Một chất cản trở quanh PDE4. Ảnh: UNH.

Giun tròn ký sinh thực vật hay còn gọi là tuyến trùng gây thiệt hại xấp xỉ 100 tỷ đô la hàng năm trên toàn cầu. Hiện nay các nhà nghiên cứu tại Đại học New Hampshire đã thực hiện một khám phá đang chờ cấp bằng sáng chế rằng một số enzyme trong tuyến trùng hoạt động khác với các enzyme tương tự nhưng ở người, với các axit amin dóng vai trò chính.

Các phát hiện, được trình bày trên tạp chí PLOS ONE, rất quan trọng vì chúng thúc đẩy các nỗ lực khoa học để phát triển các loại thuốc trừ dịch hại mới, thân thiện với môi trường hơn để quản lý tuyến trùng và giảm thiệt hại cho các vụ mùa chính như ngô, bông, lúa mì, đậu tương, lúa và khoai tây trên toàn thế giới.

Rick Cote, giáo sư sinh học phân tử - tế bào và y sinh học của Trạm thí nghiệm nông nghiệp New Hampshire cho biết "Tuyến trùng ký sinh thực vật là dịch hại chính gây ra những thiệt hại lớn cho nông nghiệp Hoa Kỳ và trên toàn thế giới. Các chất hóa học trừ tuyến trùng hiện nay rất độc đối với con người, do đó cần phải có các loại chất trừ tuyến trùng mới ít ảnh hưởng đến môi trường và người làm nông”.

Bên cạnh Cote, nghiên cứu còn được thực hiện bởi Kevin Schuste – nghiên cứu sinh tiến sỹ hóa sinh; Mohammadjavad Mohammadi - nghiên cứu sinh tiến sỹ về kỹ thuật hóa học; Karyn Cahill và Suzanne Matte - cựu nhân viên nghiên cứu; Alexis Maillet - sinh viên đại học ngành khoa học y sinh; và Harish Vashisth - trợ lý giáo sư kỹ thuật hóa học.

Cụ thể, các nhà nghiên cứu tập trung vào enzyme phosphodiesterase (PDEs). Tất cả các động vật sử dụng PDE để điều chỉnh nhiều quá trình sinh lý, bao gồm cả vận động, sinh sản và nhận thức cảm giác. Trước đây, Cote và Schuster đã phát hiện ra rằng khi cho tuyến trùng sống tiếp xúc với một số hợp chất, được gọi là chất ức chế PDE, chất này cản trở hoạt động của PDE, cản trở sự di chuyển của tuyến trùng và khả năng cảm nhận thức ăn trong môi trường của nó. Hy vọng việc áp dụng các chất ức chế PDE đặc hiệu với tuyến trùng vào các lĩnh vực nông nghiệp có thể ngăn ngừa tuyến trùng ký sinh lây nhiễm vào rễ cây.

Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã so sánh các phản ứng của PDE4 ở người với các phản ứng của PDE4 ở tuyến trùng, khi họ áp dụng cùng một chất ức chế PDE cho mỗi enzyme. Họ phát hiện ra rằng trong tất cả các trường hợp, các chất ức chế PDE mà họ đã thử nghiệm ít thành công hơn trong việc cản trở hoạt động của enzyme tuyến trùng so với hoạt động của enzyme người.

Điều này đã dẫn đến nghiên cứu của Vashisth và Mohammadi, ở cấp độ nguyên tử, các axit amin trong enzyme PDE4 chịu trách nhiệm cho những khác biệt dược lý này. Họ phát hiện ra rằng một số axit amin nhất định cũng như một số các axit amin khác trong cấu trúc tổng thể của hai enzyme góp phần làm giảm hiệu quả của các chất ức chế PDE để ngăn chặn hoạt động của enzyme tuyến trùng. UNH đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho khám phá này thông qua UNHInnovation.

Schuster cho rằng "Bằng cách chứng minh rằng các enzyme PDE của tuyến trùng khá khác nhau về trình tự và cấu trúc của chúng, chúng tôi hình dung rằng có thể thiết kế các chất diệt tuyến trùng nhắm vào đúng mục tiêu được chọn lọc. Từ công nghệ nhắm vào các PDEs của truyến trùng giúp tạo ra một thê hệ chất hóa học diệt tuyến trùng thân thiện với môi trường, động vật và con người".

Các nhà nghiên cứu đang mở rộng nghiên cứu về tác dụng của việc áp dụng các chất ức chế PDE đối với tuyến trùng sống. Cote nói "Chúng tôi tin rằng một số PDE tuyến trùng nhất định có thể kiểm soát các quá trình sinh lý quan trọng cần thiết để tìm thức ăn hoặc sinh sản và việc ức chế PDE tuyến trùng có thể gây chết hoặc vô sinh. Hướng nghiên cứu dài hạn là sử dụng kiến thức thu được từ nghiên cứu trên để thiết kế ra hợp chất ức chế chọn lọc PDE tuyến trùng mà không ảnh hưởng đến các PDE động vật khác".

Lê Thị Kim Loan theo Sciencedaily.