Các nhà nghiên cứu của RIPE đã đưa cơ chế protein thực vật vào vi khuẩn giúp cho sự tiến bộ vượt bậc tương đương với 50 năm nỗ lực

Những vòng lá đậu nành bao quanh ánh đèn vàng rực rỡ. Nguồn: Amanda Nguyễn, Dự án RIPE.

Nhóm nghiên cứu ở đại học quốc gia Australia (ANU) đã chỉnh sửa đặc tính cuộn gập protein của vi khuẩn bằng cách bổ sung nhiều thành phần có nguồn gốc lục lạp từ thực vật. Thành tựu này cho phép các nhà nghiên cứu xem xét các protein lục lạp một cách chi tiết hơn và tìm kiếm các giải pháp để tăng cường các chức năng của chúng một cách nhanh hơn, tương đương với 50 năm.

RIPE hay chương trình hiện thực hóa tăng hiệu quả quang hợp của đại học Illinois Urbana-Champaign, là kỹ thuật làm tăng năng suất cây trồng bằng việc cải thiện hiệu quả của quá trình quang hợp, quá trình quang hợp tự nhiên ở tất cả thực vật đều chuyển hóa ánh sáng mặt trời thành năng lượng và năng suất cây trồng. Chương trình RIPE được hỗ trợ bởi Quỹ Bill và Melinda Gates, Quỹ Nghiên cứu Nông nghiệp và Thực phẩm, Văn phòng ngoại giao khối thịnh vượng chung và phát triển Vương quốc Anh.

Công việc này được thực hiện với mục tiêu tìm hiểu và cải thiện Rubisco, một enzyme có ở lục lạp thực vật bắt đầu quá trình cố định khí CO₂ trong khí quyển thành các loại đường trong quá trình quang hợp. Không giống như các protein khác tham gia vào quá trình quang hợp, Rubisco thì chậm và cần một số “chaperones” để hoạt động bình thường. Những nghiên cứu trong vài thập kỷ gần đây đã xác định gần như tất cả các “chaperous” này. Điều này đem đến cho các nhà khoa học nhiều khả năng mới để nghiên cứu và tăng tốc độ Rubisco thực vật ở vi khuẩn E.coli, một loại vi khuẩn được tìm thấy phổ biến trong môi trường, thực phẩm và đường ruột của người và là một vật chủ phổ biến trong nghiên cứu khoa học về protein cho kết quả nhanh.

Trong một bài báo được công bố gần đây trên tạp chí Journal of Experimental Botany, nhóm nghiên cứu ở ANU đã chứng minh sự hữu ích của một robust, biểu hiện mạnh ở E. coli. Công việc thực hiện trên một công cụ biểu hiện có thể so sánh được nghiên cứu bởi phòng thí nghiệm Manajit Hayer-Hartl, đem lại một hệ thống tốt hơn, phù hợp cho việc cải thiện hiệu quả của enzyme Rubisco.

Theo giáo sư Whitney: “Thực hiện kỹ thuật sinh học vi khuẩn mới này và so với hiệu quả của lục lạp tự nhiên là một thách thức lâu dài. Rất may, kỹ thuật mới này đem lại cho chúng tôi những thử nghiệm chưa từng có với kết quả chỉ trong vài ngày so với các phương pháp chuyển gen thực vật truyền thống phải mất vài tháng”.

Mặc dù kỹ thuật sinh học enzyme Rubisco E.coli cần thêm các chỉnh sửa bổ sung để thích ứng với các loài cây trồng khác nhau nhưng Whitney tự tin rằng nghiên cứu của họ đã mang lại bước ngoặc quan trọng cho việc điều chỉnh hoạt động của enzyme Rubisco.

Whitney nói: “Bây giờ chúng tôi có thể áp dụng công cụ tối ưu hóa protein của Directed Evolution, một công cụ chúng tôi đang sử dụng để tăng tốc độ cố định CO₂ ở một số dạng không phải thực vật. Khi chúng tôi làm điều đó, chúng tôi có thể đưa ra những chỉnh sửa mong muốn để tăng tốc độ enzyme Rubisco ở thực vật bằng cách chỉnh sửa gen. Sau đó, chúng tôi sẽ thấy được các lợi ích trong hiệu suất của quá trình quang hợp và những tác động của chúng đến sự sinh trưởng và năng suất cây trồng”.

Nguyễn Thị Kim Thoa theo Đại học Illinois.