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 nó. Bằng cách phân chia hoặc biệt hóa, tế bào dần dần hình thành các loại tế bào và mô khác nhau, một số trở thành tế bào thần kinh, xây dựng nên mạng lưới thần kinh phức tạp; một số khác chuyển thành tế bào cơ, cung cấp năng lượng cho sự vận động của cơ thể; còn lại phân hóa thành các tế bào máu, chịu trách nhiệm cho việc vận chuyển oxy và chất dinh dưỡng.
Cuốn “gia phả” này của tế bào được gọi là dòng tế bào, rất quan trọng cho việc hiểu quá trình phát triển của sự sống và nguồn gốc của các bệnh.
Gần đây, nhóm nghiên cứu do Wang Shouwen và Li Li tại Trường Khoa học Sự sống, Đại học Tây Hồ hợp tác, đã phát triển một công cụ tính toán mới trong lĩnh vực theo dõi dòng tế bào đơn. Công cụ này mang tên MethylTree, cho phép theo dõi chính xác dòng tế bào mà không cần chỉnh sửa gen, mở ra một chương mới cho việc theo dõi dòng tế bào không xâm lấn, cung cấp nhiều khả năng cho nghiên cứu sự phát triển của mô người, cơ chế phát sinh bệnh tật và liệu pháp tế bào gốc.
Hình ảnh 1: Đoạn trích từ bài báo
Thực hiện các quan sát và ghi chép bằng kính hiển vi từ cuối thế kỷ 19, nghiên cứu về dòng tế bào đã có hơn một thế kỷ, hiện đã có nhiều phương pháp nghiên cứu dòng tế bào được hình thành, nhưng vẫn còn một số khuyết điểm.
Chẳng hạn, một số phương pháp yêu cầu chỉnh sửa DNA của tế bào, không thành thạo cả về mặt đạo đức lẫn kỹ thuật, vì vậy không phù hợp với nghiên cứu trên người; trong khi đó, những phương pháp không cần chỉnh sửa trực tiếp tế bào lại phụ thuộc vào đột biến DNA tế bào soma hiếm hoi (xác suất đột biến cực thấp, chỉ 10-9 cho mỗi lần phân chia), không chỉ yêu cầu kỹ thuật rất cao mà còn rất tốn kém (khoảng 200 USD cho mỗi tế bào).
Vì vậy, đối mặt với những vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã luôn mong muốn phát triển một phương pháp theo dõi dòng tế bào mới hiệu quả, chính xác và đa dạng.
Điểm đột phá ở đây là một phương pháp sửa đổi biểu hiện di truyền phổ biến trên DNA, đó là methyl hóa. Methyl hóa DNA có thể điều chỉnh sự biểu hiện của gen, đôi khi có thể đóng cửa một số gen, đôi khi lại kích hoạt lại và biểu hiện các gen.
Hãy tưởng tượng bạn có một quyển sách cuộc sống rất phức tạp và đầy thông tin, chứa đựng biết bao thông tin về sự sống. Một số chương cần được đọc vào thời điểm nhất định, trong khi một số chương khác cần phải được bỏ qua. Methyl hóa giống như một dấu trang, chúng không thay đổi nội dung của cuốn sách, nhưng sẽ hướng dẫn bạn những chương nào nên đọc bây giờ, và những chương nào có thể tạm thời bỏ qua.
Dòng tế bào ghi lại lịch sử phân chia của các tế bào trong cơ thể.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng các đặc điểm methyl hóa của tế bào, thành công phát triển một bộ công cụ theo dõi dòng mới, mang tên MethylTree, trong đó Methyl có nghĩa là methyl hóa, tức là sử dụng những đặc điểm methyl hóa của tế bào để theo dõi “cây tế bào”. MethylTree không chỉ khéo léo tránh được vấn đề dữ liệu thiếu và nhiễu, mà còn loại bỏ thành công ảnh hưởng của sự khác biệt methyl hóa DNA đặc trưng cho các loại tế bào khác nhau.
Đồng thời, nhóm cũng đã xác nhận độ chính xác của MethylTree gần 100% trong nhiều hệ thống thí nghiệm như hệ thống tạo huyết của con người, phát triển phôi sớm, ung thư.
Hình 2: MethylTree thành công tái tạo dòng tế bào của máu cuống rốn người. Bản đồ nhiệt dòng MethylTree (hình bên phải) nhất quán với dòng tế bào được xác định bởi virus HIV trong thí nghiệm (hình bên trái).
Lợi ích của việc nghiên cứu dòng tế bào là gì?
Bằng cách nghiên cứu dòng tế bào, các nhà nghiên cứu có thể tiết lộ cơ chế quyết định số phận của các loại tế bào khác nhau, hiểu quá trình phát triển của mô và cơ quan; cũng có thể tìm hiểu mối quan hệ dòng tế bào của tế bào ung thư, có thể cung cấp manh mối cho việc chẩn đoán và điều trị sớm ung thư; và hiểu cách tế bào gốc phân hóa thành các loại tế bào nhất định, 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 họ không chỉ mong đợi vào công cụ này. Từ sự phát sinh và phát triển của bệnh đến việc tối ưu hóa điều trị cá nhân hóa, họ hy vọng có nhiều đội ngũ khác tham gia, thông qua công cụ này, khám phá thêm nhiều bí ẩn trong quá trình phát triển và phân hóa của tế bào.
(Nguồn: Tin tức潮, Đại học Tây Hồ)