Axolotl là loài kỳ giông đang được giới khoa học thế giới săn đón. Nguyên nhân là đặc điểm có một không hai của nó: Có thể tái tạo nhiều bộ phận bị mất.

Theo New York Times, Axolotl còn có điểm khác thường so với những loài lưỡng cư khác đó là không trải qua quá trình lột xác, thay đổi hình dạng.Chúng có vẻ ngoài màu hồng nhạt, vàng hoặc xám, đen; cơ thể nhiều đốm với khuôn mặt như đang mỉm cười.

Ngày nay, loài vật này đứng trước nguy cơ bị đe dọa bởi môi trường và sự săn bắt của con người. Axolotl chỉ còn sống tại các kênh đào ở hồ Xochimilco, cực nam của Mexico.

Bí ẩn về bộ gene của loài vật tự tái sinh

Nhà nghiên cứu Randal Randal Voss, Đại học Kentucky, Mỹ, cho rằng: "Thật khó để tìm ra những thứ mà chúng không thể tái tạo: Từ tay chân, đuôi, tủy sống, mắt, thậm chí là võng mạc ở một số loài. Chúng tôi còn thấy được quá trình tái tạo một nửa bộ não của chúng".

Nhờ đặc tính này, bộ gene của Axolotl trở thành thứ hấp dẫn giới khoa học. Mới đây, trong bài báo sắp được công bố trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Mỹ (PNAS) vào ngày 13/4, các nhà di truyền học đã có cái nhìn rõ ràng hơn về bộ gene của loài kỳ giông này ở quy mô nhiễm sắc thể, dưới dạng gấp. Nghiên cứu do nhóm tác giả tại Trung tâm Sinh học Vienna, Viện Bệnh học Phân tử BioCenter, Áo, chủ trì.

Nghiên cứu trên xem xét cách thức bộ gene của Axolotl gấp lại bên trong như thế nào ở cấp độ phân tử và vị trí trình tự ADN quy định gene liên quan quá trình tái sinh, chữa lành các tế bào. Khi kéo dài hoàn toàn, mỗi sợi ADN của con người dài hơn 1,8 m. Tuy nhiên, sợi ADN của Axolotl dài tới hơn 9,1 m.

“Công trình này đã sắp xếp các đoạn ADN trong bộ gen Axolotl theo đúng thứ tự, giống như nó nằm trên nhiễm sắc thể. Điều này rất quan trọng bởi ở tất cả động vật có đốt sống, các gene được bật và tắt nhờ trình tự kiểm soát nằm khá xa chúng”, chuyên gia hóa sinh Elly Tanaka, Viện Bệnh học phân tử Vienna BioCenter, nhà nghiên cứu về Axolotl nhưng không tham gia dự án này, đánh giá.

Bà cũng cho rằng nghiên cứu của nhóm tác giả tại Viện Bệnh học Phân tử BioCenter rất quan trọng bởi nhờ đó, nó sẽ trả lời được câu hỏi liệu cơ chế tái sinh ở Axolotl có kích hoạt được trên người hay không.

Sau công trình tái tạo toàn bộ gene ở dạng nếp gấp của Axolotl, nhóm tác giả đặt kỳ vọng sẽ mô phỏng nó dưới dạng 3D trong tương lai.

Hai gene bí ẩn của Axolotl

Theo Giáo sư, tiến sĩ Parker Flowers, Phòng thí nghiệm Craig Crews, Đại học Yale, Mỹ, Axolotl tái tạo, tự chữa lành hầu hết cơ quan, bộ phận sau bất kỳ chấn thương nào. Bởi vậy, khó có vết thương nào giết chết loài kỳ giông này.

Nếu các nhà khoa học tìm ra cơ sở di truyền cho khả năng tái sinh của Axolotl, họ có thể phát hiện điều chưa từng có. Đó là cách phục hồi các mô bị tổn thương ở người.

Nhưng công việc đó không dễ dàng. Bởi đặc thù của loài Axolotl không giống con người. Chúng có bộ gene lớn hơn bất kỳ loài động vật nào mà con người đã từng giải trình tự. Bộ gene này thậm chí lớn gấp 10 lần toàn bộ gene của người.

Cuối tháng 1/2020, Giáo sư Parker và đồng nghiệp trong bài đăng trên tạp chí eLife đã tiết lộ họ tìm ra chìa khóa cho những vướng mắc trên. Nhóm tác giả tìm ra cách phá vỡ bộ gene phức tạp của kỳ giông Axolotl và xác định ít nhất 2 gene liên quan quá trình tái tạo cơ thể hậu chấn thương.

