Một chất peptide chống nấm (cấu trúc ba chiều được hiển thị ở góc trên bên phải), khi nhuộm đỏ, chiếu huỳnh quang và hiển thị bằng kính hiển vi đồng tiêu, trở nên phân tán trong tế bào chất và tích tụ trong nhân của mầm bệnh nấm Botrytis cinerea. Canxi trắng (lục lam) được sử dụng để nhuộm thành tế bào và vách ngăn của tế bào nấm. Cây cà chua phun bào tử nấm cho thấy các khu vực giảm quang hợp (màu đỏ nhạt) do mầm bệnh gây hại (phía dưới bên trái). Cây được phun peptide kháng nấm NCR044 được bảo vệ khỏi tác hại của nấm (phía dưới bên phải). Nguồn: Velivelli và cộng sự, Trung tâm khoa học thực vật Donald Danforth.

Nấm bệnh là một trong những tác nhân gây thiệt hại đáng kể đối với sản xuất nông nghiệp hàng năm. Trong đó, nấm Botrytis cinerea gây bệnh mốc xám là nỗi lo của những nông dân trồng trồng dâu tây, nho, mâm xôi, cà chua và rau diếp. Họ thường sử dụng thuốc hóa học diệt nấm để phòng trừ bệnh, tuy nhiên hiệu quả giảm dần qua thời gian. Các nhà khoa học của Trung tâm Danforth gồm tiến sỹ Dilip Shah, tiến sỹ Siva Velivelli và tiến sỹ Kirk Czymmek cùng các cộng tác viên của họ tại Phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương đã xác định được một phân nhóm peptide trong các nốt sần của cây họ đậu Medicago truncatula, có hiệu quả trong việc ức chế sự phát triển của nấm gây ra bệnh nấm mốc xám. Kết quả nghiên cứu của họ đã được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Science, cho thấy peptide cộng sinh Antifungal NCR044 có cấu trúc độc đáo và cơ chế hoạt động nhiều mặt giúp bảo vệ thực vật.

Dilip Shah nói: "Chúng tôi rất vui mừng về khả năng phát triển loại peptide này như một loại thuốc diệt nấm, sẽ cung cấp cho nông dân một giải pháp quản lý các nấm bệnh trước và sau thu hoạch, thân thiện với môi trường thay thế các thuốc hóa học trừ nấm. Khi áp dụng cho cây trồng, các peptide cuối cùng sẽ phân hủy thành các axit amin trong đất và được sử dụng bởi các vi khuẩn có lợi như một nguồn năng lượng".

Medicago truncatula là họ hàng của cỏ linh lăng. Shah và nhóm của ông đã tổng hợp một lượng lớn peptide NCR044 tích điện cao chiết xuất từ các nốt sần của cây họ đậu này. Sau đó, họ sử dụng peptide ở nồng độ thấp xử lý cây thuốc lá và cà chua trong phòng thí nghiệm và chủng cây trồng với nấm mốc xám. Các cây thí nghiệm cho thấy hiệu quả phòng trừ đáng kể đối với bệnh nấm này.

Để hiểu cơ chế kháng khuẩn trong tế bào, họ đã hợp tác với nhà nấm học và nghiên cứu sinh học tế bào nấm, tiến sĩ Czymmek, người có nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực này. Nhóm nghiên cứu đã quan sát được cách peptide liên kết với bào tử và chồi mầm của nấm, cách nó được nội hóa và nơi nó xâm nhập vào bên trong tế bào nấm. Một phát hiện quan trọng ở đây là peptide tập trung trong nucleolus, nơi diễn ra quá trình lắp ráp ribosome.

Nhóm các nhà khoa học đặc biệt có chuyên môn về sinh học tế bào nấm và thực vật kết hợp với khả năng hình ảnh tiên tiến cho phép họ đưa ra những giải thích quan trọng và xác nhận giả thuyết của họ. Cộng tác viên và đồng tác giả, tiến sĩ Garry Buchko từ Phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương đã giải quyết cấu trúc ba chiều đầu tiên của một peptide đặc hiệu cho thấy cấu trúc peptide bị xáo trộn và thay đổi linh hoạt, dạng anti-parallel β-sheet ngắn, dạng α-helix nhỏ, và khi bị oxy hóa thì ở dạng hai liên kết disulfide ổn định.

Lê Thị Thanh theo Phys.org