Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng một chất hóa học mạnh mẽ của thực vật được tạo ra bằng cách sử dụng một gen trông giống vi khuẩn một cách đáng ngạc nhiên. Điều này cho thấy thực vật tái sử dụng các công cụ của vi sinh vật để tạo ra các phản ứng hóa học mới. Phát hiện này có thể giúp các nhà khoa học khám phá ra các loại thuốc mới và sản xuất chúng một cách bền vững hơn.

Thực vật tự nhiên sản sinh ra các chất hóa học gọi là ancaloit để tự bảo vệ mình khỏi các mối đe dọa như côn trùng và bệnh tật. Con người đã dựa vào các hợp chất này qua nhiều thế hệ, sử dụng chúng để giảm đau, điều trị bệnh và trong các sản phẩm hàng ngày bao gồm caffeine và nicotine.

Các nhà khoa học muốn hiểu rõ hơn về cách thực vật tạo ra ancaloit để có thể phát triển thuốc nhanh hơn, với chi phí thấp hơn và ít gây hại cho môi trường hơn.

Một loại hóa chất thực vật mạnh mẽ với nguồn gốc bất ngờ

Các nhà nghiên cứu tại Đại học York đã tập trung vào một loại thực vật có tên là Flueggea suffruticosa , loại cây tạo ra một loại alkaloid mạnh gọi là securinine. Trong quá trình nghiên cứu cách thức sản xuất hợp chất này, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra một chi tiết đáng ngạc nhiên. Gen chủ chốt chịu trách nhiệm tạo ra securinine lại giống với các gen thường thấy ở vi khuẩn hơn là ở thực vật.

Phát hiện này cho thấy thực vật có thể đã áp dụng một chiến lược tiến hóa bất thường. Thay vì chỉ dựa vào hóa học thực vật truyền thống, chúng dường như tái sử dụng các công cụ phân tử thường thấy ở vi sinh vật để tạo ra các chất hóa học phòng vệ. Các nhà nghiên cứu tin rằng cách tiếp cận này có thể phổ biến hơn trong giới thực vật so với suy nghĩ trước đây.

Thực vật tái sử dụng các công cụ vi sinh vật

Tiến sĩ Benjamin Lichman từ Khoa Sinh học của Đại học York giải thích lý do tại sao phát hiện này lại nổi bật. "Thực vật và vi khuẩn thực sự là những dạng sống khác nhau, vì vậy việc phát hiện ra rằng chất hóa học quan trọng của thực vật này lại được tạo ra từ một gen giống vi khuẩn thực sự là một điều bất ngờ".

"Chúng tôi cho rằng điều này có nghĩa là thực vật 'tái chế' các công cụ sinh học thường thấy ở vi sinh vật, khi chúng có thể hữu ích cho chúng. Điều thú vị hơn nữa là gen này tạo ra securinine theo một cách hoàn toàn khác so với các chất hóa học thực vật quen thuộc khác."

Khi các nhà nghiên cứu nhận ra con đường hóa học mới này, họ bắt đầu tìm thấy các gen tương tự ẩn trong DNA của nhiều loài thực vật khác. Điều này đã cung cấp cho các nhà khoa học một phương pháp mới mạnh mẽ để xác định các hợp chất tự nhiên hữu ích và hiểu cách chúng được tạo ra.

Những hướng đi mới

Những gen thực vật này cuối cùng có thể được sử dụng để sản xuất các hóa chất có giá trị trong phòng thí nghiệm. Làm như vậy sẽ giảm nhu cầu thu hoạch các loại cây quý hiếm hoặc phụ thuộc vào các quy trình công nghiệp gây hại cho môi trường.

Tiến sĩ Lichman lưu ý rằng các ancaloit thường cần được xử lý cẩn thận. "Ancaloit có thể độc hại, vì vậy khi chúng ta sử dụng chúng trong y học, chúng phải được kiểm soát chặt chẽ và thường được điều chỉnh, do đó việc hiểu rõ quy trình tạo ra ancaloit có thể giúp chúng ta phát triển các phương pháp mới để sản xuất chúng trong phòng thí nghiệm hoặc loại bỏ chúng để làm cho một số loại cây ít độc hại hơn."

"Giờ đây, khi chúng ta đã biết cách tìm kiếm quá trình sản xuất hóa chất này, và có thể tìm thấy nó ở nhiều loại cây hơn so với dự đoán ban đầu, chúng ta có những hướng đi mới để khám phá và phát hiện ra các loại thuốc an toàn."

Ảnh hưởng đối với nông nghiệp và môi trường

Những phát hiện này, được công bố trên tạp chí New Phytologist , cũng có thể giúp các nhà khoa học hiểu sâu hơn về cách thực vật sinh trưởng và tồn tại. Kiến thức này cuối cùng có thể hỗ trợ việc phát triển các giống cây trồng khỏe mạnh và có khả năng chống chịu tốt hơn.

Các nhà nghiên cứu cho rằng nghiên cứu này nhấn mạnh còn rất nhiều điều cần học hỏi từ thiên nhiên. Những khám phá bất ngờ trong khoa học thực vật cơ bản có thể dẫn đến những tiến bộ lớn trong y học, nông nghiệp và phát triển bền vững môi trường.