Derpy
Intern Writer
Chúng ta vẫn thường nghĩ rằng sự sống trên Trái Đất, dù là loài người hay vi khuẩn nhỏ bé, đều được xây dựng từ cùng một bộ 20 loại "viên gạch" cơ bản gọi là axit amin. Một số sinh vật có thể có thêm một hoặc hai loại, nhưng chưa bao giờ có ít hơn. Thế nhưng, một nghiên cứu đột phá vừa được công bố trên tạp chí Science vào ngày 30 tháng 4 đã cho chúng ta một cái nhìn hoàn toàn khác: liệu có thể "thiết kế lại" bộ máy của một vi khuẩn để nó hoạt động mà không cần đến một trong những thành phần thiết yếu đó không?
Đây không phải là việc tạo ra một tế bào hoàn chỉnh có thể sống sót mà thiếu đi một khối xây dựng quan trọng, nhưng phát hiện này là một bước tiến lớn trong lĩnh vực sinh học tổng hợp. Nó không chỉ mở ra những con đường nghiên cứu mới mà còn giúp chúng ta hình dung về những dạng sống sơ khai nhất trên Trái Đất có thể đã tồn tại như thế nào. Kaihang Wang, một nhà sinh học tổng hợp tại Caltech, dù không tham gia vào nghiên cứu, đã nhận định trên Nature rằng đây là một "bước đi đầu tiên của một hành trình vĩ đại" để tạo ra một tế bào hoạt động với một bộ axit amin giảm thiểu.
Nhiều năm qua, nhà sinh học tổng hợp Harris Wang từ Đại học Columbia đã luôn trăn trở về khả năng các sinh vật có thể tồn tại với ít hơn 20 loại axit amin. Theo Jacek Krywko của Scientific American, những dạng sống đầu tiên trên Trái Đất có lẽ đã dựa vào một bộ các khối xây dựng đơn giản hơn nhiều.
Để tìm lời giải, Wang và các đồng nghiệp đã bắt đầu bằng việc xác định axit amin nào có thể loại bỏ khỏi protein một cách khả thi. Họ chọn isoleucine, vì nó có thể được thay thế bằng các axit amin có cấu trúc tương tự như valine hoặc leucine. Sau đó, họ đưa các gen vào vi khuẩn Escherichia coli để thay thế isoleucine bằng valine hoặc leucine trong một số protein quan trọng nhất của ribosome - những "nhà máy" nhỏ bé trong tế bào có nhiệm vụ sản xuất protein.
Tuy nhiên, kết quả ban đầu không mấy khả quan. Mặc dù vi khuẩn vẫn sống sót, nhưng chỉ khoảng 43% trong số chúng duy trì được chức năng bình thường.
Đó là lúc các nhà nghiên cứu quyết định nhờ đến sự trợ giúp của Trí tuệ nhân tạo (AI). Các mô hình AI, đặc biệt là AlphaFold2 của Google DeepMind, đã giúp nhóm tạo ra các thiết kế tối ưu để thay thế axit amin bị thiếu, đồng thời vẫn giữ được cấu trúc và chức năng của protein. Harris Wang chia sẻ với Scientific American rằng "một số thiết kế AI này thực sự đáng ngạc nhiên, chúng không giống bất cứ điều gì chúng tôi từng dự đoán."
À mà nói đến AlphaFold2, các bạn có biết vào năm 2024, hai nhà nghiên cứu AI tại Google DeepMind là Demis Hassabis và John Jumper, những người đã phát triển AlphaFold2, đã cùng với David Baker, một nhà hóa sinh tại Đại học Washington, giành giải Nobel Hóa học không? Thành tựu của họ trong việc dự đoán cấu trúc protein đã mở ra những cánh cửa mới cho khoa học.
Nhóm nghiên cứu đã kiểm tra từng thiết kế do AI đề xuất cho đến khi họ có được phiên bản không chứa isoleucine của hơn 50 protein ribosome. Cuối cùng, họ đã thành công kết hợp 21 trong số đó vào một tế bào chức năng. Chủng vi khuẩn được tạo ra, gọi là Ec19, đã duy trì những thay đổi di truyền này qua hơn 450 thế hệ.
Christopher Snow, một kỹ sư protein tại Đại học Colorado State, nhận định trên *Science* rằng đây là "một nỗ lực khá lớn lao để cắt giảm bảng chữ cái của sự sống xuống còn 19 axit amin." Dù nhóm nghiên cứu chưa thể kết hợp tất cả các protein ribosome "tinh gọn" vào một tế bào, Snow vẫn đánh giá nghiên cứu này "rất ấn tượng" và giúp "làm sâu sắc thêm sự hiểu biết về các quy tắc thiết kế của sự sống."
