ thế cơ thể ta vô tình sao chép DNA của virus này và tạo ra những virus mới. Các vị khách không mời này sẽ tiếp tục xâm nhập vào các tế bào khác trong cơ thể. Nếu retrovirus chọn tế bào trứng hoặc tinh trùng để "cư trú", DNA của nó có thể được truyền cho thế hệ con cháu chúng ta từ thế hệ này qua thế hệ khác. Trong trường hợp này, các nhà khoa học gọi nó là retrovirus nội sinh.

Lúc đầu, các retrovirus nội sinh tạo ra các tế bào retrovirus có khả năng lây nhiễm sang các tế bào khác. Nhưng qua nhiều thế hệ, virus DNA đột biến, retrovirus nội sinh cuối cùng mất khả năng lây nhiễm sang các tế bào mới. Dù vậy, đôi khi nó vẫn có khả năng tạo ra protein rồi tiếp tục sinh sản. Chúng có khả năng đánh lừa các tế bào cơ thể sao chép DNA của chúng, rồi đưa các DNA này vào hệ thống gen của người.

Sau một lần nhiễm trùng, một retrovirus nội sinh có thể tạo ra hàng trăm bản sao trong DNA của cơ thể.

Một số retrovirus nội sinh chỉ tồn tại trong cơ thể con người, số khác được tìm thấy trong nhiều loài sinh vật khác. Một nghiên cứu của tiến sĩ Katzourakis vào tháng 1 cho thấy, có một loại retrovirus phổ biến ở động vật có vú cũng hiện diện trong loài cá như cá tuyết và cá ngừ. Bài nghiên cứu cũng chỉ ra rằng retrovirus có thể đã xâm nhập vào cơ thể sinh vật biển - tổ tiên của chúng ta, cách đây 450 triệu năm, thậm chí có thể sớm hơn.

Tương tự như khả năng phòng vệ chống lại virus sống tự do, cơ thể chúng ta cũng đã phát triển hệ thống phòng vệ chống lại retrovirus nội sinh. Ví dụ, các tế bào của chúng ta có thể triển khai các phân tử chặn gen virus lên DNA để chống lại sự xâm nhiễm của “kẻ thù”. Nhưng đôi khi các virus này vẫn có thể “lách luật”. Các nhà khoa học đã tìm thấy nhiều trường hợp tế bào khối u chứa protein được tạo ra bởi các retrovirus nội sinh.

DNA virus chúng chiếm khoảng 8% bộ gen của con người.

Liệu các retrovirus nội sinh có thể gây ung thư?

Phát hiện trên đã gây ra một cuộc tranh luận dài tập và chưa có hồi kết: Liệu các retrovirus nội sinh có thể gây ung thư?

Các nghiên cứu gần đây cho thấy điều này hoàn toàn có thể xảy ra. Một nhóm các nhà khoa học người Pháp đã thực hiện một nghiên cứu, trong đó “ép” các tế bào khỏe mạnh của con người tạo ra protein virus giả lập thường được tìm thấy trong các tế bào ung thư và quan sát nghiên cứu sự phát triển của chúng trong đĩa thí nghiệm.

Họ nhận thấy protein khiến tế bào khỏe mạnh có những chuyển biến đáng ngờ như các tế bào ung thư. Hình dạng của chúng trở nên dài, gầy guộc và bắt đầu di chuyển quanh đĩa thí nghiệm. Bên cạnh đó, protein virus cũng "ép buộc" tế bào khỏe mạnh sao chép các DNA gây bệnh ung thư của nó.

Tuy nhiên, John M. Coffin, một nhà virus học tại Đại học Tufts cho rằng có thể vẫn còn nhiều tác động khác mà mắt người không nhìn thấy được. Ông phỏng đoán rằng trong nhiều trường hợp, các tế bào ung thư tạo ra các protein virus chỉ vì chúng trao đổi những gen tương đồng giữa tế bào ung thư và tế bào con người.

Tiến sĩ Coffin cho rằng: "Đây là cơ hội cho chúng tôi để bắt đầu nghiên cứu”.

Đôi khi chúng ta phải dựa vào retrovirus nội sinh để thực hiện một số chức năng như tạo ra protein chống lại một số loại virus gây hại khác. Một số protein virus có vai trò quan trọng trong quá trình sinh sản. Chẳng hạn như Placentas tạo ra protein virus syncytins hợp nhất các tế bào nhau thai, rất quan trọng trong sự phát triển của bào thai.

