Khoa học tự nhiên

Tạo ra những đặc tính tổng hợp ở sinh vật không cần sửa đổi gen (26/06/2014)

Kỹ thuật di truyền là một trong những thành tựu to lớn của khoa học hiện đại, nó cho phép chèn hoặc xóa các gen để kiểm soát các đặc tính và hành vi của sinh vật. Tuy nhiên, kỹ thuật di truyền có nhược điểm như những khó khăn liên quan đến sửa đổi các hệ sự sống và hậu quả lâu dài tiềm tàng làm thay đổi hệ sinh thái của những sinh vật biến đổi gen.

Nhưng một nghiên cứu mới đã chỉ ra rằng việc kiểm soát sinh vật ở cấp độ tế bào không cần thiết phải sửa đổi gen. Trong bài báo trên tạp chí Nature Communications, Roberta Lentini đã chứng minh rằng hành vi của vi khuẩn Escherichia coli (E. coli) có thể được kiểm soát bằng cách tạo ra các tế bào nhân tạo ban đầu cảm nhận được các phân tử mà bản thân E. coli không thể cảm nhận được, rồi sau đó giải phóng các phân tử khác nhau mà E. coli có thể cảm nhận. Theo cách này, các tế bào nhân tạo hoạt động như các phiên dịch bằng cách chuyển đổi các tín hiệu không được  nhận biết thành một ngôn ngữ hóa học mà sinh vật có thể hiểu được. Tín hiệu phiên dịch này sau đó có thể kích hoạt một phản ứng có điều khiển trong sinh vật đó.

"Theo tôi, ý nghĩa lớn nhất của công trình này là nó cho thấy rằng có nhiều cách để thực hiện sinh học tổng hợp", đồng tác giả Sheref Mansy, trợ lý giáo sư hóa sinh tại Đại học Trento tại Italia, nói. "Những gì chúng tôi thể hiện là các tế bào nhân tạo có thể được sử dụng để vượt qua một vài khía cạnh của công nghệ sự sống vốn không làm chúng ta hài lòng".

Trong các thí nghiệm, các nhà nghiên cứu tạo ra tế bào nhân tạo có một túi đặc biệt chứa một số thành phần sinh học, trong đó có một chất hóa học mà E. coli có thể cảm nhận (isopropyl BD-1 thiogalactopyranoside, hay IPTG) và ADN mã hóa cho phân tử chuyển đổi (riboswitch) phản ứng với kích thích bên ngoài. Trong trường hợp này, các kích thích bên ngoài là phân tử theophylline, thường thấy trong hạt ca cao.

Khi riboswitch của tế bào nhân tạo phát hiện thấy sự hiện diện của theophylline, nó kích hoạt quá trình chuyển đổi (phiên dịch): một lỗ nhỏ mở ra trong tế bào, dẫn đến việc phát ra IPTG. E. coli phản ứng với IPTG bằng cách phát sáng màu xanh lục, cho phép các nhà nghiên cứu dễ dàng nhận thấy chiến lược mới hoạt động thành công.

Mặc dù bản thân vi khuẩn E. coli không phản ứng với theophylline, nhưng các tế bào nhân tạo "phát triển các giác quan" của vi khuẩn thông qua việc cho phép nó gián tiếp phản ứng với theophylline bằng cách chuyển đổi tín hiệu hóa học. Bằng cách này, hành vi của tế bào vi khuẩn E. coli có thể được kiểm soát mà không cần kỹ thuật biến đổi gen. Chiến lược mới có khả năng vượt qua những nhược điểm của kỹ thuật di truyền, bao gồm những khó khăn kỹ thuật và tác dụng phụ ngoài ý muốn.

Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh một số ví dụ về các tế bào nhân tạo có thể đóng vai trò trong kiểm soát hành vi của tế bào như thế nào. Một ứng dụng trong số đó là sử dụng vi khuẩn để tìm kiếm và làm sạch các chất ô nhiễm môi trường. Thay vì sửa đổi gen vi khuẩn để làm việc này, các tế bào nhân tạo có thể được tạo ra để nhận biết các phân tử chất gây ô nhiễm và phát ra các hóa chất hấp thụ để vi khuẩn tự nhiên có khả năng ăn các chất gây ô nhiễm tại chỗ.

Tế bào nhân tạo cũng có thể được ứng dụng trong y tế, chẳng hạn như tiêu diệt các khối u và nhiễm khuẩn. Ví dụ, thay vì phun các vi khuẩn biến đổi gen vào phổi của bệnh nhân xơ nang, các tế bào nhân tạo có thể được chế tạo để phát hiện sự hiện diện của màng sinh học đặc biệt, rồi sau đó phát ra các phân tử nhỏ để phá hủy các màng sinh học và do đó loại bỏ sự nhiễm khuẩn. Các chiến lược tương tự cũng có thể được sử dụng để thay thế các chế phẩm sinh học biến đổi gen trong thực phẩm và phụ gia bằng các tế bào nhân tạo liên lạc với hệ vi sinh vật đường ruột để ngăn ngừa bệnh tật.

Nguồn: www.vista.vn (Theo Nature Communications)