Những thành tựu và hướng đi của Công nghệ sinh học vàng (Yellow Biotechnology)

Công nghệ sinh học vàng (Yellow Biotechnology) đã được đề cập đến như là lãnh vực công nghệ sinh học trên đối tượng các côn trùng – tương tự như các khái niệm công nghệ sinh học xanh (đối tượng là thực vật) và công nghệ sinh học đỏ (đối tượng là động vật). Các hoạt chất hay các gen ở côn trùng được mô tả và sử dụng để nghiên cứu hoặc sẽ được ứng dụng trong nền nông nghiệp và y học.

Công nghệ sinh học vàng (Yellow Biotechnology) đã được đề cập đến như là lãnh vực công nghệ sinh học trên đối tượng các côn trùng – tương tự như các khái niệm công nghệ sinh học xanh (đối tượng là thực vật) và công nghệ sinh học đỏ (đối tượng là động vật). Các hoạt chất hay các gen ở côn trùng được mô tả và sử dụng để nghiên cứu hoặc sẽ được ứng dụng trong nền nông nghiệp và y học.

Công nghệ sinh học vàng (Yellow Biotechnology) đã được đề cập đến như là lãnh vực công nghệ sinh học trên đối tượng các côn trùng  – tương tự như các khái niệm công nghệ sinh học xanh (đối tượng là thực vật) và công nghệ sinh học đỏ (đối tượng là động vật).  Trong lãnh vực này, các hoạt chất hay các gene ở côn trùng được tìm hiểu, khái thác sử dụng để nghiên cứu hoặc ứng dụng trong lãnh vực nông nghiệp và y học.

Các nhà khoa học tại Viện Max Planck về Hóa học Sinh thái có trụ sở tại Jena (Đức), hiện đang sử dụng một quy trình để nghiên cứu sinh thái học về côn trùng. Họ nghiên cứu các gene chức năng trong ấu trùng sâu bằng các kỹ thuật gene với việc sử dụng các RNA can thiệp (RNAi). Các RNA này được cảm ứng bằng cách nuôi ấu trùng với các cây đã được nhiễm virus. Phương pháp trên có tên gọi là VDPS giúp tạo ra lượng mẫu lớn hơn khi so với việc sử dụng các thực vật chuyển gene.

Độc tố tự nhiên chống lại động vật ăn cỏ bao gồm hơn 200.000 loài khác nhau. Côn trùng sống phụ thuộc vào các loại thực vật và lấy thực vật làm thức ăn chính. Các loài côn trùng đã tìm cách thích nghi với sự trao đổi chất phù hợp cho quá trình tiến hóa cho chúng. Do đó để tự bảo vệ trước sự bóc lột của côn trùng, thực vật sản sinh ra nhiều độc tố chống lại động vật ăn cỏ và côn trùng dù rằng điều này nhiều khi vẫn chưa hoàn toàn hiệu quả.

Các hoạt động nhằm thực hiện các quá trình giải độc đối với các độc tố được quyết định bởi nhiều gene khác nhau. Côn trùng phát triển các cơ chế thích ứng một cách khá nhanh nhờ sự đa dạng, phong phú trong các quần thể, nhờ đó chúng hiện diện hầu hết trong các môi trường sống trên hành tinh này.

Những đặc điểm trên đây càng làm cho các nhà khoa học quan tâm hơn trong việc nghiên cứu hệ sinh thái học côn trùng. Một loài côn trùng cụ thể thường tấn công những loài thực vật nào? Những độc tố hoặc các hoạt chất tín hiệu nào đã tham gia? Có xuất hiện loài côn trùng thích nghi với một loài thực vật cụ thể hay chưa? hay chỉ là một loài sinh vật có vùng sinh thái rộng?

Việc hiểu rõ về các gene giải độc của côn trùng đang là một chủ đề nghiên cứu quan trọng. Một thành công đầu tiên trong lãnh vực này đã được báo cáo nhờ vào việc sử dụng các kỹ thuật RNAi.

Các nhà khoa học tại Viện Sinh thái hóa học Max Planck đã nghiên cứu một loại độc tố thực vật quen thuộc là nicotine. Loài Nicotiana attenuata (thuốc lá coyote) sản xuất ra nicotine như là một chất phòng thủ chống lại động vật ăn cỏ. Tuy nhiên, nó không có bất kỳ tác dụng độc hại trên ấu trùng trú ngụ trong cây thuốc lá Manduca sexta. Các con côn trùng này có khả năng kháng lại các Alkaloid do có mang gene mã hóa enzyme trao đổi nicotine. Những gene này được gọi là gen CYP, các gen này có liên quan đến sự hình thành của các enzyme cytochrome P450.

Sự biểu hiện của những gene này ở côn trùng tăng lên ngay sau khi ấu trùng tiếp xúc với nicotine trong thức ăn của chúng. Ian Baldwin và nhóm nghiên cứu của ông đã xác định trình tự DNA của gene CYP trong Manduca sexta và từ đó làm mất chức năng của các gen này nhờ sử dụng công nghệ RNAi.

Sử dụng gene thực vật bất hoạt côn trùng thông quan RNAi: Nếu ấu trùng ăn phải trên các cây này, RNA được giải phóng ra trong ruột côn trùng. Trong các thí nghiệm, RNA mạch kép có chứa các trình tự của gen côn trùng, CYP6B46, là một cytochrome P450 Oxidoreductase đặc thù cho ấu trùng Manduca sexta. Trong bước tiếp theo, RNA mạch kép được enzym phá vỡ thành các phân đoạn RNA nhỏ hơn, một phức hợp enzyme đặc biệt gọi là RISC (RNA- induced silencing complex), có mang  một số đoạn RNA, đặc biệt liên kết với ARN thông tin (mRNA) của CYP6B46 gen và tách rời với mRNA để các enzyme cytochrome P450 không được sản xuất nữa.

Các nhà nghiên cứu đã rất ấn tượng bởi tính đặc thù cao của những thí nghiệm này với sự tham gia của các RNAi. Ian Baldwin cho biết các phân tích về mRNA có liên quan chặt chẽ với gen CYP6 chỉ cho thấy rằng chỉ có các gen CYP6B46 được bất hoạt. Điều này có nghĩa rằng không có một thiệt hại  nào thêm từ các quy trình do tính đặc hiệu rất cao.

Tuy nhiên, đến nay vẫn chưa rõ ràng các bước tiến hành như thế nào trong cơ chế RNAi – từ việc sản xuất RNA mạch kép trong tế bào thực vật thông qua sự hấp thu trong ruột côn trùng cho việc làm bất hoạt các gen giải độc – được thực hiện để tạo ra một hiệu quả tối đa. Do đó, các quy trình gián tiếp từ thực vật RNAi có thể sẽ nâng cao quả hơn hơn nữa.

Những thành tựu và hướng đi của Công nghệ sinh học vàng (Yellow Biotechnology)
5 | 1 đánh giá