Vi khuẩn lam là những vi sinh vật nhỏ màu xanh có khả năng quang hợp giống như thực vật và tảo nhưng có sự khác biệt rõ rệt về cách chúng hoạt động.

María Santos-Merino là nhà nghiên cứu sau tiến sỹ tại phòng thí nghiệm Ducat thuộc Đại học Bang Michigan – Phòng thí nghiệm thực vật thuộc Khoa Nghiên cứu Năng lượng Thực vật phát biểu: “Tôi thích nói về những vi khuẩn màu xanh lá cây bé nhỏ có khả năng thực hiện quá trình quang hợp như thực vật dù chúng chỉ là một phần rất nhỏ bé”.

Santos-Merino là tác giả đầu tiên của ấn phẩm gần đây về “Kỹ thuật trao đổi chất” xem xét cách vi khuẩn lam cân bằng năng lượng tế bào giữa “source và sink” (“nguồn và nơi dự trữ”) có thể tạo ra ứng dụng xuôi dòng trong sản xuất sinh học.

Trong quá trình quang hợp, sinh vật thực hiện nhiều bước khi lấy năng lượng ánh sáng và chuyển đổi nó thành nhiên liệu cần thiết để phát triển và tồn tại. Đồng thời, sinh vật không có nhu cầu thu nhận nhiều năng lượng hơn mức cần thiết. Vì vậy, nó cần có khả năng tự phát tín hiệu từ bên trong để biểu thị nó đã thu đủ năng lượng.

Sink-source là tên được đặt cho một cơ chế điều tiết giúp cân bằng năng lượng ánh sáng thu được trong quá trình quang hợp – source (nguồn) – với khả năng sử dụng năng lượng ánh sáng nói trên – sink (nơi dự trữ).

Santos-Merino cho biết: “Chúng tôi đang cố gắng xác định sự liên kết giữa hoạt động source (nguồn) và hoạt động nơi dự trữ (sink). Nói cách khác, chúng tôi đang cố gắng xác định làm thế nào vi khuẩn lam có thể cân bằng hoạt động của source (nguồn) với khả năng sử dụng năng lượng này trong các sink (nơi dự trữ) khác nhau. Chúng tôi biết quá trình này diễn ra nhưng chúng tôi không biết nó được điều chỉnh như thế nào”.

Các nhà nghiên cứu bắt đầu với nhóm nguồn gồm 44 hệ thống protein hai thành phần. Hệ thống hai thành phần hoạt động giống như tin nhắn văn bản. Một thành phần gửi tin nhắn và thành phần kia nhận và phản hồi. Đây là cách vi khuẩn lam thường trao đổi và phản ứng với các tín hiệu bên trong và ngoài môi trường.

Khi sử dụng 44 hệ thống hai thành phần này, các nhà nghiên cứu đã tạo ra dòng vi khuẩn lam đột biến thiếu một trong hai thành phần này. Sau đó, họ quan sát xem liệu sự chuyển đổi giữa source và sink có bị nhiễu hay không, điều này cho phép họ xác định hệ thống nào nếu có trong số 44 hệ thống hai thành phần này có liên quan đến đường truyền tín hiệu này.

Nghiên cứu đã xác định được 4 ứng viên (candidate) trong số 44 ứng viên được cho là có liên quan. Các bước tiếp theo của phòng thí nghiệm bao gồm việc mô tả thêm đặc điểm của từng ứng viên này hoạt động như thế nào ở cấp độ phân tử và trong quá trình trao đổi chất.

Phó Giáo sư Daniel Ducat tại PRL thuộc Khoa Hóa sinh và Sinh học phân tử, ông là nhà nghiên cứu chính của nghiên cứu này cho biết: “Điều thú vị nhất của nghiên cứu này chỉ ra rằng mạng lưới trung tâm điều chỉnh cân bằng năng lượng ở vi khuẩn lam có khả năng dựa trên một vài protein điều hòa tương đối ít. Những protein này phần lớn không liên quan đến vai trò cân bằng năng lượng trong các tài liệu trước đây. Về lâu dài, ứng dụng thực tế của nghiên cứu này là nếu chúng ta học cách điều chỉnh cân bằng trao đổi chất của vi khuẩn lam, nó sẽ cho phép chúng ta tạo bước chuẩn bị để cho vi khuẩn hoạt động và hiệu quả quang hợp cao hơn”.

Santos-Merino đã làm việc với vi khuẩn lam kể từ khi cô bắt đầu học nghiên cứu sinh vào năm 2012.

Cô phát biểu: “Tôi nghĩ rằng chúng là những vi sinh vật thú vị nhưng bị đánh giá thấp và chúng có vai trò sinh thái rất quan trọng. Mỗi lần tôi khám phá ra điều gì đó chưa biết, sự tò mò của tôi lại tăng lên, điều đó thúc đẩy tôi tìm hiểu sâu hơn về ý nghĩa của phát hiện này. Vẫn còn rất nhiều câu hỏi chưa được giải đáp về cách thức trao đổi chất nhất định diễn ra ở vi khuẩn lam và cách chúng được điều hòa. Để trả lời cho những thắc mắc trong số đó hoặc ít nhất là cố gắng trả lời những câu hỏi có liên quan là điều khiến tôi muốn tiếp tục làm việc với những sinh vật này”.

Bùi Thị Huyền Nhung theo Đại học Bang Michigan.