Mô hình toán học chỉ ra cách thức sinh vật tổng hợp gen

E-mail | Bản in | Lưu xem sau

Bức hình hiển vi về trao đổi electron trong các tế bào virus gây lở miệng VSV. Ảnh: CDC/Tiến sỹ Fred. A. Murphy

Các nhà sinh vật học phân tử và tế bào vừa đạt được một tiến bộ khoa học vô cùng lớn bằng việc nghiên cứu chức năng riêng lẻ của các gen, các protein và các dây thần kinh. Các nhà nghiên cứu tại đại học công nghệ Wisconsin-Madison hiện đang nghiên cứu để biết thêm về các chức năng này được thực hiện ra sao khi chúng được ghép lại với nhau theo mô hình toán học.

John Yin, giáo sư công nghệ sinh hóa đã phát triển các mô hình máy tính của một loại virus có bộ gen tương đối đơn giản để chỉ ra rằng, các gen đơn lẻ không tạo nên một sinh vật. Với bản trình bày toán học về chức năng sinh học của virus này, cựu sinh viên Kwang-il Lim có thể minh họa cách mà qui tắc sắp xếp tổ chức bộ gen ảnh hưởng đến cơ cấu sinh học hoàn chỉnh như thế nào. Theo nghiên cứu mới này, đơn giản chỉ thay đổi trật tự 5 gen trong cấu trúc gen của virus, khả năng phát triển và tương tác với tế bào chủ của nó đã bị ảnh hưởng vô cùng lớn.

Mục tiêu cuối cùng là để hiểu được bức tranh hoàn thiện về cách thức cấu trúc bộ gen sinh vật qui định khả năng sinh trưởng và phát triển của nó ra sao, Yin nói. “Đặc điểm sinh học của các gen đơn lẻ kết hợp với nhau trong tương tác gen để cuối cùng tăng khả năng thực hiện hành vi?”

Yin và Lim – một học viên cao học tai đại học California-Berkeley đã mô hình hóa bằng máy tính vòng đời của virus gây lở miệng (VSV) - một loại virus được nghiên cứu rất kĩ chỉ 5 gen và khả năng sinh trưởng và hành vi của nó là cơ sở cho những nghiên cứu cơ bản nhiều năm nay.

Trước đây, các nhà virus học trước đây đã tạo ra lực kích thích với 11 kiểu sắp xếp gen nhưng với mô hình máy tính này các nhà nghiên cứu tại Wisconsin có thể tăng số lượng biến thể trật tự gen lên 120 kiểu. So sánh các lực kích thích cho thấy các gen đầu và gen cuối rất quan trọng với khả năng sống và hoạt động của virus.

Công trình nghiên cứu tiềm năng ứng dụng rất lớn. Hiểu được cách kiểm soát sự sinh trưởng và khả năng lây nhiễm của virus này có thể phát triển nó với vai trò là nhắm vào tế bào gây ung thư và tạo ra văc-xin cho các loại vurus cứng đầu như HIV-1 và virus cúm.

Các mô hình này cũng được dùng để tìm hiểu về cấu trúc gen cơ bản của một số chức năng khác của virus.

Cuối cùng, ông hi vọng rằng phương pháp của mình có thể nâng dần lên đối với các sinh vật bậc cao có bộ gen phức tạp hơn. Chẳng hạn, hoàn thiện bản đồ gen người sẽ mở ra hi vọng hiểu biết bộ gen xác định các đặc điểm sinh học như thế nào.

Kỉ nguyên của “sinh học tiên đoán” vẫn còn chưa kết thúc, Yin nói. Tuy nhiên khả năng xác định các yếu tố quan trọng của nguyên tắc sắp xếp và tổ chức gen sẽ là bước cơ bản ban đầu.

“Điều này sẽ đặt nền tảng cho mối tương quan giữa bộ gen với quá trình phát triển và cuối cùng là với kiểu hình và hành vi của các hệ sinh học,” Yin kết luận.

(ScienceDaily - Sở KHCN Đồng Nai )