Coffin cho biết thêm: “Trong một vài trường hợp, cơ thể chúng ta đã thuần hóa được virus. Nhưng nghiên cứu của tôi không bao gồm syncytins và sự tiến hóa của động vật có vú có vẻ rất khác biệt.”

Các nhà khoa học đã tìm thấy nhiều trường hợp tế bào khối u chứa protein được tạo ra bởi các retrovirus nội sinh.

Cách đây 5 năm, nhà sinh học người Pháp Odile Heidmann và các cộng sự của cô đã tìm kiếm các retrovirus nội sinh khác trong hệ gen của con người.

Tiến sĩ Heidmann, người làm việc tại Gutave Roussy - một viện nghiên cứu ung thư ở Paris, phát hiện ra một đoạn DNA virus đã bị bỏ sót. Cô và các đồng nghiệp của cô đặt tên nó là Hemo.

Tiến sĩ Heidmann đã rất ngạc nhiên khi phát hiện các phiên bản Hemo ở các loài động vật khác. Một trong số đó là linh trưởng. Ở loài linh trưởng, gen tạo ra protein này hầu như không thay đổi qua các thế hệ.

Tiến sĩ Heidmann cho rằng, sự thống nhất của Hemo trong nhiều loài cho thấy gen và protein của nó phải có một vai trò cực kì quan trọng đối với sự sống: "Nó không chỉ đơn thuần là quá trình di truyền. Các đột biến Hemo phải có hại hoặc thậm chí gây tử vong cho những động vật không may mắn có chúng.”

Cho đến nay Tiến sĩ Heidmann và các đồng nghiệp của cô cũng không thể hiểu tại sao nhau thai lại tạo ra Hemo và trở thành tế bào trong phôi thai lúc mới hình thành.

“Nó rất khôn ngoan và đầy kinh nghiệm. Có khả năng protein Hemo là một thông điệp bào thai gửi đến người mẹ, làm suy giảm hệ thống miễn dịch của người mẹ để hệ thống miễn dịch không tấn công thai nhi”, Tiến sĩ Heidmann cho biết thêm.

Nhưng vẫn có khả năng khác xảy ra

Các nghiên cứu gần đây cho thấy: giai đoạn đầu của phôi thai là địa bàn hoạt động của retrovirus nội sinh. Để hiểu được tại sao các tế bào mầm phôi lại tạo ra protein này, các nhà khoa học đã làm một thí nghiệm xem những gì sẽ xảy ra khi không có loại gen này.

Thí nghiệm cho thấy các protein virus giúp phôi thai phát triển nhiều mô khác nhau. Ngay từ đầu, các tế bào trong phôi có thể biến thành bất kỳ mô nào. Khi các tế bào gốc phân chia, chúng có thể mất tính linh hoạt này và chỉ phát triển thành một loại tế bào đồng nhất rồi mất đi các gen virus.

Tiến sĩ Gkikas Magiorkinis của Đại học Athens đã suy đoán rằng, mục đích ban đầu của tính năng này không tốt. Virus có thể đã khai thác phôi để tự tạo ra nhiều bản sao hơn. Bằng cách giữ tế bào chủ của chúng như tế bào gốc lâu hơn, virus có thể xâm chiếm nhiều phần của cơ thể phôi thai.

Tiến sĩ Magiorkinis cho biết: “Khi tế bào gốc phát triển, nó sẽ sao chép retrovirus trong hầu hết các tế bào của nó."

Tuy nhiên, chiến lược này không chỉ dừng lại ở việc tạo ra nhiều virus hơn. Nó có thể giúp tế bào gốc sản sinh ra nhiều trứng hoặc tinh trùng trong phôi, các virus cũng tăng xác suất di truyền vào thế hệ sau.

Nói cách khác, những mầm phôi có thể đã lợi dụng sự xảo quyệt của các virus này để phát triển. "Chúng tôi vẫn đang tìm hiểu những lợi ích mà các virus này mang lại", Tiến sĩ Katzourakis cho biết thêm.

Trên thực tế, nhiều nhà khoa học đã hài hước cho rằng, những phát hiện về virus cổ đại có trong DNA của người đã đặt ra thêm nhiều câu hỏi hơn là cái nó có thể trả lời.