Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng một loại protein thụ thể của con người có khả năng phát hiện các axit amin riêng lẻ giống hệt như cách mà vi khuẩn làm. Phát hiện này có thể dẫn đến cải tiến các loại thuốc có nguồn gốc từ axit amin GABA.
Phát hiện có thể dẫn đến việc cải tiến các loại thuốc có nguồn gốc từ axit amin GABA, nhưng cũng có ý nghĩa tiến hóa: Nó bổ sung thêm bằng chứng thưa thớt cho thấy có những điểm chung giữa vi khuẩn và con người liên quan đến việc cảm nhận sự hiện diện của các thành phần thiết yếu của sự sống, chẳng hạn như oxy và thực phẩm.
Các cơ quan thụ cảm trên bề mặt tế bào phát hiện tất cả các loại chất dinh dưỡng - chẳng hạn như chất béo, đường và vitamin - nhưng sử dụng các loại phân đoạn protein khác nhau được gọi là cảm biến và hiện chưa có cơ chế phát hiện hóa học phổ biến nào.
Trong công trình nghiên cứu này, các nhà khoa học đã phát hiện ra một cảm biến đa năng có mặt trong nhiều cơ quan thụ cảm khác nhau giúp phát hiện các axit amin bằng cách tương tác chính xác với hai nhóm nguyên tử được dùng chung bởi tất cả các axit amin.
Igor Jouline, tác giả cao cấp của nghiên cứu và là giáo sư vi sinh vật học tại Đại học Bang Ohio cho biết: "Lần đầu tiên, chúng tôi đã tìm ra cách phát hiện axit amin phổ biến. Gần như mọi sinh vật đều có thể thực hiện điều đó thông qua cơ chế này".
"Theo kinh nghiệm của chúng tôi, rất hiếm khi chúng tôi có thể ngoại suy một chức năng cảm giác rất cụ thể với độ chính xác như vậy từ vi khuẩn sang con người, bởi vì những dạng sống này cách nhau một thời gian tiến hóa dài như vậy - khoảng 3 tỷ năm."
Nghiên cứu được công bố ngày hôm nay (1 tháng 3 năm 2022) trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences .
Axit amin là nền tảng xây dựng sự sống, tập hợp các protein, thực hiện hầu hết các công việc bên trong tế bào, từ thông tin được lưu trữ trong gen.
(adv)
Trong các nghiên cứu trước đó về một loại vi khuẩn gây nhiễm trùng cho người, phòng thí nghiệm của Jouline và các cộng sự ở Tây Ban Nha đã tìm thấy một số thụ thể nhận biết axit amin và xác định một đặc điểm cấu trúc mà tất cả các protein đó đều có chung. Để hiểu thêm về đặc điểm này, tác giả đầu tiên Vadim Gumerov, một nhà khoa học nghiên cứu trong phòng thí nghiệm Jouline, đã tìm kiếm các sinh vật khác có các thụ thể tương tự, tìm kiếm và so sánh dữ liệu bộ gen với đặc điểm cấu trúc rất cụ thể, được gọi là mô-típ, phát hiện amino các axit. Thông qua phân tích thông tin về trình tự và cấu trúc, Gumerov đã xác định được mô-típ liên kết axit amin trong các thụ thể của con người.
Mô típ này nằm ở một đoạn protein hướng ra bên ngoài băng qua màng ngoài của tế bào. Kết hợp các tính toán của họ với dữ liệu thí nghiệm có sẵn, nhóm nghiên cứu xác định rằng mô típ này tồn tại trong các protein được tìm thấy trong các sinh vật trải dài trên cây sự sống, ngoại trừ nấm và một số loài thực vật. Các phân tích sâu hơn cho thấy rằng tất cả các protein chứa mô-típ đều liên kết các axit amin - và chỉ các axit amin.
Ở vi khuẩn, cảm biến này giúp các sinh vật điều hướng đến các axit amin, một nguồn thực phẩm quan trọng.
Jouline nói: “Đó là một phần của hệ thống thần kinh nguyên thủy của vi khuẩn, phát hiện ra các tín hiệu và giúp chúng đưa ra quyết định. "Có một sự song song ngoạn mục vì ở người, cảm biến axit amin này cũng là một phần của hệ thần kinh. Chúng tôi đã xác định được cảm biến này trong các kênh canxi của con người điều chỉnh việc giải phóng chất dẫn truyền thần kinh từ các khớp thần kinh trong một số mô tế bào thần kinh. Hoạt động sai của các kênh canxi này dẫn đến bệnh thần kinh nỗi đau."
Đó là nơi GABA xuất hiện. Trước nghiên cứu này, các nhà phát triển thuốc đã biết rằng các loại thuốc có nguồn gốc từ GABA (axit gamma-aminobutyric), điều trị đau thần kinh, đau cơ xơ hóa và co giật, làm giảm các triệu chứng liên quan đến những rối loạn này bằng cách gắn vào một protein trong hệ thần kinh của con người.
Hóa ra, protein đó là protein mà nhóm nghiên cứu đã tìm thấy ở người có chứa mô-típ cho phép phát hiện các axit amin, bao gồm cả GABA.
Các cộng tác viên ở Vương quốc Anh đã giúp xác nhận phát hiện này, kiểm tra tác động của việc đột biến mô-típ trong các thí nghiệm sử dụng một loại protein của chuột có chức năng giống hệt như protein của con người. Việc thay đổi mô-típ đã thay đổi chức năng của toàn bộ cơ quan thụ cảm, ngăn cản chất gabapentin có nguồn gốc từ GABA tạo kết nối hiệu quả.
Jouline cho biết: “Công việc của chúng tôi không phải là giải quyết các vấn đề dược lý, nhưng nó đã chỉ ra chính xác vị trí mà các loại thuốc có nguồn gốc từ protein GABA của con người sẽ liên kết và cũng như cách chúng sẽ liên kết,” Jouline nói. "Điều đó quan trọng, bởi vì bây giờ nếu họ muốn cải thiện nó hoặc thử nghiệm các phiên bản khác nhau của thuốc, họ biết chính xác môi trường hóa học. Chúng tôi đang cung cấp hai điểm còn thiếu này - phần nào của thuốc sẽ liên kết với axit amin nào của protein và cách nó được định hướng trong không gian 3D. "
Mặc dù có thể không bao giờ có câu trả lời chắc chắn cho câu hỏi lâu đời về điểm chính xác vi khuẩn và con người có điểm gì chung về mặt sinh học, Jouline đã bắt đầu một cuộc tìm kiếm rộng rãi hơn về các cảm biến có vai trò duy trì sự sống.
Ông nói: “Bây giờ chúng ta biết phải xem xét ở đâu - không phải ở toàn bộ protein, mà chỉ ở các phân đoạn của chúng có liên quan đến việc nhận biết các thông số vật lý và hóa học quan trọng đối với tất cả các hệ thống sống.
Nguồn Đại học Bang Ohio
