Bộ gen giun tròn cung cấp hiểu biết về quá trình tiến hóa của ký sinh vật

Các nhà khoa học thuộc Học viện Sinh học phát triển Max Planck, cùng với các đồng nghiệp Hoa Kỳ, đã giải mã bộ gen của loài giun tròn Pristionchus pacificus, từ đó đem lại hiểu biết mới về sự tiến hóa của ký sinh vật .

Trong nghiên cứu của mình, được công bố gần đây trên tờ Nature Genetics, các nhà khoa học từ khoa nghiên cứu của giáo sư Ralf J. Sommer tại Tübingen, Đức cho thấy bộ gen của giun tròn chứa một số lượng lớn gen, trong đó một số có chức năng không ngờ tới.

Một số gen hỗ trợ phân hủy các chất có hại và giúp loài vật sống sót trong môi trường sống khác lạ: Pristionchus sử dụng bọ cánh cứng như nơi trú ẩn đồng thời là phương tiện di chuyển; chúng ký sinh trên một số loại nấm và vi khuẩn phát triển trên xác của bọ cánh cứng. Điều này cung cấp đầu mối để tìm hiểu tương tác phức tạp giữa vật chủ và loài ký sinh.

Với trên một triệu loài khác nhau, giun tròn là nhóm sinh vật lớn nhất trong vương quốc động vật. Loài giun với chiều dài thông thường khoảng 1 mm được tìm thấy ở tất cả các lục địa và hệ sinh thái trên Trái Đất. Một số là mầm bệnh chính ở người, động vật và thực vật. Trong nhóm các loài giun tròn, ít nhất 7 dạng ký sinh được phát triển một cách độc lập. Trên thực tế, một thành viên trong nhóm giun tròn đã trở nên nổi tiếng: vì lối sống nhún nhường, kích thước nhỏ và sinh sản nhanh, Caenorhabditis elegans là một trong những loài được sử dụng phổ biến trong các phòng thí nghiệm sinh học. Đó cũng là loài vật đa bào đầu tiên mà bộ gen được giải mã hoàn chỉnh năm 1998. 

Các nhà khoa học đã giải mã bộ gen của giun tròn Pristionchus pacificus, từ đó thu được hiểu biết mới về sự tiến hóa của loài ký sinh này. (Ảnh: Học viện Sinh học phát triển Max Planck).

10 năm sau, một nhóm các nhà khoa học từ Học viện vì sự phát triển sinh học Max Planck tại Tübingen (Đức), cùng với các nhà nghiên cứu thuộc Học viện Nghiên cứu bộ gen người quốc gia tại St. Louis (USA), công bố bộ gen của một loài giun tròn khác, Pristionchus pacificus. Pristionchus có môi trường sống hết sức đặc biệt: chúng sống cung với bọ da, bọ phân và bọ khoai tây nhằm ký sinh trên vi khuẩn và nấm phát triển trên xác của những loài bọ này sau khí chúng chết. Những con giun sử dụng bọ cánh cứng như môi trường sống di động cung cấp nơi ẩn nấp lẫn thức ăn cho chúng.

Khi chuyển từ đất liền sang bọ cánh cứng, môi trường sống của loài giun tròn thay đổi nhanh chóng. Những con giun phải bảo vệ bản thân khỏi các chất độc trên cơ thể vật chủ. Phương pháp chúng sử dụng để đối chọi với điều kiện sống trên cơ thể bọ cánh cứng từ lâu đã thu hút nhiều chú ý, vì dạng sống này có thể được xem như bước chuẩn bị cho quá trình ký sinh thật sau này. Ít nhất đó là những gì các nhà nghiên cứu hoài nghi.

Chuỗi gen của Pristionchus pacificus đã khẳng định hoài nghi đó: bộ gen, bao gồm 170 megabases, hơn 23.500 gen được mã hóa protein. Trong khí đó, Caenorhabditis elegans và loài ký sinh ở người Brugia malayi (bộ gen được giải mã năm 2007) chỉ có 20.000 và 12.000 gen mã hóa protein. Ralf Sommer giải thích: “Hiện tượng này ở Pristionchus một phần do sự sao chép gen, trong đó có một số gen có thể hỗ trợ phân hủy các chất có hại và giúp loài vật sống sót trong hệ sinh thái phức tạp trên cơ thể bọ cánh cứng”.

Đáng ngạc nhiên, Pristionchus sở hữu một số gen mà Caenorhabditis elegans không có, mặc dù những gen này được tìm thấy ở thực vật ký sinh. Gen mã hóa cellulases – loại enzym cần thiết để phá vỡ thành tế bào ở thực vật và các vi sinh vật – thu hút sự quan tâm đặc biệt từ các nhà khoa học. Sommer cho biết:

“Câu hỏi thực sự thú vị vẫn còn ở phía trước. Sử dụng dữ liệu chuỗi, chúng ta có thể phân tích làm thế nào Pristionchus thích nghi môi trường sống. Điều này chắc chắn sẽ đem lại hiểu biết mới về quá trình tiến hóa của ký sinh vật”.