Các nhà khoa học đã vô tình tạo ra một phôi thai chuột 6 chân giống như các sinh vật trong phim 'Avatar'

Câu chuyện bắt đầu tại Viện Khoa học Gulbenkian ở Bồ Đào Nha, nơi nhà sinh học phát triển Moisés Mallo cùng các đồng nghiệp, bao gồm Anastasiia Lozovska, đang nghiên cứu về một loại protein thụ thể có tên là Tgfbr1 (transforming growth factor-beta receptor type 1).

Protein này đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong quá trình phát triển phôi thai, đặc biệt là trong việc chỉ đạo sự hình thành từ thân đến đuôi, cũng như kiểm soát sự phát triển của chi sau và cơ quan sinh dục ngoài.

Mục tiêu ban đầu của nhóm nghiên cứu là tìm hiểu xem việc bất hoạt gen sản xuất protein Tgfbr1 sẽ ảnh hưởng như thế nào đến tủy sống đang phát triển của phôi chuột ở giai đoạn giữa thai kỳ.

Tuy nhiên, kết quả họ nhận được lại hoàn toàn nằm ngoài dự đoán. Thay vì những thay đổi ở tủy sống như mong đợi, một trong những phôi thai biến đổi gen đã phát triển thêm một cặp chân ngay tại vị trí lẽ ra phải là bộ phận sinh dục. Moisés Mallo đã chia sẻ với tạp chí Nature về bước ngoặt đầy bất ngờ này: "Tôi không chọn dự án, dự án đã chọn tôi".

Để hiểu được hiện tượng kỳ lạ này, chúng ta cần nhìn vào quá trình phát triển của phôi thai động vật có vú. Cơ thể được xây dựng theo từng giai đoạn, bắt đầu từ đầu và kết thúc ở đuôi.

Tgfbr1 đóng vai trò then chốt trong giai đoạn chuyển tiếp từ phát triển thân sang đuôi, một quá trình liên quan đến sự sắp xếp lại đáng kể các cấu trúc phôi thai. Điều quan trọng là ở hầu hết các động vật bốn chân, cơ quan sinh dục ngoài và chi sau đều phát triển từ cùng một cấu trúc nguyên thủy ban đầu.

Qua quá trình điều tra sâu hơn, Mallo và nhóm của ông phát hiện ra rằng Tgfbr1 chính là yếu tố quyết định liệu các cấu trúc nguyên thủy này sẽ phát triển thành bộ phận sinh dục hay chi. Cơ chế hoạt động của nó là thay đổi cách DNA gấp lại bên trong các tế bào của cấu trúc đó.

Khi gen Tgfbr1 bị bất hoạt, việc thiếu protein này đã dẫn đến sự thay đổi trong biểu hiện của các gen khác, khiến các cấu trúc lẽ ra phải trở thành bộ phận sinh dục lại chuyển hướng phát triển thành một cặp chân thừa.

Các nhà nghiên cứu giải thích trong bài báo của họ: "Chúng tôi chứng minh rằng bất chấp khoảng cách tiến hóa dài so với điều kiện tổ tiên, nguyên phát ban đầu của cơ quan sinh dục ngoài của chuột vẫn giữ được khả năng đảm nhận số phận chi sau".

Kết quả nghiên cứu này không chỉ dừng lại ở việc tạo ra một sinh vật kỳ lạ trong phòng thí nghiệm. Nó còn mang lại những hiểu biết sâu sắc về sự dẻo dai đáng kinh ngạc của mô trong quá trình phát triển và tiến hóa.

Nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ tiếp tục khám phá xem liệu Tgfbr1 có vai trò tương tự trong việc thay đổi cấu trúc DNA ở các hệ thống khác hay không, và liệu nó có liên quan đến sự phát triển của các đặc điểm độc đáo như "dương vật kép" (hemipenis) ở loài bò sát hay không. Hơn nữa, nghiên cứu này có thể giúp giải thích tại sao một số loài như rắn lại mất đi chi sau trong quá trình tiến hóa, trong khi các loài khác như thằn lằn vẫn giữ lại chúng.

Sự xuất hiện của phôi chuột 6 chân này ngay lập tức gợi nhớ đến hình ảnh các sinh vật trên hành tinh Pandora trong bộ phim bom tấn "Avatar" của đạo diễn James Cameron. Trong thế giới giả tưởng đó, hầu hết các loài động vật, từ loài ngựa Direhorse đến loài thú săn mồi Thanator, đều sở hữu 6 chi.

Mặc dù phôi chuột này chỉ là một kết quả tình cờ trong phòng thí nghiệm và không có khả năng sống sót ngoài tử cung, nhưng sự tương đồng về mặt hình thái này là một ví dụ thú vị về việc khoa học viễn tưởng đôi khi có thể phản ánh những khả năng kỳ lạ của tự nhiên, ngay cả khi những khả năng đó chỉ xuất hiện thông qua sự can thiệp của con người vào các quá trình di truyền cơ bản.

Mặc dù cơ chế chính xác giữa việc ức chế gen Tgfbr1 và sự hình thành chân thừa vẫn chưa được hiểu hoàn toàn, nhưng nghiên cứu này, được công bố trên tạp chí Nature Communications, đã cung cấp thêm một mảnh ghép quan trọng trong bức tranh phức tạp về sự phát triển phôi thai. Hiểu rõ hơn về các quá trình cơ bản này sẽ trang bị cho các nhà nghiên cứu những công cụ mới để giải quyết các thách thức về phát triển và bệnh tật ở người và động vật trong tương lai.