Phát hiện họ protein huỳnh quang xanh trong sinh vật biển

Các nhà nghiên cứu thuộc Viện Hải dương học Scripps thuộc đại học California tại San Diego và Viện nghiên cứu Sinh học Salk đã khám phá ra một họ protein huỳnh quang xanh (GFPs) trong động vật biển nguyên thủy, cùng với những bằng chứng mới về vai trò của các protein này.

GFPs mới đây đã gây chú ý trên toàn thế giới với giải thưởng Nobel Hóa học năm 2008 thuộc về Roger Tsien, nhà khoa học thuộc đại học California tại San Diego. GFPs, vốn chỉ có mặt trong sứa dạ quang, giờ đây đã được ứng dụng rộng rãi trong khoa học, từ chất phóng xạ đánh dấu dùng trong sinh hóa, tới que thăm dùng trong điều tra chất lượng môi trường. Tuy nhiên, trong khi giá trị của GFPs trong sinh hóa và công nghệ sinh học đã được thừa nhận rộng rãi, thì tính phố biến trong thế giới sinh học cũng như vai trò của nó trong tự nhiên đều chưa được giải mã đầy đủ.

Những kiến thức đầu tiên đã được hé mở khi một nhóm nghiên cứu phát hiện ra một họ GFPs lớn chưa từng thấy. Nhóm này bao gồm Erin Bomati, tiến sĩ, trước đây làm việc tại Viện Scripps, Gerard Manning thuộc viện Salk và Dimitri Deheyn thuộc viện Scripps. Họ đã tìm thấy 16 dạng liên quan của GFPs trong lưỡng tiêm - loài động vật dài, giống cá, không có dạ quang sống ở biển, dành phần lớn cuộc đời đào hang trong cát biển. Phát hiện này được tìm thấy trên cơ thể Branchiostoma floridae, một loài lưỡng tiêm thuộc vùng Tampa, Fla. Chi tiết đăng tải trên tờ BioMed Central (BMC) Evolutionary Biology.

Lưỡng tiêm là họ hàng không xương sống gần gũi nhất còn tồn tại đến ngày nay của các động vật có xương sống, và lưỡng tiêm tiến hóa hơn nhiều so với sứa. Trong báo cáo, các nhà nghiên cứu đã miêu tả rằng 16 GFPs mới phát hiện có những đặc điểm phát sáng rất khác nhau, một số phát huỳnh quang rất rõ, trong khi số khác ít hoặc thậm chí không phát sáng.

“Ngoài những kiến thức về đặc điểm hóa sinh của các GFPs, chúng ta hầu như không biết gì về chức năng sinh học của chúng. Các kết quả nghiên cứu của chúng tôi chỉ rõ rằng chức năng của GFPs không chỉ liên quan tới phát huỳnh quang,” Deheyn nói.

Huỳnh quang ở loài lưỡng tiêm chỉ mạnh ở một số vùng miệng nhất định. Các phần còn lại trong cơ thể có ít hoặc hoàn toàn không có huỳnh quang. Sự phân bố không đều huỳnh quang có thể do 16 GFPs của lưỡng tiêm có những chức năng huỳnh quang khác nhau. (Ảnh: Viện Hải dương học Scripps thuộc đại học California tại San Diego)

Với việc sử dụng một chuỗi các công cụ và phân tích gien, bao gồm xâu chuỗi và nhân vô tính, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng một số GFPs, đặc biệt là những protein có ít khả năng huỳnh quang, có thể có chức năng tự vệ với vai trò như một chất chống oxy hóa, hoạt động để bảo vệ cơ thể con vật trong trường hợp bị ốm hay căng thẳng. Đây là bằng chứng đầu tiên về việc các protein có vai trò khác ngoài huỳnh quang trong cùng một cơ thể sinh vật.

“Ban đầu có lẽ GFPs có chức năng hấp thu và phát lại ánh sáng, nhưng ở đây chúng tôi chỉ ra rằng GFPs còn có thể đảm nhiệm vai trò chống oxy hóa,” Deheyn nói. “Đây là lần đầu tiên chúng tôi xác định được các chức năng khác nhau của các GFPs cùng tồn tại trong một cơ thể.”

Deheyn nói rằng GFPs dường như ngăn không cho các gốc oxy gây hại cho cơ thể lưỡng tiêm, tương tự như vai trò các chất chống oxy hóa đảm nhận trong cơ thể người.

Deheyn cũng cho biết những phát hiện mới này giúp các nhà khoa học hiểu về quá trình tiến hóa của protein này trong thế giới động vật, đồng thời cung cấp cho các kỹ sư sinh học và các nhà công nghệ sinh học khía cạnh mới chưa được phát hiện trong ứng dụng họ này. Những màu sắc và chức năng do những GFPs này quy định cũng có thể giải đáp thành phần nào trong chuỗi protein chịu trách nhiệm về chức năng nào, và giúp chế tạo ra các dạng que thăm dò GFP mới.

Nghiên cứu được hỗ trợ bởi Văn phòng Nghiên cứu Khoa học Lực lượng Không quân.

Tài liệu tham khảo:
Erin K Bomati, Gerard Manning, Dimitri D Deheyn. Amphioxus encodes the largest known family of green fluorescent proteins, which have diversified into distinct functional classes. BMC Evolutionary Biology, 2009; 9 (1): 77 DOI: 10.1186/1471-2148-9-77