Tế bào năng lượng mặt trời: Bơm proton kích hoạt bằng ánh sáng tạo ra năng lượng tế bào, kéo dài tuổi thọ

Tế bào năng lượng mặt trời: Bơm proton kích hoạt bằng ánh sáng tạo ra năng lượng tế bào, kéo dài tuổi thọ

    Tế bào năng lượng mặt trời: Bơm proton kích hoạt bằng ánh sáng tạo ra năng lượng tế bào, kéo dài tuổi thọ
    bởi Trung tâm Y tế Đại học Rochester

    Ảnh: Pixabay/CC0 

    mitochondria
    Nghiên cứu mới trên tạp chí Nature Aging lấy một trang từ lĩnh vực năng lượng tái tạo và cho thấy rằng ty thể biến đổi gen có thể chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học mà tế bào có thể sử dụng, cuối cùng là kéo dài tuổi thọ của giun tròn C. elegans. Mặc dù triển vọng về các tế bào tích điện bằng ánh sáng mặt trời ở người là khoa học viễn tưởng hơn là khoa học, nhưng những phát hiện này đã làm sáng tỏ các cơ chế quan trọng trong quá trình lão hóa.

    Andrew Wojtovich, Tiến sĩ, phó giáo sư về Gây mê và Y học chu phẫu cũng như Dược lý & Sinh lý học tại Trung tâm Y tế Đại học Rochester và là tác giả chính của nghiên cứu cho biết: "Chúng tôi biết rằng rối loạn chức năng ty lạp thể là hậu quả của quá trình lão hóa".

    "Nghiên cứu này phát hiện ra rằng chỉ cần tăng cường trao đổi chất bằng cách sử dụng ti thể được cung cấp năng lượng bằng ánh sáng sẽ giúp giun trong phòng thí nghiệm sống lâu hơn, khỏe mạnh hơn. Những phát hiện này và các công cụ nghiên cứu mới sẽ cho phép chúng tôi nghiên cứu sâu hơn về ty thể và xác định những cách mới để điều trị các bệnh liên quan đến tuổi tác và giúp chúng ta khỏe mạnh hơn".

    Ti thể là bào quan được tìm thấy trong hầu hết các tế bào trong cơ thể. Thường được gọi là nhà máy điện của tế bào, ty thể sử dụng glucose để sản xuất adenosine triphosphate (ATP), hợp chất cung cấp năng lượng cho các chức năng chính trong tế bào, chẳng hạn như co cơ và các xung điện giúp các tế bào thần kinh giao tiếp với nhau.

    Sản xuất ATP là kết quả của một số phản ứng có thể thực hiện được bằng cách trao đổi proton qua màng ngăn cách các ngăn khác nhau trong ty thể, cuối cùng hình thành một quá trình gọi là điện thế màng. Người ta đã chứng minh rằng điện thế màng suy giảm theo tuổi tác, có khả năng đóng một vai trò trong một số bệnh liên quan đến tuổi tác, chẳng hạn như rối loạn thoái hóa thần kinh.

    Nghiên cứu mới liên quan đến C. Elegans, một loại giun tròn cực nhỏ—giống như ruồi giấm Drosophila—từ lâu đã là một công cụ nghiên cứu được các nhà khoa học sử dụng để hiểu các nguyên tắc sinh học cơ bản, trong nhiều trường hợp, được áp dụng trên khắp vương quốc động vật.

    Để thực hiện các thí nghiệm, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Hoa Kỳ và Đức đã điều chỉnh một công cụ nghiên cứu hiện có cho phép họ điều khiển hoạt động trong ty thể. Kỹ thuật này, được gọi là optogenetics, thường được sử dụng để nhắm mục tiêu và kích hoạt các tế bào thần kinh cụ thể, do đó cho phép các nhà nghiên cứu nghiên cứu chính xác hơn các mô hình hoạt động của não.

    Các nhà nghiên cứu đã biến đổi gen ty thể của C. elegans để bao gồm một máy bơm proton kích hoạt bằng ánh sáng thu được từ một loại nấm. Đây là thành tựu mà nhóm đã mô tả lần đầu trong một bài báo năm 2020 trên tạp chí EMBO Reports.

    Trong nghiên cứu mới, khi tiếp xúc với ánh sáng, bơm proton sẽ di chuyển các ion tích điện qua màng, sử dụng năng lượng từ ánh sáng để sạc cho ty thể. Quá trình này, mà các nhà nghiên cứu đặt tên là ty thể-ON (mtON), làm tăng tiềm năng màng tế bào và sản xuất ATP, dẫn đến tăng 30-40% tuổi thọ của giun đũa.

    Tiến sĩ Brandon Berry, người đã nhận bằng tiến sĩ về sinh lý học tại Đại học Rochester và hiện là học giả sau tiến sĩ tại Đại học Washington, là tác giả đầu tiên của cả hai nghiên cứu. Berry cho biết: “Mitochondria tương tự như các nhà máy điện công nghiệp ở chỗ chúng đốt cháy nguồn carbon, chủ yếu là glucose, để tạo ra năng lượng hữu ích cho tế bào.

    "Những gì chúng tôi đã làm về cơ bản là kết nối một tấm pin mặt trời với cơ sở hạ tầng của nhà máy điện hiện có. Trong trường hợp này, tấm pin mặt trời là công cụ quang di truyền mtON. Bộ máy ty thể bình thường sau đó có thể khai thác năng lượng ánh sáng để cung cấp thêm ATP đến con đường đốt cháy bình thường."

    Nghiên cứu này rất quan trọng vì nó cung cấp cho các nhà nghiên cứu cái nhìn sâu sắc hơn về vai trò sinh học phức tạp của ty thể trong cơ thể con người, một chủ đề mà cộng đồng khoa học hiện chỉ mới bắt đầu hiểu. Nghiên cứu cũng tạo ra một phương pháp mới để thao tác và nghiên cứu ty thể trong môi trường của một tế bào sống. Điều này có thể phục vụ như một nền tảng quan trọng để nghiên cứu ty thể và xác định các cách can thiệp và hỗ trợ chức năng.

    Berry nói: “Chúng ta cần hiểu thêm về cách ty thể thực sự hành xử ở động vật. "Đầu tiên là ở giun, giống như nghiên cứu hiện tại, nhưng sau đó là ở tế bào người trong môi trường nuôi cấy và ở loài gặm nhấm. Bằng cách đó, nghiên cứu trong tương lai sẽ được cung cấp đầy đủ thông tin để nhắm mục tiêu vào những tác nhân có khả năng nhất gây ra bệnh tật và lão hóa ở người."

    Zalo
    Hotline