Bộ nhớ của người đến từ một virus cổ đại?

Hóa ra, đó là một quá trình rất phức tạp liên quan đến một số hệ thống não. Còn ở mức độ phân tử thì sao? Bên trong não, các protein không dính chặt lâu hơn một vài phút. Tuy nhiên, những kỷ niệm của chúng ta lại có thể kéo dài suốt cả đời.

Gần đây, nhờ sự cộng tác quốc tế của Đại học Utah, Đại học Copenhagen, và Phòng thí nghiệm sinh học phân tử MRC ở Anh, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra điều kỳ lạ về một protein có tên Arc, rất cần thiết để hình thành bộ nhớ dài hạn. Những gì họ tìm thấy là nó có các tính chất tương tự như cách một virus lây nhiễm vào vật chủ của nó. Phát hiện của họ đã được công bố trên tạp chí danh tiếng Cell (Tế bào).

Trong bài báo, các nhà nghiên cứu viết rằng "gen thần kinh Arc là cần thiết để lưu trữ thông tin lâu dài trong não bộ của động vật có vú, trung gian các hình thức khác nhau của sự dẻo khớp và liên quan đến rối loạn phát triển thần kinh". Họ nói tiếp "Còn biết rất ít về chức năng phân tử của Arc và nguồn gốc sự tiến hoá."

Theo kết quả của nghiên cứu trên, các nhà khoa học tin rằng đã có một cuộc gặp gỡ đầy cơ duyên may rủi xảy ra cách đây hàng trăm triệu năm, dẫn đến vai trò trung tâm của Arc trong chức năng nhớ của chúng ta hôm nay. Tiến sĩ của Đại học Utah, phó giáo sư về sinh học thần kinh Jason Shepherd là người đứng đầu dự án nghiên cứu này. Ông đã dành mình riêng cho nghiên cứu về protein trong suốt 15 năm qua.

Nang virus HIV (Thomas Splettstoesser)

Tiến sĩ Shepherd nói trong một thông cáo báo chí: "Vào thời điểm đó, chúng tôi không biết nhiều về chức năng phân tử hoặc lịch sử tiến hoá của Arc. Tôi đã gần như mất quan tâm đến protein, thành thực mà nói. Sau khi nhìn thấy các nang, chúng tôi biết mình đã tiến đến một cái gì đó thú vị". Sử dụng kính hiển vi điện tử, Shepherd và các đồng nghiệp đã nghiên cứu protein sát gần hơn. Họ nhận ra từ một hình ảnh mà họ đã chụp, rằng cách thức mà Arc lắp ráp chính nó trông giống như cách mà retrovirus HIV hoạt động.

Các nhà nghiên cứu bị hấp dẫn bởi ý tưởng rằng một protein có thể hoạt động giống như một loại virus và phục vụ như là nền tảng để thông qua đó mà neuron giao tiếp. Arc đã mở ra một cửa sổ mà qua đó những kỷ niệm có thể được củng cố. Nếu không có Arc, cửa sổ không thể mở được.

Các công trình trước đây đã chỉ ra rằng Arc là cần thiết để tạo thành sự nhớ dài hạn. Trong một nghiên cứu, những con chuột bạch bị thiếu Arc thì có ít tính dẻo trong não của chúng và không thể nhớ lại những gì đã xảy ra với chúng chỉ 24 giờ trước. Nhưng cho đến nay, chưa ai từng đề ra một cơ chế bắt chước một thực thể bên ngoài đang làm việc.

Shepherd và các đồng nghiệp bây giờ tin rằng khoảng 350-400 triệu năm trước, tổ tiên của retrovirus, retrotransposon, đã "tiêm" (chích) vật liệu di truyền của nó vào một sinh vật có bốn chân và sống trên đất liền. Điều này dẫn đến sự phát triển của protein Arc như nó hoạt động trong môi trường hóa học thần kinh của chúng ta hôm nay. Theo một nghiên cứu gần đây của Đại học Massachusetts, quá trình tương tự đã được phát triển trong các fries hoa quả, một cách độc lập và hơi muộn hơn sau đó, tức khoảng 150 triệu năm trước.

Hình phục dựng các neuron trong não (Geralt, Pixabay)

Shepherd và các đồng nghiệp phát hiện ra rằng Arc hoạt động như một virus dạng nang (capsid). Nang là một lớp vỏ ngoài cứng, bên trong rỗng và chứa thông tin di truyền của virus. Mỗi virus sử dụng capsid để lây lan vật liệu di truyền của nó từ tế bào này sang tế bào khác, gây nhiễm bệnh.

Arc làm thế nào để bắt chước virus? Nó sinh ra nang RNA của mình để chuyển nang từ một nơ-ron đến nơ-ron khác. Tiến sĩ Elissa Pastuzyn -nghiên cứu sinh hậu tiến sĩ và là tác giả chính của nghiên cứu trên- đã nói trong một thông cáo báo chí: "chúng tôi đi vào lĩnh vực này vì biết rằng Arc là đặc biệt theo nhiều cách, nhưng khi phát hiện ra rằng Arc có thể làm trung gian vận chuyển RNA từ tế bào đến tế bào thì bị sửng sốt". Bà nói thêm: "Không có protein phi virus nào khác mà chúng tôi từng biết lại hoạt động theo cách này."

Nghiên cứu trên đang làm thay đổi cách chúng ta xem xét quá trình tiến hóa. Thay vì đột biến ngẫu nhiên, nó gợi ý rằng các cơ quan sinh học có thể mượn lẫn nhau để phát triển. Để kiểm tra lý thuyết, Shepherd và các đồng nghiệp đã đưa ra một số thí nghiệm để xem liệu Arc có hoạt động như một virus hay không.

Những gì họ tìm thấy là protein sao chép một số bản sao của chính nó trong nang có chứa mRNA của nó ở bên trong. Sau đó họ lấy những nang này và đặt chúng vào các đĩa petri có chứa neuron của chuột bạch, nơi mà họ quan sát thấy Arc chuyển mRNA từ một neuron đến neuron tiếp theo. Có vẻ như việc kích hoạt một nơ-ron sẽ kích thích nhiều Arc hơn, gây ra sự giải phóng thêm các nang, và như vậy hiệu ứng domino xảy ra.

(NCCong, theo bigthink.com)