Có Thể Cuộc Sống Sử Dụng Một Mã Gen Dài Hơn Không? Có Thể, Nhưng Không Chắc Chắn năm 2025

Dù cuộc sống trên Trái Đất có đa dạng đến đâu—có thể là một con báo săn mồi ở Amazon, một cây lan xoắn quanh cây ở Congo, tế bào nguyên thủy phát triển trong suối nước nóng sôi ở Canada, hoặc một nhà môi giới chứng khoán ngắm cà phê trên Wall Street—ở mức gen, tất cả đều tuân theo cùng một quy luật. Bốn chữ cái hóa học, hay cơ sở nucleotide, tạo nên 64 “từ” ba chữ gọi là codon, mỗi cái đại diện cho một trong 20 axit amin. Khi axit amin được kết nối theo các hướng dẫn được mã hóa này, chúng tạo nên các protein đặc trưng cho mỗi loài. Ngoại trừ một số ít ngoại lệ tối nhỏ, tất cả các gen mã hóa thông tin một cách giống nhau.

Tuy nhiên, trong một nghiên cứu mới được công bố tháng trước trên tạp chí eLife, một nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts và Đại học Yale đã chứng minh rằng có thể điều chỉnh một trong những quy luật truyền thống này và tạo ra một mã gen mới toàn diện xây dựng xung quanh các từ codon dài hơn. Lý thuyết, phát hiện của họ chỉ ra một trong những cách mở rộng mã gen thành một hệ thống linh hoạt hơn mà sinh học tổng hợp có thể sử dụng để tạo ra các tế bào có hóa học sinh học mới không xuất hiện ở bất kỳ nơi nào trong tự nhiên. Nhưng công việc cũng cho thấy rằng một mã gen mở rộng bị ảnh hưởng bởi sự phức tạp của nó, trở nên kém hiệu quả và thậm chí là ít linh hoạt hơn ở một số cách bất ngờ—những hạn chế này gợi ý vì sao cuộc sống có lẽ không ưa chuộng codon dài hơn từ đầu.

Chưa rõ những phát hiện này có ý nghĩa gì đối với cách mã hóa cuộc sống ở những nơi khác trong vũ trụ, nhưng nó ngụ ý rằng mã gen của chúng ta đã tiến hóa để không quá phức tạp cũng như không quá hạn chế, mà chỉ đúng đắn—và sau đó, nó kiểm soát cuộc sống trong hàng tỷ năm như cái mà Francis Crick gọi là một “tai nạn đông lạnh.” Tác giả cho biết, tự nhiên đã chọn mã gen Goldilocks này vì nó đơn giản và đủ cho mục đích của nó, chứ không phải vì các mã gen khác không thể đạt được.

Ví dụ, với codon bốn chữ (tứ kết), có 256 khả năng duy nhất, không chỉ là 64, điều này có vẻ có lợi cho cuộc sống vì nó mở ra cơ hội mã hóa nhiều hơn 20 axit amin và một loạt protein đa dạng vô cùng. Các nghiên cứu sinh học tổng hợp trước đó, và thậm chí một số ngoại lệ hiếm hoi trong tự nhiên, đã cho thấy đôi khi có thể mở rộng mã gen bằng một số codon tứ kết, nhưng đến nay, chưa ai từng thử tạo ra một hệ thống gen hoàn toàn tứ kết để xem nó so sánh với hệ thống gen bình thường có codon ba kết.

“Đây là một nghiên cứu đặt câu hỏi đó một cách khá chân thành,” nói Erika Alden DeBenedictis, tác giả chính của bài báo mới, người đã là sinh viên tiến sĩ tại MIT trong dự án và hiện đang làm nghiên cứu sinh tại Đại học Washington.

Mở Rộng Trên Tự Nhiên

Các mã ba lẻ hoạt động tốt trên Trái Đất, nhưng không rõ liệu điều đó có đúng ở nơi khác không - sự sống trong vũ trụ có thể khác biệt đáng kể về hóa học hoặc mã hóa của nó. Mã gen có thể là “một dẫn xuất và phục vụ cho hóa sinh của các peptide” cần thiết cho sự sống, theo Drew Endy, giáo sư kỹ thuật sinh học tại Đại học Stanford và chủ tịch của Tổ chức BioBricks, người không tham gia vào nghiên cứu. Trong môi trường phức tạp hơn Trái Đất, sự sống có thể cần được mã hóa bằng mã ba bốn, nhưng trong môi trường đơn giản hơn nhiều, sự sống có thể hoạt động với mã hai đơn - điều đó, tất nhiên, nếu nó sử dụng mã hóa nói chung.

Sự Cạnh Tranh Bền Vững

Không phải ai cũng đồng ý rằng việc tạo ra một hình thức sống được mã hóa bằng cách sử dụng mã bốn sẽ dễ dàng. “Tôi không nghĩ có điều gì họ cho thấy mà ngụ ý rằng nó sẽ dễ dàng - nhưng họ thực sự chỉ ra rằng nó không phải là không thể, và điều đó thú vị,” Floyd Romesberg, một nhà sinh học tổng hợp và đồng sáng lập của công ty công nghệ sinh học Synthorx nói. Làm cho một cái gì đó hoạt động kém để hoạt động tốt hơn là “một trò chơi rất, rất khác” so với việc cố gắng làm điều không thể.

Sự Cạnh Tranh Chặt Chẽ

Mức độ nỗ lực cần thiết để làm cho một mã bốn lẻ thực sự hoạt động tốt là một câu hỏi mở, DeBenedictis nói. Cô nghĩ bạn cũng có thể cần phải chế tạo lại nhiều phần lớn của máy dịch để chúng hoạt động tốt với một mã lớn hơn. Cô và đội ngũ của mình hy vọng đưa công việc của họ lên một tầm cao mới bằng cách thêm một “đuôi” bổ sung cho tRNA kỹ thuật để chúng sẽ tương tác với một bộ ribosome được thiết kế để chỉ hoạt động với chúng một mình. Điều đó có thể cải thiện hiệu suất dịch bằng cách giảm cạnh tranh với bất kỳ khía cạnh mã ba lẻ nào của hệ thống.

Vượt qua sự cạnh tranh từ mã ba lẻ luôn là một thách thức lớn, cô thêm vào, vì nó đã hoạt động rất tốt từ trước.

Chuyện gốc được tái in với sự cho phép từ Quanta Magazine, một tờ báo độc lập với biên tập của Tổ chức Simons với nhiệm vụ là nâng cao sự hiểu biết của công chúng về khoa học bằng cách đưa ra các phát triển nghiên cứu và xu hướng trong toán học và các ngành khoa học tự nhiên và đời sống.