Phát hiện ra protein có thể giúp kích hoạt các loại công cụ diệt nấm thân thiện với môi trường

Nghiên cứu mới cho thấy một bước quan trọng trong nhiệm vụ của các nhà khoa học là tạo ra các loại thuốc diệt nấm phổ hẹp, thân thiện với môi trường hơn để bảo vệ cây lương thực.

Nấm gây bệnh mốc trắng trên cây Arabidopsis. Ảnh: Anna Schroll - Viện Sinh thái Hóa học Max Planck.

Các nhà khoa học trong nhiều thập kỷ đã biết rằng các tế bào sinh học tạo ra các cấu trúc nhỏ, tròn được gọi là túi ngoại bào. Tuy nhiên, vai trò quan trọng của chúng trong giao tiếp giữa vi sinh vật xâm nhập và vật chủ của chúng chỉ mới được nhận biết gần đây.

Nhà di truyền học tại UC Riverside, Hailing Jin và nhóm của cô đã phát hiện thấy thực vật sử dụng những túi ngoại bào này để phóng các phân tử RNA vào những loài nấm xâm nhiễm, ngăn chặn các gen nguy hại trên nấm.

Jin, giáo sư di truyền học và là Chủ tịch Cy Mouradick tại Khoa Bệnh thực vật và Vi sinh vật cho biết: “Những túi ngoại bào này vận chuyển các RNA nhỏ giữa các tế bào, giống như những con ngựa thành Troy nhỏ bé với vũ khí ẩn bên trong. Chúng có thể ngăn chặn sự biểu hiện gen của nấm gây bệnh".

Sử dụng các túi ngoại bào và các RNA nhỏ có một số ưu điểm hơn so với thuốc diệt nấm thông thường. Chúng thân thiện với môi trường hơn vì chúng tương tự như các sản phẩm tự nhiên. Cuối cùng, chúng phân hủy và không để lại dư lượng độc hại trong đất. Ngoài ra, Jin giải thích, phương pháp diệt nấm này ít có khả năng tạo ra mầm bệnh kháng thuốc.

Một điểm quan trọng đối với các nhà khoa học trong việc tạo ra các loại thuốc diệt nấm này là đã tìm ra cách nạp các RNA nhỏ mong muốn của chúng vào các túi ngoại bào.

Jin nói: “Chúng tôi đã tự hỏi làm thế nào mà những RNA nhỏ được vũ khí hóa này đi vào các bong bóng. Bây giờ, chúng tôi nghĩ rằng chúng tôi đã có câu trả lời".

Phòng thí nghiệm của cô đã xác định được một số protein đóng vai trò là tác nhân liên kết, giúp chọn lọc và tải các RNA nhỏ vào các túi ngoại bào. Nghiên cứu của phòng thí nghiệm được trình bày chi tiết trong một bài báo mới trên tạp chí Nature Plants.

Phòng thí nghiệm Jin đã làm việc trong vài năm để phát triển thuốc diệt nấm RNA làm im lặng gen. Việc hướng tới mục tiêu này đã dẫn đến phát hiện mang tính bước ngoặt của nhóm vào năm 2013, rằng các thông điệp RNA làm im lặng gen có thể được gửi từ nấm bệnh đến vật chủ thực vật để ngăn chặn khả năng miễn dịch của vật chủ. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã biết được các RNA nhỏ có thể di chuyển theo cả hai chiều - từ thực vật sang các tế bào xâm lược gây bệnh.

Dâu tây bị nhiễm nấm mốc xám, một loại bệnh nấm chủ yếu ảnh hưởng đến quá trình chín hoặc hư hỏng của quả.  Ảnh: Nicole Ward Gauthier, Đại học Kentucky.

Vào năm 2018, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng các túi ngoại bào là hệ thống phân phối chính cho các RNA nhỏ này. Họ quan sát thấy cây Arabidopsis tiết ra các túi ngoại bào trong nấm Botrytis cinerea, một loại nấm gây bệnh mốc xám, phá hủy hàng triệu cây trồng mỗi năm.

Jin cho biết: “Đây là ví dụ đầu tiên về việc vật chủ sử dụng các túi này để phân phối các RNA nhỏ cho một sinh vật khác. Trước đây, chúng ta đã thấy sự chuyển động của RNA, nhưng không biết RNA nhỏ được chọn lọc và vận chuyển như thế nào”.

Giờ đây, cô và các đồng nghiệp đã xác định được một số protein liên kết RNA trong Arabidopsis liên kết với các phân tử RNA nhỏ cụ thể và tải chúng vào các túi ngoại bào. Điều này cho thấy các protein đóng một vai trò quan trọng trong việc tải và ổn định các RNA nhỏ trong túi. Phát hiện này có thể giúp tăng khối lượng các RNA làm im lặng gen khiến nó hình thành các mụn nước và nâng cao hiệu quả kiểm soát bệnh hại.

Một số nhà khoa học đã lấy cảm hứng từ giao tiếp RNA trong các túi ngoại bào thực vật để thiết kế các liệu pháp điều trị cho con người. Ví dụ, một số đang cố gắng nạp các RNA và thuốc chống ung thư vào các túi ngoại bào trong trái cây hoặc rau quả để mọi người có thể ăn hoặc uống chúng. Jin hy vọng rằng khám phá của phòng thí nghiệm của cô ấy có thể hỗ trợ những nỗ lực này.

Lê Thị Kim Loan theo News.ucr.edu