Con giun nhỏ, tác động lớn: Cách C. elegans giúp phát triển ngành di truyền biểu sinh môi trường

Chào Mào

02-04-2025

Birds of all sizes and kinds come and chime in. Some say Hawk must have followed certain rules. There got to be a time and place for catching chickens, so that anger and resentment would not escalate. Some add that Hawk must tone down his hunting and report to the commune his catch volume. Others even encourage Hawk to try worms and bugs or possibly go vegan all the way, etc.

Trong “Rules”; Wild Wise Weird [1]

Di truyền biểu sinh môi trường (environmental epigenetics) nghiên cứu cách các yếu tố bên ngoài như chất độc, nhiệt độ và các tác nhân gây bệnh có thể ảnh hưởng đến sự biểu hiện gen mà không làm thay đổi trình tự DNA cơ bản. Trong khi các nghiên cứu ở người và các loài động vật có vú khác đã tiết lộ mối liên hệ giữa việc tiếp xúc với môi trường và những thay đổi biểu sinh, việc xác định các cơ chế phân tử cụ thể vẫn là một thách thức lớn. Loài giun tròn Caenorhabditis elegans (C. elegans), với cấu tạo cơ thể đơn giản và sự tương đồng di truyền đáng kể với con người, cung cấp một mô hình giá trị và dễ nghiên cứu để thu hẹp khoảng cách kiến thức này [2].

C. elegans sở hữu một số đặc điểm khiến nó đặc biệt phù hợp cho nghiên cứu về sự di truyền biểu sinh qua các thế hệ (transgenerational epigenetic inheritance - TEI) – sự truyền lại những thay đổi biểu sinh do môi trường gây ra qua nhiều thế hệ. Thời gian sinh sản ngắn, hệ thống sinh sản tự thụ tinh và bộ gen được chú thích đầy đủ của nó cho phép các nhà nghiên cứu nghiên cứu các tác động di truyền qua nhiều thế hệ trong một khoảng thời gian tương đối ngắn, trái ngược với thời gian dài cần thiết đối với các mô hình động vật gặm nhấm.

Nghiên cứu gần đây nhấn mạnh sự nhạy cảm của sinh vật này đối với nhiều yếu tố gây căng thẳng từ môi trường. Việc tiếp xúc với các tác nhân như arsenite, methylmercury và nhiệt đã được chứng minh là làm thay đổi các biến đổi histone – đặc biệt là sự methyl hóa histone H3 tại các dư lượng lysine 4 (H3K4) và 9 (H3K9) – đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh hoạt động của gen. Đáng chú ý là, những biến đổi biểu sinh này có thể tồn tại qua nhiều thế hệ, ảnh hưởng đến các đặc điểm như khả năng chống chịu căng thẳng, khả năng sinh sản và tuổi thọ [2].

Một khám phá đặc biệt nổi bật liên quan đến một RNA nhỏ có nguồn gốc từ vi khuẩn gây bệnh Pseudomonas aeruginosa. Khi tiếp xúc, C. elegans học được cách tránh tác nhân gây bệnh này – một hành vi không chỉ mang tính thích nghi mà còn có thể di truyền, kéo dài tới bốn thế hệ. Sự di truyền hành vi qua các thế hệ này được trung gian bởi các RNA nhỏ và các biến đổi chromatin, đặc biệt là sự methyl hóa histone, cung cấp bằng chứng thuyết phục về mối liên kết phân tử trực tiếp giữa các kích thích từ môi trường và sự điều hòa gen được di truyền [3].

Một hiểu biết sâu sắc quan trọng khác tập trung vào N6-methyladenine (6mA), một dạng methyl hóa DNA trước đây được cho là chỉ xảy ra ở sinh vật nhân sơ (prokaryotes). Nghiên cứu sử dụng C. elegans đã chứng minh rằng các tác động từ môi trường, chẳng hạn như độc tố ty thể và nhiễm trùng do tác nhân gây bệnh, có thể điều chỉnh mức độ 6mA – đặc biệt là trong DNA ty thể. Những thay đổi biểu sinh này kích hoạt các gen phản ứng với căng thẳng, do đó mang lại những lợi ích thích nghi có thể tồn tại qua nhiều thế hệ [4].

Mặc dù C. elegans thiếu một số đặc điểm của động vật có vú, chẳng hạn như hệ tuần hoàn và dấu hiệu methyl hóa DNA phổ biến 5-methylcytosine (5mC), nhưng nó lại chia sẻ nhiều con đường biểu sinh được bảo tồn. Điều này khiến nó trở thành một mô hình độc đáo và có giá trị, kết nối các nghiên cứu phân tử trong phòng thí nghiệm với các phát hiện dịch tễ học rộng hơn ở người.

Việc ứng dụng C. elegans trong di truyền biểu sinh môi trường nhấn mạnh mối liên hệ sâu sắc giữa các tác động từ môi trường, sự điều hòa biểu sinh và sức khỏe của sinh vật. Nó minh họa cách ngay cả một sinh vật hiển vi cũng có thể tiết lộ những hiểu biết sâu sắc về mối quan hệ phức tạp và tinh tế giữa tự nhiên và sinh học con người [5].

Tài liệu tham khảo

[1] Vuong QH. (2024). Wild Wise Weird. https://www.amazon.com/dp/B0BG2NNHY6/

[2] Filipowicz A, Allard P. (2025). Caenorhabditis Elegans as a model for environmental epigenetics. Current Environmental Health Reports, 12, 6. https://doi.org/10.1007/s40572-025-00472-z

[3] Moore RS, et al. (2019). Piwi/PRG-1 argonaute and TGF-β mediate transgenerational learned pathogenic avoidance. Cell, 177(7), 1827-1841.e12. https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(19)30552-5

[4] Ma C, et al. (2019). N6-methyldeoxyadenine is a transgenerational epigenetic signal for mitochondrial stress adaptation. Nature Cell Biology, 21, 319-327. https://www.nature.com/articles/s41556-018-0238-5

[5] Nguyen MH. (2024). How can satirical fables offer us a vision for sustainability? Visions for Sustainability. https://ojs.unito.it/index.php/visions/article/view/11267