Tuần tin khoa học 523 (27/03-02/04/2017)

Sản xuất ra peptide BP178 diệt vi khuẩn từ nội nhũ hạt gạo

Peptide BP178 là một chất dẫn xuất được tổng hợp có tên là BP100-magainin. Nó biểu hiện hoạt động ức chế sự xâm nhiễm của vi khuẩn gây bệnh, do vậy, nó có khả năng to lớn trong ứng dụng bảo vệ thực vật. Nhóm nghiên cứu của Laura Montesinos thuộc Đại Học Girona, Tây Ban Nha mô tả sản phẩm này và phục chế “BP178 peptide” thông qua việc sử dụng hạt mầm lúa  như những nhà xưởng chế biến “biofactories”. Họ thực hiện nội dung tổng hợp từ gen mã hóa “BP178 peptide” trong cây lúa. Gen này thể hiện thành công trong cây lúa transgenic dưới sự kiểm soát của promoter chuyên biệt trong nội nhũ, cho kết quả tốt nhất khi sử dụng Globulin 1 promoter. Peptide BP178 tích tụ trong nội nhũ hạt gạo, được phục hồi khá dễ dàng trong hạt lúa, với hàm lượng 21 μg/g hạt. Transgene này còn được tìm thấy khá ổn định khi di truyền tính trạng ấy, trong ít nhất ba thế hệ liên tục. Sự tích tụ peptide như vậy duy trì một cách ổn định khi tồn trữ hạt dài hạn trong kho chứa. Peptide thuần khiết cho phản ứng in vitro chống lại vi khuẩn gây bệnh gây, đó là vi khuẩn Dickeya sp., nguyên nhân của bệnh dark brown sheath rot (thối bẹ nâu đen) của cây lúa. Mạ cây lúa transgenic được tăng cường tính kháng bệnh lúa von (mạ đực) do nấm Fusarium verticillioides, điều này cho thấy peptide như vậy có hoạt tính sinh học rất quan trọng. Xem BMCPlant Biology.

MADS-box Gene SlMBP11 điều hòa kiến trúc cây và phát triển sinh dục của cà chua

Các protein có domain là MADS là những TF (yếu tố phiên mã) quan trọng có trong nhiều chu trình sinh học của thực vật. Nhóm nghiên cứu của Xuhu Guo thuộc Đại Học Chongqing, Trung Quốc tập trung nghiên cứu gen SlMBP11, một thành viên của họ phụ AGL15, biểu hiện trong cây cà chua (Solanum lycopersicon). Gen SlMBP11 được tìm thấy biểu hiện trong tất cả các mô tế bào được xem xét, với mức độ cao nhất trong mô sinh dục. Cây cà chua có số lượng gen SlMBP11 tăng sẽ làm cho cây lùn đi, lá nhỏ hơn, và chiều dài lóng thân ngắn hơn. Cây cà chua phân nhánh nhiều hơn từ mỗi trục lá và gia tăng số lóng, số lá. Thêm vào đó, dòng cà chua nào có biểu hiện mạnh mẽ gen này, sẽ có kiểu hình ở giai đoạn phát dục khá phát triển, ví dụ như vòi nhị ngắn đi và bầu noãn tách nhiều hơn, làm cho quả cà chua có dạng “polycarpous” (đa quả nang), trong khi cây nguyên thủy (wildtypes) có cơ quan sinh dục bình thường. Sự hóa già (senescence) của lá được kéo dài trong cây cà chua biến đổi gen. Xem Plant Science.

Tái lập trình genome của sinh học tổng hợp

Khả năng đi từ chuỗi trình tự DNA được số hóa (digitized DNA) đến dự đoán được chức năng sinh học là nguyên tắc cơ bản của ngành học “synthetic biology” (sinh học tổng hợp). Những công cụ thao tác kỹ thuật trong genome học có thể giúp chúng ta viết lại chương trình và  thực hiện chuỗi trình tự DNA trong công nghệ gen. Sự phát triển gần đây của công cụ lập trình mới ấy để thao tác kỹ thuật trong genome là thành tựu chói sáng của nhân loại với nhiều ưu điểm của ngành học “synthetic biology”. Những công cụ ấy, ví dụ như hệ thống CRISPR-Cas9, có khả năng thiết kế lại phân tử “RNA-guided” của sinh vật và cho phép thực hiện các hệ thống gen tổng hợp.

