Công nghệ nano thực hiện bước đột phá trong nghiên cứu thực vật

Công trình nghiên cứu của các nhà khoa học trường đại học bang Iowa sử dụng các cấu trúc nano Silic (mesoporous silica nanoparticles – MSNs – vi hạt silica) để đưa DNA plasmid cùng chất điều hòa một cách có kiểm soát vào tế bào thực vật được xem là một công trình có tính đột phá trong tuần qua. Hãy tưởng tượng tế bào thực vật với các bào quan của nó như một nhà máy khổng lồ, DNA plasmid được chở vào bằng xe tải có hẳn một bồn chứa các chất kích hoạt sự biểu hiện...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Công nghệ nano thực hiện bước đột phá trong nghiên cứu thực vật Công nghệ nano thựchiện bước đột phá trong nghiên cứu thực vậtCông trình nghiên cứu của các nhà khoa học trường đại học bang Iowa sử dụng các cấu trúc nano Silic (mesoporous silicananoparticles – MSNs – vi hạt silica) để đưa DNA plasmid cùng chất điều hòa một cách có kiểm soát vào tế bào thực vật được xemlà một công trình có tính đột phá trong tuần qua. Hãy tưởng tượng tế bào thực vật với các bàoquan của nó như một nhà máy khổng lồ, DNAplasmid được chở vào bằng xe tải có hẳn một bồn chứa các chất kích hoạt sự biểu hiện của gene trên plasmid. Khi đã vào trong nhà máy,người tài xế sẽ mở khóa để giải phóng plasmidvà mở một chiếc khóa khác để giải phóng chấtđiều hòa ra khỏi bồn chứa… Thật xa vời nhưng �các nhà khoa học đã và đang dần biến điều đó thành hiện thực. Đầu tháng 5 vừa qua, Francois Torney , Brian Trewyn và cộng sự đã mô tả quá trình chuyển gene ở thực vật sử dụng các hạt nano silica để đưa DNA vào tế bào. Đồng thời sử dụng cáccấu trúc nano để vận chuyển và phóng thích cácphân tử chất cảm ứng trong tế bào một cách có kiểm soát. Các ống nano mesoporous silica Cấu trúc nano được sử dụng ở đây là các cấu trúc mesoporous bằng oxide Silic hoàn toànkhông có trong tự nhiên, chúng được tổng hợpnhân tạo với độ đồng đều cao. Loại vật liệu này hiện rất được quan tâm do quá trình tổng hợpcó thể dễ dàng kiểm soát chất lượng sản phẩm (từ đường kính lỗ đến độ dày vách). Ngoài ra,nhiều nghiên cứu khác cũng đã cho thấy MSNslà một loại vật liệu lý tưởng để cố định các gốc có hoạt tính sinh học cũng như hóa học. Hạt MSNs hình cầu có kích thước 200nm, đường kính lỗ trung bình 2.3nm Đối với tế bào động vật, vi hạt Silic có thể xâmnhâp một cách dễ dàng theo kiểu thực bào. Một số nhà khoa học nhận thấy việc cải tiến tính chất bề mặt hạt bằng một một số loại polime có thể giúp đưa theo DNA vào trong tế bào, đó là bước cải tiến đầu tiên giúp MSNs trở thành công cụ chuyển DNA vào tế bào. Với tính chất không thấm của các ống MSN, từ nhiều năm trước người ta đã nghĩ đến việc gắnnắp để có thể dùng chúng như những bình chứa siêu nhỏ, nắp ở đây là các phân tử có cấu trúcmạch nhánh lớn. Các nắp nano này có thể đóng mở bằng các phản ứng hóa học trên cầu nối disulphite giữa hai phân tử lưu huỳnh. Torney và cộng sự là những người tiên phong khám phá ra các khả năng cố định bề mặt và khả năng chưa các phân tử khác của các ống nano Silic và thử nghiệm các tính năng đó trên đối tượng thực vật, một đối tượng eukaryote được xem là “khó nuốt”. Khác với tế bào động vật lớp vách dày chính là trở ngại lớn nhất khi muốn đưa bất kỳ một vật liệu nào vào trong tế bào, với DNA, đó phải là những cỗ máy rắc rối như Arobacterium hoặc cần có một lực cơ học rất lớn trong Gene Bombardment hay Silicon Carbide. Trong những nghiên cứu đầu tiên, Torney và cộng sự đã đưa thành công DNA vào tế bào bằng cách biến đổi bề mặt hạt MSNs bằng triethilene glycol, sau đó ủ hạt cùng với protoplast. Sau khi xâm nhập vào trong tế bào, plasmid được giải phóng khỏi hạt và biểu hiện các protein phát huỳnh quang lục GFP. Quátrình chuyển gene được xem là có hiệu suất cao do hàm lượng DNA cần cho quá trình biểu hiện tính trạng đến ngưỡng phát hiện nhỏ hơn 1000 lần so với các phương pháp thông thường. Protoplast màu xanh chứa gene chuyển.Tuy kết quả bước đầu đã đưa được DNA vào tếbào nhưng quy trình loại vách tế bào thực vật để tạo protoplast không phải là quy trình đơn giản. Chính vì đặc điểm “thiếu tính nhân bản” của phương pháp protoplast mà Torney đã nhắm đến một phương pháp khác đơn giản hơn – sử dụng súng bắn gene truyền thống dùng áp lực cơ học để đưa vi đạn cùng DNA vào trong tế bào.m, có động lực lớn hơn nhiều. Torney phát hiện ra việc đậy các nanotube bằng nắp là các phântử chứa vàng, cùng với các chất cảm ứng gene chứa trong ống đã làm gia tăng đáng kể động lực của viên đạn nano trong buồng bắn. Thựcnghiệm cho thấy hạt nano đủ động lực để xuyên thủng mô thực vật từ mềm như thuốc lá đếnchắc như …bắp (nhóm cây một lá mầm có vách tẩm Silic rất bền).Với lớp vách cellulose đượccấu tạo bởi thứ vật chất vững chắc giúp thực vật có thể trụ được đến độ cao 130m, hạt vi đạn truyền thống phải được truyền một động lực đủ lớn để xuyên thủng cả vách và đi qua màng nhân để thực hiện quá trình tái tổ hợp. So với các hạt nano Silic ban đầu có đường kính 200nm, vi đạn truyền thống bằng vàng có đường kính 0.6 -oestradiol chứa trong các ống được đậy kín.Sau khi đi vào tế bào, nắp của những bình chứa nano chỉ được mở ra để cảm ứng gene GFP ở mô nuôi trên môi trường chứa dithioreitol – mộtchất gây ra phản ứng cắt cầu nối disulphide, chophép biểu hiện ánh sáng h ...