Đại học Kỹ thuật Đan Mạch đang hợp tác với một công ty quốc tế tìm kiếm các hợp chất tự nhiên có khả năng ức chế nấm bệnh trên cây trồng. Bộ sưu tập nấm mốc và một vài chủng vi khuẩn là một phần của dự án. Ba mươi tám nghìn bốn trăm mẫu phân lập nấm mốc được xem là một phần của dự án “Sàng lọc Sinh học nông nghiệp thông minh hơn”. Trong dự án, Đại học Kỹ thuật Đan Mạch hợp tác với công ty quốc tế FMC, chuyên sản xuất thuốc bảo vệ thực vật chẳng hạn như thuốc trừ sâu phụ vụ cho sản xuất nông nghiệp.
Các mẫu phân lập được bảo quản trong ống nhựa có nắp vặn màu đỏ và điều chỉnh nhiệt độ chính xác 9oC, để trong tủ bảo quản ở Đại học Kỹ thuật Đan Mạch; tạo thành một bộ sưu tập nấm mốc được quốc tế công nhận, các nhà nghiên cứu ở đây đã bắt đầu làm công việc này vào năm 1988 với các mẫu phân lập đầu tiên.
Bây giờ, sau 35 năm, họ sẽ nghiên cứu một cách cẩn thận với các mẫu phân lập vi khuẩn ít hơn. Có lẽ, các chủng vi sinh vật này được dùng để sản xuất thuốc diệt nấm sinh học, tức là các chất tự nhiên có thể ức chế nấm bệnh trên các loài cây ngũ cốc. Điều này được kỳ vọng cao đối với các chủng nấm mốc.
Các mẫu nấm phân lập được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm ở Đại học Kỹ thuật Đan Mạch. Nguồn: Thomas Steen Sørensen.
“Về lĩnh vực công nghệ sinh học, các chủng nấm mốc là những sinh vật cực kỳ thú vị vì mỗi chủng nấm mốc có từ 50-80 con đường tổng hợp sinh học. Mỗi con đường tổng hợp sinh học là một loạt các phản ứng bên trong sinh vật để tạo ra các chất có hoạt tính sinh học. Trong khi đó, một chủng vi khuẩn chỉ có từ 6-7 con đường tổng hợp sinh học, một tế bào nấm men thì không có con đường tổng hợp sinh học nào. Vì thế, nghiên cứu nấm mốc là một tiềm năng lớn và có lẽ chúng ta sẽ tìm được các chất có thể ức chế dịch bệnh trong nông nghiệp”, phó giáo sư Rasmus John Normand Frandsen và là điều phối viên của dự án này tại đại học Kỹ thuật Đan Mạch chia sẻ.
Ông cho biết thêm: “Có rất nhiều chất, có thể lên đến 95% trong số các chất mà chúng tôi không biết được sử dụng để làm gì hay các chủng vi sinh vật đã sinh tổng hợp ra như thế nào, nhưng chúng được tạo ra trong tự nhiên là có lý do và có mục đích. Chúng ta có lợi từ việc này”.
Sử dụng thuốc trừ sâu phải giảm một nửa
Tìm kiếm giải pháp thay thế thuốc trừ sâu hóa học đang là một vấn đề cấp bách vì Liên minh châu Âu đang giảm một nửa việc sử dụng thuốc trừ sâu hóa học ở các nước thành viên vào năm 2030 và cấm hoàn toàn việc sử dụng thuốc trừ sâu hóa học ở các vùng nhạy cảm.
Mặc dù thuốc trừ sâu hóa học mang tiếng xấu nhưng chúng đảm bảo cho năng suất cây trồng không bị phá hoại bởi dịch bệnh và côn trùng. Theo một bản ghi nhớ từ đại học Aarhus, loại bỏ dần việc sử dụng thuốc trừ sâu hóa học sẽ làm giảm đáng kể năng suất cây trồng, việc loại bỏ hoàn toàn sẽ giảm 23% năng suất ở cây ngũ cốc và giảm đến 50% năng suất ở các cây củ cải đường và khoai tây.
Với nhu cầu lương thực trên thế giới ngày càng tăng, chúng ta phải tìm các giải pháp khác để đảm bảo tốt năng suất cây trồng nhằm thực hiện việc chuyển đổi xanh trong công tác nhân giống mà vẫn đảm bảo diện tích đất trồng trọt và không phát thải nhiều khí CO2.
Bộ sưu tập các mẫu nấm được bảo quản ở nhiệt độ 9oC trong các hộp bảo quản mẫu tại Đại học Kỹ thuật Đan Mạch. Nguồn: Thomas Steen Sørensen.
