Sự sống không tế bào, hay còn được gọi là sự sống không tế bào (Non-cellular life hay acelluar life), là sự sống tồn tại mà trong ít nhất một phần trong vòng đời của nó không có cấu trúc tế bào.
Trong suốt quá trình lịch sử, hầu hết các định nghĩa về sự sống đều giả định rằng một sinh vật phải được cấu thành từ một hoặc nhiều tế bào, nhưng điều này không còn được coi là cần thiết nữa và các tiêu chí hiện đại cho phép các dạng sự sống dựa trên cấu trúc khác nhau.
Sự sống không tế bào đề cập đến các thực thể hay cấu trúc sinh học mà không có cấu trúc tế bào thông thường. Điều này bao gồm các cấu trúc sinh học có tính chất sống mà không bị ràng buộc bởi các thành phần tế bào, tổ chức hoặc cấu trúc tế bào thông thường.
1. Đặc điểm của sự sống không tế bào
Sự sống không tế bào là một khái niệm lý thú trong lĩnh vực sinh học, nhấn mạnh vào các hệ thống sinh học mà không dựa trên cấu trúc tế bào như các sinh vật thông thường. Dưới đây là chi tiết về 7 đặc điểm chung của sự sống không tế bào:
1.1. Không có cấu trúc tế bào hoặc thành phần tế bào
Sự sống không tế bào thường không có cấu trúc tế bào cổ điển.
Tế bào cổ điển thường không có nhân thực sự (nucleus) và các bộ phận tế bào bao quanh các cấu trúc tế bào khác.
Trong khi cấu trúc chính của tế bảo cổ điển bao gồm:
- Màng tế bào (Cell membrane): Vỏ bọc bên ngoài tế bào, kiểm soát sự di chuyển của các chất vào và ra khỏi tế bào.
- Cytoplasm: Chất lỏng nội tế của tế bào, nơi các hoạt động tế bào chính diễn ra.
- Ribosome: Cấu trúc không màng chịu trách nhiệm cho tổng hợp protein.
- Chromosome (genetic material): Một nhiễm sắc thể duy nhất chứa DNA, không được bao quanh bởi màng nhân.
- Thành bào (Cell wall): Chất chắn bên ngoài màng tế bào, bảo vệ và duy trì hình dạng của tế bào.
- Flagellum: Cấu trúc lông mao giúp tế bào di chuyển.
Nhưng với sự sống không tế bào, chúng thường chỉ gồm những hành phần chính sau:
- Virus capsid: Một vỏ bọc protein bảo vệ chứa ác riêng của virus (RNA hoặc DNA).
- Acid nucleic: DNA hoặc RNA, tùy thuộc vào loại virus.
- Enzymes và các cấu trúc protein khác: Đóng vai trò quan trọng trong quá trình nhiễm trùng và tổng hợp virus mới.
- Prion protein: Protein đặc biệt gây ra các bệnh về não như sổ mũi ăn não (Creutzfeldt-Jakob disease) và bệnh Mất trí nhớ (Alzheimer’s disease) ở ng
Không có hạt nhân (Nucleus): Thiếu hạt nhân hoặc bất kỳ cấu trúc giống hạt nhân nào.
Không có gene hoặc ARN/DNA: Không chứa vật liệu di truyền như DNA hoặc RNA, hoặc nếu có, chúng không có tổ chức tương tự như trong tế bào thông thường.
Khả năng tự tổ chức: Có khả năng tự tổ chức và duy trì các quá trình sinh học cơ bản mà không cần cấu trúc tế bào.
Thiếu các cấu trúc tế bào phức tạp khác: Thiếu các cấu trúc tế bào phức tạp như mitochondria, chloroplasts, endoplasmic reticulum và các bộ phận tế bào khác.
Khả năng tương tác với môi trường xung quanh: Có khả năng tương tác và ảnh hưởng đến môi trường xung quanh mà không cần tế bào.
