Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Nature, tâm điểm là Haloferax volcanii  - một phần của nhóm các sinh vật đơn bào gọi là cổ khuẩn, gần đây chúng được cho là một loại vi khuẩn.

Những phát hiện của các nhà khoa học từ Trường Đại học Khoa học Sự sống, có thể cung cấp những hiểu biết mới về cách thức mà các tế bào bị lỗi có thể phân chia ngoài tầm kiểm soát như trong các bệnh như ung thư.

Khám phá của họ đến ngay thời điểm kỷ niệm 50 năm ngày François Jacob trình bày mô hình sao chép DNA (năm 1963) – một bước ngoặc về lĩnh vực sao chép DNA, người đã được trao giải Nobel về Y học.

Tiến sĩ Thorsten Allers cho biết : "Thật đáng buồn, François Jacob đã qua đời, nhưng 50 năm sau khi lý thuyết này vẫn dẫn dắt việc nghiên cứu sự sao chép DNA .

"Nhân dịp này, báo cáo của chúng tôi trên tạp chí Nature là khá kịp thời. Chúng tôi đã chỉ ra ở một số sinh vật, những vị trí khởi đầu sao chép – kiểm soát sự sao chép DNA - không chỉ là không cần thiết mà thực sự các tế bào sẽ phát triển nhanh hơn khi những vị trí bắt đầu này không có mặt. Điều này thực sự bất ngờ và đã buộc chúng tôi phải đánh giá lại một trong những nền tảng của sinh học DNA."

Trong nghiên cứu “Tốc độ tăng tốc trong sao chép DNA thiếu vị trí khởi đầu” của đồng tác giả là Tiến sĩ Thorsten Allers, bác sĩ Conrad Nieduszynski và Tiến sĩ Michelle Hawkins tthuộc Trường đại học Khoa học Sự sống phối hợp với Tiến sĩ Sunir Malla và Tiến sĩ Martin Blythe thuộc của phòng thí nghiệm Nghiên cứu chuyên sâu trình tự DNA của trường.

Cổ khuẩn ban đầu được phát hiện trong môi trường khắc nghiệt và có thể tồn tại ở nhiệt độ rất cao hoặc rất thấp, hoặc rất mặn hay nước có tính axit hoặc kiềm. Chúng tạo thành một trong ba chi nhánh khác nhau cùng với vi khuẩn và sinh vật nhân chuẩn- những sinh vật đa bào bao gồm con người, động vật khác, thực vật và nấm. Ở mức độ di truyền, cổ khuẩn đã được tìm thấy có liên quan gần gũi đến sinh vật nhân chuẩn, và do đó liên quan gần gũi với tế bào con người hơn là với vi khuẩn. Cổ khuẩn ưa mặn Haloferax volcanii được nghiên cứu bởi các nhà khoa học Nottingham bắt nguồn từ biển Chết.

Tiến sĩ Allers nói thêm: "Mặc dù chúng trông giống như vi khuẩn và hoạt động giống như vi khuẩn, nhưng vi khuẩn cổ thực sự liên quan chặt chẽ với chúng ta hơn. Chúng tôi thực sự nhìn thấy những điểm tương đồng khi chúng ta quan sát các enzym chịu trách nhiệm cho sự sao chép DNA và đó là lý do tại sao chúng tôi nghĩ đây sẽ là một hệ thống thú vị để nghiên cứu lĩnh vực này. Chúng tôi đã bắt đầu thấy rằng cuộc sống không như chúng ta biết: Ở bên ngoài chúng trông giống như vi khuẩn nhưng bên trong chúng lại trông giống như sinh vật nhân chuẩn như con người. "

"Những gì chúng tôi đã phát hiện trong loại vi khuẩn cổ, mô hình sao chép DNA mà François Jacob đề xuất cách đây 50 năm và được cho là mô hình cho tất cả mọi cá thể, là cơ sở hoàn chỉnh cho sự sống, là không đúng hoàn toàn"

Để tái sản xuất, tất cả các dạng sống cần phải sao chép DNA trước khi tế bào phân chia. Chúng làm điều này thông qua một loạt các “sao chép có vị trí khởi đầu” định vị trên nhiễm sắc thể của chúng và các protein liên kết để bắt đầu quá trình sao chép .

