Loài hải quỳ Nematostella vectenis (hải quỳ sao) trong phòng thí nghiệm.

Khoảng 600 triệu năm trước, hải quỳ tách khỏi dòng tiến hóa dẫn đến con người. Kể từ đó, hệ miễn dịch của loài động vật biển cổ xưa này đã phát triển một cơ chế riêng để đối phó với virus. Đây là một phát hiện từ công trình nghiên cứu mang tính đột phá của các nhà khoa học tại Đại học Hebrew ở Jerusalem (Israel) phối hợp với Đại học North Carolina tại Charlotte (Mỹ) thực hiện.

Theo công bố trên tạp chí Nature Ecology & Evolution, nhóm nghiên cứu cho biết đã phát hiện một loại protein mới có tên CARDIB, đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát phản ứng miễn dịch chống virus ở loài hải quỳ ngôi sao Nematostella vectensis.

Theo tác giả chính Ton Sharoni, CARDIB là một loại protein thuộc nhóm CARD, có khả năng liên kết với các cảm biến nhận diện virus, từ đó ngăn hệ miễn dịch kích hoạt không cần thiết.

Phát hiện này đã đánh đổ giả định lâu nay cho rằng hệ thống miễn dịch chống virus ở mọi loài động vật đều bắt nguồn từ một cơ chế tổ tiên chung. Thay vào đó, nghiên cứu cho thấy quá trình tiến hóa có thể tạo ra những giải pháp phân tử hoàn toàn khác nhau để đối phó với cùng một thách thức sinh học.

CARDIB hoạt động trái ngược với protein chống virus ở người

Từ năm 2020, với khoản tài trợ 2 triệu euro từ Hội đồng Nghiên cứu châu Âu, ông Ton Sharoni và Giáo sư Yehu Moran, nhà sinh học tiến hóa tại Đại học Hebrew, đã bắt đầu nghiên cứu cách hệ miễn dịch của hải quỳ hoạt động.

Ban đầu, nhóm cho rằng protein CARDIB có thể có cơ chế tương tự MAVS, một loại protein đóng vai trò quan trọng trong hệ thống chống virus ở người và các loài linh trưởng.

Để kiểm chứng, các nhà khoa học sử dụng công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR nhằm loại bỏ gen CARDIB khỏi một nhóm hải quỳ ngôi sao trong phòng thí nghiệm. Kết quả cho thấy những con vật này vẫn có thể sống sót và sinh sản, nhưng khả năng chống lại virus bị ảnh hưởng rõ rệt.

Điều bất ngờ là CARDIB không hoạt động giống MAVS như dự đoán ban đầu mà có cơ chế gần như ngược lại.

Ở người, protein MAVS hoạt động như một công tắc "bật", kích hoạt phản ứng miễn dịch ngay khi tế bào phát hiện virus. Trong khi đó, protein CARDIB đóng vai trò như một công tắc "tắt", giúp duy trì trạng thái kiểm soát và ngăn hệ miễn dịch của hải quỳ bị kích hoạt một cách không cần thiết.

Để kiểm tra vai trò của protein này trong môi trường tự nhiên, nhóm nghiên cứu đưa những con hải quỳ đã được biến đổi gen vào các bể chứa sinh thái biển ngoài trời tại South Carolina. Trong môi trường này, chúng phải tiếp xúc với nhiều loại virus có khả năng gây bệnh.

Chỉ sau vài ngày, những con hải quỳ thiếu protein CARDIB trở nên dễ mắc bệnh hơn, cho thấy protein này giữ vai trò quan trọng giúp hải quỳ đối phó với các mối đe dọa từ virus trong tự nhiên.

Theo Giáo sư Moran, cuộc chiến giữa virus và vật chủ là một "cuộc đua vũ trang tiến hóa", trong đó hệ miễn dịch của động vật liên tục phải thích nghi để đối phó với những virus cũng không ngừng tiến hóa.

Nghiên cứu cũng cho thấy các loài động vật cổ xưa có thể đã phát triển những chiến lược phòng vệ rất khác với con người. Theo Giáo sư Uri Frank thuộc Đại học Galway, người không tham gia nghiên cứu, phát hiện về CARDIB cho thấy khả năng miễn dịch chống virus có thể đã xuất hiện độc lập ở những nhóm động vật có quan hệ họ hàng xa thông qua quá trình tiến hóa hội tụ, thay vì tất cả đều kế thừa từ một con đường tổ tiên chung.

Nghiên cứu mở hướng bảo vệ các rạn san hô

Hải quỳ, san hô và sứa đều thuộc ngành Ruột khoang Cnidaria, vì vậy những hiểu biết về hệ miễn dịch của hải quỳ có thể mang lại thông tin quan trọng cho nghiên cứu về san hô.

Giáo sư Moran cho biết khoảng 30% sự sống dưới biển phụ thuộc vào các rạn san hô. Khi san hô suy thoái hoặc chết đi, nhiều loài cá và động vật không xương sống phụ thuộc vào hệ sinh thái này cũng bị ảnh hưởng.

Virus được cho là một trong những yếu tố có thể góp phần vào sự suy thoái của san hô. Do đó, việc tìm hiểu cách các loài họ hàng gần của san hô chống lại virus có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cơ chế miễn dịch của chúng.

Theo ông Ton Sharoni, nghiên cứu về CARDIB có thể cung cấp thêm những góc nhìn về cách san hô và các loài họ hàng phản ứng trước nhiễm virus cũng như các áp lực từ môi trường. Về lâu dài, những kiến thức này có thể đóng góp cho các nỗ lực bảo tồn và bảo vệ hệ sinh thái rạn san hô.

Nghiên cứu đồng thời nhấn mạnh giá trị của việc tìm hiểu hệ miễn dịch ở những loài động vật cổ xưa. Sau hàng trăm triệu năm tiến hóa, chúng có thể đã phát triển những chiến lược chống virus khác biệt mà các nghiên cứu tập trung chủ yếu vào người và chuột chưa thể phát hiện.