Công nghệ nano thực hiện bước đột phá trong nghiên cứu thực vật ppsx
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (260.43 KB, 9 trang )
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 của
gene trên plasmid. Khi đã vào trong nhà máy,
người tài xế sẽ mở khóa để giải phóng plasmid
và mở một chiếc khóa khác để giải phóng chất
điều 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 các
cấu trúc nano để vận chuyển và phóng thích các
phân 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 toàn
không có trong tự nhiên, chúng được tổng hợp
nhân tạo với độ đồng đều cao. Loại vật liệu này
hiện rất được quan tâm do quá trình tổng hợp
có 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 MSNs
là 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 xâm
nhâp 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 gắn
nắp để có thể dùng chúng như những bình chứa
siêu nhỏ, nắp ở đây là các phân tử có cấu trúc
mạch 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. Quá
trình 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 tế
bào 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 phân
tử 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. Thực
nghiệm cho thấy hạt nano đủ động lực để xuyên
thủng mô thực vật từ mềm như thuốc lá đến
chắc như …bắp (nhóm cây một lá mầm có vách
tẩm Silic rất bền).Với lớp vách cellulose được
cấu 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 – một
chất gây ra phản ứng cắt cầu nối disulphide, cho
phép biểu hiện ánh sáng huỳnh quang một cách
có kiểm soát hoàn toàn.Hạt nano Silic đưa vào
tế bào DNA plasmid chứa gene GFP, cảm ứng
bởi chất
Trong tương lai, các cầu nối có thể được mở ra
bằng những thiết bị tinh vi hơn như tia laser cho
phép kiểm soát quá trình ở mức tế bào, một
điều không tưởng khi tế bào vẫn còn nằm trong
mô chủ. Hoặc một ngày nào đó người ta có thể
thiết kế nắp đóng mở được nhiều lần, sử dụng
không chỉ một mà là nhiều chất cảm ứng vào
những thời điểm khác nhau… Trí tưởng tượng
và khả năng của con người quả thật không biên
giới.
Nghiên cứu về đóng mở nanotube bằng tia UV
tại Nhật năm 2003
Đôi nét về vật liệu mesoporous silica. (Wiki)
Vật liệu Porous (Porous materials) được chia
thành nhiều loại dựa trên kích thước lỗ của
chúng. Theo danh pháp IUPAC 1994, vật liệu có
đường kính lỗ dưới 2nm được xem là
microporous, vật liệu có đường kính lỗ lớn hơn
50 nm là macroporous.
Vật liệu mesoporous (mesoporous material)
theo đinh nghĩa là loại vật liệu có đường kính lỗ
nằm giữa hai loại vật liệu trên, nghĩa là từ 2 đến
50 nm. Mesoporous được tổng hợp lần đâu tiên
bởi công ty dầu hỏa Mobil vào năm 1994.
Vật liệu thường được dùng để chế tạo
mesoporous thường chứa Silic (phổ biến nhất)
và Nhôm do đường kính các vi lỗ tạo ra tương
đối chuẩn so với các loại vật liệu khác. 1g
mesoporous silica (SiO2) có thể có diện tích lên
đến hơn 1000m2 và có thể tích rỗng là 1cm3.
Tham khảo:
David W. Galbraith (2007).Silica breaks through
in plants. Nature Nanobiotechnology.2:272-273
Wikipedia: mesoporous silica particles
__________________
