Sự hỗ trợ của các tế bào đa năng theo thời gian là một đặc điểm thiết yếu của sự phát triển. Tế bào đa năng là tế bào gốc có thể phát triển thành tất cả các tế bào khác. Hiểu được sự phát triển của tế bào gốc đa năng trong tim có thể giúp tái tạo quá trình này trong phòng thí nghiệm.
Một loài cá cổ xưa được gọi là 'hóa thạch sống' đã giúp các nhà khoa học hiểu được những điều cơ bản về tế bào gốc. Các nhà khoa học ở Đại học Copenhagen đã phát hiện ra rằng cá vây tay chứa gen chủ điều hòa tế bào gốc và duy trì tính đa năng. Gen này, được gọi là OCT4 ở người và chuột, được phát hiện là có thể thay thế bằng biến thể cá vây tay ở tế bào gốc chuột.
Cá vây tay được coi là “hóa thạch sống” và được phân loại riêng biệt với động vật có vú do chúng tiến hóa thành dạng hiện tại khoảng 400 triệu năm trước. Nó bắt chước những loài động vật đầu tiên chuyển từ biển lên đất liền vì nó sở hữu những chiếc vây giống như các chi.
Trợ lý giáo sư Molly Lowndes cho biết, “Có thể nói, bằng cách nghiên cứu các tế bào của nó, bạn có thể quay ngược lại quá trình tiến hóa.”
Trợ lý giáo sư Woranop Sukparangsi tiếp tục: “Yếu tố trung tâm kiểm soát mạng lưới gen trong tế bào gốc được tìm thấy ở cá vây tay. Điều này cho thấy mạng lưới này đã tồn tại từ rất sớm trong quá trình tiến hóa, có thể cách đây khoảng 400 triệu năm”.
Bằng tiến sĩ. sinh viên Elena Morganti nói, “Cái hay của việc quay ngược quá trình tiến hóa là các sinh vật trở nên đơn giản hơn. Ví dụ, chúng chỉ có một bản sao của một số gen thiết yếu thay vì có nhiều phiên bản. Bằng cách đó, bạn có thể tách những gì quan trọng đối với tế bào gốc và sử dụng nó để cải thiện cách bạn phát triển tế bào gốc trong đĩa.”
Các nhà khoa học phát hiện ra rằng mạng lưới tế bào gốc lâu đời hơn nhiều so với những gì người ta tin trước đây và có thể được tìm thấy ở các loài đã tuyệt chủng. Họ cũng phát hiện ra sự tiến hóa đã thay đổi mạng lưới gen như thế nào để cho phép tế bào gốc đa năng.
Hơn 40 gen tế bào gốc động vật đã được kiểm tra: chuột túi, chuột và cá mập. Các loài động vật được chọn để đại diện cho một mặt cắt ngang điển hình của những bước ngoặt tiến hóa lớn.
Nghiên cứu đã sử dụng trí tuệ nhân tạo để tạo ra mô hình ba chiều của các protein OCT4 khác nhau. Theo các chuyên gia, cấu trúc tổng thể của protein đã được bảo tồn trong suốt quá trình tiến hóa. Mặc dù các phần của các protein này được biết là rất quan trọng đối với tế bào gốc không thay đổi, nhưng các biến thể đặc trưng của loài trong các protein này dường như không liên quan đến nhau sẽ làm thay đổi hướng của chúng, điều này có thể ảnh hưởng đến mức độ chúng duy trì tính đa năng.
Joshua Mark Brickman nói, “Đây là một phát hiện thú vị về sự tiến hóa mà lẽ ra không thể thực hiện được trước khi có sự ra đời của các công nghệ mới. Bạn có thể coi đó là sự tiến hóa khi suy nghĩ một cách thông minh, chúng tôi không mày mò 'động cơ trong ô tô', nhưng chúng tôi có thể di chuyển động cơ xung quanh và cải tiến bộ truyền động để xem liệu nó có làm cho ô tô chạy nhanh hơn hay không.”
Tạp chí tham khảo:
- Sukparangsi, W., Morganti, E., Lowndes, M. và cộng sự. Nguồn gốc tiến hóa của chức năng OCT4/POU5 của động vật có xương sống trong việc hỗ trợ tính đa năng. Cộng đồng 13, 5537 (năm 2022). DOI: 10.1038 / s41467-022-32481-z
