Các mức kẽm đúng là yếu tố quan trọng cho sức khỏe
Kẽm là một trong những vi chất dinh dưỡng mà nhiều người biết là cần thiết nhưng lại không nắm bắt được những thông tin cụ thể.
Không giống như calcium mà phần lớn con người biết là cơ thể có thể nạp từ một cốc sữa hoặc potassium trong một quả chuối, các nguồn kẽm thông thường lại không được nhiều người biết đến.
Những điều không biết về kẽm còn mở rộng ra cả việc có tham gia như thế nào vào quá trình trao đổi chất trong cơ thể con người. Trong khi nghiên cứu đã chứng minh là kẽm thiết yếu cho những chức năng quan trọng – từ sự tăng trưởng tế bào và sự sinh sôi cho quá trình tạo DNA creation, hỗ trợ hệ miễn dịch, xây dựng các protein và nhiều thứ khác – không nhiều người biết kẽm sẽ hoạt động như thế nào. Trên thực tế, rất nhiều những gì các nhà khoa học có thể biết về các chức năng của kẽm trong cơ thể, cụ thể là vai trò của nó đối với sự tăng trưởng tế bào, đã được nghiên cứu thông qua việc tìm hiểu những trường hợp thiếu hụt kẽm sẽ dẫn đến những hệ quả gì.
Tuy nhiên, một nghiên cứu mới do Amy Palmer, một giáo sư Khoa Sinh hóa, trường đại học Colorado Boulder đã rọi ánh sáng mới – trên thực tế là ánh sáng huỳnh quang – vào vai trò của kẽm trong sự tăng trưởng tế bào. Phát hiện này mới được xuất bản trên tạp chí Cell Reports 1.
Nghiên cứu này chứng tỏ là khi các nồng độ kẽm quá thấp hoặc quá cao, sự sinh sôi nảy nở của tế bào đã dừng lại cho đến khi các nồng độ kẽm trở lại ở phạm vi có thể chấp nhận được. Nghiên cứu cũng cho thấy một hiện tượng mà các nhà nghiên cứu gọi là ‘xung kẽm’ – sau khi một tế bào phân chia, sẽ có sự gia tăng nồng độ kẽm và trở lại mức thấp sau một giờ.
Palmer và cộng sự, postdoct Ananya Rakshit và học viên cao học Samuel Holtzen, đã có thể đến với hiểu biết mới về vai trò của kẽm bằng việc sử dụng các cảm biến huỳnh quang được mã hóa về mặt di truyền làm thay đổi màu sắc và phát ra ánh sáng khi kẽm kết hợp với chúng.
“Với lĩnh vực này, các cảm biến huỳnh quang là một đột phát lớn bởi chúng cho phép chúng tôi đo đạc và tính lượng kẽm trong từng tế bào trong nhiều giờ”, Palmer giải thích. “chúng tôi có thể theo dõi kẽm khi tế bào sẵn sàng phân chia và khi phân chia và hai tế bào con cùng trải qua quá trình tương tự nhau”.
“Chúng tôi cần hiểu tại cấp độ tế bào là tại sao kẽm lại cần thiết, nơi nào cần nó, lượng cần thiết là bao nhiêu. Một miếng ghép bị mất của bài toán, cụ thể khi chúng tôi nghĩ về việc bổ sung kẽm, hiểu và biết rõ khi nào các tế bào cần kẽm và trên thực tế chúng cần bao nhiêu”.
Sử dụng huỳnh quang
Palmer, người được ghi nhận trong cộng đồng quốc tế cho những nghiên cứu về phát triển cảm biến huỳnh quang cho dò kim loại trong tế bào mà không làm phá vỡ chức năng tế bào và nghiên cứu của các đồng nghiệp của cô thường sử dụng một chút sinh hóa và một chút kỹ thuật để tạo ra một cảm biến kết kết cặp với kẽm hoặc chỉ có kẽm.
“Những ‘điệp báo viên’ huỳnh quang đó ít gây nhiễu cho tế bào hơn, để chúng quay vòng một cách tự nhiên và chúng thực sự là làn sóng tương lai của lĩnh vực nghiên cứu này”, Palmer nói. “Đồng nghiệp Sabrina Spencer của tôi thực sự là người tiên phong trong cách tiếp cận nghiên cứu về chu trình tự nhiên của tế bào và chúng tôi đã học hỏi được nhiều từ cô và phòng thí nghiệm của cô. Cách làm của chúng tôi là đưa những điệp báo viên huỳnh quang và tạo ra một số đặc biệt cho kẽm”.
Khi Palmer lập phòng thí nghiệm tại CU, cô và đồng nghiệp đã bắt đầu phát triển cảm biến huỳnh quang đó, xây dựng trên nghiên cứu postdoct mà Palmer hoàn thành dưới sự hướng dẫn của Roger Tsien. Tsien từng giành giải Nobel Hóa học cho khám phá và phát triển protein huỳnh quang xanh dùng để dò nơi nào và khi nào các gene nhất định được biểu hiện trong các tế bào.
“Điều thật sự thú vị về các cảm biến huỳnh quang là chúng được tạo ra từ các protein được mã hóa di truyền”, Palmer nói. “Chúng có một chuỗi DNA và một đoạn DNA đó mã hóa một loại protein sẽ liên kết với kẽm.
