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

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 n

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