Các nhà khoa học tạo ra cây phát sáng nhờ gene của nấm

Một loài cây phát ra ánh sáng xanh kỳ lạ trông như tán lá trong những trò chơi máy tính những năm 90, nhưng thực ra chúng được các nhà khoa học tạo ra trong phòng thí nghiệm.

Các nhà nghiên cứu nói rằng ánh sáng xanh lấp lánh không chỉ mang lại hiệu quả trang trí nhà cửa mà còn mở ra một con đường mới để các nhà khoa học khám phá cơ chế hoạt động bên trong các loài thực vật.

Tiến sĩ Karen Sarkisyan của Trường đại học Hoàng gia London, trưởng nhóm nghiên cứu, nhận định trong tương lai công nghệ này có thể được áp dụng để hiển thị những hóc môn khác nhau trong mô của các loài cây trong suốt vòng đời của chúng mà hoàn toàn không cần xâm lấn vào cây.

Chúng ta cũng có thể sử dụng công nghệ này để theo dõi các phản ứng của cây trước những biến đổi môi trường, như là hạn hán hoặc bị các loài động vật ăn cỏ tấn công. Tiến sĩ Sarkisyan nói rằng “trong vài năm tới, chúng tôi sẽ nghiên cứu để làm cho cây có độ phát sáng tốt hơn và đạt các tiêu chuẩn về an toàn, hy vọng rằng khi đó chúng tôi sẽ đưa những loài cây này ra thị trường cây cảnh.”

Rất nhiều loài động vật, vi sinh vật và nấm – từ đom đóm cho đến nấm mật ong – có khả năng phát sáng. Hiện tượng này được gọi là phát quang sinh học. Nó xảy ra khi các enzyme phản ứng với các chất hóa học luciferin trong cơ thể sinh vật làm giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng. Tuy vậy, phát quang sinh học không tự nhiên sinh ra ở các loài cây.

Đây không phải lần đầu tiên các nhà khoa học tạo ra một loài cây lấp lánh ánh sáng xanh. Trong những nghiên cứu trước đây, các nhà nghiên cứu đã đưa cả luciferin và các enzyme cần thiết vào cây thông qua các hạt nano, thậm chí họ còn tích hợp gene vi khuẩn phát quang sinh học vào cây nữa.

Tuy nhiên, những nghiên cứu này có nhược điểm là việc đưa luciferin vào những hạt siêu nhỏ tốn kém hơn và không bền vững, còn việc tích hợp gene phát quang sinh học của vi khuẩn thì phải qua một quá trình rườm rà mà chỉ tạo ra được ánh sáng rất yếu. Ngoài ra, phương pháp tích hợp gene vi khuẩn còn độc hại cho cây.

Nghiên cứu mới lần này thực hiện theo một cách khác, đó là áp dụng một quy trình mới phát hiện gần đây: nấm phát ra ánh sáng. Nhóm nghiên cứu cho biết điều này rất quan trọng vì quy trình này sử dụng luciferin sinh ra từ một hóa chất tự nhiên có sẵn trong cây, đó là acid caffeic.

Trong bài báo đăng trên tạp chí Công nghệ sinh học tự nhiên, tiến sĩ Sarkisyan và các đồng nghiệp ở Nga và Áo mô tả cách họ cấy 4 gene của một loài nấm phát sáng tên là Neonothopanus nambi vào DNA của cây thuốc lá.

Những gene này liên quan đến các enzyme có chức năng chuyển hóa acid caffeic thành một luciferin và luciferin này tỏa ra năng lượng dưới dạng ánh sáng trước khi biến chất này ngược trở lại thành acid caffeic. Kết quả là những cây này phát sáng với màu xanh lục có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Chúng lấp lánh cả trong đêm tối lẫn dưới ánh sáng ban ngày. Chúng sáng gấp 10 lần so với ánh sáng phát ra khi cấy gene của vi khuẩn.

Nhóm nghiên cứu đã tìm thấy vị trí phát quang thay đổi khi cây phát triển và độ phát quang thường giảm khi lá già và tăng khi lá bị hư hại. Các bông hoa phát quang nhiều nhất – nhóm nghiên cứu cho biết. Trong tương lai, họ sẽ cấy gene của nấm vào DNA của cây ở gần những gene được kích hoạt bằng một số hóc môn nhất định.

Giáo sư Gary Foster của Trường đại học Bristol, Anh, chuyên gia về bệnh thực vật phân tử, cho rằng cây phát sáng chủ yếu được các nhà khoa học sử dụng hơn là đem ứng dụng làm đèn giao thông dựa vào thực vật, nhưng không vì thế mà kết quả nghiên cứu này không được đón nhận.

Ông nói “cho đến nay, nhiều gene quy định tính chất phát sáng phải có những nguồn sáng và camera đặc biệt mới xác định được vị trí phát sáng, nhưng nghiên cứu mới này đã giúp cho việc xác định vị trí phát sáng được dễ dàng hơn.”

Giáo sư John Carr của Trường đại học Cambridge, Anh, cũng đánh giá cao nghiên cứu này, nhưng ông cũng cho rằng cần nghiên cứu nhiều hơn nữa. Thách thức hiện nay là tìm ra cách làm cho phát quang sinh học này đáp ứng với các kích thích môi trường, phát triển, hóa học hoặc kích thích gây bệnh cụ thể. Làm được như vậy thì kỹ thuật này sẽ vô cùng hữu ích vì nó sẽ soi sáng cho các quá trình sinh học cơ bản.

Phạm Hường 

Theo Theguardian