Vi khuẩn có thể 'nói chuyện' với nhau nhờ... điện

Phát hiện mới này thay đổi những hiểu biết của chúng ta về việc tương tác giữa các vi khuẩn và hứa hẹn giúp nắm rõ hơn về cách thức chúng kết nối với cơ thể sinh học của con người.

Tín hiệu điện – một loại ngôn ngữ ‘quốc tế’

Nghiên cứu cho thấy rằng các vi khuẩn thật sự ‘lợi hại’ trong khả năng giao tiếp hơn những gì chúng ta từng biết. Trước đây, nhiều thí nghiệm đã chứng minh vi khuẩn có thể trao đổi thông qua các tín hiệu hóa học, gọi là cảm biến quorum. Với ngôn ngữ riêng biệt này, vi khuẩn một loài có thể kết hợp với nhau để cùng tấn công hay phòng thủ.

Gần đây, nhiều nghiên cứu sâu hơn về hành vi của vi khuẩn chỉ ra rằng, vi khuẩn không chỉ có thể giao tiếp với các thành viên cùng một loài thông qua cảm biến quorum, mà chúng còn có thể giao tiếp với các loài vi khuẩn khác bằng tín hiệu điện.

Khi nghiên cứu về màng sinh học, là lớp vật liệu hữu cơ nhớt, hình thành từ sự cộng sinh của vi khuẩn, nhà nghiên cứu Jintao Liu nhận thấy điều đặc biệt trong sự hình thành của lớp màng này.

Lớp màng cứ mở rộng rồi lại ngừng, rồi lại mở rộng, ngừng, luân phiên. Mỗi một chu kỳ là 2 tiếng đồng hồ. Chu kỳ này tạo điều kiện cho cả cộng đồng vi khuẩn trong màng cùng phát triển, bởi vì nếu tế bào bên ngoài cứ mở rộng không ngừng, các tế bào ở giữa sẽ không được nhận đủ chất dinh dưỡng, do đó dẫn đến mất cân bằng và cả cộng đồng sẽ bị sụp đổ từ trung tâm.

Lớp màng sinh học có cấu tạo giống như một loạt các ‘thành phố’ cạnh nhau, tạo bởi các cộng đồng vi khuẩn khác nhau, các nhà nghiên cứu biết rằng vi khuẩn sẽ phải giao tiếp qua cả ‘biên giới thành phố’ của các loài khác nhau để thông tin.

Nhưng vì các loài khác nhau không thể giao tiếp với nhau bằng cảm biến quorum, nghĩa là phải có một phương thức khác nữa. Một nhà nghiên cứu trong nhóm, Arthur Pringle nhận ra vi khuẩn đã sử dụng tín hiệu điện thay vì hóa chất.

Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature. Theo đó, khi bị đói, vi khuẩn sẽ mở ra một ‘lỗ’, là một loại kênh ion điện, và nhả ra hạt ion kali điện dương. Tế bào bên cạnh nhận được hạt này và mở kênh của mình để truyền thêm ion đi, cứ thế cho đến hết toàn bộ lớp màng sinh học. Quá trình này khá giống với quá trình truyền nơ-ron thần kinh.

Các vi khuẩn tương tác với nhau trên bề mặt màng sinh học (nguồn: Wikimedia Commons/Riaq25)

Phát hiện khác xung quanh màng sinh học

Một phát hiện thú vị khác trong quá trình nghiên cứu, là khi ion kali chạm viền của lớp màng sinh học, nó không dừng lại mà tiếp tục di chuyển, kêu gọi thêm vi khuẩn khác tham gia tạo màng nhầy.

Jacqueline Humphries, một thành viên khác của nhóm, đã sử dụng thuốc nhuộm huỳnh quang để theo dõi kĩ hơn tiến trình của các vi khuẩn trên và xung quanh lớp màng sinh học. Cô nhận thấy chính những tín hiệu điện đã thu hút các loài vi khuẩn khác đến gần lớp màng nhầy.

“Phát hiện này làm thay đổi quan điểm của tôi về lớp màng sinh học”, cô chia sẻ với tờ The Atlantic.

Các nhà khoa học khác cũng bất ngờ với những kết quả tìm được. Helen Blackwell ở đại học Wisconsin-Madison cho biết: “Đây thực sự là một nghiên cứu thú vị, cho chúng ta những hiểu biết sâu sắc hơn về sự tương tác của vi khuẩn và cơ chế hình thành một lớp màng sinh học. Nó cho chúng ta thấy rằng, thông qua tín hiệu điện, các vi khuẩn có thể giao tiếp với nhau đơn giản và hiệu quả ra sao!”

Những phát hiện này được đánh giá vô cùng tích cực trong việc giải thích cách hình thành lãnh thổ một cách có trật tự của vi khuẩn ra sao, chẳng hạn như những cộng đồng vi khuẩn trong miệng người.

Về lâu dài, nghiên cứu hy vọng khám phá được khả năng phát xa của tín hiệu này cũng như phản ứng của các vi khuẩn khi bị thu hút đến gần lớp màng sinh học.

Karine Gibbs (Đại học Harvard) đưa ra nghi vấn về số phận của những tế bào bị ‘gọi’ đến bằng tín hiệu điện, liệu rằng nó có trở thành thức ăn cho màng nhầy, như kiểu “Các mỹ nhân ngư huyền thoại dẫn dụ thuyền đi ra khỏi bờ”?

Bảo Uyên (Futusism)