Nghiên cứu kiểm soát dinh dưỡng đối với sự phát triển của phôi cá

Mặc dù nhu cầu cấp thiết là phải hiểu các chất dinh dưỡng do mẹ cung cấp tác động như thế nào đến sự phát triển của phôi thai nhưng các nghiên cứu ở người còn hạn chế vì cần phải có thời gian đủ dài để đưa ra kết luận do không thể kiểm soát các biến số môi trường di truyền cũng như thời gian mang thai của con người. Các nghiên cứu trên chuột đã khắc phục được một số yếu tố này nhưng vẫn rất tốn kém và khả năng kiểm soát, hình dung quá trình sử dụng chất dinh dưỡng trong phôi chuột bị hạn chế.

 Cá là động vật nghiên cứu có giá trị để điều tra về dinh dưỡng ảnh hưởng như thế nào đến sự phát triển của phôi thai. Hầu hết các loài cá sinh ra trứng phát triển bên ngoài cá mẹ, phụ thuộc vào một lượng hữu hạn noãn hoàng để hình thành và phát triển, tạo ra một số lượng lớn phôi liên tục cung cấp nhiều vật liệu cho việc phân tích. Phôi đang phát triển là một hệ thống khép kín có thể dễ dàng phân tích sinh hóa, hình dung và thao tác để hiểu vai trò của các chất dinh dưỡng. 

Thành phần dinh dưỡng của trứng có thể được thay đổi bằng cách kiểm soát khẩu phần ăn của cá thể mẹ hoặc tiêm vào phôi các chất dinh dưỡng hay chất điều chỉnh quá trình trao đổi chất. Phôi có thể được ngâm trong hóa chất cho phép sàng lọc quy mô lớn các hợp chất điều chỉnh việc sử dụng chất dinh dưỡng. Phôi và ấu trùng ban đầu của hầu hết các loài cá đều trong suốt, cho phép quan sát các chất dinh dưỡng rõ ràng hơn. Quá trình phát triển của phôi diễn ra nhanh chóng, một số loài có tuổi thọ cực kỳ ngắn nên việc điều tra dinh dưỡng của phôi ảnh hưởng đến các tính trạng, tuổi thọ và các thế hệ tiếp theo là điều khả thi. 

Nghiên cứu nhằm tối đa hóa khả năng sinh sản và chất lượng trứng của cá nuôi đã dẫn đến những hiểu biết cơ bản về cách dinh dưỡng của cá mẹ ảnh hưởng đến khả năng tồn tại của phôi. Các nghiên cứu được thực hiện ở loài cá có sự phát triển phôi tương tự con người và chức năng gen được bảo tồn tương đối tốt. 

Nghiên cứu này nêu bật ba loài cá sử dụng làm mô hình nghiên cứu đặc biệt hữu ích, thú vị và có giá trị trong tương lai: Cá ngựa vằn (Danio rerio) nhờ vào sự sẵn có của bộ dữ liệu dinh dưỡng; cá Killi lam ngọc (Nothobranchius furzeri) do có vòng đời hàng năm độc đáo cho phép điều tra thời gian phát triển và tuổi thọ và cá hang động mù Mexico (Astyanax mexicanus) do khả năng so sánh trực tiếp hình thái đã thích nghi với các môi trường dinh dưỡng khác nhau.

Ở trên: Cá hang động mù Mexico. Ở dưới từ trái qua phải: Cá ngựa vằn, cá Killi lam ngọc.

Ba loài cá được sử dụng làm mô hình nghiên cứu tiết lộ cách các chất dinh dưỡng ảnh hưởng đến sự phát triển của phôi thai nhờ vào vòng đời độc đáo và khả năng thích nghi cực cao. Cá ngựa vằn chuyển gen khá dễ sản xuất cùng với các đột biến và bộ dữ liệu có sẵn cung cấp nền tảng vững chắc cho các nhà nghiên cứu nhằm sử dụng loài này để nghiên cứu dinh dưỡng. Cá ngựa vằn có thể được sử dụng để xác định ảnh hưởng của chất dinh dưỡng trong lòng đỏ và tác động đến sự phát triển, đồng thời điều tra việc thay đổi sử dụng chất dinh dưỡng ảnh hưởng đến sự phát triển của cấu trúc phôi như thế nào.

Cá Killi lam ngọc cũng là một mô hình nghiên cứu hấp dẫn để đánh giá, kiểm soát dinh dưỡng đối với sự phát triển của phôi thai. Nhiều đặc điểm của cá Killi lam ngọc như tuổi thọ ngắn và khả năng chống áp suất cao cung cấp góc nhìn độc đáo để giải quyết các yêu cầu dinh dưỡng chuyên biệt cho sự phát triển hình thành phôi. 

Mặc dù không sống trong môi trường thiếu chất dinh dưỡng, nhưng vòng đời hàng năm đòi hỏi cá Killi phải quản lý, sử dụng và bảo tồn chất dinh dưỡng một cách cẩn thận. Các nhà nghiên cứu khai thác hệ thống này chắc chắn sẽ có được cái nhìn cơ bản về vai trò điều tiết và tác động chức năng của các chất dinh dưỡng đối với sự phát triển. 

Các điều kiện hạn chế chất dinh dưỡng mà cá hang động mù Mexico trải qua có thể dẫn đến sự tiến hóa của thành phần noãn hoàng và việc sử dụng chất dinh dưỡng của phôi thai. Có thể cá hang động đã tiến hóa để nạp nhiều chất dinh dưỡng hơn vào trứng, và điều này dẫn đến sự khác biệt đáng kể về thành phần các chất dinh dưỡng cụ thể giữa các hình thái trong tự nhiên và trong phòng thí nghiệm. Bằng cách tận dụng sự biến đổi tự nhiên do sự thích nghi trong hang động tạo ra, cá hang động mù Mexico sẽ rất hữu ích. 

Nhìn chung, nghiên cứu này đưa ra tầm nhìn tổng quan nhấn mạnh các hướng đi trong tương lai, tận dụng sự đa dạng tự nhiên được quan sát thấy trên các loài động vật cung cấp hiểu biết đầy đủ hơn về việc kiểm soát dinh dưỡng đối với sự phát triển của phôi.