Có thể bạn không tin nhưng thực sự xưa nay vẫn chưa ai có thể phát triển thành công mô hình máy tính hoàn chỉnh của một tế bào sống. Lý do là ngoài kích thước vô cùng nhỏ bé, các quy trình bên trong của tế bào cũng cực kì phức tạp. Tuy nhiên, mới đây các kĩ sư đến từ đại học Stanford đã ghi tên mình vào lịch sử khi tái tạo thành công mô hình máy tính của vi khuẩn đơn bào nhỏ nhất thế giới - Mycoplasma genitalium.
Nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi phó giáo sư kĩ thuật sinh học Markus Covert đã chọn M. genitalium bởi nó có 525 gene - bộ gene nhỏ nhất trong số các sinh vật tự do. Trong khi đó, vi khuẩn nổi tiếng Escherichia coli (E. coli) ngược lại có đến 4288 gene. Nếu như một số biến thể của E. coli là căn nguyên gây nhiều loại bệnh tật chẳng hạn như nhiễm trùng máu thì M. gentalium bản thân nó lại không độc hại. Vi khuẩn này lây lan qua đường tình dục và là nguồn gốc lây nhiễm các bệnh như viêm niệu đạo hay viêm âm đạo.
Để mô hình hóa, nhóm nghiên cứu đã khai thác dữ liệu từ hơn 900 văn bản khoa học về các vi khuẩn nhằm tim ra mối tương tác phân tử diễn ra trong vi khuẩn tự do M. genitalium. Kết quả là mô hình được tích hợp hơn 1900 thông số khác nhau và được chia thành 28 mô-đun riêng biệt. Mỗi mô-đun chịu trách nhiệm cho một quy trình sinh học và được điều khiển bởi các thuật toán do chính họ phát triển. Các mô-đun cũng giao tiếp với nhau và tái tạo một cách chính xác phương thức các quy trình sinh học ảnh hưởng lẫn nhau bên trong vi khuẩn thật.
Trên thực tế, đây là một trong những yếu tố giá trị nhất của mô hình. Thông thường, khi thử nghiệm với vi khuẩn thật, các nhà khoa học mô phỏng một gene và quan sát những thay đổi đáng chú ý xảy ra trong vi khuẩn. Với một mô hình máy tính, các nhà khoa học có thể ngay lập tức nhận thấy mọi sự thay đổi xảy ra trong mọi hệ thống của vi khuẩn. Dĩ nhiên điều này là một giả thuyết bởi chưa hẳn những gì nhìn thấy trong mô hình sẽ diễn ra chính xác như trong vi khuẩn thật. Tuy nhiên, "Nếu bạn sử dụng một mô hình để dẫn dắt nghiên cứu của mình, bạn sẽ có thể khám phá mọi thứ nhanh hơn," Covert nói.
Hiện tại, nhóm nghiên cứu của Covert đã sử dụng mô hình máy tính để nhận biết các chức năng gene mới và nghiên cứu về động lực học protein trong liên kết DNA. Trong một nghiên cứu cụ thể hơn, họ đã tìm kiếm bí ẩn xung quanh các giai đoạn trong vòng phân chia tế bào của M. genitalium nhằm xác định độ dài của từng giai đoạn giữa các cá thể vi khuẩn hoặc độ dài ngắn của cả vòng phân chia so với toàn bộ vi khuẩn.
Thêm vào đó, các nhà nghiên cứu tin rằng những mô hình như vậy có thể được sử dụng trong Bio-CAD (Computer-aided design). Họ cho rằng các tổ chức siêu nhỏ về mặt di truyền có thể được thay đổi hoặc thậm chí tạo ra, đầu tiên là phát triển trên mô hình ảo và áp dụng lên các tổ chức thật sự.
Sau cùng, nếu cơ thể người có thể được tái tạo theo dạng mô hình máy tính, mọi thứ chẳng hạn như các phương pháp trị liệu bằng thuốc hoặc gene có thể được thử nghiệm trước trên các mô hình và sau đó áp dụng trên người thật nếu chúng chứng minh được độ an toàn và hiệu quả. Tuy nhiên, điều này không dễ thực hiện và thời gian sẽ cho họ câu trả lời.
Phát kiến của đại học Standford đã được đăng tải trên tạp chí Cell hôm thứ 6 vừa qua.
Theo: Gizmag
