Tại phòng thí nghiệm của Trung tâm Y tế Tây Nam thuộc Đại học Texas (UT Southwestern), các nhà khoa học đã lần đầu tiên ghi lại được một hiện tượng vốn từ lâu được coi là không thể: một đoạn DNA tự phát rời khỏi nhân của một tế bào người và di chuyển sang tế bào lân cận. Đoạn phim thu được bằng phương pháp hiển vi theo thời gian (time-lapse microscopy) cho thấy các tế bào có nhân màu đỏ và màu xanh tiếp xúc với nhau, và ngay tại thời điểm đó, một mảnh DNA màu xanh đã chuyển sang tế bào màu đỏ. Đây không phải là mô hình máy tính mà là một đoạn video thực tế ghi lại hiện tượng lần đầu tiên được quan sát thấy trên tế bào động vật có vú vào năm 2024 và được công bố trên tạp chí khoa học uy tín Cell vào năm 2026.
Chuyển gen ngang từ lâu đã được biết đến ở vi khuẩn và các sinh vật đơn bào — đây là một trong những cơ chế tiến hóa chính của chúng. Tuy nhiên, ở các sinh vật nhân thực phức tạp, bao gồm động vật có vú và con người, quá trình này từng bị coi là cực kỳ hiếm gặp hoặc thậm chí là bất khả thi. Thông thường, DNA được khóa chặt và bảo vệ an toàn bên trong nhân tế bào bởi một lớp màng kép. Dù vậy, khi tế bào bị tổn thương hoặc xảy ra lỗi trong quá trình phân chia, các vi nhân (micronuclei) sẽ hình thành — đó là những mảnh DNA lớn hoặc thậm chí là toàn bộ nhiễm sắc thể bị tách ra khỏi nhân và nằm riêng biệt trong tế bào chất. Nghiên cứu của Peter Ly, Trợ lý Giáo sư tại Viện Nghiên cứu Trẻ em thuộc UT Southwestern, đã chỉ ra rằng các vi nhân này không chỉ ở lại trong tế bào gốc mà còn có khả năng thoát ra ngoài, di chuyển qua các "ống nano" (nanotubes) — những cầu nối tế bào chất mỏng giữa các tế bào lân cận — và tích hợp vào bộ gen của tế bào nhận.
Nhóm nghiên cứu của Ly đã chủ động gây tổn thương các tế bào võng mạc và tế bào thận của người để tạo ra các vi nhân, sau đó trộn chúng với các tế bào khỏe mạnh. Kỹ thuật quay phim hiển vi theo thời gian đã ghi nhận sự chuyển giao DNA trong chưa đầy 5% các trường hợp — một tỷ lệ thấp nhưng diễn ra đều đặn. Các vật chất di truyền được chuyển giao này có khả năng di truyền: tế bào con đã sao chép và truyền lại các gen mới, bao gồm cả các đoạn nhiễm sắc thể Y (nhiễm sắc thể nam giới) từ tế bào nam sang tế bào nữ. Kết quả tương tự cũng được ghi nhận trên các dòng tế bào ung thư và tế bào gốc vạn năng, vốn có khả năng biệt hóa thành bất kỳ loại tế bào nào trong cơ thể.
Trước đây, các nhà khoa học đã quan sát thấy RNA, protein và các bào quan được chuyển giao giữa các tế bào thông qua các ống nano (cấu trúc được gọi là tiếp xúc tế bào chất). Tuy nhiên, bản thân DNA từ lâu đã tránh khỏi sự quan sát trực tiếp, và hiện vẫn chưa rõ tần suất hiện tượng này xảy ra trong cơ thể sống là bao nhiêu. Các thí nghiệm của Ly chứng minh rằng các cầu nối liên bào có khả năng vận chuyển cả các phân tử DNA mạch kép kích thước lớn, sau đó chúng sẽ tích hợp vào nhiễm sắc thể của tế bào nhận thông qua quá trình tái tổ hợp. Một chuyên gia trong lĩnh vực sinh học phân tử đã gọi công trình này là bằng chứng video trực tiếp đầu tiên về sự chuyển gen ngang trong các tế bào động vật có vú đang sống.
Hiện tượng này tuy hiếm gặp nhưng hệ quả sinh học của nó có thể rất đáng kể. Trong các khối u, các gen gây ung thư bị đột biến hoặc các đoạn DNA bị hỏng có thể được truyền sang các tế bào khỏe mạnh lân cận, làm đẩy nhanh quá trình tiến hóa của ung thư, gia tăng tính dị biệt của khối u và gây khó khăn cho việc điều trị. Cơ chế của chính quá trình chuyển giao này cũng như danh sách chính xác các gen có thể di cư theo cách này cần phải được nghiên cứu kỹ lưỡng — vì tần suất xảy ra sự kiện là quá thấp để có thể thực hiện sàng lọc nhanh mà không có các phương pháp video chuyên biệt.
Khám phá này không phủ nhận cơ chế truyền gen dọc kinh điển từ cha mẹ sang con cái — vốn vẫn là cơ chế di truyền chủ đạo. Tuy nhiên, nó bổ sung thêm một cấp độ mới mẻ và đầy bất ngờ vào sự hiểu biết của chúng ta về biến dị di truyền ở các sinh vật đa bào. Hóa ra, các tế bào không còn là những đơn vị hoàn toàn biệt lập: ngay cả trong cùng một cơ thể, việc trao đổi các mảnh DNA lớn giữa các tế bào "hàng xóm" vẫn có thể xảy ra, điều này có thể ảnh hưởng đến khả năng thích nghi của các mô và sự tiến triển của bệnh tật.
Giờ đây, các nhà nghiên cứu đang đối mặt với một nhiệm vụ quan trọng: tìm hiểu xem quá trình chuyển giao này diễn ra thường xuyên đến mức nào trong điều kiện cơ thể sống, những trình tự gen cụ thể nào dễ bị di cư nhất, và liệu cơ chế này có thể được ứng dụng trong y học hay ngược lại, cần phải bị ngăn chặn trong điều trị ung thư.
Phát hiện này là một ví dụ điển hình cho thấy khoa học vẫn đang tiếp tục hé mở sự phức tạp và năng động đáng kinh ngạc của sự sống ở cấp độ tế bào. Các tế bào trong cơ thể chúng ta hóa ra "giao thiệp" rộng và kết nối với nhau nhiều hơn chúng ta từng nghĩ trước đây. Khả năng chuyển gen ngang của các đoạn DNA lớn thông qua các ống nano đã tô điểm thêm một lớp màu mới đầy ấn tượng cho bức tranh về sự hợp tác và thích nghi sinh học.
Thay vì là những "pháo đài" biệt lập với bộ gen được khóa chặt, các tế bào hiện lên như một cộng đồng năng động, có khả năng trao đổi vật chất di truyền khi cần thiết.
Nghiên cứu này mở ra những triển vọng đột phá trong lĩnh vực ung thư học, y học tái tạo và liệu pháp gen. Thiên nhiên hóa ra còn linh hoạt hơn những gì chúng ta tưởng tượng — và điều đó truyền cảm hứng cho những khám phá mới trong tương lai.
