Bài viết bởi Tiến sĩ Nguyễn Thị Hiếu - Chuyên viên nghiên cứu, Viện nghiên cứu Tế bào gốc và Công nghệ gen Vinmec.
Ty thể là bào quan có mặt trong tất cả các tế bào có nhân đảm nhiệm nhiều vài trò quan trọng, trong đó chức năng chính là sản xuất năng lượng ATP cho mọi hoạt động sống của tế bào.
Ty thể có hệ gen riêng biệt là phân tử ADN sợi kép dạng vòng, có kích thước 16.569 bp, gồm hai chuỗi. Chuỗi nặng mã hóa cho 28 gen, chuỗi nhẹ mã cho 9 gen. Trong 37 gen này có 13 gen mã hóa cho 13 chuỗi polypeptide cần thiết cho hệ thống phosphoryl hóa oxy hóa. Số gen còn lại mã hóa cho 22 tARN, 2 rARN có vai trò trong sự dịch mã của ty thể [1] [hình 1].
Hình 1: Cấu trúc của ADN ty thể người [1]
Gen ty thể không có vùng intron. D- Loop là vùng duy nhất trong hệ gen ty thể không tham gia mã hóa. Vùng D-Loop có kích thước 1,1 kb chứa các yếu tố quan trọng cho quá trình phiên mã và dịch mã như chứa promoter phiên mã của chuỗi nặng và chuỗi nhẹ, có vùng gắn với các yếu tố phiên mã ADN ty thể. Khi vùng D-Loop xảy ra đột biến sẽ ảnh hưởng tới tính toàn vẹn của các chuỗi polypeptide được mã hóa trong ty thể [2].
Hệ gen ty thể có những đặc trưng riêng, phân biệt với hệ gen nhân.
- Kích thước nhỏ và số lượng bản sao lớn: ADN ty thể có kích thước vô cùng nhỏ [~16 nghìn bp] so với gen nhân [3.3 tỉ bp], và có từ vài trăm đến vài nghìn bản copy trong một tế bào, thay vì chỉ có 2 bản sao như trong gen nhân. Các tế bào khác nhau có số lượng bản copy khác nhau, tùy thuộc vào nhu cầu năng lượng trong mô [3].
- Tỷ lệ đột biến cao: Các đặc điểm của hệ gen ty thể như không có intron, không có histon bảo vệ, lại phân bố gần chuỗi phosphoryl hóa oxy hóa, nơi mà các gốc tự do được tạo ra trong quá trình phosphoryl hóa oxy hóa, đã làm cho khả năng bị đột biến của AND ty thể cao hơn ở nhân [khoảng 10 lần] [4]. Hơn nữa, khác với gen nhân, ty thể lại thiếu cơ chế sửa chữa hiệu quả.
- Độ không đồng nhất [heteroplasmy]: Bởi ADN ty thể có nhiều bản sao nên phân tử bị đột biến có thể cùng tồn tại với dạng dại [wild type] không bị đột biến, tạo nên hiện tượng không đồng nhất [heteroplasmy]. Trong nhiều trường hợp, đột biến dạng heteroplasmy không gây ra những biểu hiện lâm sàng hay cả những biểu hiện hóa sinh cho tới khi nó đạt tới ngưỡng đột biến [4]. Vì vậy, xác định được mức độ không đồng nhất của đột biến ADN ty thể có ý nghĩa rất lớn trong chẩn đoán bệnh ty thể.
- Di truyền theo dòng mẹ: Khác với gen nhân, hệ gen ty thể có đặc tính di truyền theo dòng mẹ, và không tái tổ hợp. Do vây, di truyền ty thể là một công cụ hữu hiệu trong nghiên cứu mối quan hệ di truyền, tiến hóa của quần thể người, trong chẩn đoán bệnh ty thể, giám định gen và xác định huyết thống.
