Khả năng biến đổi hành vi qua ức chế gen

Trong ổ kiến sống trong bọng gỗ có hai loại kiến thợ. Loại kiến thợ thân nhỏ (minor worker) và loại kiến thợ thân lớn (manor worker).

Hình 1. Kiến thọ thân nhỏ (trái) và kiến thợ thân lớn (mặt)

Trong ổ kiến thợ thân nhỏ chiếm gấp đôi kiến thợ thân lớn. Kiến thân lớn to gấp 3-4 lần kiến thân nhỏ, có càn kẹp khổng lồ, có nhiệm vụ khuân vác vật thật nặng và là lính chiến đấu bảo vệ ổ kiến chống kẻ thù xâm lăng lãnh thổ.

Kiến thợ thân nhỏ có nhiệm vụ đi tìm thực phẩm, huấn luyện kiến thợ con phương pháp tìm thực phẩm, và trợ chiến khi có chiến tranh.

Các nhà khoa học ở các đại học University of Pennsylvania (Philadelphia), Arizona State University (Tempe), New York University (New York), University of California (Riverside, CA), Vanderbilt University (Nashville) hợp tác nghiên cứu về biến đổi hành vi (behaviour) của các loại ong thợ trong ổ kiến sống trong bọng gỗ. Các nhà nghiên cứu này khám phá rằng có thể biến đổi hành vi của kiến thợ bằng cách xử dụng thuốc làm chuyển hóa hoạt động của gen, nghĩa là làm kiến thợ thân nhỏ đi tìm thực phẩm nhiều hơn, và biến kiến thợ thân to cũng đi tìm thực phẩm (như kiến thợ thân nhỏ, chứ không ngồi chơi xơi nước như trước). Khoa học mới này được mang tên Epigenetic. Epigenetic là một khoa học thuộc di truyền nghiên cứu về tế bào và các chỉ dấu biến đổi hình tượng sinh lý gây ra bởi các yếu tố ngoại tại hay môi trường làm gen trở nên hoạt động (on) hay không (off), và nghiên cứu cách tế bào biểu hiện bởi các gen kích hoạt này.

Các nghiên cứu trước đây cho biết kiểm soát việc kích hoạt gen bởi môi trường quyết định tạo sinh con kiến con thành kiến thợ thân nhỏ hay kiến thợ thân lớn. Nói cách khác, cả hai loại kiến này khi vừa nở có cùng gen di truyền, được kích động “on” để gen hoạt động, nhưng phải có thêm một yếu tố ngoại giới để gen này biểu hiện biến kiến con thành kiến thợ thân to hay kiến thợ thân nhỏ và mỗi loại kiến có hành vi riêng biệt. Các nghiên cứu trước đây cho biết ở kiến thợ thân nhỏ, gen phát triển ở não bộ thì hoạt động mạnh hơn. Ở não bộ, DNA chứa gen ở trong tế bào được nén chặt chẽ. Sợi DNA được quấn hình xoắn ốc quanh những protein tròn như trái banh mang tên histones, tương tự như sợi dây telephone bàn quấn quanh ngón tay, tất cả được nén thật chặc vào một hổn hợp chất protein khác lớn hơn.

Hình 2. Sợi DNA uốn vòng như lò xo (trái) và histone (phải)

Các nhà khoa học chích vào các histone này chất acetyl làm các sợi DNA co giãn lớn ra, làm gen dễ dàng đọc và phiên dịch. Bằng cách thêm hay làm mất các hóa chất này trong histone gen được kích động “on” hay “off” và gen thể hiện.

Một yếu tố quan trọng khám phá trong nghiên cứu với loài kiến này là một enzyme có tên CBP. Chính CBP giúp chất acetyl thêm vào histone. Thuốc ngăn chận diễn tiến tạo CBP (tức ngăn chận acetyl vào histone) làm biến đổi hành vi đi kiếm lương thực của kiến thợ.

Các nhà khoa học tiêm vào não bộ của kiến thợ thân nhỏ khi mới nở một hóa chất ngăn cản việc mất chất acetyl trong histone, thì kiến thợ thân nhỏ hoạt động mạnh trong việc tìm kiếm thực phẩm hơn trước. Tương tự, nếu tiêm hóa chất này vào bộ não của kiến thợ thân to khi mới nở thì loại kiến này đi tìm thực phẩm y hệt như kiến thợ thân nhỏ.

Ngược lại, khi tiêm vào một hóa chất ngăn chận acetyl hóa, kiến thợ thân nhò trở nên biếng nhác đi tìm thực phẩm. Nhưng, nếu tiêm hóa chất này vào kiến thợ thân to thì không có ảnh hưởng gì vào việc đi tìm thực phẩm.

Các nghiên cứu trước đây cho biết enzyme CBP chi phối trí nhớ và tính học hỏi ở loài chuột, và điều kiện nhận thức ở người.

Nghiên cứu về tác động của yếu tố ngoại giới lên gen của não bộ loại kiến làm biến đổi hành vi của loài kiến là một bước tiến của ngành di truyền epigenetic để tìm hiểu hành vi xã hội của mọi loài sinh vật kể cả con người.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Daniel F. Simola et al.(1/1/2016). Epigenetic (re)programming of caste-specific behavior in the ant Camponotus floridanus. Science Vol. 351 no. 6268 DOI: 10.1126/science.aac6633. http://www.sciencemag.org/content/351/6268/aac6633

Reading, 1/2016