Sự kỳ diệu của vi khuẩn (22/07/2016)

Sự kỳ diệu của vi khuẩn

Hải quân đang coi sinh học tổng hợp như ranh giới khoa học tiếp theo có thể giải quyết một loạt các vấn đề mà các binh lính ngày nay phải đối mặt. Sinh học tổng hợp liên quan đến việc tạo ra hoặc tái cấu trúc vi sinh vật hoặc các sinh vật khác để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể, ví dụ như chống lại béo phì, theo dõi các mối đe dọa hóa chất hoặc tạo ra nhiên liệu sinh học.

Xuất hiện lần đầu tiên vào khoảng 10 năm trước, lĩnh vực sinh học tổng hợp ngày nay không hề giống với những gì của năm 2006.

Sinh học tổng hợp liên quan đến việc tạo ra hoặc tái cấu trúc các vi sinh vật hoặc các sinh vật khác để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể, ví dụ như chống lại béo phì, theo dõi các mối đe dọa hóa chất hoặc tạo ra nhiên liệu sinh học. Về cơ bản, các nhà sinh học lập trình các sinh vật đơn bào như vi khuẩn và nấm men giống như cách người ta lập trình và điều khiển robot.

Nhưng 10 năm trước, việc lấy một trình tự DNA thiết kế trên máy tính và biến nó thành một loại polymer có thể thực hiện nhiệm vụ của mình trong một vật chủ cụ thể, ví dụ như một con chuột hoặc tế bào của con ngườivô cùng khó khăn. Ngày nay, nhờ vô số những phát kiến trong khoa học máy tính, kỹ thuật công nghệ, sinh học và các lĩnh vực khác, các nhà nghiên cứu có thể viết ra bất kỳ trình tự DNA nào họ muốn, email nó cho một công ty tổng hợp, và nhận cấu trúc DNA hoàn thiện trong một tuần. Bạn có thể xây dựng toàn bộ hệ nhiễm sắc thể và toàn bộ hệ gene của vi khuẩn theo cách này.

"Sinh học là chất nền mạnh mẽ nhất cho những công nghệ kỹ thuật mà chúng ta biết" Christopher Voigt, Giáo sư Kỹ thuật Sinh học tại MIT cho biết. “Nó còn mạnh hơn cả kỹ thuật điện, công nghệ cơ khí, khoa học vật liệu và các ngành khác. Không giống như các lĩnh vực khác, chúng ta có thể nghiên cứu những gì sinh học đã làm được. Khi nhìn vào thế giới tự nhiên, chúng ta có thể thấy những thứ như não bộ. Đó là một nơi tính toán phức tạp mà kỹ thuật điện và khoa học máy tính không thể chạm tới. Não bộ còn xây dựng các cấu trúc nano một cách rất có chủ đích, điều mà khoa học vật liệu chưa thể đạt được”.

Trong một bài giảng tại trụ sở của Văn phòng Nghiên cứu Hải quân (ONR), ông Voigt đã giải thích ba nguyên lý cơ bản của sinh học tổng hợp:

1. Sự trừu tượng của các thành phần sinh học  trong các thành phần di truyền - hoặc chia các đơn vị DNA đủ nhỏ để quy định mỗi đơn vị một chức năng cụ thể. Có thể chia hệ thống thành các phần thay vì toàn bộ nhiễm sắc thể, sau đó bạn có thể xếp chúng lại theo một cách rất cụ thể và có chủ đích.

2. Thiết kế mô hình/công cụ/tiêu chuẩn – làm thế nào để lấy các đoạn DNA và xếp chúng lại một cách có quy tắc có ý nghĩa và chúng sẽ hoạt động, và sẽ tạo ra một hệ thống tinh vi như sinh học tự nhiên có thể tạo ra?

3. Các công nghệ xây dựng DNA – hoặc cấu trúc vật chất của DNA, đã không còn là vấn đề nữa nhờ vào công nghệ điện toán tiên tiến và các phát kiến khác.

Lĩnh vực sinh học tổng hợp được Trưởng Văn phòng Nghiên cứu Hải quân, Đô đốc Mat Winter xác định là ưu tiên hàng đầu do tầm ảnh hưởng sâu rộng của nó đến hiệu suất của các binh lính năng lực của hạm đội.

"Hơn một thập kỷ trước, ONR lần đầu tiên đã nhận ra tính triển vọng của lĩnh vực này để có thể cung cấp cho lực lượng hải quân trong tương lai các cách tiếp cận mới mẻ, sáng tạo cho việc phát hiện mối đe dọa, cảm biến môi trường, tăng cường sức khỏe và hiệu suất của binh lính" Winter nói.

Kể từ đó, ONR đã hậu thuẫn về tài chính cho Voigt và các nhà nghiên cứu hàn lâm khác khi họ nghiên cứu sử dụng các đơn vị nhỏ nhất của cuộc sống để giúp các đơn vị, vật thể lớn hơn.

Qua nhiều năm, Voigt và nhóm của ông đã phát triển khoảng 40 cảm biến tối ưu hóa nhằm đáp ứng một loạt các chỉ số như ánh sáng, kháng sinh, chất độc, kim loại, chất chuyển hóa, các hợp chất nitrogenated và các chỉ số khác.             

Các vi sinh vật nhạy cảm cao có thể cảm nhận được sự hiện diện của các chất ô nhiễm, hóa chất độc hại hay chất nổ, sẽ là một công cụ có giá trị để phát hiện và đánh giá các mối đe dọa quân sự. Các vi sinh vật có thể được đặt trên một chip silicon và gắn vào xe không người lái khi họ khám phá một khu vực chưa biết.

Một cách sử dụng vi sinh vật khác mà Hải quân đang quan tâm đó là giảm độ nhạy cảm của binh lính đối với các yếu tố gây stress như thay đổi trong chế độ ăn uống, chênh lệch múi giờ hay dao động độ cao và nhiệt độ.

Vi khuẩn tự nhiên trong cơ thể của chúng ta có thể được điều chỉnh để đáp ứng những tình huống này tốt hơn không?

Trong năm 2014, ONR đã cấp một khoản tài trợ trong ba năm cho ông Jeffrey Tabor, Giáo sư trợ tá về công nghệ sinh học tại Đại học Rice, để nghiên cứu.

Tabor thiết kế các cảm biến vi khuẩn có thể được sử dụng để phát hiện một loạt các thông tin môi trường, bao gồm cả dấu hiệu bệnh đường ruột. Bằng cách kết nối các cảm biến này với các mạch di truyền được thiết kế, ông có thể lập trình vi khuẩn để thực hiện hành vi tự điều khiển tiên tiến.

Hiện tại đã qua 2/3 khoảng thời gian được tài trợ, Tabor đang làm rất tốt trong cuộc tìm kiếm để tạo ra một loại vi khuẩn probiotic ăn được - dựa trên vi khuẩn E.coli biến đổi gene – để có thể bảo vệ các thủy thủ và lính lục quân khỏi chứng béo phì và trầm cảm. Ông đã chọn hướng tập trung vào bệnh béo phì do đã có rất nhiều nghiên cứu và thông tin về căn bệnh này, ngay cả ở cấp độ phân tử.

"Hệ vi sinh trong cơ thể đã giúp chúng ta tiêu hóa thức ăn, chống lại nhiễm trùng và giữ gìn sức khỏe" Tabor nói. "Nhưng có một số chức năng – bao gồm cả một số chức năng có lợi cho sức khỏe con người - mà sự tiến hóa không cung cấp vì chúng không tạo ra lợi thế cạnh tranh cho vi khuẩn. Mục tiêu của chúng tôi là thêm các loại tính năng này bằng cách sử dụng mạch di truyền được thiết kế hợp lý".

Theo Tabor, các nghiên cứu về béo phì trước đó đã chỉ ra rằng các vi khuẩn đường ruột của người khỏe mạnh tạo ra hợp chất tăng cường thành ruột. Tuy nhiên, các vi khuẩn đường ruột của những người béo phì tạo ra những hợp chất làm suy yếu thành ruột.

"Chúng tôi có kế hoạch thiết kế một sinh vật luôn luôn tìm kiếm các mô hình cụ thể của chỉ thị sinh học hóa học giống như một dấu vân tay cho lớp niêm mạc ruột bị suy yếu", Tabor nói. "Khi vi khuẩn của chúng tôi phát hiện những dấu hiệu đó, chúng sẽ phản ứng bằng cách sản xuất một loại hóa chất khác làm tăng cường lớp niêm mạc và ngăn chặn phân tử bệnh đi vào trong máu".

Tabor đã phân lập được một số cảm biến, thiết kế lại và đặt chúng vào một vi khuẩn E.coli đơn. Khi ông cho chuột ăn vi khuẩn biến đổi này, các cảm biến được kích hoạt, cho thấy chúng đã phát hiện thành công sự hiện diện của các chất hóa học mục tiêu để báo hiệu bệnh.

Cuối cùng, Tabor và nhóm của ông hy vọng sẽ tạo ra một mạng lưới các mạch di truyền có thể cảm nhận, tính toán và ứng phó với bệnh béo phì (và các bệnh khác) một cách đáng tin cậy. Mục tiêu là có một vi khuẩn E.coli đơn mang được 12 cảm biến để nó có thể phát hiện nhiều tín hiệu bệnh cùng một lúc.

Theo www.digital.laboratoryequipment.com

Share on Facebook   Share on Twitter Share on Google Share on Buzz

TRỤ SỞ HÀ NỘI
Địa chỉ: Tầng 4, tòa nhà 130 Nguyễn Đức Cảnh, Tương Mai, Hoàng Mai, Tp. Hà Nội 
Điện thoại: 024 6683 9670 - Fax: 024 3634 3449
Email: info@vinalab.org.vn

VĂN PHÒNG PHÍA NAM
Địa chỉ:
163 Điện Biên Phủ, phường 15, quận Bình Thạnh, Tp. Hồ Chí Minh
Điện thoại: 0283 514 7352
Fax: 0283 514 7351

Hội các Phòng thử nghiệm Việt Nam có tên giao dịch tiếng Anh là Vietnam Association of Testing Laboratories, viết tắt là VINALAB, là Hội thành viên của Liên hiệp các Hội Khoa học Kỹ thuật Việt Nam. Hội thành lập theo quyết định số 25/2003/QĐ-BNV vào ngày 10/6/2003 của Bộ trưởng Bộ Nội vụ...

Bản quyền 2014 thuộc về VINALAB. Bảo lưu mọi quyền lợi.
|
|
|
RSS
Chứng nhận
,
Thử nghiệm
,
Giám định
,
Chứng nhận ISO 9001
,
ISO 9001
,
Chứng nhận ISO 22000
,
ISO 22000
,
Chứng nhận ISO 14001
,
ISO 14001
,
Chứng nhận OHSAS 18000
,
Chứng nhận SA 8000
,
Chứng nhận hợp chuẩn
,
Chứng nhận sản phẩm hợp chuẩn
,
Chứng nhận VietGAP
,
Chứng nhận VietGAP chăn nuôi
,
VietGAP chăn nuôi
,
Chứng nhận VietGAP trồng trọt
,
VietGAP trồng trọt
,
Chứng nhận VietGAP thủy sản
,
VietGAP thủy sản
,
Chứng nhận hợp quy
,
Chứng nhận hợp quy thực phẩm
,
Chứng nhận hợp quy phân bón
,
Chứng nhận hợp quy thức ăn chăn nuôi
,
Chứng nhận hợp quy thuốc bảo vệ thực vật
,
Chứng nhận hợp quy phân bón vô cơ
,
Kiểm tra thức ăn chăn nuôi nhập khẩu
,
Giám định
,
Giám định thương mại
,
Kiểm tra hàng hóa nhập khẩu
,
Chứng nhận GLOBALGAP
,
Chứng nhận ASC
,
Chứng nhận ISO 22000
,
ISO 22000
,
Chứng nhận ISO 9001
,
ISO 9001
,
VINACERT
,
Chứng nhận VietGAP chăn nuôi
,
VietGAP chăn nuôi
,
Chứng nhận hợp quy thức ăn chăn nuôi
,
Chứng nhận
,
Chứng nhận hợp quy thực phẩm
,
Chứng nhận hợp quy phân bón
,
Chứng nhận hợp quy thuốc bảo vệ thực vật
,
VietGAP
,
Chứng nhận VietGAP trồng trọt