Đột biến đầu tiên gây bệnh trên hệ gen ty thể người liên quan đến thần kinh thị giác di truyền theo Leber [Leber’s hereditary optic neuropathy - LHON] được Wallace và các cộng sự phát hiện vào năm 1988 [5]. Sự mất đoạn mtDNA cũng được tìm thấy ở mô cơ của bệnh nhân liệt cơ mắt ngoài tiến triển mãn tính [chronic progressive external ophthalmoplegia - CPEO] và hội chứng Kearns-Sayre [KSS] cũng được phát hiện vào cùng năm 1988. Cho đến nay, hơn 300 đột biến khác nhau trong hệ gen ty thể người đã được xác định, trong đó có hơn 200 đột biến có khả năng gây bệnh và kèm theo nhiều hội chứng khác nhau [6]. Các đột biến điểm và đột biến mất đoạn ở ADN ty thể gây bệnh ở người được minh hoạ ở hình 2.
Hình 2. Các bệnh do đột biến điểm và đột biến mất đoạn trên ADN ty thể [6]
Các đột biến trong mtDNA ảnh hưởng đến khả năng sinh tổng hợp ATP của tế bào và từ đó gây ra sự rối loạn đa hệ thống, ảnh hưởng đến nhiều loại tế bào, nhiều loại mô và tổ chức các hệ thống cơ quan. Tuy nhiên, các tế bào và các cơ quan bị ảnh hưởng nhiều nhất là những bộ phận có mức tiêu thụ năng lượng cao như não, cơ xương và tim.
Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ gen và di truyền, tương lai sẽ tìm ra nhiều bệnh khác nữa khỏi nguồn từ biến đổi trên hệ gen ty thể. Vì vậy mà chúng ta phải nhìn nhận bào quan ty thể và ADN ty thể là một mắt xích quan trọng trong căn nguyên gây bệnh, đồng thời phải đổi mới phương pháp tiếp cận với bệnh lý ty thể để có liệu pháp chữa trị tối iu và hiệu quả nhất.
Tài liệu tham khảo:
- Anderson S., Bankier A. T., and Barrell B. G. [1981], "Sequence and organization of the human mitochondrial genome", Nature, 290[1], pp. 457-465. 2. Lee H. C. et al [2004], "Somatic mutations in the D-Loop and decrease in the copy number of mitochondrial DNA in human hepatocellular carcinoma", Mutations, 547, pp. 71-78.
- Lee H. C. et al [2004], "Somatic mutations in the D-Loop and decrease in the copy number of mitochondrial DNA in human hepatocellular carcinoma", Mutations, 547, pp. 71-78.
- Taylor R. W. and Turnbull D. M. [2005], "Mitochondrial DNA mutations in human disease", Nature Reviews Genetics, 6, pp. 389-402. 4. Modica-Napolitano J. S., Kulawiec M., and Singh K. K. [2007], "Mitochondria and Human Cancer", Current Molecular Medicine, 7, pp. 121-131.
- Modica-Napolitano J. S., Kulawiec M., and Singh K. K. [2007], "Mitochondria and Human Cancer", Current Molecular Medicine, 7, pp. 121-131.
- Wallace D. C. et al [1988], "Mitochondrial DNA mutation accociated with Leber's hereditary optic neuropathy", Science, 242 [1427-1430]. 6. Tuppen H. A., Blakely E. L., and Turnbull D. M. [2010], "Mitochondrial DNA mutations and human disease", Biochimica et Biophysica Acta [BBA] - Bioenergetics, 1797[2], pp. 113-128.
- Tuppen H. A., Blakely E. L., and Turnbull D. M. [2010], "Mitochondrial DNA mutations and human disease", Biochimica et Biophysica Acta [BBA] - Bioenergetics, 1797[2], pp. 113-128.
