Các nhà nghiên cứu tại Viện Earlham ở Norwich đã phát triển một chất có trong loài bướm đêm có thể thay thế thuốc trừ sâu một cách an toàn.
Pheromone là những hóa chất phức tạp được sinh vật sản xuất và giải phóng như một phương tiện giao tiếp. Chúng cho phép các thành viên cùng loài gửi tín hiệu, bao gồm cả việc cho những con khác biết chúng đang tìm kiếm “bạn tình”.
Nông dân có thể treo các chất phân tán pheromone giữa các loại cây trồng để bắt chước tín hiệu của côn trùng cái nhằm bẫy hoặc đánh lạc hướng con đực khỏi việc tìm bạn tình. Một số phân tử này có thể được sản xuất bằng các quá trình hóa học nhưng quá trình tổng hợp hóa học thường tốn kém và tạo ra các sản phẩm phụ độc hại.
Tiến sĩ Nicola Patron, người đứng đầu nghiên cứu mới này và đứng đầu Nhóm Sinh học Tổng hợp tại Viện Earlham, sử dụng khoa học tiên tiến để giúp thực vật tạo ra các sản phẩm tự nhiên có giá trị này. Điều quan trọng là họ đã chỉ ra cách quản lý hiệu quả việc sản xuất các phân tử này để không cản trở sự phát triển bình thường của thực vật.
Pheromone là giải pháp an toàn có thể thay thế thuốc trừ sâu.
Sinh học tổng hợp áp dụng các nguyên tắc kỹ thuật cho ADN. Bằng cách tạo ra các mô-đun di truyền với các hướng dẫn để xây dựng các phân tử mới, Tiến sĩ Patron và nhóm nghiên cứu có thể biến một loại cây như thuốc lá thành một “nhà máy” chỉ cần ánh sáng mặt trời và nước để sản xuất pheromone.
Tiến sĩ Patron cho biết: “Sinh học tổng hợp có thể cho phép chúng ta sử dụng thực vật để tạo ra nhiều thứ hơn hoặc chúng ta có thể cung cấp các hướng dẫn di truyền cho phép chúng tạo ra các phân tử sinh học mới, chẳng hạn như thuốc hoặc các pheromone này”.
Trong công trình mới nhất này, nhóm đã làm việc với các nhà khoa học tại Viện Sinh học Tế bào và Phân tử Thực vật ở Valencia để chế tạo một loài thuốc lá có tên gọi Nicotiana benthamiana, được dùng để tạo ra pheromone giới tính của bướm đêm. Loại cây tương tự trước đây đã được thiết kế để tạo ra kháng thể ebola và thậm chí cả các hạt giống vi-rút corona để sử dụng trong vắc-xin COVID.
Nhóm nghiên cứu đã xây dựng các chuỗi ADN mới trong phòng thí nghiệm để bắt chước các gen của bướm đêm và giới thiệu một số “công tắc” phân tử để điều chỉnh chính xác biểu hiện của chúng, giúp bật và tắt quy trình sản xuất một cách hiệu quả.
Một thành phần quan trọng của nghiên cứu mới là khả năng tinh chỉnh việc sản xuất pheromone. Việc ép buộc thực vật liên tục tạo ra các phân tử này sẽ đem lại một số nhược điểm. Tiến sĩ Patron giải thích: “Khi chúng ta tăng hiệu quả, quá nhiều năng lượng sẽ bị chuyển hướng khỏi sự tăng trưởng và phát triển bình thường của thực vật”.
“Thực vật đang tạo ra rất nhiều pheromone nhưng chúng không thể phát triển lớn hơn. Điều này về cơ bản làm giảm năng suất của dây chuyền sản xuất pheromone. Nghiên cứu mới của chúng tôi cung cấp một cách để điều chỉnh biểu hiện gen tinh vi hơn nhiều”.
Trong phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu bắt đầu thử nghiệm và tinh chỉnh khả năng kiểm soát các gen chịu trách nhiệm tạo ra hỗn hợp các phân tử cụ thể bắt chước pheromone giới tính của các loài bướm đêm, bao gồm cả sâu bướm và sâu đục quả bông.
Họ đã chỉ ra đồng sunfat (CuSO₄) có thể được sử dụng để tinh chỉnh hoạt động của gen, cho phép kiểm soát cả thời gian và mức độ biểu hiện gen. Điều này đặc biệt quan trọng vì đồng sunfat là một hợp chất rẻ và sẵn có đã được phép sử dụng trong nông nghiệp.
Các nhà nghiên cứu thậm chí còn có thể kiểm soát cẩn thận việc sản xuất các thành phần pheromone khác nhau, cho phép điều chỉnh hỗn hợp để phù hợp hơn với các loài sâu bướm cụ thể.
Tiến sĩ Patron cho biết: “Chúng tôi đã chứng minh rằng chúng tôi có thể kiểm soát mức độ biểu hiện của từng gen so với các gen khác. Điều này cho phép chúng tôi kiểm soát tỷ lệ sản phẩm được tạo ra”.
“Việc hiểu đúng công thức đó đặc biệt quan trọng đối với pheromone của bướm đêm vì chúng thường là sự pha trộn của hai hoặc ba phân tử theo các tỷ lệ cụ thể. Các cộng tác viên của chúng tôi ở Tây Ban Nha hiện đang chiết xuất pheromone từ thực vật và thử nghiệm chúng trong các thiết bị phân phối để xem chúng so sánh tốt như thế nào cho bướm đêm cái”.
Nhóm nghiên cứu hy vọng công việc của họ sẽ mở đường cho việc sử dụng thực vật để sản xuất nhiều loại sản phẩm tự nhiên có giá trị. Tiến sĩ Patron cho biết: “Một lợi thế lớn của việc sử dụng thực vật là việc xây dựng các phân tử phức tạp bằng các quy trình hóa học có thể tốn kém hơn rất nhiều. Thực vật đã tạo ra một loạt các phân tử hữu ích nên chúng tôi có thể sử dụng các kỹ thuật mới nhất để điều chỉnh và cải tiến máy móc hiện có”.
“Trong tương lai, chúng ta có thể thấy các nhà kính chứa đầy các “nhà máy” thực vật cung cấp các giải pháp xanh hơn, rẻ hơn và bền vững hơn để sản xuất các phân tử phức tạp”.
Bảo Linh
https://vietq.vn/phat-trien-loai-thuoc-tru-sau-an-toan-cho-thuc-vat-va-con-nguoi-d209931.html