Chuẩn bị bộ sưu tập nấm cho robot
Làm cách nào để bạn có thể kiểm tra hết 38.400 mẫu phân lập các chủng nấm mốc. Ngay bây giờ, chỉ có một phương pháp duy nhất, thực hành bằng tay. Như một phần của dự án SABS, các bộ sưu tập nấm ở đại học Kỹ thuật Đan Mạch sẽ được “hiện đại hoá” vì thế chúng tôi sẽ tránh việc thực hành bằng tay trong tương lai và sẽ có robot thực hiện việc sàng lọc mẫu phân lập.
Quá trình hiện đại hóa cần hai kỹ thuật viên phòng thí nghiệm lấy các mẫu phân lập ra khỏi các hộp bảo quản mẫu, vặn mở nắp màu đỏ của mỗi ống, từng cái một, hút bào tử nấm trong mỗi ống và chuyển vào đĩa thạch để các nấm có thể phát triển trong phòng thí nghiệm. Sau 8-10 ngày, các kỹ thuật viên có thể thu bào tử nấm và chuyển chúng vào các khay nhựa có 24 giếng, nơi mỗi giếng sẽ chứa một mẫu phân lập nấm mốc riêng biệt.
Sau đó, robot sẽ tiếp quản và chuyển các mẫu phân lập nấm vào các khay có 96 giếng. Đến đây, định dạng nấm đã phù hợp với một quy trình tự động trong đó robot có thể hút các bào tử từ 96 mẫu phân lập nấm cùng một lúc.
Niels Bjerg Jensen cho biết thêm: “Trong tương lai, điều này có nghĩa là chúng tôi có thể sàng lọc các chủng nấm mốc nhiều gấp 100 lần”. Các mẫu phân lập sẽ được bảo quản ở nhiệt độ âm 80oC, sẵn sàng cho các lần phân lập tiếp theo.
Các phòng thí nghiệm thông lượng cao
Quá trình tự động đã bỏ qua thao tác hút pipet bằng tay, nghĩa là tốc độ và lượng dữ liệu tăng lên rất nhiều. Nó là xu thế hiện thấy trên toàn cầu và được gọi là phòng thí nghiệm thông lượng cao.
“Bằng chứng là từ các bài báo nghiên cứu trên thế giới cho thấy bộ dữ liệu càng ngày càng lớn. Chỉ trong vài năm trước, bộ dữ liệu chỉ là vài chục chủng vi sinh vật. Bây giờ, các mẫu phân lập có thể lên đến hàng trăm chủng vi sinh vật”, theo Rasmus John Nordmand Frandsen.
Giám đốc dự án Niels Bjerg Jensen và kỹ thuật viên phòng thí nghiệm Wiebke Marina Findeisen đang kiểm soát các mẫu nấm. Nguồn: Thomas Steen Sørensen.
Điều này cũng đặt ra vấn đề nhân sự cho các phòng thí nghiệm công nghệ sinh học, hiện nay cần các ứng viên có thể lập trình robot và xây dựng kho dữ liệu để có thể chứa một lượng dữ liệu sinh học khổng lồ.
Đại học Kỹ thuật Đan Mạch cũng sử dụng trí tuệ nhân tạo trong sàng lọc nấm tạo ra cơ sở dữ liệu.
“Trí tuệ nhân tạo có thể tìm kiếm các kết nối và các mô hình trên một lượng cơ sở dữ liệu khổng lồ mà con người không thể thực hiện được và nó giúp xác định các loại nấm nhanh hơn”, theo Rasmus John Nordmand Frandsen.
Những chủng nấm có triển vọng được tìm thấy
Trong dự án SABS, đại học Kỹ thuật Đan Mạch đã sàng lọc và xác định các chủng nấm mốc triển vọng có khả năng sinh tổng hợp các chất có hoạt tính sinh học trong phòng thí nghiệm. Các chủng nấm này đã được chuyển đến công ty FMC cho các nghiên cứu chuyên sâu hơn. Nếu thu được các kết quả tốt, bước tiếp theo là kiểm tra các chất này trong những điều kiện được kiểm soát ở các thí nghiệm đồng ruộng nơi mà cây ngũ cốc được trồng với các chất diệt nấm tự nhiên.
Đối với FMC, dự án này tạo cơ hội phát triển các giải pháp để đáp ứng với nhu cầu chuyển đổi xanh trong nông nghiệp.
“Thuốc trừ sâu sinh học mang lại những phương pháp mới để ức chế các tác nhân gây bệnh ở thực vật và giúp kéo dài sự hữu ích của các đặc tính hóa học hiện có. Đây là các công cụ bền vững vừa đáp ứng nhu cầu của người trồng cây về các giải pháp mới vừa chống lại sự kháng thuốc, giúp kéo dài tuổi thọ của các hợp chất hóa học và bảo vệ môi trường”, theo Burghard Liebmann - giám đốc nghiên cứu và phát triển sức khỏe thực vật tại trung tâm European Innovation của công ty FMC tại Hørsholm, Đan Mạch.
Nguyễn Thị Kim Thoa (theo Phys.org)
Đăng nhập