Khả năng tăng số lượng hoặc sinh sản độc lập: Có khả năng tăng số lượng hoặc sinh sản một cách độc lập mà không cần cấu trúc tế bào.
Những đặc điểm này giúp xác định sự sống không tế bào và phân loại nó vào một nhóm sinh học riêng biệt, không dựa trên cấu trúc tế bào mà tập trung vào các quá trình sinh học tổ chức và tương tác.
2. Phân loại sự sống không tế bào
Sự sống không tế bào (acellular entities) được phân chia chính thức thành các loại lớn như: Viruses, Virusoids và Viroids không có cấu trúc tế bào cổ điển.
Dưới đây là mô tả về các thành phần chính của các loại này:
Viruses:
- Capsid: Đây là một vỏ bọc protein bảo vệ chứa axit nucleic (DNA hoặc RNA) của virus.
- Axit nucleic (genetic material): Các loại virus có thể chứa DNA hoặc RNA, chứa thông tin di truyền cần thiết để tự nhân bản và tái tạo.
- Lớp lipid và protein: Các loại virus môi trường khác nhau có thể chứa lớp lipid và protein bên ngoài capsid, được gọi là lớp môi trường (envelope).
Virusoids:
- Axit nucleic (genetic material): Virusoids cũng chứa ác nucleic (RNA), tuy nhiên, chúng nhỏ hơn so với virus và thường không đủ để tự thực hiện quá trình tái tạo một cách độc lập. Virusoids cần sự hiện diện của virus để hoàn thành chu trình sống.
Viroids:
- Axit nucleic (genetic material): Viroids chỉ chứa một đơn sợi RNA nhỏ gọn và không mã hóa bất kỳ protein nào.
- Cấu trúc và quy trình tự nhân bản: Viroids tự nhân bản bằng cách tương tác với các chất khác trong tế bào chủ, thường ảnh hưởng đến chức năng của cây và gây bệnh trong cây trồng.
Viruses, virusoids, và viroids đều cần tế bào của một host để thực hiện chu trình sống, nơi chúng tiến hành tái tạo, lây lan và gây ảnh hưởng đến vật thể chủ.
Ngoài ra sự sống không tế bào còn có một số loại đặc biệt sau:
2.1. Nhóm virus khiếm khuyết Defective Interfering Particles
Defective Interfering Particles (DIPs) là các biến thể của vi rút mà một phần quan trọng của bộ gen đã bị mất hoặc bị tổn thương do quá trình nhân bản không hoàn hảo, recombination không đồng nhất hoặc quá trình tái sắp xếp bộ gen.
Điều này dẫn đến việc DIPs thiếu một hoặc nhiều gen cần thiết để tạo thành một vi rút hoàn chỉnh và lây lan một cách độc lập.
Thành phần quan trọng của DIPs bao gồm:
Genetic Material (Ácid Nucleic): DIPs giữ lại một phần của bộ gen vi rút cha mẹ, nhưng một số phần đã bị mất hoặc bị tổn thương. Điều này làm cho chúng thiếu khả năng gây nhiễm một cách độc lập.
Protein Components (Thành phần protein): DIPs giữ lại một số thành phần protein từ vi rút cha mẹ, cần thiết để cấu trúc và hỗ trợ quá trình xâm nhập vào tế bào chủ. Tuy nhiên, chúng không đủ để tạo thành vi rút hoàn chỉnh mà cần sự kết hợp với vi rút “đồng hành” (helper virus).
Helper Virus Interaction (Tương tác với vi rút đồng hành): DIPs cần sự hỗ trợ của một vi rút “đồng hành” (helper virus) để hoàn thành quá trình xâm nhập vào tế bào và cung cấp các yếu tố gen cần thiết đã mất.
Capsid Structure (Cấu trúc vỏ bọc): Mặc dù DIPs giữ lại một số cấu trúc vỏ bọc từ vi rút cha mẹ, nhưng do mất một phần quan trọng của bộ gen, cấu trúc này thường không đủ để tạo thành vi rút hoàn chỉnh.
