tảo và sự không đồng đều về nhu cầu vitamin docx

tảo và sự không
đ
ồng đều về nhu cầu
vitamin



Nhu cầu về vitamin
B12 thay đổi giữa
các loài tảo theo
m
ột cách thức có vẻ
như không thể giải
thích được. Một
nghiên c
ứu khai thác dữ liệu


gen đã cung cấp thông tin v
à
bằng chứng về sự cộng sinh
của tảo với vi khuẩn. Động
vật đòi hỏi vitamin B12
trong khẩu phần ăn hằng
ngày của chúng nhưng thực
vật thì không. Trong khi đó,
nhu cầu của tảo về vitamin
B12 thể hiện một bức tranh
phức tạp. Nhiều loài tảo cần
ngu

ồn cung cấp vitamin B12
(như động vật), nhưng một
vài loài thì không (như thực
vật), và không có một
phương thức tiến hoá chung
nào cho những nhu cầu này.
Thậm chí phương pháp
phân lập khác nhau cũng có
thể dẫn đến nhu cầu khác
nhau của cùng một loài.

Ở trang 90 của tờ Nature số
438 (3 November 2005), Croft
và cộng sự cung cấp một sự
giải thích cho các mảnh ghép
rối rắm về nhu cầu vitamin
B12 của tảo. Và họ đã đi đến
một bước xa hơn. Đối với các
loài tảo cần nguồn vitamin
B12 ở bên ngoài, họ cung cấp
những bằng chứng thuyết
phục về sự cộng sinh giữa tảo
và vi khuẩn, mà trong đó các
dịch rỉ (dịch tiết) giàu cacbon
của tảo được trao đổi với
vitamin được tổng hợp từ vi
khuẩn. Đối với các loài tảo
không cần nguồn cung cấp
vitamin B12, họ tìm thấy một
co-factor hiệu quả cho một

enzyme trong con đường tổng
hợp amino acid methionie.

Khoảng hơn 100 năm trước
đây, khi các loài tảo lần đầu
tiên được nuôi cấy thành
công, chúng thường đư
ợc nuôi
cấy trên môi trường vốn dành
cho thực vật tức là thiếu các
loại vitamin. Nhưng một vài
loài tảo không thể phát triển
theo cách này, và nước chiết
đất (dịch đất) đã được thêm
vào môi trường đối với những
sinh vật không thể mọc trong
môi trường nói trên. Ngoài
các chất dinh dưỡng khác, đất
còn cung cấp các nguồn
vitamin không nhận thấy
được, từ đó người ta có thể
nuôi cấy được hầu hết các lo
ài
tảo. Vào năm 1948, dịch chiết
gan đã cải thiện sự phát triển
của Euglena và chứng minh
sự cần thiết của vitamin B12
đối với tảo một năm sau đó.
Một thời gian ngắn
sau,Euglena và Poterioochro

monas trở thành sinh vật chỉ
thị sinh học quan trọng để
phát hiện sự thiếu vitamin
B12 ở máu và nước tiểu của
ngư
ời. Khoảng năm 1980, nhu
cầu vitamin B12 được nhận
thấy ở khoảng 400 dòng tảo,
nhưng sau đó những nghiên
cứu về chủ đề này cũng dừng
lại.

Croft và đồng sự đã nối tiếp
việc nghiên cứu đề tài này, họ
bắt đầu khảo sát lại nhu cầu
vitamin B12 của một v
ài dòng
tảo. Kết quả của họ đã được
thể hiện ở các báo cáo trước.
Bối rối bởi sự thiếu một
phương cách tiến hoá chung
về nhu cầu vitamin B12 giữa
các loài tảo, họ tìm kiếm các
gen mã hoá cho các enzyme
phụ thuộc vitamin B12 trong
bộ gen của lục
tảo Chlamydomonas, hồng
tảo Cyanidioschizon và khuê
tảo Thalassiosira.

Họ phát hiện
rằng Chlamydomonas và Cyan
idioschizon đều có một gene
mã hoá cho enzym tổng hợp
methionine phụ thuộc vitamin
B12 (vitamin-B12-dependent
methionine synthase gene -
metH) và một gen m
ã hoá cho
enzym tổng hợp methionine
không phụ thuộc vitamin B12
(vitamin-B12-independent
methionine synthase gene -
metE). Cả hai sinh vật này có
thể phát triển mà không cần
nguồn vitamin bên ngoài. Xa
hơn, Croft và cộng sự trình
bày rằng Chlamydomonas ưu
tiên sử dụng gene metH khi
nguồn vitamin B12 sẵn có,
nhưng sẽ sử sụng
gen metE khi vắng mặt
vitamin B12. Trái lại họ chỉ
tìm thấy gen metH ở bộ
gene Thalassiosira, một loại
tảo có nhu cầu hoàn toàn với
vitamin này.

