Bảo vệ thực vật

Enzyme tổng hợp có chức năng có thể làm chất xúc tác cho sự sống nhân tạo

Không hài lòng với việc biên tập gen sinh vật sống hay tạo ra AI thông minh hơn từng có, các nhà khoa học rốt cuộc có thể chế tạo sinh học các dạng sống nhân tạo đặc biệt từ con số không. Một nghiên cứu mới từ Đại học Princeton vừa mang tương lai đó tiến gần thêm một bước bằng việc xác nhận rằng một protein nhân tạo do nhóm phát triển thực hiện chức năng như một enzyme trong sinh vật sống.

Trong một môi trường giàu sắt, các quần thể khuẩn E. coli không có enzyme Fes sinh trưởng hạn chế (màu đỏ nhỏ) trong khi các quần thể có enzyme nhân tạo Syn-F4 có màu trắng, lớn và khỏe mạnh vì chúng có thể tiếp cận với sắt (Ảnh: Ann Donnelly/Hecht Lab/Đại học Princeton)

Chúng ta đã tạo được những bước tiến đáng kể trong lĩnh vực này: năm 2010, các nhà khoa học đã tạo ra một sinh vật tổng hợp từ một bộ gen tạo bằng máy tính trong một tế bào tự nhiên mà có thể tự sao chép. Sau đó khoảng một năm, Viện Scripps công bố họ đã tạo ra một loại vi khuẩn có 2 nucleobase DNA hoàn toàn mới trong bộ gen và hồi tháng 11, nhóm này báo cáo sáng tạo của họ đã sinh ra một protein mới hoàn toàn.

Trong nhiều năm qua, nhóm nghiên cứu từ Đại học Princeton đã tạo ra các loại protein nhân tạo cho E. coli, loài vi khuẩn đơn giản thường được dùng làm nền tảng thử nghiệm cho các dạng thí nghiệm này. Để kiểm tra sáng tạo của mình, các nhà nghiên cứu đã loại bỏ một số gen khiến vi khuẩn không thể sản sinh enzyme Fes mà tế bào sử dụng để thu sắt. Không có khoáng chất tối quan trọng này, vi khuẩn không thể sống sót nhưng nhóm sau đó đã gắn thêm các protein mà có thể thay thế chức năng đã mất, làm hồi sinh vi khuẩn.

Trong nghiên cứu mới, cá nhà nghiên cứu xác định được cách hoạt động của protein này. Họ phát hiện ra rằng 2 trong số chúng giúp duy trì sự sống cho E. coli bằng cách bù đắp các enzyme bị thiếu, tăng cường việc sản xuất của các quá trình khác trong tế bào. Nhưng protein còn lại giải quyết vấn đề một cách trực tiếp hơn.

“Protein nhân tạo, Syn-F4, thực sự là một enzyme. Đó thực sự là một khoảnh khắc tuyệt vời và khó tin đối với tôi – khó tin đến độ tôi không muốn nói gì cho tới khi tôi lặp lại nó vài ba lần”, tác giả dẫn đầu nghiên cứu Ann Donnelly cho biết.

Donnelly ban đầu để ý thấy các tế bào bất ngờ thu được sắt, khẳng định rằng Syn-F4 là một enzyme. Sau khi lặp lại thử nghiệm vài lần để chắc chắn, bà đưa nó cho nhà nghiên cứu đứng đầu phòng thí nghiệm Michael Hecht xem.

“Sinh học là một hệ thống các ứng sinh hóa và các chất xúc tác. Mỗi bước có một enzyme làm xúc tác cho nó vì nếu không các phản ứng sẽ không xảy ra đủ nhanh để sự sống tồn tại. Enzyme là một protein đóng vai trò xúc tác. Chúng là những chất xúc tác tốt nhất trong vũ trụ vì tiến hóa đã mất hàng tỉ năm chọn lọc chúng. Enzyme có thể tăng tốc độ phản ứng lên gấp nhiều lần”, Hecht giải thích.

Trong khi các nhà nghiên cứu vẫn đang thử nghiệm với các khối xây dựng của sự sống thì một enzyme nhân tạo có chức năng là một bước tiến quan trọng hướng tới phát triển hệ sinh học nhân tạo thực thụ. Các dạng sống này không chỉ được thiết kế để phát triển thực phẩm, nhiên liệu hay thuốc hiệu quả hơn mà chúng còn giúp chúng ta hiểu sự sống có thể đã nảy sinh như thế nào trong các hoàn cảnh khác như trên một hành tinh khác chẳng hạn.

“Chúng tôi bắt đầu mã hóa cho một bộ gen nhân tạo. Chúng tôi đã giải cứu được 0,1% bộ gen E. coli. Giờ đây, nó là một mẫu E. coli kỳ cục với một số gen nhân tạo cho phép nó sinh trưởng. Giả sử bạn thay thế 10 hoặc 20% thì đó không chỉ là một mẫu E. coli kỳ cục với một số gen nhân tạo mà bạn phải nói là đó là một sinh vật mới”, Hecht cho biết.

Post Comment