Hệ thống di truyền của vi sinh vật giúp chuyển hóa chất sinh khối thành nhiên liệu sinh học

Một nhóm nghiên cứu của Trung tâm nghiên cứu năng lượng sinh học Great Lakes (GLBRC), thuộc Sở năng lượng Hoa Kỳ  (DOE), đã nghiên cứu một phương pháp rất hữu hiệu nhằm giải mã những bí mật xung quanh sự phân rã  sinh khối, một bước tiến quan trọng trong việc phát triển nhiên liệu sinh học xenluloza có hiệu quả kinh tế cao.

Việc hiện thực hóa tiềm năng của nhiên liệu sinh khối xenluloza đòi hỏi cần phải phát triển những phương pháp hiệu quả  nhằm tách các phân tử nhóm đường như xenluloza ra khỏi các hợp chất sinh khối cao phân tử. Các loại vi sinh vật như vi khuẩn hay nấm có thể chuyển hóa các hợp chất sinh khối thành các chất nhóm đường đơn giản, nhưng từ trước đến nay, việc nghiên cứu theo hướng tiếp cận di truyền vẫn rất khó khăn.

Bước đột phá mà các nhà nghiên cứu của Trường đại học Wisconsin-Madison thuộc GLBRC tạo ra đã giúp cho việc tiến hành phân tích di truyền trên Cellvibrio japonicus, một loại vi khuẩn có khả năng chuyển hóa các hợp chất sinh khối thành các chất đường, trở nên khả thi. Sử dụng kỹ thuật tích hợp vật chủ trung gian, nhóm nghiên cứu đã phát triển một công thức có thể tạo ra sự đột biến gen trong cơ thể sinh vật.

Để kiểm nghiệm kỹ thuật này, họ đã tạo ra một sự  đột biến để khử hoạt tính của một nhân tố quan trọng trong một hợp chất protein, được gọi là Hệ thống bài tiết loại II, và sự phá hủy hệ thống này đã ngăn không cho vi khuẩn chuyển hóa hợp chất sinh khối thành các chất đường.

Điều này chứng minh rằng Cellvibrio sử dụng Hệ thống bài tiết loại II để tiết ra các enzym quan trọng, nhằm phân hủy enzym polymeraza trong hợp chất sinh khối. Đây là cách mà loại vi khuẩn này hấp thụ đường từ các chất sinh khối.

Nhà khoa học David Keating, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết: “Để  nhận ra được những tiềm năng của nhiên liệu sinh học xenluloza, cần phải tìm ra nhiều biện pháp hữu hiệu hơn nữa nhằm tách các chất đường ra khỏi chất sinh khối. Công thức di truyền mới sẽ giúp chúng tôi hiểu được cách vi khuẩn tiến hành sự chuyển hóa này. Điều này cúng giúp mở ra nhiều hướng đi mới cho việc cải tiến quá trình chế biến trong công nghiệp.”

Theo giáo sư Harry Gilbert, một học giả xuất sắc về năng lượng sinh học, thuộc Trung tâm nghiên cứu Carbohydrate – trường đại học bang Georgia, việc phá hủy màng tế bào thực vật là một quá trình rất phức tạp cần lượng enzym rất lớn, với nhiều loại enzym có những đặc tính chồng chéo nhau.

Giáo sư  Gilbert nói: “Những hệ thống di truyền chi phối quá  trình này dành cho các loại vi khuẩn vẫn chưa được nghiên cứu, nên việc sử dụng sự đột biến (khử hoạt tính những gen đặc trưng) để khám phá  những chức năng của các enzym đặc trưng là chưa thể  thực hiện được.”

 “Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu của Keating đã làm được điều đó – khử hoạt tính các gen đặc trưng của Cellvibrio japonicus – cho thấy cách thức phân hủy màng tế bào thực vật. Điều này sẽ khiến mọi người đặt ra những câu hỏi việc cách mà hệ thống này được điều chỉnh và cách những enzym cùng hoạt động để phân hủy hợp chất phân tử rất lớn này. Đây là bước tiến quan trọng và rất có giá trị trong lĩnh vực này.”

Minh Đức theo Biofuel Daily