Vi TẢO VÀ VI KHUẨN: BỘ ĐÔI SINH HỌC CHUYỂN HOÁ CO2 THÀNH TÀI NGUYÊN QUÝ GIÁ

Một nhóm nghiên cứu do giáo sư Yong-Su Jin thuộc ngành khoa học thực phẩm và dinh dưỡng con người dẫn đầu đã kết hợp những đặc tính của vi khuẩn E. coli với khả năng quang hợp của vi tảo để hấp thụ khí carbon dioxide (CO₂) và chuyển hóa thành các hợp chất sinh học có giá trị.

Các nhà khoa học đã dành nhiều thập kỷ để biến đổi gen vi khuẩn Escherichia coli và các vi sinh vật khác nhằm chuyển đổi khí carbon dioxide (CO₂) thành các sản phẩm sinh học hữu ích. Tuy nhiên, hầu hết các phương pháp đều cần thêm nguồn carbon phụ trợ, khiến chi phí tăng lên. Một nghiên cứu mới đã khắc phục hạn chế này bằng cách kết hợp khả năng quang hợp của vi tảo đơn bào với năng lực sản xuất của vi khuẩn E. coli.

Nghiên cứu đăng tải trên tạp chí Metabolic Engineering.

Trong quá khứ, một số công trình đã kết hợp sinh vật quang hợp với các vi sinh vật khác, chẳng hạn như dùng vi khuẩn lam (cyanobacteria) để hấp thụ CO₂ và chuyển hóa thành đường, sau đó được vi khuẩn hoặc nấm men sử dụng làm nhiên liệu và nguồn carbon. Theo giáo sư Yong-Su Jin, phương pháp mới khác biệt vì dùng một dạng đột biến của vi tảo Chlamydomonas reinhardtii, sinh vật này hấp thụ CO₂ và thải ra một loại acid hữu cơ có tên là glycolate. Vi khuẩn E. coli tiêu thụ glycolate hiệu quả, trong khi nhiều loài khác thì không thể - khác với đường có thể nuôi dưỡng hầu hết vi sinh vật.

Jin cho biết: “Đôi khi đường tốt hơn cho việc sản xuất một số chất, nhưng đôi khi acid hữu cơ lại hiệu quả hơn. Khi dùng glycolate thay vì đường, khả năng bị tạp nhiễm từ vi sinh vật bên ngoài cũng giảm”.

Nếu để vi tảo đột biến C. reinhardtii phát triển một mình, nó sẽ tạo ra quá nhiều glycolate, khiến chính nó bị đầu độc. Nhưng khi nuôi cùng với E. coli, vi khuẩn này sẽ tiêu thụ glycolate, giữ cho vi tảo sống khỏe mạnh hơn.

Các nhà nghiên cứu đã thiết kế một hệ thống lò phản ứng sinh học đồng nuôi cấy theo dạng module: Giai đoạn đầu: nuôi C. reinhardtii đơn lẻ để tối ưu mật độ vi tảo và kiểm soát glycolate. Giai đoạn hai: nuôi vi tảo cùng E. coli để tảo sản xuất đủ glycolate làm nguồn carbon cho vi khuẩn tổng hợp các hóa chất hữu ích.

Jin mô tả hệ thống này là "tương hỗ", trong đó E. coli loại bỏ glycolate, giúp Chlamydomonas khỏe mạnh.

Hệ thống này đã sản xuất được hai hợp chất giá trị: Lycopene - một chất chống oxy hóa mạnh, Protein huỳnh quang xanh (GFP) - thường dùng trong nghiên cứu sinh học.

Đây là bằng chứng ban đầu cho thấy hệ thống hoạt động hiệu quả. Jin kỳ vọng rằng công nghệ này còn có thể được áp dụng để sản xuất các protein quý khác như insulin.

Jin cũng đề cập tiềm năng sử dụng công nghệ này trong du hành không gian, nơi phi hành gia cần tự sản xuất chất dinh dưỡng hoặc thuốc.

Ông chia sẻ: “Miễn là có ánh sáng mặt trời và CO₂, chúng ta có thể áp dụng quy trình này”.

Bùi Anh Xuân theo Dự án Tăng Hiệu quả Quang hợp (RIPE).