Trong sinh vật nhân chuẩn như con người nếu những vị trí khởi đầu nhân bản được loại bỏ nó ngăn cản sự nhân rộng và cuối cùng dẫn đến cái chết của tế bào .

Tuy nhiên, các nghiên cứu của Nottingham, được tài trợ bởi Hội đồng Nghiên cứu sinh học và  Công nghệ sinh học (BBSRC) và Hội Hoàng gia, phát hiện ra rằng Haloferax volcanii có thể tự bắt đầu một phản ứng dây chuyền của sự nhân rộng khắp nơi trên nhiễm sắc thể của nó ngay cả khi vị trí khởi đầu nhân bản đã được loại bỏ.

Ngoài ra, các nhà khoa học phát hiện ra rằng sử dụng phương pháp tồn tại mới này, cổ khuẩn mà không cần vị trí khởi đầu, nhiễm sắc thể tăng trưởng nhanh hơn .

"Điều tuyệt vời mà chúng tôi tìm thấy là không chỉ là xóa bỏ vị trí khởi đầu vẫn cho phép các tế bào phát triển, mà hiện tại chúng thực sự phát triển nhanh hơn gần 10 phần trăm. Tất cả mọi người đã suy nghĩ đến: “Nơi nào bắt đầu? Nhưng chúng tôi đã không tìm thấy" bác sĩ Conrad Nieduszynski chia sẻ.

"Cách tế bào khởi đầu quá trình sao chép này là sử dụng một hình thức sửa chữa DNA tồn tại trong tất cả chúng ta, nhưng chúng chỉ chiếm quyền điều khiển quá trình này cho một mục đích khác. Bằng cách sử dụng cơ chế này, chúng kích hoạt bắt đầu nhân rộng ở nhiều địa điểm xung quanh nhiễm sắc thể cùng một lúc. "

Kể từ khi xuất hiện, những vị trí khởi đầu thật sự không cần thiết ở Haloferax volcanii , các nhà khoa học tin rằng nguồn gốc nhân bản trong sinh vật này có thể là một ví dụ về một "gen ích kỷ " - hưởng lợi các vị trí khởi đầu bằng cách tạo ra cơ hội để được tiếp tục nhân rộng trong khi sự cung cấp này không có lợi thế với chính bản thân.

Đối với con người điều này rất quan trọng để có thể điều chỉnh quá trình sao chép này của DNA để đảm bảo rằng nhiễm sắc thể chỉ sao chép một lần trước khi tế bào phân chia, hoặc nếu không có thể dẫn đến bệnh di truyền bao gồm cả ung thư.

Khi các tế bào ung thư phát triển, chúng không còn điều khiển việc sao chép bộ gen của chúng - điều này xảy ra do đột biến ở gen kiểm soát quá trình này. Mất kiểm soát sao chép dẫn đến tế bào ung thư có nhiều hơn hai bản sao của nhiễm sắc thể, đó là điểm chung với những gì các nhà khoa học quan sát thấy ở Haloferax volcanii .

Tiến sĩ Allers cho biết thêm: "Các nhà khoa học nghĩ rằng các tế bào ung thư quay trở lại trạng thái nguyên thủy mà không có những hình thức kiểm soát. Đây là cách thức giống với Haloferax volcanii. Một trong những điểm nổi bật khác của tế bào ung thư là phát triển nhanh hơn so với các tế bào bình thường và có thể nhân rộng nhanh chóng trong cơ thể. Điều này cũng tương tự như những gì chúng ta đang nhìn thấy - khi không điều hòa sự nhân đôi DNA và phân chia với sự kiểm soát bình thường, sự phân chia có thể không được kiểm soát, vì thế tốc độ tăng trưởng nhanh hơn".

Trong tương lai nếu chúng ta hiểu được cơ chế này, nó có thể cung cấp cho chúng ta một cái nhìn sâu sắc về cơ chế phân chia không kiểm soát của tế bào ung thư. Thậm chí có thể xác định mục tiêu mới để giết chết tế bào ung thư mà không làm hại các tế bào bình thường.