Khoa học nông nghiệp

Các nhà nghiên cứu khám phá chìa khóa để sản xuất hàng loạt các hợp chất có lợi cho các loài thực vật (07/09/2018)

Một nhóm các nhà khoa học thuộc trường Đại học Purdue (Hoa Kỳ) đã phát hiện ra nút kích hoạt có khả năng làm ngưng quá trình sản xuất terpenoids - nhóm hợp chất đóng vai trò trong chức năng sinh lý học ở thực vật, là một trong những thành phần chính của các loại dầu thiết yếu của nhiều loại cây và hoa và thường được sử dụng như là chất phụ gia hương vị tự nhiên cho thực phẩm, nước hoa và trong các loại thuốc truyền thống và thay thế như dầu thơm, hương liệu cho nhiên liệu sinh học và dược phẩm. Bài báo về nghiên cứu được đăng tải trên tạp chí Nature Plants.

Ảnh: CC0 Domain.

Ngoài các lĩnh vực trên, terpenoids cũng có thể được ứng dụng trong sản xuất các loại dưỡng chất, thuốc trừ sâu tự nhiên và các loại thuốc điều trị bệnh sốt rét và ung thư. Thuốc hóa trị có thành phần Taxol được sử dụng trong đặc trị cho phần lớn các loại bệnh ung thư như ung thư vú, buồng trứng, phổi, bàng quang và tuyến tiền liệt có nguồn gốc từ terpenoids. Tuy nhiên, hàm lượng terpenoids tự nhiên do thực vật sản xuất thường rất ít, do vậy, việc chiết xuất hợp chất này để sử dụng cho những mục đích nêu trên là không khả thi.

Phát hiện mới của nhà nghiên cứu Natalia Dudareva, giáo sư danh dự tại Khoa Hóa sinh, đại học Purdue, Trung tâm Sinh học thực vật Purdue cùng tiến sĩ Laura Henry, phòng thí nghiệm Dudareva và các đồng nghiệp từ Purdue và Viện Nghiên cứu Sinh học Salk giải thích cách thức thực vật kiểm soát các con đường trao đổi chất bằng cách điều chỉnh các nhóm monophosphates được sử dụng để sản xuất terpenoid.

Các nhà khoa học trước đó đã xác định cách thức cây trồng kích hoạt quá trình sản xuất terpenoid, tuy nhiên, việc nhận thức, hiểu biết về cả hai công tắc "bật" và "tắt" là rất cần thiết để cải thiện hàm lượng terpenoid. Họ cũng phát hiện ra một hạn chế tiềm ẩn trong sự thay đổi liên tục thông qua con đường chuyển hóa của hợp chất terpenoid ở thực vật.

Dudareva cho biết: "Đây là kiến thức cơ bản quan trọng mở ra các mục tiêu mới cho kỹ thuật chuyển hóa terpenoid. Trên thực tế, trong tự nhiên, thực vật có khả năng sản xuất các hợp chất này, nhưng với hàm lượng rất nhỏ. Thậm chí, hàm lượng hợp chất tự nhiên được chiết xuất từ hàng trăm hoặc hàng nghìn cây cũng chỉ đủ để sử dụng trong sản xuất dược phẩm".

Enzym Isopentenyl phosphate kinases (IPK) có vai trò chuyển hóa các nhóm monophosphates thành diphosphates vốn được chuyển hóa thông qua các quá trình thu hồi và thanh lọc các sản phẩm sinh tổng hợp thành dẫn xuất terpenes. Dudareva và cộng sự đã xác định được hai enzyme Nudix chịu trách nhiệm khử phosphate - loại bỏ một nhóm phosphate để biến các diphosphat có ích trở lại thành nhóm monphosphat trơ.

Henry - nhà hóa học phân tích từ Heritage Research Group cho biết: “Việc kết hợp hai enzyme IPK và Nudix là để điều chỉnh sự hình thành sản phẩm của quá trình thu hồi và thanh lọc các sản phẩm sinh tổng hợp. Ở nồng độ cao, một số các sản phẩm này có thể gây độc, hại cho cây trồng. Đây là cách thức điều chỉnh năng suất ở thực vật".

Phòng thí nghiệm của Dudareva hiện đang nghiên cứu các phương pháp để thiết kế các con đường trao đổi chất ở thực vật nhằm mục đích cải thiện nồng độ terpenoid.

Dudareva nói: “Chúng ta có thể tổng hợp một số hợp chất không có trong tự nhiên ở thực vật, nhưng chúng ta có thể đưa một gen quan trọng vào mô thực vật để tạo ra các hợp chất mong muốn hoặc để làm gia tăng đáng kể năng suất của chúng”.

Nguồn: P.K.L (NASATI)/www.vista.gov.vn

Cập nhật: 23/8/2018