Giải mã gen của loài muỗi mang ký sinh trùng sốt rét

Nora Besansky, O'Hara - Giáo sư Khoa sinh học tại Đại học Notre Dame và một thành viên của Viện Đại học Eck của Y tế toàn cầu, đã đứng đầu một nhóm các nhà khoa học quốc tế trong giải trình tự bộ gen của 16 loài muỗi Anopheles từ khắp nơi trên thế giới.

Muỗi Anopheles là trung gian truyền bệnh sốt rét ở người, ước tính khoảng 200 triệu ca mắc và hơn 600.000 ca tử vong mỗi năm. Tuy nhiên, trong số gần 500 loài Anopheles khác nhau, chỉ vài chục có thể mang ký sinh trùng và chỉ có một số ít loài là véc tơ truyền bệnh chính. Besansky và các đồng nghiệp đã nghiên cứu sự khác biệt di truyền giữa các loài muỗi lan truyền ký sinh trùng chết người này và các loài cùng họ với chúng nhưng vô hại (nhưng vẫn gây phiền nhiễu).

Ngày 27. 11. 2014, hai bài báo được công bố trên Science Express - ấn bản điện tử của tạp chí Science - mô tả chi tiết sự so sánh về bộ gen của các loài muỗi này và xác định Anopheles gambiae là loài nguy hiểm nhất. Kết quả này cung cấp thêm sự hiểu biết về mối liên quan của loài này với các loài khác và cách phát triển của bộ gen có thể giúp muỗi thích nghi với môi trường mới và tìm ra máu người. Những bộ gen mới được giải mã sẽ góp phần đáng kể cho khoa học, nâng cao hiểu biết của chúng ta về các đặc điểm sinh học đa dạng của muỗi và giúp loại bỏ các bệnh có ảnh hưởng lớn đến sức khỏe cộng đồng toàn cầu.

Chỉ vài chục trong hàng trăm loài muỗi Anopheles là véc tơ truyền bệnh sốt rét cho người và chỉ một số ít được đánh giá là véc tơ chính. Mặc dù khoảng một nửa dân số thế giới có nguy cơ mắc bệnh sốt rét nhưng hầu hết các ca tử vong xảy ra ở cận Sahara châu Phi - nơi có nhiều loài véc tơ sinh sống, trong đó có Anopheles gambiae. Sự khác nhau về khả năng lan truyền bệnh sốt rét của các loài Anopheles được gọi là "năng lực véc tơ" – được xác định bởi nhiều yếu tố như đặc tính hút máu, sinh sản cũng như khả năng đáp ứng miễn dịch. Năm 2002, các nhà nghiên cứu của Notre Dame đã giải trình tự bộ gen của loài muỗi Anopheles gambiae và tạo tiền đề cho nhiều nghiên cứu thiết thực có quy mô lớn sau này. Từ đó cung cấp nhiều hiểu biết thấu đáo hơn về khả năng thích nghi cao của loài muỗi này trong quần thể của chúng và khi đốt người.

Cho đến nay, việc thiếu nguồn gen của các loài Anopheles khác nhau làm hạn chế sự so sánh của các nghiên cứu quy mô nhỏ về gen cá thể, không có dữ liệu gen rộng rãi để điều tra các thuộc tính quan trọng tác động đến khả năng lan truyền ký sinh trùng của muỗi. Để giải quyết những vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã giải trình tự gen của 16 loài Anopheles.

Muỗi nghiên cứu được chọn từ các loài muỗi châu Phi, châu Á, châu Âu và châu Mỹ Latin đặc trưng cho các khoảng cách tiến hóa từ Anopheles gambiae, về điều kiện sinh thái khác nhau và năng lực véc tơ.

Nghiên cứu này thực hiện tại Viện Broad, được tài trợ bởi NHGRI và đứng đầu là Daniel Neafsey, mẫu được thu thập từ các dòng muỗi do BEI Resources (thuộc Trung tâm kiểm soát và ngăn ngừa dịch bệnh Hoa Kỳ) giữ chủng, muỗi hoang dã và muỗi được nuôi trong phòng thí nghiệm ở châu Phi, Ấn Độ, Iran, Melanesia và Đông Nam Á.

Nhà nghiên cứu Neafsey cho biết: “Để có đủ mẫu DNA chất lượng cao của tất cả các loài là một quá trình khó khăn và chúng tôi đã phải thiết kế và áp dụng các chiến lược mới để vượt qua những khó khăn liên quan với mức độ cao của biến thể trình tự DNA, đặc biệt là từ các mẫu hoang dã”.

Để có được trình tự gen hoàn chỉnh, các nhà khoa học từ khắp nơi trên thế giới đã kiểm tra các gen liên quan đến các khía cạnh sinh học khác nhau của muỗi bao gồm các quá trình sinh sản, đáp ứng miễn dịch, kháng thuốc diệt muỗi và cơ chế của các giác quan. Dựa trên một nghiên cứu phân tích chính xác về tiến hóa gen của Robert Waterhouse thuộc Trường Đại học Y Geneva và Viện Thông tin Sinh học Thụy Sĩ (the Swiss Institute of Bioinformatics) nhiều nghiên cứu chi tiết liên quan đến loài đã được triển khai.

Các nhà nghiên cứu tiến hành so sánh gen giữa các loài Anopheles với nhau và với côn trùng khác để xác định các gen tương đương trong mỗi loài và làm nổi bật những sự khác biệt quan trọng. Họ đã dùng sự tương đồng gen giữa muỗi Anopheles gambiae và các sinh vật được nghiên cứu khác như ruồi giấm để tìm hiểu về các chức năng của hàng ngàn gen mới được tìm thấy trong mỗi bộ gen Anopheles.

Kiểm tra gen Anopheles phát hiện tỷ lệ cao giữa gen phát sinh và gen mất đi, cao hơn khoảng năm lần so với ruồi giấm. Một số gen, như gen tham gia vào quá trình sao chép hoặc mã hóa protein được ẩn trong nước bọt muỗi, tỷ lệ gen có trình tự tiến hóa rất cao và chỉ được tìm thấy trong các phân loài có họ gần nhất.

Neafsey cho biết thêm: “Những thay đổi thuộc chức năng có thể cung cấp manh mối để tìm hiểu sự đa dạng của muỗi Anopheles; tại sao một số loài đẻ trứng trong nước mặn, trong khi những loài khác đẻ trong nước lợ hoặc nước ngọt, hoặc lý do tại sao một số loài thích đốt gia súc, trong khi những loài khác chỉ thích đốt người”.

Các trình tự mới của gen cũng cung cấp bằng chứng thuyết phục về mối liên hệ thật sự giữa một số loài, mối liên hệ rất gần với Anopheles gambiae nhưng bên cạnh đó cũng cho thấy những đặc điểm khác nhau có ảnh hưởng đến năng lực véc tơ của chúng.

Kết quả của nghiên cứu cũng cho thấy năng lực của hầu hết véc tơ không phụ thuộc vào loài có mối quan hệ có họ hàng gần nhất, và các đặc điểm nâng cao năng lực véc tơ có thể đạt được bằng dòng gen giữa các loài.
Nghiên cứu này cải thiện đáng kể sự hiểu biết của chúng ta về quá trình phát triển dòng gen giữa các loài có họ gần với nhau - một quá trình được cho là đã xảy ra từ người Neanderthal với tổ tiên của người hiện đại - và làm thế nào nó có thể ảnh hưởng đến sự phát triển của các đặc điểm sinh học chung và riêng biệt của muỗi cũng như tính linh hoạt sinh thái và năng lực véc tơ.

Hai khoảng thời gian tiến hóa rất khác nhau – chung cho tất cả các loài Anopheles hoặc tập trung vào các phân loài có họ gần nhau – mô tả rõ ràng quá trình phát triển để các bộ gen muỗi có hình thức như hiện nay. Lịch sử tiến hóa linh hoạt đã giúp cho muỗi Anopheles nhanh chóng thích nghi với môi trường sống mới do con người tạo ra và trở thành hiểm họa lớn của nhân loại.

Nghiên cứu của Besansky tập trung chủ yếu trên vectơ truyền bệnh sốt rét cho người ở châu Phi: muỗi anopheline còn gọi là Anopheles gambiae và Anopheles funestus.

CN. Dương Công Thịnh, Ths. Trần Mỹ Duyên

(Nguồn: http://www.sciencedaily.com/releases/2014/11/141127212323.htm)