Tom Ellis, nhà sinh học tổng hợp tại Imperial College London, cũng đồng tình. Ông chia sẻ với Scientific American rằng công trình này đã giải quyết "một câu hỏi thực sự thú vị, mang tính nền tảng về nguồn gốc sự sống trên Trái Đất." Phát hiện này "ủng hộ ý tưởng rằng sự sống [sơ khai] có lẽ vẫn ổn trong một thời gian với một bảng màu nhỏ hơn," Ellis nói thêm trên Science. "Ngay cả đối với những cỗ máy rất lớn như ribosome, bạn cũng không nhất thiết phải 'vẽ' bằng tất cả 20 màu."
Đây không phải là việc tạo ra một tế bào hoàn chỉnh có thể sống sót mà thiếu đi một khối xây dựng quan trọng, nhưng phát hiện này là một bước tiến lớn trong lĩnh vực sinh học tổng hợp. Nó không chỉ mở ra những con đường nghiên cứu mới mà còn giúp chúng ta hình dung về những dạng sống sơ khai nhất trên Trái Đất có thể đã tồn tại như thế nào. Kaihang Wang, một nhà sinh học tổng hợp tại Caltech, dù không tham gia vào nghiên cứu, đã nhận định trên Nature rằng đây là một "bước đi đầu tiên của một hành trình vĩ đại" để tạo ra một tế bào hoạt động với một bộ axit amin giảm thiểu.
Nhiều năm qua, nhà sinh học tổng hợp Harris Wang từ Đại học Columbia đã luôn trăn trở về khả năng các sinh vật có thể tồn tại với ít hơn 20 loại axit amin. Theo Jacek Krywko của Scientific American, những dạng sống đầu tiên trên Trái Đất có lẽ đã dựa vào một bộ các khối xây dựng đơn giản hơn nhiều.
Để tìm lời giải, Wang và các đồng nghiệp đã bắt đầu bằng việc xác định axit amin nào có thể loại bỏ khỏi protein một cách khả thi. Họ chọn isoleucine, vì nó có thể được thay thế bằng các axit amin có cấu trúc tương tự như valine hoặc leucine. Sau đó, họ đưa các gen vào vi khuẩn Escherichia coli để thay thế isoleucine bằng valine hoặc leucine trong một số protein quan trọng nhất của ribosome - những "nhà máy" nhỏ bé trong tế bào có nhiệm vụ sản xuất protein.
Tuy nhiên, kết quả ban đầu không mấy khả quan. Mặc dù vi khuẩn vẫn sống sót, nhưng chỉ khoảng 43% trong số chúng duy trì được chức năng bình thường.
Đó là lúc các nhà nghiên cứu quyết định nhờ đến sự trợ giúp của Trí tuệ nhân tạo (AI). Các mô hình AI, đặc biệt là AlphaFold2 của Google DeepMind, đã giúp nhóm tạo ra các thiết kế tối ưu để thay thế axit amin bị thiếu, đồng thời vẫn giữ được cấu trúc và chức năng của protein. Harris Wang chia sẻ với Scientific American rằng "một số thiết kế AI này thực sự đáng ngạc nhiên, chúng không giống bất cứ điều gì chúng tôi từng dự đoán."
À mà nói đến AlphaFold2, các bạn có biết vào năm 2024, hai nhà nghiên cứu AI tại Google DeepMind là Demis Hassabis và John Jumper, những người đã phát triển AlphaFold2, đã cùng với David Baker, một nhà hóa sinh tại Đại học Washington, giành giải Nobel Hóa học không? Thành tựu của họ trong việc dự đoán cấu trúc protein đã mở ra những cánh cửa mới cho khoa học.
Nhóm nghiên cứu đã kiểm tra từng thiết kế do AI đề xuất cho đến khi họ có được phiên bản không chứa isoleucine của hơn 50 protein ribosome. Cuối cùng, họ đã thành công kết hợp 21 trong số đó vào một tế bào chức năng. Chủng vi khuẩn được tạo ra, gọi là Ec19, đã duy trì những thay đổi di truyền này qua hơn 450 thế hệ.
Christopher Snow, một kỹ sư protein tại Đại học Colorado State, nhận định trên *Science* rằng đây là "một nỗ lực khá lớn lao để cắt giảm bảng chữ cái của sự sống xuống còn 19 axit amin." Dù nhóm nghiên cứu chưa thể kết hợp tất cả các protein ribosome "tinh gọn" vào một tế bào, Snow vẫn đánh giá nghiên cứu này "rất ấn tượng" và giúp "làm sâu sắc thêm sự hiểu biết về các quy tắc thiết kế của sự sống."
Tom Ellis, nhà sinh học tổng hợp tại Imperial College London, cũng đồng tình. Ông chia sẻ với Scientific American rằng công trình này đã giải quyết "một câu hỏi thực sự thú vị, mang tính nền tảng về nguồn gốc sự sống trên Trái Đất." Phát hiện này "ủng hộ ý tưởng rằng sự sống [sơ khai] có lẽ vẫn ổn trong một thời gian với một bảng màu nhỏ hơn," Ellis nói thêm trên Science. "Ngay cả đối với những cỗ máy rất lớn như ribosome, bạn cũng không nhất thiết phải 'vẽ' bằng tất cả 20 màu."
