Nghiên cứu sự kì ảo của vi khuẩn phát sáng "mê hoặc"

Bức tranh nhiệt đới trên thực chất là một chiếc đĩa cạn chứa đầy vi khuẩn phát sáng đã được biến đổi gen. Sau khi được biến đổi, những vi khuẩn trong đĩa có thể sản xuất một trong 8 loại protein huỳnh quang. Tất cả đều là sản phẩm tại phòng thí nghiệm của Roger Tsien ở Đại học California, San Diego.

Những protein phát sáng này không đơn thuần được ứng dụng để... trang trí như ta thấy ở trên đĩa. Thực chất, chúng đóng một vai trò quan trọng trong y học. Các vi khuẩn đó thường được dùng trong rất nhiều thí nghiệm cũng như theo dõi các tế bào ung thư lan rộng, các protein HIV lây nhiễm qua các tế bào khác như thế nào, quá trình sinh ra các tế bào sản xuất insulin trong tuyến tụy ra sao...

Vi khuẩn phát sáng có nguồn gốc từ đại dương

Những ngư dân và các nhà nghiên cứu sinh vật biển từ lâu đã biết đến một số loài sứa trong tự nhiên có thể tự phát ra ánh sáng. Hiện tượng này ta gọi đó là sự phát quang sinh học. Khả năng này giúp chúng tránh xa những loài động vật ăn thịt ở đại dương bên cạnh chức năng hấp dẫn bạn tình.

Vào cuối thập niên 60, các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu trên khoảng 10.000 con sứa biển để xác định hợp chất huỳnh quang đó. Cuối cùng, họ đã tìm ra loại protein sáng xanh (Green Fluorescent Protein - GFP). Đây chính là tác nhân tạo nên màu sắc sặc sỡ của những con sứa biển. Chúng hoạt động bằng cách hút năng lượng từ ánh sáng xanh dương trong môi trường biển, sau đó phân phát lại năng lượng thu được dưới dạng ánh sáng rực rỡ màu xanh lục.


Năm 1992, những nhà khoa học đã nhân bản được loại gen có thể tạo nên GFP và cấy chúng vào những tế bào của các loài vật khác bằng cách sử dụng vi rút và các hóa chất đặc biệt. Họ đã thành công.

Cầu vồng… vi khuẩn rực rỡ

Các nhà khoa học cũng có thể tạo ra những protein huỳnh quang rực rỡ khác bằng cách đột biến GFP theo nhiều hướng khác nhau. Một số sự biến đổi đơn giản có thể làm GFP phát sáng mạnh hơn. Một số khác thì thay đổi bản chất phát sáng của các protein nên tạo ra một số màu khác như xanh dương hoặc vàng.


Không những thế, các GFP màu hồng hay da cam có thể tiếp nhận thêm một protein huỳnh quang khác để tạo ra màu đỏ. Phát hiện này được tìm thấy khi các nhà khoa học nghiên cứu trong những rạn san hô. Đây cũng chính là bí quyết làm nên màu đỏ “trứ danh” của loài sinh vật này.

Giống như một công cụ GPS, các GFP mang trong mình sắc tố màu nổi bật trong bóng tối đã giúp đội nghiên cứu dễ dàng theo dõi vị trí của phân tử khi chúng phát sáng. Bằng việc sử dụng nhiều sắc tố khác nhau (giống như bức tranh nhiệt đới ở trên), ta có thể theo dõi và phân biệt được nhiều loại phân tử cùng một lúc.


Năm 2008, nhà bác học người Mỹ Roger Y. Tsien cùng hai đồng nghiệp là nhà bác học Osamu Shimomura và Martin Chalfie đã vinh dự nhận giải Nobel Hóa học vì công trình khám phá, nghiên cứu trên GFP kèm những protein liên quan. Dựa trên những nghiên cứu của mình, sau này, nhà bác học Tsien đã tạo ra được những protein phát sáng mạnh trong thời lượng lâu hơn rất nhiều.