“Màu sắc này thay đổi khi kết cặp với kẽm, đây thực sự là một đột phá. Thật dễ dàng để đón nhận được một phản hồi vô cùng nhỏ nhưng thật vô cùng khó để có được một đón nhận được phản hồi rõ ràng khi dùng để theo dõi tế bào trong suốt 60 giờ. Chungd tôi đã phải trải qua rất nhiều lần tối ưu hóa công cụ của mình để chúng hoạt động theo cách chúng tôi muốn”.
Nỗ lực này rất lớn bởi có nhiều nghiên cứu trước đã đưa thêm hóa chất vào tế bào để chúng ngừng phân chia hoặc loại bỏ huyết thanh tăng trưởng của chúng – một quá trình có thể loại bỏ kẽm. Sau đó loại hóa chất hoặc tăng thêm huyết thanh tăng trưởng tái tạo sự phân chia tế bào, xếp các tế bào sao cho chúng cùng làm một thứ tại một thời điểm. Tuy nhiên kịch bản này lại không thể hiện những gì diễn ra trong cơ thể con người.
Bằng việc đưa các thông tín viên huỳnh quang vào tế bào, Palmer và đồng nghiệp có thể không chỉ đo đạc được nồng độ kẽm mà còn dò theo từng tế bào trong suốt 60 giờ. Làm việc với chu trình tự nhiên của tế bào cho phép các tế bào thực hiện công việc thông thường của chúng theo thời gian thực, sau đó các nhà nghiên cứu xác định về mặt tính toán những trạng thái của từng tế bào trong từng thời điểm và lượng kẽm có trong từng điểm đó theo thời gian.
Những gợi ý cho dinh dưỡng và bệnh dịch
Nghiên cứu của Palmer không chỉ quan trọng bởi công cụ mới mẻ đang được phát triển và sử dụng để nghiên cứu về chu trình tế bào mà còn bởi sự thiết yếu của kẽm còn chưa được biết đến rộng rãi cũng như tác động của việc thiếu kẽm. Khoảng 17% số người trên thế giới bị thiếu kẽm và vấn đề này là một khủng hoảng sức khỏe công cộng ở một vài nơi trên thế giới.
Sự thiếu kẽm nghiêm trọng có thể dẫn đến kết quả làm làm chậm hoặc ngừng tăng trưởng và phát triển, làm chậm sự trưởng thành về giới tính, làm khiếm khuyết chức năng miễn dịch và có thể làm tổn thương khả năng chữa lành và nhiều vấn đề khác. Tuy nhiên các nhà khoa học đang mới bắt đầu hiểu về việc khi nào các tế bào cần kẽm và chúng cần bao nhiêu cho chu trình của mình.
Bằng việc sử dụng các cảm biến huỳnh quang để dò sự bổ cập kẽm ở các tế bào trong vòng 60 giờ, Palmer và đồng nghiệp có thể khám phá được xung kẽm xuất hiện đúng lúc sau khi một sự phân chia tế bào. “Chúng tôi không biết một cách chính xác tại sao điều này lại xảy ra nhưng chúng tôi suy luận là hai tế bào mới phân chia cần có nhiều kẽm cho quá trình tăng trưởng trong từng tế bào”, Palmer nói. “Nếu chúng không cần xung thì sau đó chúng không thể tiếp tục trưởng thành và chúng phải tạm ngừng quá trình ấy lại”.
Các nhà nghiên cứu cũng thấy các nồng độ kẽm cần thiết đều ở mức đủ – nếu chúng quá cao hay quá thấp thì các chức năng của tế bào dừng lại cho đến khi lượng kẽm về đến mức bình thường. Trong suốt quá trình này, họ quan sát thấy các tế bào vật lộn để tạo DNA.
Được hình thành trên những kết quả của nghiên cứu mới xuất bản gần đây, các nhà nghiên cứu trẻ trong phòng thí nghiệm của Palmer đang tập trung vào các nồng độ rất cao của kẽm được tìm thấy trong các tế bào ung thư vú và tìm hiểu tại sao các tế bào đó không bị dừng lại để phản hồi với các mức kẽm cao theo cách của các tế bào khỏe mạnh. Đây hầu như là cách các tế bào đều có một công tắc an toàn mà ung thư thi thoảng bỏ qua, Palmer nói.
Việc đào xới sâu hơn vào thời điểm và nguyên nhân các tế bào cần kẽm và lượng kẽm cần có thể “có những gợi ý cho hiểu biết về dinh dưỡng của con người ở mức độ toàn cơ thể, những gợi ý để hiểu về việc rối loạn vận hành kẽm hay rối loạn chức năng liên quan đến kẽm trong bệnh tật”, Palmer nói. “Chúng tôi đang thực sự nghiên cứu để hiểu được điểm thiết lập và cơ chế cơ bản mà mỗi tế bào có khi cảm nhận được tình trạng kẽm của mình và bằng cách nào, trong một phạm vi nhất định, nó có thể điều chỉnh lượng kẽm nó có”.
Thanh Lan tổng hợp
Nguồn: https://medicalxpress.com/news/2023-07-zinc-key-human-health.html
—————————-
1. https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(23)00667-8?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2211124723006678%3Fshowall%3Dtrue
