Đột phá: Các nhà khoa học lần đầu xây dựng thành công mô hình nguyên phân của tế bào gốc

Sự phân chia tế bào là gốc rễ của mọi sự sống. Và bây giờ, bất cứ ai quan tâm đến điều này đều có thể quan sát tận mắt quá trình một tế bào nhân đôi, thậm chí "zoom" vào 15 chi tiết phức tạp nhất của thế giới sinh học vi mô bên trong tế bào đó.

Điều này có được là nhờ các nhà khoa học tại Viện Nghiên cứu Allen. Lần đầu tiên, họ đã tạo ra được một tổ hợp hình ảnh cực kỳ chi tiết của một tế bào gốc đang phân chia. Các hình ảnh này là một thứ gì đó rất khác với mô hình đơn giản bạn thường thấy trong sách giáo khoa sinh học phổ thông.

Dự án hứa hẹn sẽ tiết lộ nhiều bí mật mới trong quá trình phân bào kỳ diệu của sự sống.

Ngay lúc này, bạn có thể truy cập vào trang web của dự án có tên là Tế bào gốc Nguyên phân Tích hợp. Ở đây, các công cụ sẽ cho phép người dùng xem và xoay những mô hình tế bào gốc chi tiết, được dựng lại dựa trên dữ liệu thật của tế bào gốc người từ khi chúng bước vào cho tới lúc hoàn thành quá trình phân chia.

Đột phá của dự án này, mà trước đây chưa từng có một dự án nào khác làm được, đó là kết hợp tất cả các thành phần khác nhau trong tế bào lại với nhau, để cùng dựng lên quá trình một tế bào gốc nguyên phân. Tất cả các khung hình đều dựa trên dữ liệu thật, đảm bảo tính khách quan của quá trình.

Mô hình nguyên phân đơn giản thường thấy trong sách giáo khoa sinh học

Mỗi ngày, trong cơ thể bạn có khoảng 2.000 tỷ tế bào phân chia, nhưng quá trình phức tạp này không dễ gì có thể quan sát thấy. Trong quá trình nguyên phân, mỗi tế bào không chỉ sao chép nhiễm sắc thể của chính nó, mà còn phải sắp xếp tuần tự các DNA và nhân đôi nhiều bào quan khác. Khi quá trình kết thúc, cuối cùng chúng phân tách nhau thành hai tế bào con giống hệt nhau.

Nghe có vẻ quá dễ dàng, nhưng bạn hãy tưởng tượng tất cả những quá trình này đều xảy ra dưới một áp lực thời gian rất lớn và đòi hỏi độ chính xác nghiêm ngặt.

Đây là hình ảnh nguyên phân được dựng lại từ dữ liệu thực

"Các nhà sinh học đã xem xét các hình ảnh khác nhau của các tế bào, và hình dung mối quan hệ giữa chúng trong nhiều thập kỷ. Nhưng so sánh chính xác thì, chúng ta không thể hy vọng mô hình tế bào trong đầu mỗi người hình dung ra đều giống hệt như nhau", Graham Johnson, nhà nghiên cứu đến từ Viện Allen về khoa học tế bào cho biết.

Bây giờ, dự án của Viện Allen cuối cùng cũng thống nhất được tất cả các hình dung này lại. "Những hình dung này cho phép chúng ta nhìn trực tiếp vào nhiều cấu trúc khác nhau cùng một lúc, bằng cách đặt chúng trong cùng một không gian. Bây giờ các nhà khoa học có thể thực hiện và thảo luận các so sánh cụ thể hơn, chính xác hơn".

Toàn bộ 75 "sắc thái" của 15 bào quan trong 7 pha nguyên phân tế bào

Bằng cách chuyển đổi hình ảnh hiển vi của 15 bào quan riêng lẻ trong 7 giai đoạn nguyên phân, nhóm nghiên cứu đã tạo ra một cái nhìn tổng hợp về quá trình phân chia của tế bào gốc đa năng con người (hIPSC).

Các chi tiết của quá trình được bóc tách cẩn thận, nơi bạn có thể nhìn thấy cả các vi ống, màng tế bào, ty thể, Golgi, actin và nucleoli nổi bật một cách sống động khi chúng trải qua từng pha nguyên phân.

"Một khi bạn thấy quá trình này như một bức tranh hoàn chỉnh, bạn có thể bắt đầu khám phá những mối quan hệ mới, bất ngờ, cũng như đặt được những câu hỏi và trả lời những câu hỏi hoàn toàn mới về quá trình phân bào", Rick Horwitz, người đứng đầu Viện Nghiên cứu Allen nói.

Một trong số những câu hỏi mà Horwitz nghĩ đến, đó là sự khác biệt trong quá trình nhân đôi của tế bào thông thường và tế bào ung thư.

"Chúng tôi quan tâm đến việc hiểu tế bào một cách tổng thể", thành viên nhóm nghiên cứu, nhà sinh học tế bào Susanne Rafelski chia sẻ. Với ma trận mô hình của dự án Tế bào gốc Nguyên phân Tích hợp, mong muốn của Rafelski đã được hiện thực hóa.

Bây giờ, bạn có thể mở trang web và thưởng thức toàn bộ quá trình nguyên phân của tế bào được trình bày dưới dạng 3D. Chắc chắn đó sẽ là một cảm giác rất khác so với việc nhìn vào những mô hình đơn giản mà bạn từng thấy trong sách giáo khoa sinh học thời phổ thông.

Tham khảo Sciencealert, Bloomberg