Buzz
Kỳ nhông axolotl – loài sinh vật có khả năng mọc lại toàn bộ chi – từ lâu đã khiến giới khoa học kinh ngạc. Nghiên cứu mới đây đã làm sáng tỏ cơ chế phân tử đằng sau hiện tượng này, thắp lên hy vọng con người có thể đạt được điều tương tự trong tương lai.
Axolotl: Loài lưỡng cư kỳ lạ trở thành biểu tượng của khả năng tái sinh sinh học
Axolotl (Ambystoma mexicanum) là loài lưỡng cư sinh sống tại các hồ nước ngọt ở Mexico, nổi bật với khả năng giữ nguyên đặc điểm ấu trùng suốt đời – hiện tượng neoteny.
Tuy nhiên, điểm thu hút sự chú ý của giới khoa học lại nằm ở khả năng tái sinh độc đáo: khi bị mất một chi, axolotl có thể phục hồi hoàn toàn, tái tạo đầy đủ các mô phức tạp từ xương, khớp đến dây thần kinh và mạch máu.
Dù quá trình tái sinh kéo dài nhiều tuần, nhưng kết quả là một chi mới hoàn chỉnh, không thể phân biệt với chi ban đầu. Với con người – sinh vật không sở hữu năng lực này – hiện tượng đó giống như một "phép màu sinh học".
Tuy nhiên, các nhà khoa học cho biết "phép màu" ấy thực chất là thành quả của một mạng lưới phân tử được tổ chức chặt chẽ và vận hành theo những quy luật sinh học cụ thể.
GPS sinh học: Axit retinoic giữ vai trò then chốt trong quá trình tái tạo chi
Trong một nghiên cứu đăng trên tạp chí Nature Communications, nhóm nghiên cứu do giáo sư James Monaghan từ Đại học Northeastern dẫn đầu đã tập trung vào axit retinoic – một phân tử quen thuộc, thường bị xem nhẹ, nhưng lại giữ vai trò quan trọng trong phát triển và tái tạo. Đây là dẫn xuất của vitamin A, vốn được biết đến trong điều trị mụn và sản phẩm chăm sóc da.
Kết quả nghiên cứu cho thấy axit retinoic không chỉ giúp phát triển phôi thai mà còn đóng vai trò như một hệ thống GPS sinh học, giúp tế bào xác định đúng vị trí trong chi đang phục hồi.
Axit retinoic phân bố dọc theo chiều dài chi, với nồng độ cao ở phần gốc (như vai) và thấp dần về phía đầu chi (như bàn tay). Sự phân bố này tạo ra một hệ tọa độ sinh học, hướng dẫn tế bào biết nên xây dựng cấu trúc nào – từ khớp vai, khuỷu tay đến cổ tay, ngón tay.
Enzyme CYP26B1 giữ vai trò chủ đạo trong việc tạo nên sự phân bố nồng độ này bằng cách phân hủy axit retinoic, từ đó điều chỉnh mức độ của nó trong mô tái sinh.
Khi enzyme CYP26B1 bị ức chế, quá trình tái tạo gặp trục trặc: chi mới phát triển sai vị trí, xuất hiện xương thừa và các mô bị nhân đôi bất thường – cho thấy hệ thống định vị đã bị phá vỡ.
Rối loạn này còn thể hiện ở mức độ gen, với sự sai lệch trong biểu hiện của các gen quan trọng như Meis1 và Shox – hai yếu tố then chốt quyết định hình thái bộ xương trong quá trình phát triển chi.
Điều đáng chú ý là khi nhóm nghiên cứu sử dụng công nghệ CRISPR để loại bỏ gen Shox, axolotl vẫn có khả năng mọc lại chi. Tuy nhiên, phần giữa của chi (tương đương cánh tay và cẳng tay ở người) bị ngắn lại, trong khi bàn tay vẫn phát triển bình thường.
Phát hiện này chứng tỏ gen Shox giữ vai trò quan trọng trong sự hình thành stylopod (chi trên) và zeugopod (cẳng tay), còn autopod (bàn tay và ngón tay) không phụ thuộc vào gen này.
Từ axolotl đến con người: Phải chăng cơ chế tái tạo cổ xưa vẫn đang tiềm ẩn?
Một phát hiện thú vị là gen Shox ở người, khi bị đột biến, cũng gây ra các hội chứng rối loạn phát triển chi như lùn tứ chi hay bất thường khớp. Điều này cho thấy sự bảo tồn di truyền giữa axolotl và con người trong các chương trình phát triển chi, đặt ra câu hỏi: Liệu con người có thể kích hoạt lại cơ chế tái tạo này không?
Theo giáo sư Monaghan, điểm khác biệt giữa axolotl và con người không phải do axolotl sở hữu bộ gen 'ma thuật' riêng biệt.
Trên thực tế, con người cũng có đầy đủ bộ gen tương tự. Khác biệt nằm ở cách tế bào phản ứng với tín hiệu. Ở axolotl, khi chi bị tổn thương, tế bào phản ứng với axit retinoic bằng cách khởi động lại chương trình phát triển phôi. Trong khi đó, ở người trưởng thành, cùng tín hiệu lại kích hoạt phản ứng tạo sẹo – một cơ chế bảo vệ chứ không phải tái sinh.
Monaghan nhận định: "Nếu chúng ta có thể khiến các nguyên bào sợi và tế bào mô liên kết phản hồi lại các tín hiệu tái tạo, thì phần còn lại có thể diễn ra một cách tự nhiên". Câu nói này mở đường cho hướng nghiên cứu mới: đánh thức khả năng tái tạo sẵn có trong cơ thể người thông qua việc điều chỉnh tín hiệu sinh học, thay vì can thiệp sâu vào di truyền.
Dù khả năng mọc lại tay chân ở con người vẫn còn là một mục tiêu xa, nghiên cứu của Monaghan và các cộng sự đã tạo nền móng vững chắc: khẳng định rằng tái sinh không cần phải là điều huyền bí hay ngoài tầm với.
Thay vào đó, nó có thể chỉ đơn giản là hệ quả của việc điều chỉnh chính xác nồng độ của một phân tử nhất định, đúng thời điểm và tại đúng vị trí.
Trên toàn cầu, nhiều nhóm khoa học đang tích cực tham gia cuộc đua giải mã các yếu tố chi phối khả năng tái tạo chi.
Nhóm của nhà nghiên cứu McCusker tập trung vào việc tìm hiểu cơ chế giúp chi phân biệt giữa mặt trên và mặt dưới – yếu tố then chốt đảm bảo sự đối xứng. Đồng thời, một nhóm khác tại Áo đang tiến hành lập bản đồ các vòng phản hồi phân tử giúp tế bào ghi nhớ cấu trúc ban đầu, từ đó định hướng tái tạo phần đã mất.
Dù vẫn còn nhiều câu hỏi chưa có lời giải – như tại sao quá trình tiến hóa lại loại bỏ khả năng tái tạo, hay làm sao để kích hoạt lại các chương trình phôi thai một cách an toàn – nhưng hướng đi đã rõ ràng. Việc phục hồi chi ở con người không còn là điều bất khả, mà là một mục tiêu mang tính khoa học và khả thi.
