Trong thế giới vi mô của sự sống, mỗi tế bào cũng có một “gia phả” bí ẩn, ghi lại “dòng dõi” và “di sản” của tế bào. Qua quá trình phân bào hoặc phân hóa, các tế bào dần hình thành nên nhiều loại tế bào và mô khác nhau, một số trở thành tế bào thần kinh, xây dựng nên mạng lưới thần kinh phức tạp; số khác trở thành tế bào cơ, cung cấp năng lượng cho chuyển động của cơ thể; và còn có những tế bào phân hóa thành tế bào máu, chịu trách nhiệm vận chuyển oxy và chất dinh dưỡng.
“Sổ tay gia phả của tế bào” được gọi là dòng tế bào, và nó đóng một vai trò rất quan trọng trong việc hiểu quá trình phát triển của sự sống và nguồn gốc phát triển của bệnh tật.
Gần đây, nhóm nghiên cứu của Đại học Tây Hồ và hai nhóm Li Lili và Wang Shouwen đã hợp tác phát triển một công cụ tính toán mới trong lĩnh vực theo dõi dòng tế bào đơn lẻ mang tên MethylTree. Công cụ này cho phép theo dõi chính xác dòng tế bào bằng cách sử dụng nhiều phương pháp mà không cần chỉnh sửa gen, mở ra một chương mới cho việc theo dõi dòng tế bào không xâm lấn, đồng thời cung cấp nhiều khả năng cho nghiên cứu sự phát triển của mô người, cơ chế phát sinh bệnh và liệu pháp tế bào gốc.
Ảnh chụp màn hình bài báo
Bắt nguồn từ việc quan sát và ghi chép vi microscope vào cuối thế kỷ 19, nghiên cứu về dòng tế bào đã trải qua hơn một thế kỷ. Hiện tại, đã có nhiều phương pháp nghiên cứu về dòng tế bào được phát triển, nhưng vẫn còn tồn tại một số thiếu sót.
Ví dụ, một số phương pháp yêu cầu chỉnh sửa DNA của tế bào, từ cả khía cạnh đạo đức và kỹ thuật đều chưa trưởng thành, do đó không phù hợp cho nghiên cứu trên cơ thể người; trong khi đó, những phương pháp không yêu cầu chỉnh sửa trực tiếp tế bào lại phụ thuộc vào những đột biến DNA cơ thể hiếm gặp, với xác suất đột biến cực thấp (chỉ 10-9 cho mỗi nt/phân bào), không chỉ yêu cầu kỹ thuật rất cao mà còn rất tốn kém (khoảng 200 đô la cho mỗi tế bào).
Do đó, trước những vấn đề này, nhóm nghiên cứu luôn mong muốn phát triển một phương pháp theo dõi dòng tế bào mới hiệu quả, chính xác và đa dạng.
Điểm đột phá nằm ở phương pháp sửa đổi di truyền phổ biến trên DNA gọi là methyl hóa. Methyl hóa DNA có khả năng điều chỉnh sự biểu hiện của gen, có thể tắt một số gen hoặc kích thích sự phục hồi và biểu hiện lại của các gen khác.
Hãy tưởng tượng bạn có một cuốn sách sống rất phức tạp và đầy thông tin, ẩn chứa vô vàn thông tin về sự sống, một số chương cần được đọc vào những thời điểm nhất định, trong khi một số chương khác cần được bỏ qua vào những thời điểm khác. Methyl hóa giống như một dấu trang, nó không thay đổi nội dung của cuốn sách nhưng cho bạn biết chương nào nên đọc ngay bây giờ và chương nào có thể tạm thời bỏ qua.
Dòng tế bào ghi lại lịch sử phân chia của các tế bào trong cơ thể.
Do đó, nhóm nghiên cứu đã sử dụng đặc điểm methyl hóa của tế bào và thành công phát triển một bộ công cụ tính toán mới để theo dõi dòng tế bào, được đặt tên là MethylTree. “Methyl” có nghĩa là methyl hóa, ý chỉ việc sử dụng đặc điểm methyl hóa tế bào để theo dõi cây tế bào. MethylTree không chỉ khéo léo tránh được những vấn đề từ dữ liệu thiếu mà còn thành công loại bỏ ảnh hưởng của sự khác biệt methyl hóa DNA giữa các loại tế bào khác nhau.
Đồng thời, nhóm cũng đã xác minh độ chính xác của MethylTree gần đạt 100% trong nhiều hệ thống thí nghiệm khác nhau như hệ thống tạo máu ở người, sự phát triển thai nhi giai đoạn đầu, ung thư…
Hình 2: MethylTree tái tạo thành công dòng tế bào của máu cuống rốn người. Bản đồ nhiệt dòng tế bào của MethylTree (hình bên phải) nhất quán với dòng tế bào được xác định trong thí nghiệm bằng virus chậm LARRY (hình bên trái).
Nghiên cứu dòng tế bào có lợi ích gì?
Bằng cách nghiên cứu dòng tế bào, nhóm nghiên cứu có thể tiết lộ cơ chế quyết định số phận của các loại tế bào khác nhau, hiểu rõ quá trình phát triển của mô và cơ quan; cũng có thể hiểu mối quan hệ giữa các tế bào ung thư, có khả năng cung cấp manh mối cho việc chẩn đoán và điều trị ung thư sớm; và tìm hiểu cách các tế bào gốc phân hóa thành các loại tế bào cụ thể, thúc đẩy sự phát triển của công nghệ kỹ thuật mô và tái tạo cơ quan.
Nhóm nghiên cứu đã phát triển một công cụ, nhưng kỳ vọng của họ không chỉ dừng lại ở công cụ này. Từ sự phát triển và tiến triển của bệnh đến việc tối ưu hóa điều trị cá nhân hóa, họ hy vọng có nhiều nhóm khác tham gia vào nghiên cứu này để mở khóa thêm nhiều bí ẩn trong quá trình phát triển và phân hóa tế bào.
(Nguồn: Tin tức Triều, Đại học Tây Hồ)