Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh
 

Các máy cảm biến khí “nhìn” xuyên qua đất để phân tích sự tương tác của vi sinh vật

Chủ nhật - 06/08/2017 05:13
Các nhà nghiên cứu ở trường Đại học Rice đã tạo ra vi khuẩn được “gắn cảm biến khí” giúp họ thấy và nghiên cứu hành vi của quần xã vi khuẩn bên trong đất. Khi các vi khuẩn biến đổi gen này nhận được thông tin di truyền từ vi khuẩn khác, nó thải ra một chất khí để “báo cáo” cho sự “giao dịch” thành công.
 
a
Ảnh: Jonathan Silberg and Shelly Cheng/Rice University

Trong một nghiên cứu trên tạp chí Khoa học và Kỹ thuật Môi trường, nhóm nghiên cứu Đại học Rice sử dụng vi khuẩn biến đổi gen có thể giải phóng khí methyl halide để theo dõi biểu hiện gen của vi sinh vật trong các mẫu đất trong phòng thí nghiệm.
 
Vi khuẩn biến đổi gen có thể tổng hợp sinh học để giải phóng khí như một thông báo khi chúng trao đổi DNA thông qua chuyển gen ngang, quá trình mà các sinh vật không có mối quan hệ cha con chia sẻ những tính trạng di truyền. Các cảm biến sinh học cho phép các nhà khoa học theo dõi các quá trình chuyển gen trong thực tế mà không cần xáo trộn một mẫu đất phòng thí nghiệm.
 
Nhóm nghiên cứu này mong đợi kỹ thuật của họ sẽ giúp ích cho các nhà khoa học môi trường hiệu quả như cách các nhà hóa sinh đã sử dụng các protein phát huỳnh quang theo dõi biểu hiện protein và các quá trình khác trong các hệ thống sinh học.
 
Nghiên cứu này là sản phẩm đầu tiên sử dụng 1 triệu đô la được tài trợ bởi quỹ phát triển các cảm biến vi khuẩn giải phóng khí W.M. Keck, được thực hiện tại các phòng thí nghiệm bởi Caroline Masiello, Jonathan Silberg, George Bennett, tác giả chính Hsiao-Ying (Shelly) Cheng và một sinh viên sau đại học Rice.
 
“Bài báo này mô tả một công cụ mới để nghiên cứu cách thức vi khuẩn trao đổi vật liệu di truyền trong môi trường”, Masiello, một giáo sư khoa học Trái đất cho biết. “Chúng tôi quan tâm về điều này bởi vì quá trình chuyển gen ngang điều khiển rất nhiều thứ quan trọng đối với con người hoặc bởi vì chúng rất tốt – đó là cách vi khuẩn trao đổi các gen cần thiết để cố định nitơ và hỗ trợ sự phát triển cây trồng – hoặc chúng rất xấu – đó là cách vi khuẩn trao đổi gen kháng kháng sinh trong đất,” bà nói. “Trước đây, thật khó để xây dựng các mô hình của quá trình động lực học này trong đất và để nghiên cứu các cách trao đổi gen ngang khác nhau giữa các loại đất. Bây giờ chúng ta đã tạo ra một bộ các công cụ mới làm cho điều này có thể thực hiện được.”
 
Nhóm nghiên cứu hy vọng các nhà khoa học sẽ sử dụng các cảm biến khí trong phòng thí nghiệm để nghiên cứu quá trình cố định nitơ trong nông nghiệp, trao đổi kháng sinh trong xử lý nước thải, chuyển gen trong những điều kiện hạn chế chất dinh dưỡng và mối quan hệ giữa biểu hiện gen trong đất và phát thải khí nhà kính.
 
“Có những công nghệ khác sẽ xây dựng trên cơ sở này”, Silberg một giáo sư sinh hóa và sinh học tế bào nói, “Ý tưởng của việc sử dụng khí mở ra hầu hết thứ gì liên quan mã hóa gen. Tuy nhiên, chúng ta cần phải cải tiến các công nghệ cho một số nghiên cứu tinh vi hơn”. Ông cho biết giải phóng và nhận biết khí methyl halide là một bằng chứng dễ dàng nhìn thấy được. “Bây giờ chúng tôi muốn thông tin về các sự kiện sinh học khác được giải quyết nhanh hơn bằng cách tạo ra các chương trình di truyền phức tạp bằng tổng hợp sinh học” Silberg nói.
 
Họ hy vọng họ sẽ sớm có thể kiểm tra các mẫu đất nông nghiệp để giúp điều khiển sự phát triển của cây trồng thông qua sử dụng phân bón và tưới nước một cách hiệu quả hơn. “Làm thế nào nông nghiệp có thể đạt hiệu quả hơn mà không lãng phí? Rất nhiều người sẽ đạt đến đó, và có nhiều cách để làm điều đó,” ông nói. “Chúng ta đang cố gắng để xây dựng các công cụ công nghệ cao cho phép chúng ta hiểu các cơ chế để đưa ra dự đoán đáng tin cậy. Đó là trò chơi lâu dài với các công cụ này.”
 
Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng đây là những công cụ để nghiên cứu về đất trồng trong môi trường phòng thí nghiệm. Các vi sinh vật tổng hợp bị phá hủy một khi thu nhận được kết quả.
 
Phòng thí nghiệm Rice đã kiểm tra mẫu đất từ Khu vực Nghiên Cứu Sinh Thái dài hạn ở Trạm Sinh học Kellogg của Quỹ Khoa học Quốc gia Michigan sau khi thêm vi khuẩn Escherichia coli được “lập trình” để giải phóng khí khi chuyển DNA của chúng đến vi khuẩn khác. Các tín hiệu khí đã lên đến 10.000 lần giới hạn phát hiện trong phòng thí nghiệm.
 
Các cảm biến khí hiệu quả trong các điều kiện thiếu oxy hay oxy cạn kiệt, không giống như nghiên cứu với các protein huỳnh quang xanh đòi hỏi phải có oxy. Dự đoán rằng các “protein báo cáo” này có thể sử dụng bởi nhều loại vi sinh vật đất và một số đang được thử nghiệm, Bennett nói.
 

Tác giả bài viết: Lê Thị Mai Châm - CN Vi sinh

Nguồn tin: www.sciencedaily.com

Tổng số điểm của bài viết là: 0 trong 0 đánh giá

Click để đánh giá bài viết

Những tin mới hơn

Những tin cũ hơn

Dịch Vụ - Chuyển Giao
Bạn đã không sử dụng Site, Bấm vào đây để duy trì trạng thái đăng nhập. Thời gian chờ: 60 giây