Một cấu trúc DNA giống với loài Borg trong Star Trek vừa được các nhà khoa học tìm thấy

Người Đưa Tin30 tháng 7 • 7 min read • 

Trong bộ phim Star Trek, chúng ta đã biết đến một chủng tộc người ngoài hành tinh có tên gọi là Borg. Những sinh vật này có một nửa là người một nửa là máy. Borg có một khả năng rất đặc biệt, nó có thể đồng hoá các sinh vật (thậm chí là máy móc) thuộc về các chủng tộc khác trong vũ trụ.

Điều này được thực hiện bằng những robot nano có kích thước bằng tế bào hồng cầu sinh ra từ trong cơ thể Borg. Khi muốn đồng hoá một ai đó, Borg sẽ tiêm robot nano của mình vào người đó. Những con robot sẽ chui vào từng tế bào, đọc mã gen của sinh vật đồng hoá và ăn cắp mọi sự tinh túy cũng như công nghệ thuộc về chủng tộc đó để gửi về bộ não chủ của loài Borg.

Sinh vật bị đồng hoá sau đó cũng biến thành nửa người nửa máy và được kết nạp vào tộc Borg để tiếp tục đi đồng hoá các sinh vật khác. Nhờ khả năng đồng hoá này, Borg liên tục thu thập được những gì được gọi là tinh túy nhất trong vũ trụ. Chúng nhắm đến mục tiêu tối thượng là trở thành một sinh vật hoàn hảo nhất trong Star Trek.

Bây giờ, tại một bãi bùn lầy ở miền tây nước Mỹ, một nhóm các nhà khoa học dường như đã tìm thấy một thứ gì đó giống với Borg. Đó là một cấu trúc di truyền khổng lồ có khả năng giúp một loài vi khuẩn cổ tên là Methanoperedens đồng hóa các sinh vật xung quanh mình.

Các nhà khoa học nhận định Borg ở vi khuẩn cổ rất giống với bộ máy CRISPR ở vi khuẩn. Và nếu chúng ta đã học tập được vi khuẩn để dùng CRISPR như một công cụ chỉnh sửa gen, trong tương lai chúng ta cũng có thể dùng Borg vào mục đích nào đó tương tự.

Biết đâu nó sẽ giúp chúng ta trở thành Borg trong Star Trek thì sao? Cứ thử nhìn vào tốc độ phát triển của lĩnh vực CRISPR trong 10 năm trở lại đây, chúng ta có quyền hi vọng.

Một cấu trúc di truyền chưa từng được biết đến

Borg được xác định là một yếu tố ngoại nhiễm sắc thể (ECE), hay các DNA ngoại bào. DNA ngoại bào là những cấu trúc di truyền nằm ở bên ngoài hạt nhân nhưng vẫn thể hiện các tính chất di truyền.Nó chính là miền đất mà tế vào vi khuẩn học được khả năng kháng kháng sinh và một số tế bào người đã biến thành tế bào ung thư.

Jill Banfield, một nhà vi sinh vật học tại Đại học California, Berkeley, cho biết Borg là một loại ECE chưa từng được biết đến trước đây. Là một DNA ngoại bào, nhưng nó có một kích thước khổng lồ với chiều dài từ 600.000 cho đến 1 triệu cặp cơ sở.

Đây chính là đặc điểm cơ bản để phân biệt Borg với nhiều DNA ngoại bào khác. Trên thực tế, Borg lớn đến mức chúng có chiều dài bằng một phần ba chiều dài của nhiễm sắc thể chính trong vi sinh vật chủ, Banfield nói. Và cũng giống như sinh vật ngoài hành tinh trong Star Trek, bất cứ sinh vật nào có được Borg cũng sẽ trở thành Borg.

Vi khuẩn cổ dưới kính hiển vi điện tử

Những cấu trúc Borg đầu tiên được Banfield tìm thấy khi đang khảo sát những vi khuẩn ăn metan ở một vùng đất ngập nước thuộc California. Công việc nằm trong một nghiên cứu lớn với nhiệm vụ tìm hiểu cách vi khuẩn tác động đến chu trình carbon của Trái Đất.