XEM THÊM:
Bài viết được tham vấn chuyên môn cùng Thạc sĩ, Bác sĩ Trần Thị Vượng - Bác sĩ Xét nghiệm vi sinh - Khoa Xét nghiệm - Bệnh viện Đa khoa Quốc tế Vinmec Hải Phòng.
Nghiên cứu sự hình thành và sinh sản của vi khuẩn giúp ích rất nhiều cho các ứng dụng như sản xuất thuốc kháng sinh, bào chế vắc-xin phòng các bệnh lây nhiễm,...
Vi khuẩn [tên tiếng Anh là bacterium, số nhiều là bacteria]. Đây là một nhóm vi sinh vật đơn bào có kích thước rất nhỏ, chỉ quan sát được bằng kính hiển vi và thường có cấu trúc tế bào đơn giản, không có nhân, bộ khung tế bào hay các bào quan.
Vi khuẩn có nhiều dạng nhưng có thể xếp vào 3 loại cơ bản: Hình cầu [gọi là cầu khuẩn], hình thẳng [gọi là trực khuẩn] và hình cong [gồm phẩy khuẩn - hình cong ngắn, xoắn khuẩn - có nhiều vòng xoắn]. Kích thước vi khuẩn thay đổi tùy theo loại hình và trong một loại hình, kích thước vi khuẩn cũng có sự khác biệt. Đơn vị đo kích thước vi khuẩn là micromet [1 micromet = 1/1000 milimet]. Phần lớn các vi khuẩn có kích thước là 1 micromet.
Vi khuẩn là nhóm có sự hiện diện đông đảo nhất trong sinh giới. Chúng có mặt ở khắp nơi: Trong đất, nước, suối nước nóng, chất thải phóng xạ và ở dạng cộng sinh, ký sinh với các sinh vật khác, thậm chí ở trong tàu không gian có người lái.
Vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong tái chế chất dinh dưỡng như: Cố định nitơ từ khí quyển và gây thối rữa các sinh vật khác, cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự sống. Bên cạnh đó, vi khuẩn cùng nấm men, nấm mốc cũng được sử dụng để chế biến thực phẩm lên men như: Sữa chua, phô mai, dưa cà muối, giấm, rượu,...
Tuy nhiên, có rất nhiều loại vi khuẩn gây bệnh cho con người và động, thực vật, gây tổn hại nghiêm trọng tới sức khỏe con người và hoạt động sản xuất. Và với sự phát triển của y học hiện đại, con người đã tìm ra các biện pháp kiểm soát được tác hại của vi khuẩn như bào chế vắc-xin phòng bệnh, sử dụng thuốc kháng sinh,...
Vi khuẩn có thể gây bệnh cho cả người và động vật
Vi khuẩn chỉ sinh sản vô tính, không sinh sản hữu tính. Cụ thể hơn, vi khuẩn sinh sản chủ yếu bằng cách chia đôi, hay trực phân. Trong quá trình trực phân, một tế bào mẹ được phân thành 2 tế bào con bằng cách tạo ra vách ngăn để trực tiếp ngăn đôi tế bào mẹ. Tốc độ phân chia tùy từng loại vi khuẩn. Cụ thể, vi khuẩn lao có tốc độ nhân lên chậm là 18 giờ/lần; các vi khuẩn tốc độ phân chia trung bình là 20 - 30 phút/lần; vi khuẩn tả có tốc độ phân chia nhanh là 5 - 7 phút/lần.
Tuy nhiên, dù không có sinh sản hữu tính, những biến đổi di truyền [còn gọi là đột biến] vẫn xảy ra trong các tế bào vi khuẩn thông qua các hoạt động tái tổ hợp di truyền. Cuối cùng, vi khuẩn có được một tổ hợp các tính trạng từ 2 tế bào mẹ.
