Phát hiện virus khổng lồ làm dấy lên câu hỏi thế nào là sự sống?

Tuy rất nổi tiếng trên các phương tiện truyền thông về khả năng lây nhiễm và sự chết chóc do mình mang lại, nhưng trong định nghĩa sinh học hiện đại, virus không được xem là một dạng sinh vật sống như vi khuẩn, động vật, thực vật.

Theo tinh thần của sinh học hiện đại, một vật thể được xem là "sống" khi nó có các khả năng như tăng trưởng về kích thước hoặc khối lượng thông qua quá trình trao đổi chất, sinh sản duy trì nòi giống, bảo tồn hoặc tích lũy thông tin di truyền.

Những vật chất không có các đặc tính trên được xem là không "đạt chuẩn" sinh vật và virus là một trong số chúng.

Các virus vốn không có tế bào chất hoặc các bào quan cần thiết để tổng hợp năng lượng. Quá trình "sinh sản" của virus thực chất dựa vào việc "mượn" các bào quan của tế bào vật chủ. Nói cách khác, virus nằm giữa lằn ranh "sống" và "không sống".

Klosneuviruses.

"Sống" hay "không sống"?

Nhưng virus đến từ đâu vẫn là một chủ đề gây tranh cãi trong giới sinh học. Về cấu tạo, virus là các thể cực kỳ tối giản, thường chỉ có một bộ thông tin di truyền (dưới dạng DNA hoặc RNA), được bảo vệ bởi một lớp protein có tên gọi casid.

Trong vài trường hợp, virus có thêm một số lớp vật liệu khác "ăn trộm" được từ tế bào chủ. Về kích thước, virus rất nhỏ bé so với vi khuẩn hoặc các sinh vật đơn bào do đó, virus rất dễ xâm nhập các tế bào sinh vật và "hack" vào bộ máy di truyền của vật chủ, sử dụng cơ chế trao đổi của vật chủ để nhân bản ngược lại chính nó.

Với các đặc điểm trên, hiện có 2 quan điểm đối lập nhau về nguồn gốc của virus. Quan điểm virus là vật "không sống" cho rằng chúng chỉ là các vật liệu di truyền "đi lạc" nhưng cấu trúc gene "vô tình" cho phép nhân bản nên chúng vẫn tồn tại được tới ngày nay.

Quan điểm virus là vật "sống" đặt ra giả thuyết đây là sản phẩm của sự tiến hóa theo hướng tối giản bớt các bào quan, chỉ giữ bộ thông tin di truyền để "sống sót". Nếu quan điểm sau đúng, virus sẽ là giới vực (domain) thứ tư sau 3 giới vực sinh vật đã được công nhận gồm sinh vật nhân chuẩn (eukaryote), vi khuẩn (bacteria) và vi khuẩn cổ (archaea). Con người, động vật, thực vật thuộc giới sinh vật nhân chuẩn.

3 giới vực sinh vật đang được công nhận.

Tuy nhiên, 2 quan điểm này đều có các khuyết điểm chưa khắc phục được. Quan điểm "không sống" không giải thích được tại sao virus lại có lớp vỏ casid bảo vệ. Trong khi các vật liệu di truyền khác không có được đặc điểm này và chúng thường bị phá huỷ khi ra khỏi tế bào chủ.

Ở chiều ngược lại, quan điểm "sống" không giải thích được tại sao virus lại có cấu trúc đơn giản đến thế. Nếu chúng thực sự là sản phẩm của quá trình tối giản bào quan thì ít nhất phải có một số loại virus có nhiều thứ hơn ngoài bộ thông tin di truyền.

Những virus khổng lồ

Đến năm 2004, các nhà sinh học đã có một phát hiện gây chấn động khi tìm ra các virus khổng lồ (có tên gọi girus).

Gọi là khổng lồ vì số lượng thông tin di truyền trong chúng nhiều đến nỗi có thể vượt qua cả các vi khuẩn đơn giản nhất. Một số có tới 2.500 gene, quá nhiều so với con số 11 gene của virus gây bệnh cúm Influenza.

Điểm đáng chú ý ở girus là một số gene cho phép tổng hợp được cả protein, thứ mà các virus thông thường không có nhưng là nét cơ bản của mọi sinh vật. Nhưng to lớn là vậy, girus vẫn cần "đột nhập" vô các tế bào chủ để nhân bản chính mình.

Tương tự như virus, giới sinh học lại đặt tiếp câu hỏi - girus đến từ đâu? Lần này, quan điểm "sống" tỏ ra thắng thế với cách giải thích rằng girus là phần còn lại của một tế bào sống sau khi bỏ bớt đi các bào quan. Vì nếu chỉ là vật liệu di truyền "đi lạc" thì 2.500 gene "đi lạc" cùng nhau là một bài toán cực kỳ hóc búa. Chưa tính tới yếu tố có các gene vốn chỉ có mặt trên các tế bào sống thì sự "đi lạc" rất khó chấp nhận.

Nơi tìm thấy Klosneuviruses.

May thay, sau hơn một thập kỷ bị "lép vế", quan điểm "không sống" dường như đã có câu trả lời cho câu hỏi tại sao girus lại tập hợp được nhiều gene đến thế.

Sử dụng phương pháp Xác lập chuỗi di truyền Thế hệ Mới (NGS), một nhóm các nhà khoa học đã lập bản đồ gene các sinh vật tìm thấy trong nhà máy xử lý nước thải nằm ở Klosterneuburg (Áo). Qua đó họ đã phân loại ra một dòng girus hoàn toàn mới và đặt tên chúng là Klosneuviruses.

Kẻ "ăn cắp" gene

So với các girus khác, Klosneuviruses là nhóm có nhiều gene tổng hợp protein nhất. Và khi so sánh bộ thông tin di truyền giữa các dòng girus khác nhau, nhóm nghiên cứu này đã tìm thấy bằng chứng thuyết phục cho việc các gene tổng hợp protein vốn là sản phẩm "ăn cắp" gần đây - chứ không phải là có sẵn ngay từ đầu (đến từ việc tối giản bào quan).

Ảnh minh họa quá trình "ăn cắp" gene của girus.

Bản nghiên cứu vừa được công bố trên tạp chí Science hồi tuần trước đưa ra luận điểm rằng để chống lại sự "ăn cắp" của virus, một số tế bào sinh vật chủ đã phát triển ra cơ chế "giấu" các protein khi phát hiện kẻ lạ xâm nhập. Không có protein, virus không thể nhân bản lên được. Song cuộc đối đầu giữa vật chủ và thể ký sinh là cuộc đối đầu giữa mâu và thuẫn.

Đến lượt virus, một số loài đã tiến hóa theo hướng "ăn cắp" luôn cả gene của vật chủ, bao gồm các gene tổng hợp ra protein. Kết quả là sau vô số thế hệ, từ những virus chỉ có vài chục gene, chúng đã tiến hóa lên girus với hàng ngàn gene lấy được từ vật chủ. Nói cách khác, girus không phải là phiên bản tối giản từ các sinh vật thật.

Nhưng nghiên cứu này không có nghĩa cuộc tranh luận virus "sống" hay "không sống" đã có câu trả lời. Có một thực tế là số lượng các loài mà giới khoa học phát hiện ra vẫn chỉ là phần nổi của tảng băng. Những loài mới vẫn được phát hiện thêm mỗi ngày. Một số ủng hộ cho quan điểm này. Số khác ủng hộ cho quan điểm ngược lại.

Có lẽ chỉ đến khi nào con người phát hiện ra được hết mọi loài trong sinh giới thì định nghĩa thế nào là sự sống mới được hoàn toàn sáng tỏ.