Phần 8
Đây có lẽ là khái niệm quan trọng bậc nhất để hiểu sinh học hiện đại — và nó bắt đầu từ một câu hỏi tưởng chừng nghịch lý: nếu mọi tế bào có cùng bộ gene, vì sao tế bào gan lại khác hẳn tế bào thần kinh?
Nhắc lại điều đã gặp ở Phần 1: mọi tế bào trong cơ thể bạn mang cùng một bộ gene. Tế bào gan, tế bào da, tế bào thần kinh chứa thông tin y hệt nhau. Vậy mà chúng khác nhau một trời một vực. Lời giải: chúng dùng những gene khác nhau — mỗi loại tế bào bật lên tập gene hợp với vai trò của mình, và tắt phần còn lại. Cùng một cuốn sổ công thức, nhưng “đầu bếp gan” giở những trang khác với “đầu bếp thần kinh”.
Hai thuật ngữ cần tách bạch:
Vì sao điều hòa lại sống còn? Ba lý do:
Một cách nói gọn đáng nhớ: gene cho ta khả năng; điều hòa quyết định khi nào dùng khả năng đó.
Gene sắc tố được biểu hiện ở tế bào da nhưng bị tắt ở tế bào gan. Sự khác biệt đó là do điều hòa gene — cùng một công thức, nơi bật nơi tắt. Không phải tế bào gan thiếu gene đó, mà là nó không dùng.
Nhiều tầng “núm vặn” (tầng phiên mã là mạnh nhất): có tạo mRNA không, nhiều hay ít (phiên mã — Phần 9); cắt–nối thế nào, mRNA bền bao lâu (sau phiên mã — Phần 12); mRNA có được dịch không (dịch mã); protein sau đó bị chỉnh sửa, kích hoạt, hay đem phân hủy (sau dịch mã).
Operon lac (1961): ở vi khuẩn E. coli, nhóm gene tiêu lactose nằm cạnh nhau, chung một công tắc. Không có lactose → một protein ức chế bám DNA chặn phiên mã; có lactose → chất ức chế bị gỡ ra, gene bật. Đây là hệ điều hòa đầu tiên loài người giải mã (Jacob & Monod, Nobel 1965).
Tái lập trình (2006): Yamanaka chỉ cần bật đúng bốn gene điều hòa là “tua ngược” được một tế bào da trưởng thành về trạng thái tế bào gốc (Nobel 2012). Minh chứng mạnh mẽ: điều khiển đúng vài công tắc có thể đổi hẳn số phận một tế bào — nền của y học tái tạo.
Cùng bộ gene, khác ở bật gene nào. Điều hòa diễn ra ở nhiều tầng, mạnh nhất là phiên mã. Operon lac là mô hình gốc; thí nghiệm Yamanaka cho thấy sức mạnh của điều hòa.