2.2. Virus vệ tinh (Satellite Viruses)
Satellite Viruses (Virus vệ tinh) là các yếu tố gây bệnh vi rút nhỏ, không thể tự lặp lại, cần phải sự hiện diện của một vi rút chủ (gọi là “helper virus” – vi rút “đồng hành”) để cung cấp các chức năng sinh sản và lây lan.
Chúng làm nghẽn sự sinh sản của vi rút chủ và cần phải lợi dụng vi rút chủ để hoàn thành chu trình sống.
Thành phần sinh học của Satellite Viruses bao gồm:
Ácid Nucleic (Genetic Material): Satellite viruses thường mang theo một đoạn ácid nucleic (DNA hoặc RNA) ngắn và không đủ để tự sinh sản. Ácid nucleic này có thể mã hóa một số protein hoặc RNA, nhưng chúng thường cần sự bổ sung của vi rút chủ để có thể đồng tổ chức.
Protein Components (Thành phần protein): Satellite viruses có thể mang theo một số protein hoặc sự tương tác với các protein từ vi rút chủ. Các protein này có thể đóng vai trò quan trọng trong quá trình lây lan và tương tác với tế bào chủ.
Helper Virus Interaction (Tương tác với vi rút đồng hành): Satellite viruses cần sự tương tác với vi rút chủ (helper virus) để cung cấp các yếu tố cần thiết để hoàn thành chu trình sống và lây lan. Helper virus đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp enzyme và chức năng cần thiết cho satellite viruses.
Capsid Structure (Cấu trúc vỏ bọc): Satellite viruses thường không tạo ra vỏ bọc protein đầy đủ mà thay vào đó, chúng có thể tương tác với vỏ bọc protein của vi rút chủ để tạo thành các vi rút hoàn chỉnh.
Satellite viruses thường gây ra tác động bổ sung hoặc biến đổi trong quá trình bệnh lý gây bởi vi rút chủ và có thể có ảnh hưởng đáng kể đến bệnh tật và cách mà vi rút chủ lây lan và tương tác với tế bào chủ.
2.3. Prion
Prion (proteinaceous infectious particle) là một loại sự sống không tế bào và là một dạng biến đổi của một protein bình thường. Prion không chứa ác nucleic (DNA hoặc RNA) như các vi rút, virusoids, viroids, và không có cấu trúc tế bào tiêu chuẩn. Prion gây ra các bệnh neurodegenerative nghiêm trọng ở động vật, bao gồm con người.
Thành phần sinh học quan trọng của Prion bao gồm:
Protein (Prion Protein):
- Prion là một protein đặc biệt và biến đổi của một protein bình thường có tên là prion protein (PrP). PrP tồn tại ở cả dạng bình thường (PrPC – cellular) và dạng biến đổi (PrPSc – scrapie).
- PrPSc là dạng gây bệnh và có khả năng gây nhiễm và làm biến đổi các PrPC khác một cách không đáng kể.
Conversion to Abnormal Form (Biến đổi thành dạng bất thường):
- Quá trình chính của Prion là biến đổi dạng bình thường của prion protein (PrP^C) thành dạng bất thường (PrPSc).
- Dạng bất thường này có khả năng làm biến đổi và chuyển đổi các prion protein khác thành dạng bất thường tương tự.
Aggregation and Accumulation (Tích tụ và kết tụ):
- PrPSc có khả năng kết tụ và tích tụ thành cấu trúc beta-sheet. Các cấu trúc này tích tụ lại thành mảng amyloid, tạo ra các cụm tổ chức gọi là plaques, đặc trưng cho các bệnh prion.
Neurodegenerative Diseases (Bệnh neurodegenerative):
- Các cụm tổ chức lớn được hình thành từ PrPSc kết tụ trong hệ thống thần kinh gây ra các bệnh neurodegenerative nghiêm trọng như bệnh Creutzfeldt-Jakob, bệnh Alzheimer, bệnh bò điên (Mad Cow Disease), và các bệnh tương tự khác.
