Một loại protein ức chế insulin có thể đã giúp một loài kiến ở Ấn Độ kéo dài tuổi thọ đến hơn 500% và cung cấp manh mối về việc ngăn chặn quá trình lão hóa ở các loài khác, theo một nghiên cứu mới.
Được công bố trên tạp chí Science, nghiên cứu cho thấy, thông qua việc sản xuất một loại protein đặc biệt chỉ ức chế con đường insulin gây ra lão hóa, kiến chúa vẫn có thể kéo dài tuổi thọ cho dù chúng phải trải qua quá trình trao đổi chất nhanh hơn để để ra rất nhiều trứng.
Ở nhiều loài động vật, việc sinh đẻ có thể dẫn đến tuổi thọ ngắn hơn. Sự đánh đổi giữa khả năng sinh sản và tuổi thọ này được cho là kết quả của quá trình phân bổ các nguồn dinh dưỡng và trao đổi chất.
Insulin - một loại hormone giúp chuyển hóa thức ăn thành năng lượng - đóng một vai trò quan trọng trong cả quá trình trao đổi chất và lão hóa. Việc sản xuất trứng - một quá trình tiêu tốn nhiều năng lượng và đòi hỏi thức ăn hơn - sẽ làm tăng mức insulin. Và sự gia tăng insulin này khiến tuổi thọ bị suy giảm ở hầu hết các loài động vật.
Ngược lại, sự hạn chế trong chế độ ăn uống sẽ khiến mức insulin giảm xuống và kéo dài tuổi thọ. Trên thực tế, nhiều nhà nghiên cứu cũng đang khám phá xem liệu nhịn ăn có giúp cải thiện tuổi thọ hay không.
Tuy nhiên, kiến là một ngoại lệ đáng kinh ngạc trong việc đánh đổi giữa khả năng sinh sản và tuổi thọ. Tuy chia sẻ cùng một bộ gen, nhưng kiến chúa - con kiến chịu trách nhiệm sinh sản kiến cho cả đàn - sống lâu hơn nhiều so với kiến thợ.
Chẳng hạn như trong loài kiến vườn đen, kiến chúa có thể đẻ một triệu quả trứng và sống tới 30 năm, trong khi các kiến thợ chỉ sống được một năm.
Trong nghiên cứu này, các tác giả chủ yếu tập trung vào loài kiến Harpegnathos saltator, một loài kiến nhảy có nguồn gốc từ Ấn Độ. Kiến chúa của loài này thường sống được 5 năm trong khi kiến thợ chỉ sống được 7 tháng.
Khi kiến chúa Harpegnathos trong đàn kiến chết, một sự kiện kỳ lạ xảy ra: những con kiến thợ cái đấu với nhau bằng râu của chúng, để tranh giành trở thành nữ hoàng tiếp theo. Kẻ chiến thắng trong cuộc đấu tay đôi sẽ thay đổi “đẳng cấp” trong xã hội loài kiến và trở thành những giả kiến chúa (pseudoqueen), hay còn được gọi là gamergate - những con kiến thợ có kích thước nhỏ bé nhưng sở hữu khả năng sinh nở giống kiến chúa.
Các giả kiến chúa có các hành vi giống như kiến chúa, bao gồm đẻ trứng, và tuổi thọ của chúng về cơ bản sẽ tăng từ 7 tháng lên 4 năm. Tuy nhiên, nếu bị thay thế, giả kiến chúa sẽ trở lại làm kiến thợ, ngừng đẻ trứng và tuổi thọ của chúng lại rút ngắn xuống còn 7 tháng.
Đồng tác giả cấp cao Claude Desplan, Giáo sư sinh học và khoa học thần kinh tại Đại học New York, cho biết: “Bằng cách trải qua quá trình 'chuyển đổi đẳng cấp' có thể đảo ngược từ kiến thợ sang giả kiến chúa, một quá trình dẫn đến sự gia tăng đáng kể cả tuổi thọ và khả năng sinh sản, kiến Harpegnathos mang lại một cơ hội độc nhất vô nhị để nghiên cứu về cách quá trình lão hóa và sinh sản có thể bị cắt đứt liên hệ như thế nào".
Sử dụng phương pháp giải trình tự RNA hàng loạt, các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu các mẫu mô của cả kiến thợ và giả kiến chúa. Trong đó, họ tập trung vào các bộ phận của kiến liên quan đến quá trình trao đổi chất và sinh sản bao gồm não, thể mỡ (fat body) hay gan của côn trùng, và buồng trứng.
Họ phát hiện ra rằng để sản sinh ra trứng, những con kiến chuyển từ kiến thợ sang giả kiến chúa tạo ra nhiều insulin hơn trong não. Sự gia tăng insulin này dẫn đến việc kích hoạt một trong hai nhánh chính của con đường truyền tín hiệu insulin, MAPK, kiểm soát sự trao đổi chất và hình thành trứng.
Insulin tăng lên trong giả kiến chúa kích thích sự phát triển của buồng trứng. Nhưng điều này sau đó lại bắt đầu tạo ra một protein ức chế insulin được gọi là Imp-L2. Imp-L2 sẽ chặn tín hiệu của nhánh chính khác kiểm soát sự lão hóa trong con đường truyền tín hiệu insulin, AKT.
Đồng tác giả nghiên cứu Danny Reinberg, Giáo sư hóa sinh và dược lý phân tử tại Trường Y NYU Grossman và là điều tra viên của Viện Y khoa Howard Hughes, cho biết: “Hai nhánh chính của con đường truyền tín hiệu insulin dường như điều chỉnh khác nhau đối với khả năng sinh sản và tuổi thọ, với việc tăng tín hiệu trong con đường hỗ trợ sinh sản ở giả kiến chúa và giảm tín hiệu trong con đường khác tương ứng với việc kéo dài tuổi thọ của chúng”.
Hua Yan, đồng tác giả đầu tiên của nghiên cứu và là cựu nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Trường Y Grossman, hiện là phó giáo sư sinh học tại Đại học Florida, cho biết: “Sự đánh đổi này, một quá trình phát triển ở kiến và có lẽ ở cả các loài côn trùng khác, có thể góp phần kéo dài tuổi thọ bất thường và kích thích kiến đẻ nhiều”.
Desplan cho biết thêm: “Công trình của chúng tôi cũng minh họa tầm quan trọng của việc sử dụng các hệ thống mô hình thích hợp để đặt câu hỏi về các vấn đề sinh học căn bản. Ví dụ, hầu hết các điều chỉnh nhằm kéo dài tuổi thọ ở động vật như chuột hoặc ruồi thường làm tăng tuổi thọ của chúng từ 10 đến 20%. Nhưng đối với kiến, tuổi thọ của chúng tăng lên đáng kể 500%, điều này làm cho việc nghiên cứu chúng trở nên thuyết phục hơn nhiều”.
Văn Thiện
