Theo “sách giáo khoa” sinh học, đại thực bào sẽ nuốt vi khuẩn, bao bọc nó trong một túi chứa độc tố gọi là túi thực bào (phagosome), sau đó đưa các phần tế bào còn lại đến lysosome để phân hủy. Nhưng việc tiêu diệt những kẻ xâm lược hóa ra lại phức tạp hơn rất nhiều, với các bào quan khác như ty thể – các vị trí sản xuất năng lượng chính trong tế bào – cũng tham gia vào quá trình này.
Một bằng chứng cho vai trò của ty thể xuất hiện vào năm 2011, khi các nhà nghiên cứu ngăn chặn việc sản xuất các gốc oxy tự do (ROS) – các phân tử nguy hại là các sản phẩm phụ của quá trình trao đổi chất – trong ty thể của đại thực bào chuột và thấy rằng các tế bào miễn dịch trở nên kém hiệu quả hơn trong việc tiêu diệt vi khuẩn. Bốn năm sau, nhà miễn dịch học Mary O’Riordan thuộc Đại học Y Michigan đã phát hiện ra một mảnh ghép khác khi cô cho đại thực bào chuột tiếp xúc với vi khuẩn Staphylococcus aureus. Việc này dường như đã kích hoạt một tín hiệu stress đặc biệt trong lưới nội chất của tế bào, từ đó làm tăng sản xuất ROS.
Khi một đại thực bào nuốt một vi khuẩn, nó sẽ kích hoạt một tín hiệu stress trong mạng lưới nội chất (1). Điều này dẫn đến kích thích ty thể tạo ra các gốc oxy tự do (ROS) (2), được đóng gói vào các túi và đưa vào phagosome (3). Ở đó, các phân tử gây hại được cho là hỗ trợ tiêu diệt mầm bệnh. Cuối cùng, phần còn lại của vi khuẩn đã bị biến chất sau khi phagosome hợp nhất với lysosome (4). Infrographic: © STEVE GRAEPEL
Để tìm ra ROS đến từ đâu, O’Riordan và các đồng nghiệp của cô gần đây đã thu tách các đại thực bào từ chuột và sử dụng CRISPR-Cas9 để cắt bỏ gen mã hóa IRE1α, một protein cảm ứng stress trong mạng lưới nội chất. Khi các nhà nghiên cứu cho các tế bào này tiếp xúc với S. aureus, họ đã quan sát thấy sự sản xuất ROS giảm rõ rệt trong các ty thể của đại thực bào, và các tế bào này có hiệu quả diệt vi khuẩn thấp hơn nhiều so với các đại thực bào không bị cắt bỏ gen. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các đầu dò huỳnh quang để theo dõi các gốc oxy tự do của hydro peroxide trong các đại thực bào bình thường và quan sát sự di chuyển của nó từ ty thể đến phagosome. Các thí nghiệm bổ sung cho thấy sự vận chuyển này xảy ra thông qua các túi thoát ra từ ty thể và được đưa vào phagosome. Đại thực bào thiếu gen Parkin, một gen liên quan đến việc tạo ra các túi nêu trên, tỏ ra ít có khả năng tiêu diệt S. aureus và hai loại vi khuẩn khác.
“Tôi nghĩ diễn biến xảy ra là vi khuẩn đã bị đại thực bào nuốt, tín hiệu được gửi để bật trạng thái “báo động”, kích hoạt ROS của ty thể và chúng nhanh chóng gửi các túi này đến phagosome,” O’Riordan giải thích. Các nhà nghiên cứu có xu hướng nghĩ về ty thể chủ yếu như là các nhà máy năng lượng, cô nói thêm, “nhưng thực tế, tế bào đã phát triển để sử dụng các bào quan này và nhiều bộ phận cấu thành của chúng theo nhiều cách khác nhau,” như là sự hình thành peroxisome và tham gia vào sự chết tế bào theo lập trình.
Đối với Greg Fairn, một nhà sinh học tế bào tại Đại học Toronto, người không tham gia vào nghiên cứu, kết quả đại diện cho một bước ngoặt mới về các tuyến phòng thủ chống vi khuẩn đại thực bào. Phagosome có các yếu tố gây độc riêng cũng như có “bộ máy” sản xuất ROS để tiêu diệt vi khuẩn, vì vậy cơ chế mới được phát hiện có thể tiêu diệt các chủng kháng thuốc và cứng đầu hơn. Tái sử dụng ROS của ty thể để tiêu diệt mầm bệnh là một cơ chế rất tinh vi, ông nói thêm. “Nó gần như là đang tận dụng một thứ gì đó vốn được coi là một sản phẩm phụ không mong muốn,” Fairn nói, bổ sung thêm một công cụ nữa vào “xưởng vũ khí” chống vi khuẩn xâm nhập của đại thực bào.
Nguồn tham khảo:
- Abuaita, B. H., Schultz, T. L., & O’Riordan, M. X. (2018). Mitochondria-derived vesicles deliver antimicrobial reactive oxygen species to control phagosome-localized Staphylococcus aureus. Cell host & microbe, 24(5), 625-636.
iceberg/tapchisinhhoc.com
Đọc thêm:
ADN ty thể có thể được di truyền từ bố
Mỡ bụng và kích thước não
No Responses