Những phương pháp có tính chất tiếp cận mới như vậy có trong các loài sinh vật với bộ genome tái cấu trúc xét về căn bản, bao gồm những sinh vật tái cấu trúc có kiểu hình mới mang tính chất tiến hóa trong công nghệ sinh học, ví dụ như sự kháng thực khuẩn thể (bacteriophage) và sự tăng mức độ ổn định về di truyền. Tổng hợp DNA có tính chất tiến bộ ấy với những phương pháp thích ứng cho chúng ta khả năng tạo ra sinh vật hoàn toàn mang tính chất tổng hợp sau này. Các nhà khoa học thuộc ĐH Arizona State, đứng đầu là Kylie Standage-Beier gần đây đã hệ thống lại các tiến bộ trong việc tạo ra những công cụ tái lập trình của “genome engineering” và tổng kết tác động của chúng trong ngành học “synthetic biology”. Xem Frontiers of Chemical Science and Engineering.

Sáng tạo ra “Nulliplex Polyploid” trong cây Arabidopsis thông qua CRISPR-Cas9

Đa bội thể luôn luôn là một cơ chế mang tính chất tiến hóa, cho phép thực vật có khả năng thích nghi với cái mới. Tuy nhiên, khi phân tích chức năng của gen nào đó trong cây đa bội, người ta thường gặp những hạn chế ví có quá nhiều thách thức kết hợp với sự phát triển các đột biến mang tính chất “knockout” đối với tất cả các bản sao chép của gen ấy trong cây đa bội. Các nhà khoa học thuộc ĐH Ireland Galway, đứng đầu là Peter Ryder, đã nghiên cứu nội dung khi thực hiện đột biến có chủ đích với CRISPR-Cas9, người ta có thể sáng tạo ra các dòng đột biến thể tứ bội thuộc dạng “nulliplex tetraploid” của cây mô hình Arabidopsis thaliana. Họ so sánh hiệu quả giữa cây tứ bội với cây lưỡng bội trong tạo đột biến gen có chủ đích. Họ đã thành công trong việc sử dụng hệ thống CRISPR-Cas9 trong chỉnh sửa genome để sáng tạo ra các alen “knockout” của gen TTG1. Nghiên cứu chứng minh rằng hệ thống CRISPR-Cas9  có khả năng sáng tạo ra những đột biến mang tính chất “homozygous nulliplex” từ cây Arabidopsis thaliana tứ bội. Xem Plant Cell Reports.

Peptide có khả năng xâm nhập sâu vào tế bào nhờ CRISPR-Cas9

 Hiện nay, dẫn xuất của hai thành viên hệ thống CRISPR-Cas9 đã và đang được thực hiện thông qua việc áp dụng cả plasmid hoặc vector của virus hoặc phóng thích trực tiếp protein và RNA vào tế bào, thông qua kỹ thuật phóng thích trực tiếp, làm tăng cường nhiều ưu điểm của phương pháp plasmid. Sự phóng thích trực tiếp với thời gian phơi nhiễm ngắn hơn ở mức độ tế bào, sẽ dẫn đến độc tố ít hơn và đột biến không mong muốn xảy ra cũng ít hơn. Trong bài viết này, kỹ thuật CPP (viết tắt từ chữ cell-penetrating peptide có nghĩa là peptide xâm nhập sâu vào tế bào), có khả năng chuyển dịch xuyên màng, thích ứng giống như cách phóng thích hiệu quả protein Cas9 và phân tử “guide RNA”. Nhóm nghiên cứu của Bharathi Suresh thuộc Đại học Yonsei, Hàn Quốc (hình) đã phát triển thành công một phương pháp xử lý các dòng tế bào người với kỹ thuật CPP-conjugated recombinant Cas9 protein và kỹ thuật CPP-complexed guide RNAs. Đây là nghiên cứu mà kết quả đã trở thành “protocol” (qui trình)  giúp chỉnh sử gen trở nên an toàn hơn trong các dòng tế bào của người. Xem Methods in Molecular Biology.

THÔNG BÁO

HỘI THẢO KHOA HỌC trực tuyến “Being Human 2.0: SynBio LIVE”

Nhóm “Cornell Alliance for Science” chủ trì hội thảo khoa học Being Human 2.0: SynBio LIVE, một hội thảo mang tính chất trực tuyến về ngành học “synthetic biology” và những công nghệ mới diễn ra vào ngày Thứ Năm, 30 tháng BA năm 2017, từ 2:00 đến 5:30 pm. Xem

www.twitter.com/isgpforum and www.facebook.com/isgpforum.

Hoặc event page.