Chuyển gen vào ty thể thực vật bằng cách sử dụng ống nano carbon
Thứ sáu, 25-11-2022 | 08:14:59
|
DNA có thể được chuyển vào ty thể của thực vật với hiệu quả cao hơn nhiều so với trước đây nhờ một phương pháp chuyển gen mới.
Các nhà sinh học thuộc Viện RIKEN đã tìm ra một cách hiệu quả để đưa vật liệu di truyền vào bộ máy tạo năng lượng của tế bào thực vật, mở ra khả năng thúc đẩy thực vật sản xuất các hợp chất hữu ích về mặt thương mại.
Dự kiến vào năm 2050, dân số toàn cầu sẽ đạt gần 10 tỷ người, khả năng sửa đổi gen di truyền của thực vật để thúc đẩy sản xuất lương thực sẽ rất quan trọng để nuôi sống thế giới.
Thực vật cũng được dự đoán sẽ trở thành nhà máy sinh học để sản xuất các hóa chất hữu ích như thuốc và nhiên liệu. Simon Law thuộc Trung tâm Khoa học Tài nguyên Bền vững RIKEN (CSRS) cho biết: “Thực vật có thể được thiết kế để sản xuất những thứ khác ngoài thực phẩm, chẳng hạn như các loại hóa chất, dược phẩm và protein tái tổ hợp. Thực tế là bạn có thể sử dụng thực vật để tạo ra nhiều thứ khác nhau khiến công nghệ sinh học trở thành một lĩnh vực đầy triển vọng”.
Một cách để 'tái lập trình' thực vật là chuyển vật liệu di truyền vào tế bào của chúng, nhưng đây là một thách thức do thành tế bào thực vật dày vì vậy chúng ngăn chặn nhiều phân tử sinh học xâm nhập vào.
Các ống nano carbon - có đường kính chỉ bằng một nanomet hoặc hơn - đủ mỏng để xuyên qua thành tế bào. Nhưng một khi đã nằm ở bên trong tế bào thực vật, các ống nano carbon không ảnh hưởng tới ty thể mục tiêu - một cơ quan quan trọng chịu trách nhiệm tạo ra năng lượng, tạo ra và phá vỡ các hợp chất khác.
Hình 1: Ảnh của một ống nano carbon được bao phủ bằng ba phân tử peptides (xanh lá cây, cam, xanh dương). Các nhà nghiên cứu thuộc RIKEN đã dùng ống nano carbon phủ peptides để chuyển vật liệu di truyền vào ti thể thực vật.
Law lưu ý rằng: “Việc đưa các chất xuyên qua thành tế bào, màng tế bào và sau đó đi qua màng ty thể là rất khó và trước đây nó chưa đạt được hiệu quả cao”.
Hiện tại, Law, Keiji Numata, thuộc viện CSRS, và các đồng nghiệp đã sử dụng các ống nano carbon để vận chuyển các đoạn DNA vào ty thể thực vật với hiệu quả cao. Họ đã đạt được điều này bằng cách phủ lên các ống nano cacbon một lớp polymer cho phép phức hợp các chuỗi axit amin ngắn được gọi là peptide (Hình 1). Các peptide cho phép các ống nano carbon di chuyển vào các ty thể đích.
Bằng cách phối hợp các peptide trên các ống nano carbon, nhóm nghiên cứu đã nâng cao hiệu quả chuyển DNA sang ty thể lên gấp 30 lần so với những nỗ lực trước đây khi chỉ sử dụng peptide.
Law nhớ lại: “Lần đầu tiên thử nghiệm, tôi đã nghi ngờ kết quả vì chúng có vẻ quá cao để có thể giải thích hợp lý. Nhưng tôi trở nên tự tin hơn sau khi lặp lại vài lần và thu được kết quả tương tự”.
Các nhà nghiên cứu đã chứng minh tính hữu ích của phương pháp này bằng cách sử dụng nó để chuyển một gen làm gia tăng tốc độ tăng trưởng của thực vật. Các ứng dụng tiềm năng khác bao gồm tăng tốc các chương trình nhân giống và thay đổi con đường trao đổi chất để chúng tạo ra các hóa chất hữu ích về mặt thương mại. Hơn nữa, bằng cách thay đổi các peptide được phủ trên các ống nano, có thể nhắm mục tiêu vào các cơ quan khác trong tế bào thực vật.
Nhóm nghiên cứu đứng đầu là Keiji Numata (hàng thứ 2, thứ 4 từ bên phải) đã dùng ống nano carbon phủ peptide để chuyển vật liệu di truyền vào ty thể thực vật với hiệu quả cao.
Trương Thị Tú Anh theo Viện RIKEN. |
![]() ![]() ![]() |
[ Tin tức liên quan ]___________________________________________________
|