Ảnh: Unsplash/CC0 Public DomainEnzyme đóng vai trò thiết yếu trong tế bào của mọi sinh vật, từ vi khuẩn, thực vật đến con người. Các sinh vật dành rất nhiều năng lượng để thay thế các enzym đã hao mòn và năng lượng có thể đưa vào các quá trình khác. Theo Andrew Hanson, học giả và giáo sư tại Khoa Khoa học trồng trọt của UF/IFAS, các enzyme tồn tại lâu có thể làm tăng năng suất ở các loại cây trồng để làm thực phẩm, nhiên liệu, chất xơ hoặc các mục đích khác.
Hanson, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết, nếu bạn muốn cải thiện tuổi thọ của các enzyme, bạn cần phải biết mục đích cho loại enzyme đó.
Tiêu chuẩn này, được gọi là "Chu kỳ xúc tác cho đến khi có Thay thế ( Catalytic Cycles until Replacement), hoặc CCR, là bước đầu tiên giúp cải thiện tuổi thọ của enzyme và từ đó sản xuất nhiều thực phẩm, nhiên liệu và chất xơ hơn cho thế giới trong tương lai. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences và được hỗ trợ bởi Quỹ Khoa học Quốc gia.
Để giải thích cách CCR hoạt động, Hanson đưa ra một sự tương tự giữa các bộ phận trong ô tô và các enzyme trong tế bào.
"Nếu bạn thường xuyên mang xe vào cửa hàng để thay thế phụ tùng, đó là một khoản đầu tư lớn và thường chỉ có hiệu quả nhất định. Nhưng thực vật như hoa màu, chúng tiêu tốn rất nhiều năng lượng cho việc duy trì enzyme, do đó để lại ít năng lượng hơn để phát triển ngũ cốc hoặc các bộ phận khác mà chúng ta thu hoạch. "Hanson nói. "Nhiều loại enzyme trong thực vật có thể được cải thiện và với CCR, chúng tôi biết phải bắt đầu từ đâu."
Hanson bắt tay vào công việc để cải thiện một trong những enzyme thực vật này là THI4. Enzyme này xúc tác một phản ứng hóa học tạo ra thiamine, một loại vitamin B cần thiết cho nhiều quá trình sinh học.
Nhưng THI4 là thứ có thể được gọi là enzym "vứt bỏ", một enzym xúc tác phản ứng một lần và sau đó tự phân hủy.
“Một giải pháp khả thi khác là tìm ra một loại enzyme khác cũng có thể tạo ra thiamine nhưng tồn tại lâu hơn THI4.” Hanson nói.
Phòng thí nghiệm của Hanson đang tìm cách cải tiến lại các quy trình như thế này bằng cách sử dụng một kỹ thuật được gọi là tiến hóa có định hướng.
Quá trình tiến hóa có hướng khai thác các quá trình đột biến và chọn lọc tự nhiên ở vi khuẩn hoặc nấm men để cải thiện các gen chứa chỉ thị cho enzyme, hoặc các protein khác với tốc độ nhanh hơn nhiều so với tốc độ có thể xảy ra ở thực vật. Sau đó, các gen cải tiến có thể được chuyển sang cây trồng bằng cách sử dụng các công nghệ như CRISPR để chỉnh sửa bộ gen của cây, và kết quả là cải thiện các enzyme mà cây tạo ra - dẫn đến cây năng suất cao hơn.
Link: https://phys.org/news/2021-03-food-scientists-mileage-enzymes.html
Hà Trần (Theo Phys.org)
Đăng nhập
