Các Nhà Khoa Học Đã Đo Đạt Được Tốc Độ Chết Của Tế Bào

Khoảng giữa tháng 08/2018, lần đầu tiên, các nhà khoa học quay lại cảnh một tế bào chết và đo được tốc độ sụp đổ của nó. Các tín hiệu kích hoạt quá trình tự tử apoptosis xuyên qua tế bào trong một đợt sóng với tốc độ 3 micromet (0.003 mm) mỗi phút.

Quá trình truyền tín hiệu được gọi là sóng kích hoạt. Nếu nghĩ về một đám cháy rừng lan rộng từ một điểm duy nhất, hoặc một vòng tròn domino đổ sập vào bên trong, ta sẽ có hình dung tốt về cách hoạt động của sóng kích hoạt.

Sóng kích hoạt là một quá trình sinh học quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của tế bào. Nó được sử dụng để truyền tải thông tin một cách nhanh chón, trái với quá trình khuếch tán tín hiệu hóa học diễn ra chậm hơn.

Trong động vật đa bào, sóng kích hoạt tham gia vào chu trình tế bào, trong đó các tế bào phân chia để tạo ra các tế bào mới - giúp quá trình diễn ra một cách liên tục và nhanh chóng. Chúng cũng được tìm thấy trong não, dưới dạng tín hiệu điện lan dọc theo sợi trục của dây thần kinh. Nhưng đây là lần đầu tiên sóng kích hoạt được quan sát thấy trong quá trình chết của tế bào.

James Ferrell, nhà hóa sinh thuộc Đại học Stanford cho biết: “Công trình là một ví dụ khác về cách tự nhiên vận dụng các sóng kích hoạt. Tôi cá là chúng ta sẽ sớm thấy nó trong sách giáo khoa”

Apoptosis là một trong những quá trình gây chết tế bào dễ hiểu nhất. Đó là quá trình xảy ra khi cơ thể muốn tiêu diệt các tế bào già, không cần thiết hoặc đã gặp tổn thương, tránh khỏi nguy cơ chúng tích lũy các đột biến có hại và trở thành ung thư. Dù vậy, khoa học vẫn còn nhiều điều chưa biết rõ về apoptosis. Chẳng hạn như, quá trình không phải lúc nào cũng hiệu quả để ngăn chặn được những tế bào đột biến trở thành ung thư. Hoặc đôi khi apoptosis hoạt động quá mức, tàn phá cả các tế bào bình thường trong cơ thể, gây ra các bệnh thoái hóa thần kinh như Parkinson và Alzheimer.

Các nhà nghiên cứu cho biết, nếu muốn hiểu hơn về apoptosis – để thúc đẩy nó tiêu diệt tế bào ung thư hoặc làm chậm những bệnh thoái hóa thần kinh – cần phải quan sát được quá trình xảy ra của nó.

Để xem apoptosis đã xảy ra như thế nào trong một tế bào, các nhà nghiên cứu đã sử dụng trứng của một con ếch móng vuốt Châu Phi. Họ loại bỏ tế bào chất trong trứng - tất cả các vật liệu ngoại trừ hạt nhân - và đặt nó trong một ống nghiệm. Sau đó, họ bắt đầu kích hoạt apoptosis, quan sát nó bằng cách nhuộm một protein huỳnh quang màu xanh lá cây phát sáng vào tế bào khi apoptosis xảy ra. Kết quả chỉ ra, quá trình chết của tế bào lan truyền qua sóng kích hoạt, bởi ánh sáng xanh di chuyển ở tốc độ không đổi, trái ngược với khuếch tán hóa học, phương pháp giao tiếp tế bào xảy ra chậm hơn nhiều.

Bước tiếp theo là xem liệu quá trình có xảy ra trong tế bào ở trạng thái tự nhiên của nó hay không. Các nhà khoa học lại kích hoạt apoptosis trong một quả trứng ếch nguyên vẹn. Họ nhận thấy rằng màu sắc của nó thay đổi dần, tối màu hơn khi tế bào chết. Sự thay đổi xảy ra trong một làn sóng cong trên bề mặt của trứng với tốc độ không đổi, tiếp tục chứng minh nó là một sóng kích hoạt. Sau khi các quả trứng ếch đã chết, caspases hoạt hóa – các enzyme đóng vai trò quan trọng trong quá trình apoptosis được tìm thấy. Mặt khác, trong trứng sống không có những caspases hoạt hóa này.

Do đó, các nhà khoa học lập luận rằng, một khi quá trình chết của tế bào bắt đầu, các caspases được kích hoạt, sau đó lan đến các caspases lân cận khác, giống như một dãy domino bị đổ.

Nghiên cứu mới đã được đăng trên tạp chí Science, các nhà khoa học cho biết họ sẽ tiếp tục đi tìm sóng kích hoạt trong hiệu ứng đáp ứng miễn dịch của cơ thể. Mục tiêu để xem sóng kích hoạt có đóng vai trò trong cách cơ thể xây dựng hàng phòng thủ chống lại mầm bệnh hay không. Vì virus lan truyền trong cơ thể như sóng kích hoạt, có thể hệ thống miễn dịch cũng sử dụng một chiến thuật tương tự.

Trong tương lai, các sóng kích hoạt có thể trở thành cả một bài giảng mới trong sách giáo khoa, nói về cách thông tin được truyền đi trong cơ thể.