Theo Science Daily, sự ra đời của các công nghệ giải trình tự và chỉnh sửa gene thế hệ mới đã cho phép giới nghiên cứu lập danh sách hàng trăm ứng cử viên gene có thể tái tạo tứ chi. Tuy nhiên, kích thước khổng lồ của bộ gene Axolotl tạo ra những đoạn ADN lặp, gây khó khăn cho quá trình bóc tách, phân tích chúng.

Nhà nghiên cứu Lucas Sanor, đồng tác giả dự án của phòng thí nghiệm Craig Crews, đã sử dụng kỹ thuật chỉnh sửa gene nhiều bước để ghi lại những dấu hiệu cơ bản, theo dõi 25 gene được cho là có liên quan quá trình tái tạo chi ở Axolotl. Nhờ đó, họ xác định hai gene trong tế bào phân chia blastema làm nhiệm vụ tái tạo một phần đuôi của chúng khi bị thương hoặc đứt lìa.

Tuy nhiên, đó chưa phải là tất cả. Giáo sư Parker nhấn mạnh cơ thể Axolotl còn nhiều gene tương tự. Và loài người có điểm tương đồng về ADN với Axolotl nên các nhà khoa học có thể khám phá cách kích hoạt mô, tế bào tăng tốc độ sửa chữa vết thương, tái tạo phần đã mất.

Lần đầu giải mã toàn bộ gene của Axolotl

Trước nghiên cứu của Giáo sư Parker Flowers và cộng sự, cuối tháng 11/2018, nhóm tác giả tại Đại học Kentucky, Mỹ, đã công bố công trình mô phỏng gần như hoàn chỉnh nhất ADN của Axolotl. Nghiên cứu đăng tải trên tạp chí Genome Research, được đánh giá là mở đường cho những biến bộ trong y học tái tạo của loài người.

Nhiều loài động vật có thể thực hiện một số mức độ tái sinh, tự chữa lành khác nhau. Tuy nhiên, Axolotl là loài duy nhất gần như vô hạn về khả năng này. Phó giáo sư, tiến sĩ Jeramiah Smith, Đại học Kentucky và cộng sự quyết định tìm câu trả lời về siêu năng lực chữa bệnh của Axolotl thông qua giải trình tự toàn bộ gene.

Dựa trên nghiên cứu trước đó, nhóm tác giả đã lập bản đồ hơn 100.000 đoạn ADN lên nhiễm sắc thể, cấu trúc gene trong nhân mỗi tế bào. Bộ gene của Axolotl là sản phẩm lớn nhất được lắp ráp ở cấp độ này.

Nhóm tác giả sử dụng phương pháp lập bản đồ thiết kế, dựa trên thực tế các chuỗi ADN gần nhau về mặt vật lý trên một nhiễm sắc thể và có xu hướng di chuyển cùng nhau. Để xác định ADN đặc hiệu của Axolotl, họ ghép Axolotl với kỳ nhông hổ - loài họ hàng gần. Sau đó, chúng được giao phối lại ngược thế hệ F1 với những con Axolotl thuần chủng.

Theo dõi các kiểu di truyền gene trên 48 trong số toàn bộ F2, họ có thể suy ra chuỗi AND nào thuộc về Axolot và vị trí của chúng nằm ở đâu trong 14 nhiễm sắc thể của động vật lưỡng cư. Trong quá trình nghiên cứu, nhóm tác giả xác định được một đột biến gene gây khuyết tật tim ở Axolotl.

“Mới chỉ vài năm trước, không ai nghĩ có thể giải mã bộ gen dung lượng hơn 30 GB. Giờ đây, chúng ta có nhiều phương pháp để tiếp cận và mở ra khả năng giải mã các động vật có bộ gene lớn thường xuyên hơn”, nhà nghiên cứu sinh học Jeramiah Smith cho biết.

Nhóm nghiên cứu cũng hy vọng việc tìm hiểu bộ gen sau khi giải mã của axolotl sẽ giúp ích cho y học trong tương lai. “Giờ đây chúng ta có thể xâm nhập vào chuỗi thông tin bộ gen, tìm hiểu điều gì đã làm nên đặc tính kỳ lạ của loài kỳ giông này. Hy vọng một ngày nào đó, chúng ta có thể biến những thông tin thu được trở nên có ích cho công tác trị liệu con người, những tiềm năng có thể chưa được khai thác hết của từng bộ phận trên cơ thể”, ông Voss nhận định.