Khả năng tái tạo của các phân tử sinh học, như ADN của chúng ta, là nền tảng của sự sống. Nó là một quá trình thông thường liên quan đến tổ chức tế bào phức tạp. Tuy nhiên, các cấu trúc protein nào đó có thể thành công trong việc sao chép mà không cần thêm bất kỳ sự trợ giúp nào giống như các sợi tơ protein nhỏ. Các sợi (fibrils) này có liên quan đến các rối loạn thoái hóa thần kinh bao gồm cả bệnh Alzheimer và Parkinson.

Các sợi này, được gọi là các sợi amyloid (amyloid fibrils), có cấu trúc xoắn và bện chặt với các sợi khác tạo thành các “mảng”. Các mảng này được tìm thấy trong não của các bệnh nhân mắc bệnh Alzheimer. Sự hình thành tự nhiên của các sợi amyloid (amyloid fibrils) đầu tiên là rất chậm và thường phải kéo dài vài chục năm. Điều này giải thích vì sao bệnh Alzheimer thường xuất hiện ở những người cao tuổi. Tuy nhiên, ngay khi các sợi đầu tiên hình thành, chúng bắt đầu sao chép và lan tỏa với tốc độ rất nhanh, khiến cho rất khó để kiểm soát được nó.

Mặc dù điều này rất quan trọng, nhưng hiện chưa có một nghiên cứu nào có thể hiểu rõ cách thức các sợi protein có thể tự sao chép mà không cần bổ xung bất kỳ cơ chế nào.

Trong một nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Nature Physics, nhóm nghiên cứu do các nhà nghiên cứu thuộc Khoa Hóa học, trường Đại học Cambridge, đã sử dụng sự phối hợp của các mô phỏng máy tính và các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm để xác định các điều kiện thiết yếu giúp cho các sợi protein này có thể tự sao chép.

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng quá trình các sợi tự sao chép có vẻ phức tạp này thực ra bị chi phối bởi một cơ chế vật lý đơn giản. Đó là do sự phát triển nhanh của các protein khỏe mạnh trên bề mặt của các sợi hiện có.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một phân tử có tên là amyloid-beta, đây là phân tử hình thành nên các thành phần chính của các mảnh amyloid được tìm thấy trong não của các bệnh nhân Alzheimer. Họ phát hiện thấy mối liên quan giữa số lượng các protein khỏe mạnh đã lắng đọng lên trên các sợi hiện có này với tỷ lệ các sợi tự sao chép này. Nói cách khác, sự phát triển các protein trên các sợi càng lớn, thì các sợi tự sao chép xảy ra nhanh.

Họ cũng cho biết, bằng cách thay đổi cách thức các protein khỏe mạnh liên kết với bề mặt của các sợi này, có thể kiểm soát được các sợi tự sao chép.

“Một trong những bí ẩn về cách thức tạo ra các mảnh amyloid đằng sau quá trình hình thành lâu, chậm của chúng nhưng tốc độ tiến triển của chúng xảy ra rất nhanh. Chúng tôi đã xác định được các yếu tố khiến hệ thống này xúc tác các hoạt tính của chính nó. Ngoài ra, phát hiện này cho thấy nếu chúng ta có thể kiểm soát sự phát triển của các protein khỏe mạnh trên bề mặt các sợi này, chúng ta có thể giới hạn sự tổng hợp và lan tỏa của các mảnh này”, Tiến sỹ Andela Saric, tác giả đứng đầu nghiên cứu cho biết.

Tiến sĩ Saric cũng lập luận rằng những phát hiện này có thể sẽ là mối quan tâm lớn của các chuyên gia trong lĩnhvực công nghệ nano. Ông nói: “Một trong những mục tiêu chưa thực hiện được trong công nghệ nano là việc có được sự tự sao chép của các vật liệu nano có hiệu suất cao trong quá trình sản xuất. Điều này thực sự đúng với những gì chúng tôi quan sát được việc xảy ra với các sợi này. Nếu chúng tôi có thể hiểu được các quy tắc thiết kế trong quá trình này, chúng tôi có thể đạt được mục tiêu này”.