Cấu trúc ống nano cho phép vi khuẩn trao đổi dinh dưỡng trực tiếp với nhau

Ảnh chụp từ kính hiển vi điện tử của các chủng Acinetobacter baylyi và Escherichia coli biến đổi gen. Các vi khuẩn này trao đổi axit amin thông qua các ống nano (tức là kết nối giống như ống giữa các tế bào)

Nghiên cứu mới của Viện Max Planck cho thấy rằng một số vi khuẩn có thể hình thành cấu trúc ống nano giữa các tế bào đơn lẻ, cho phép trực tiếp trao đổi các chất dinh dưỡng.

Chúng ta đã biết rằng vi khuẩn có thể hỗ trợ tăng trưởng và trao đổi chất dinh dưỡng của nhau. Tuy nhiên, các nhà khoa học tại Viện Max Planck về Sinh thái hóa học tại Jena, Đức, và các đồng nghiệp ở các trường đại học Jena, Kaiserslautern, và Heidelberg, đã phát hiện ra một cách thức mới mà vi khuẩn có thể trao đổi dinh dưỡng. Họ đã thấy rằng một số vi khuẩn có thể hình thành các cấu trúc ống nano giữa các tế bào đơn lẻ, cho phép trao đổi trực tiếp các chất dinh dưỡng.

Vi khuẩn thường sống trong các cộng đồng nhiều loài và thường xuyên trao đổi dinh dưỡng và các chất chuyển hóa khác. Cho đến giờ, chúng ta không rõ liệu các vi sinh vật chỉ trao đổi các chất chuyển hóa bằng cách nhả chúng vào môi trường xung quanh hay chúng cũng sử dụng các kết nối trực tiếp giữa các tế bào cho mục đích này. Các nhà khoa học thuộc Nhóm nghiên cứu thực nghiệm Sinh thái và Tiến hóa tại Viện Max Planck về Sinh thái hóa học đã tập trung vào câu hỏi này bằng cách sử dụng vi khuẩn đất Acinetobacter baylyi và vi khuẩn đường ruột Escherichia coli. Trong thí nghiệm, bằng cách xóa các gen vi khuẩn trong hệ gen của cả hai loài, các nhà khoa học tạo ra loài đột biến đã không còn khả năng sản xuất những axit amin nhất định, nhưng lại gia tăng sản sinh các loại axit amin khác.

Trong cùng mội trường nuôi cấy, cả hai chủng vi khuẩn đã có thể cung cấp thức ăn chéo cho nhau, do đó bù đắp những thiếu hụt mà thí nghiệm gây ra. Tuy nhiên, việc tách hai chủng vi khuẩn bằng một bộ lọc cho phép các axit amin tự do qua lại, nhưng ngăn sự tiếp xúc trực tiếp giữa các tế bào, đã làm dừng tăng trưởng của cả hai chủng. "Thí nghiệm này cho thấy rằng cần có sự liên lạc trực tiếp giữa các tế bào để cho sự trao đổi chất dinh dưỡng xảy ra", TS. Samay Pande giải thích.

Việc quan sát môi trường nuôi cấy dưới kính hiển vi điện tử đã cho thấy các cấu trúc được hình thành giữa các chủng vi khuẩn, có chức năng như ống nano và cho phép trao đổi chất dinh dưỡng giữa các tế bào. Tuy nhiên, đáng chú ý là thực tế rằng chỉ có các vi khuẩn đường ruột Escherichia coli có khả năng hình thành các cấu trúc và kết nối với các tế bào A. baylyi hoặc E. coli khác. "Sự khác biệt chính giữa hai loài chắc chắn là E. coli có thể chủ động di chuyển trong môi trường lỏng, trong khi A. baylyi không thể. Do đó có thể khả năng có thể bơi là cần thiết để E. coli để tìm được các đối tác phù hợp và kết nối với chúng thông qua các ống nano", Christian Kost, người đứng đầu Nhóm nghiên cứu thực nghiệm Sinh thái và Tiến hóa, giải thích.

"Thiếu axit amin đã gây ra sự hình thành các ống nano”. Việc xóa một gen, tham gia vào việc sản xuất một axit amin nhất định, đã khiến cho vi khuẩn kết nối với các tế bào vi khuẩn khác và - theo cách này - bù đắp thiếu hụt dinh dưỡng của chúng. Tuy nhiên, các ống nano đã không hình thành khi các axit amin cần thiết được bổ sung vào môi trường phát triển, cho thấy rằng sự hình thành của những cấu trúc rõ ràng phụ thuộc vào việc tế bào "đói" đến mức nào,"các nhà khoa học kết luận.

Các tế bào chuyên hóa vào các quá trình sinh hóa đặc biệt và do đó sự phân chia lao động của chúng có thể có lợi cho cộng đồng vi khuẩn: Tài nguyên có thể được sử dụng một cách kinh tế hơn, do đó nâng cao tốc độ tăng trưởng và hiệu quả. Nhưng liệu sự hình thành các ống nano dành riêng cho việc trao đổi các chất dinh dưỡng với nhau hay liệu một số loài vi khuẩn sống ký sinh các tế bào vi khuẩn khác theo cách này sẽ là đối tượng nghiên cứu tiếp theo. Hơn nữa, vẫn chưa rõ liệu các vi khuẩn có thể chủ động lựa chọn các tế bào để chúng bám vào. Sau hết, các kết nối ống đó cũng đặt ra một nguy cơ tiềm năng, bởi vì đối tác ở đầu ống bên kia cũng có thể cung cấp các chất gây hại.

Theo Vista.gov.vn