Có thể đoán rằng các tổ tiên
của loài tảo có cả hai gene n

ày
và sau đó nhưng sau đó theo
tiến trình tiến hóa, các
gene metE và metH có thể bị
mất đi theo các cách thức
không phụ thuộc lẫn nhau.
Đáng chú ý là ở thế hệ con
cháu, hai gene này vẫn tiếp
tục có những “mọc" ra từ tổ
tiên và cũng hòan tòan không
liên hệ với nhau, điều này gi
ải
thích tại sao chúng ta không
tìm thấy những dòng giống
một loại gene này hay gene
khác (như chúng ta thấy ở
thực vật và động vật). Sự mất
mát gene rải rác tạo nên trạng
thái lộn xộn về mặt tiến hóa ở
mức độ loài hay thậm chí là
mức độ dòng.

Croft và cộng sự cũng cung
cấp bằng chứng về sự điều
hòa tăng quá trình tổng hợp
vitamin B12 của vi
khuẩn Halomonas khi có mặt
dịch rỉ của tảo. Nhiều loại tảo
là thành viên của một nhóm
phân loại lỏng lẻo là sinh vật

nguyên sinh (protists). Chúng
thường có dạng đơn bào và
bao gồm các sinh vật
như Amoeba (Amip)
và Paramaecium (trùng đế
giày). Hiện tượng nội cộng
sinh, trong đó một sinh vật
(như vi khuẩn) trú ngụ bên
trong một sinh vật khác, làm
lợi cho nhau, đã được nghiên
cứu kỹ lưỡng ở sinh vật
nguyên sinh (protists), đặc
biệt là để xem xét nguồn gốc
của lục lạp và ty thể. Nhưng
sự ngoại cộng sinh - theo
nghĩa đen là có nhiều mối
quan hệ bề mặt hơn - liên
quan đến vi khuẩn và tảo thì
nhận được rất ít sự chú ý.

Các nghiên cứu trước đây quả
thực thể hiện
rằng Thalassiosira và một số
khuê tảo (tất cả đều cần
vitamin B12) có thể phát triển
không cần bổ sung vitamin
khi dịch vi khuẩn được thêm
vào môi trường nuôi cấy khuê
tảo. Các nghiên cứu này cũng
đã gợi ý về sự tồn tại mối

quan hệ cộng sinh. Nhưng
không giống Croft và c
ộng sự,
các tác giả của nghiên cứu n
ày
không nhận thấy sự liên quan
của vi khuẩn hay những gene
(hay enzyme) đặc biệt, và họ
cũng không giải thích đư
ợc sự
điều hòa tăng lên một gene
c
ủa vi khuẩn trong sự đáp ứng
một tín hiệu hoá học từ tảo.

Phương pháp của Croft và
cộng sự có thể được chấp
thuận rộng rãi hơn, bởi v
ì sinh
vật nguyên sinh (protists) có
các chu trình sinh hoá cơ bản
đa dạng và trãi rộng hơn nhi
ều
so với động vật và thực vật.
Chúng ta có thể hy vọng rằng
các chu trình enzyme mà nó
tạo ra các amino acid khác,
đường, lipid .v.v - các chất
từ lâu đã được biết là rất đa
dạng ở sinh vật nguyên sinh,

và thể hiện mô hình tiến hoá
khảm tương tự - sẽ được khảo
sát tương tự bằng cách dùng
các dữ liệu gene sẵn có hiện
nay. Có lẽ nhóm vi khuẩn
cộng sinh tạo ra vitamin B12
phụ trội sẽ được xác định
cũng như người ta sẽ tìm cách
xác định thêm một số vitamin
khác cũng được tạo ra bởi vi
khuẩn cộng sinh.

Nhưng nguồn vitamin không
bắt nguồn từ vi khuẩn cộng
sinh có thể có vai trò tương
đượng, thậm chí là quan trọng
hơn. Ví dụ, nồng độ vitamin
B12 ở biển thay đổi theo m
ùa,
và có một bằng chứng gián
tiếp mạnh mẽ là vitamin này
được tạo ra ở các tầng nước
sâu nơi mà bóng tối khiến cho
mối quan hệ cộng sinh giữa
tảo và vi khuẩn không thể tồn
tại.

Rõ ràng, công trình của Croft
và cộng sự chưa trả lời được
tất cả các câu hỏi. Nhưng đó

là một tiến bộ lớn trong sự
hi
ểu biết của chúng ta về lý do
tại sao nhu cầu của vitamin
B12 không đồng đều giữa các
loài tảo, và nó cũng gợi ý
nhiều cơ hội nghiên cứu hấp
dẫn.