Tại đây, Banfield nhận ra các cấu trúc Borg dường như có liên quan đến vi khuẩn cổ, là những vi sinh vật đơn bào thuộc một dòng khác với với vi khuẩn. Cụ thể, loài vi khuẩn cổ tên là Methanoperedens, chúng tiêu hóa và phân hủy khí metan. Banfield cho biết gen Borg có liên quan đến quá trình này.

Nhưng tại sao một vi khuẩn cổ lại phát triển một cấu trúc đồng hóa như Borg? Việc duy trì một DNA ngoại bào khổng lồ như vậy sẽ rất tốn kém năng lượng và cả vật chất sinh học đối với một loài như Methanoperedens, Banfield và các đồng nghiệp nói, vì vậy cấu trúc DNA phải mang lại một lợi ích nào đó.

Để tìm hiểu lợi ích đó là gì, các nhà nghiên cứu đã phân tích trình tự của hàng trăm gen Borg và so sánh chúng với các gen đã biết. Quá trình này giúp Banfield phát hiện các sinh vật dường như chứa nhiều gen cần thiết cho toàn bộ quá trình trao đổi chất, bao gồm cả việc tiêu hóa khí metan.

Banfield mô tả Borg là "một hộp công cụ" đã đem đến cho Methanoperedens siêu năng lực. Ban đầu, nó có thể là một vi khuẩn cổ rất bình thường và vô dụng. Nhưng bằng cách đồng hóa các sinh vật xung quanh mình, Borg đã đem đến cho Methanoperedens chức năng phân giải metan để lấy năng lượng sống.

Bộ gen trong nhiễm sắc thể của chính Methanoperedens cũng chứa nhiều đặc điểm từ nguồn gen của các sinh vật khác chứ không phải là của bản thân nó, Banfield nói.

Ảnh chụp của một loài Methanoperedens dưới kính hiển vi.

Chúng ta sẽ có một công cụ gen mạnh như CRISPR?

Nhưng quá trình mà Borg đồng hóa các vi sinh vật bên cạnh nó diễn ra như thế nào vẫn là một bí ẩn. Banfield cho biết cơ chế có thể giống với chiếc kéo phân tử CRISPR của các loài vi khuẩn, trong đó vi khuẩn cũng có khả năng kết nạp các đoạn RNA của virus vào bộ gen của mình để nhận diện và tiêu diệt chúng.

Con người đã học tập CRISPR của vi khuẩn và biến nó thành một công cụ chỉnh sửa gen cho giống loài mình. Bây giờ, nếu Borg cũng hoạt động trên cơ chế tương tự, Banfield dự đoán nó cũng có thể được phát triển thành một công cụ tiềm năng.

Nhưng liệu con người sẽ dùng Borg để làm gì? Liệu chúng ta có khả năng biến chính mình thành Borg để thu thập DNA tinh túy của các loài khác hay không? Để trả lời được những câu hỏi đó, trước mắt, Banfield cho biết cô sẽ hợp tác với Jennifer Doudna, nhà khoa học phát minh ra công cụ chỉnh sửa gen CRISPR 10 năm về trước để tìm hiểu cơ chế của Borg.

Mặt khác, cô vẫn sẽ theo đuổi hướng nghiên cứu các vi sinh vật có thể giúp phân giải khí metan và chống lại biến đổi khí hậu. Ở đây, những vi sinh vật Borg đã có thể giúp ích. Banfield cho biết các vi sinh vật sống trong đất có thể giúp hành tinh giải quyết 1 gigatonne metan mỗi năm.

Để thúc đẩy quá trình đó, cô vẫn đang cùng với các đồng nghiệp của mình đi săn Borg trên những cánh đồng có bãi lầy ở California. Nghiên cứu của họ đã được công bố trên nền tảng trước xuất bản bioRxiv, trong đó có ít nhất 19 loại Borg đã được tìm thấy.

Tham khảo Nature

Nguồn: Genk

#Tin Cùng Chuyên Mục
#Có Thể Bạn Chưa Biết