Các kiểu tái tổ hợp di truyền gồm: Biến nạp, tải nạp và giao nạp:
- Biến nạp: chuyển DNA trần từ 1 tế bào vi khuẩn sang tế bào khác thông qua môi trường lỏng bên ngoài;
- Tải nạp: Chuyển DNA của vi khuẩn, virus từ một tế bào sang tế bào khác thông qua thể thực khuẩn;
- Giao nạp: Chuyển DNA từ vi khuẩn này sang vi khuẩn khác thông qua cấu trúc protein được gọi là pilus [lông giới tính].
Sau khi nhận được DNA từ một trong 3 cách trên, vi khuẩn sẽ tiến hành phân chia và truyền bộ gen tái tổ hợp cho thế hệ sau.
Mỗi loại vi khuẩn có tốc độ sản sinh khác nhau
- Cấu trúc plasmid của vi khuẩn: Ở vi khuẩn cấu trúc plasmid là phân tử ADN vòng, nhỏ, không mang hệ gen chính của bộ gen, mang những gen cực kỳ quan trọng của vi khuẩn. Plasmid có vai trò quan trọng trong lĩnh vực y - sinh - nông - dược và môi trường.
Chúng là chủ nhân chứa các gen sản xuất kháng sinh; là chủ nhân của gen sản xuất các sản phẩm kháng lại kháng sinh của một số vi khuẩn gây bệnh; đồng thời là chủ nhân chứa một số gen sản xuất độc tố và các protein tăng cường độc lực cho vi khuẩn. Rất nhiều plasmid là loại có lợi như plasmid trong vi khuẩn ở nốt sần của cây họ đậu tạo cho vi khuẩn thu nhận nitơ để sản xuất protein.
Ngoài ra, plasmid còn có nhiều loại chứa gen sản xuất kháng sinh, được tận dụng để sản xuất kháng sinh chữa bệnh cho người và động vật. Số khác có chứa gen sản xuất các loại men đặc biệt, giúp phân giải các hợp chất hữu cơ độc, hóa chất, chất thải công nghiệp, thuốc trừ sâu, chất sát trùng,... góp phần bảo vệ môi trường.
- Sự phát triển của vi khuẩn: Gồm 4 giai đoạn: Thích ứng, tăng mạnh, tối đa và suy tàn. Về ứng dụng, khi vi khuẩn xâm nhập gây hại thì cần can thiệp sớm, ngay trong giai đoạn vi khuẩn đang thích ứng với môi trường, chưa sinh sản [ví dụ băng bó, xử lý sớm vết thương trong 5 - 6 giờ đầu để tránh nhiễm trùng]. Còn nếu muốn nghiên cứu những tính chất điển hình của vi khuẩn thì cần lấy vi khuẩn nuôi ở giai đoạn tăng mạnh. Trong trường hợp muốn thu nhiều vi khuẩn để làm vắc-xin và kháng nguyên, nên lấy ở giai đoạn tối đa.
Vi khuẩn gồm vi khuẩn có ích và vi khuẩn có hại. Con người cần khai thác những lợi ích của vi khuẩn mang lại và kiểm soát các tác hại của vi khuẩn để cải thiện chất lượng cuộc sống.
Bệnh viện Đa khoa Quốc tế Vinmec là một trong những bệnh viện không những đảm bảo chất lượng chuyên môn với đội ngũ y bác sĩ đầu ngành, hệ thống trang thiết bị công nghệ hiện đại mà còn nổi bật với dịch vụ khám, tư vấn và chữa bệnh toàn diện, chuyên nghiệp; không gian khám chữa bệnh văn minh, lịch sự, an toàn và tiệt trùng tối đa.
Để được tư vấn trực tiếp, Quý Khách vui lòng bấm số 1900 232 389 [phím 0 để gọi Vinmec] hoặc đăng ký lịch trực tuyến TẠI ĐÂY. Tải ứng dụng độc quyền MyVinmec để đặt lịch nhanh hơn, theo dõi lịch tiện lợi hơn!
Sự khác nhau giữa vi khuẩn và virus
XEM THÊM: