Vi khuẩn quang hợp đã góp phần định hình hành tinh của chúng ta, trong đó cyanobacteria nổi bật với khả năng sản sinh oxy, tạo nên bầu khí quyển giàu oxy và mở đường cho sự xuất hiện của sự sống phức tạp. Mới đây, các nhà khoa học tại Viện Khoa học và Công nghệ Áo (ISTA) đã phát hiện một bước ngoặt bất ngờ: hệ thống vốn được cho là tách DNA nay lại đảm nhận vai trò quyết định hình dạng tế bào cyanobacteria. Công trình được công bố trên tạp chí Science hé lộ thêm manh mối về cách các hệ thống protein tiến hóa và sự hình thành đời sống đa bào ở nhóm vi khuẩn quan trọng này.

Benjamin Springstein, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại ISTA, nhấn mạnh:
“Cyanobacteria chính là những người tiên phong của quá trình quang hợp tạo oxy. Khoảng 2,5 tỷ năm trước, chúng đã gây ra Sự kiện Oxy hóa Lớn, giúp sự sống hiếu khí có thể tồn tại. Nếu không có chúng, có lẽ chúng ta sẽ không có mặt ở đây ngày nay.”

Nghiên cứu cho thấy loài Anabaena – một cyanobacteria đa bào được nghiên cứu hơn 30 năm – đã trải qua sự thay đổi tiến hóa lớn. Hệ thống ParMR, vốn gắn với việc phân tách plasmid, đã biến đổi thành cấu trúc giống như bộ xương tế bào, giúp kiểm soát hình dạng. Thay vì gắn vào DNA, protein ParR nay liên kết với màng tế bào, còn ParM tạo thành mạng lưới sợi ngay dưới màng trong, giống như lớp vỏ tế bào.

Khi hệ thống này bị loại bỏ, tế bào mất hình dạng chữ nhật đặc trưng và trở nên tròn, phồng lên – dấu hiệu rõ ràng cho thấy chức năng chính của nó là duy trì hình thái chứ không phải phân chia DNA. Các nhà nghiên cứu đã đặt tên mới cho hệ thống này: CorMR.

Phân tích sinh tin học cho thấy sự chuyển đổi diễn ra theo nhiều giai đoạn: từ việc hệ thống di chuyển từ plasmid sang nhiễm sắc thể, thay đổi kích thước và cấu trúc, đến khả năng gắn vào màng tế bào và chịu sự kiểm soát của hệ protein khác. Tất cả đã biến một công cụ phân tách DNA cổ xưa thành bộ máy định hình tế bào – minh chứng cho khả năng tiến hóa tái sử dụng “công nghệ sinh học” sẵn có để tạo ra chức năng mới.