Nhà nghiên cứu Tappei Mishina tại Trung tâm Nghiên cứu Động lực Hệ thống Sinh học BDR thuộc Viện nghiên cứu RIKEN cùng các đồng nghiệp đã phát hiện ra ký sinh trùng điều khiển vật chủ nhờ sử dụng gen mà chúng đánh cắp được, nhiều khả năng là thông qua chuyển gen ngang từ vật chủ.
Nhiều ký sinh trùng điều khiển hành vi của vật chủ để đảm bảo sự sinh tồn và khả năng sinh sản của mình. Giun bờm ngựa là một trong những ví dụ phức tạp nhất về kiểu kiểm soát hành vi này.
Giun bờm ngựa sinh ra trong nước và “đi nhờ” các loài côn trùng thủy sinh như phù du để tới đất liền, rồi chúng chờ tới khi bị các côn trùng trên cạn như dế hay bọ ngựa ăn phải. Một khi tiếp cận được vật chủ, giun bờm ngựa bắt đầu phát triển và điều khiển hành vi của vật chủ. Cuối cùng, giun bờm ngựa trưởng thành khiến vật chủ nhảy xuống nước và chết đuối, như thế là nó hoàn thành sứ mệnh sinh tồn và sinh sản.
Nghiên cứu trước đây cho rằng giun bờm ngựa chiếm quyền kiểm soát các con đường sinh học của vật chủ và tăng cường hoạt động di chuyển về phía ánh sáng, điều này thúc đẩy vật chủ đến gần các mặt nước. Các nhà khoa học tin rằng điều này xảy ra thông qua các phân tử bắt chước các phân tử trong hệ thần kinh trung ương của vật chủ, nhưng chính xác làm thế nào mà những ký sinh trùng giun bờm ngựa có thể phát triển các phân tử bắt chước này vẫn còn là bí ẩn.
Để tìm lời giải đáp, các nhà nghiên cứu phân tích biểu hiện gen toàn cơ thể của giun bờm ngựa Chordodes vào lúc trước, trong và sau khi điều khiển vật chủ là bọ ngựa. Họ phát hiện hơn 3.000 gen của loài giun này được biểu hiện nhiều hơn khi thao túng vật chủ, và 1.500 gen ít biểu hiện hơn. Mặt khác, biểu hiện gen trong não con bọ ngựa bình thường và nhiễm bệnh không thay đổi. Những kết quả trên cho thấy giun bờm ngựa tự sản xuất protein để điều khiển hệ thần kinh của vật chủ.
Tiếp theo, họ tìm kiếm cơ sở dữ liệu protein để khám phá nguồn gốc của gen mà giun bờm ngựa sử dụng để điều khiển bọ ngựa. Đáng chú ý, nhiều gen của giun bờm ngựa có thể đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển vật chủ lại rất giống với gen của bọ ngựa, điều này cho thấy chúng có được gen là thông qua chuyển gen ngang.
Chuyển gen ngang là một quá trình sinh học, trong đó gen được truyền từ sinh vật này sang sinh vật khác nhưng không phải thông qua sinh sản. Nó có thể dẫn đến những kết quả tiến hóa đáng kể, cho phép sinh vật nhanh chóng có được gen hay chức năng mới, giúp chúng thích nghi với môi trường hay lối sống mới.
Phân tích sâu hơn củng cố ý kiến cho rằng khả năng bắt chước của phân tử quan sát thấy ở giun bờm ngựa có thể là kết quả của chuyển gen ngang từ bọ ngựa. Đặc biệt, hơn 1.400 gen của giun bờm ngựa Chordodes được phát hiện khớp với gen của bọ ngựa, nhưng lại không xuất hiện hoặc rất khác ở những loài giun bờm ngựa không dùng bọ ngựa làm vật chủ.
Các tác giả kết luận rằng nhiều gen bắt chước được phát hiện ở giun bờm ngựa có thể là kết quả của nhiều sự kiện chuyển gen ngang từ các loài bọ ngựa khác nhau trong quá trình tiến hóa của giun bờm ngựa. Những gen này - nhất là những gen liên quan tới điều biến thần kinh, bị thu hút bởi ánh sáng, và nhịp sinh học - dường như đóng vai trò thao túng vật chủ.
Chuyển gen ngang là một trong những con đường tiến hóa chính của vi khuẩn để kháng thuốc kháng sinh. Mishina tin rằng khi tìm thấy nhiều ví dụ hơn về chuyển gen ngang giữa các sinh vật đa bào, chúng ta sẽ hiểu rõ hơn về sự tiến hóa để thích nghi.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí khoa học Current Biology.
Nguồn: