Đây là lần đầu tiên sự thay đổi có mục tiêu của các vi khuẩn hyperthermophile (vi sinh vật chịu nhiệt độ cao) đã được hoàn thiện, mở ra triển vọng mới về việc biến đổi gen các vi sinh vật làm sản phẩm sinh học và tạo thành nhiên liệu sinh học.
Đầu tiên, Pyrococcus furiosus chịu nhiệt độ cao được cô lập từ các trầm tích biển nóng sinh trưởng tốt nhất ở nhiệt độ khoảng 100oC. P. furiosus là cổ khuẩn, đơn bào giống như vi khuẩn, nhưng chúng vượt trội về khả năng thực hiện nhiều quá trình mà các vi khuẩn thông thường không thực hiện được.
Giống như các vi khuẩn chịu nhiệt độ cao khác, các enzym của P furiosus ổn định ở nhiệt độ cao tạo thuận lợi cho nhiều quá trình công nghiệp, nên trở thành công cụ sử dụng hiệu quả trong công nghệ sinh học và sản xuất. Nhưng không phải tất cả các sản phẩm được sản xuất ở mức nhiệt cao. Một số enzym sẽ chỉ hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn.
Trong nghiên cứu, các tác giả đã cấy gen của một sinh vật khác vào trong P.furiosus và kích thích nó sử dụng gen đó để tạo ra một sản phẩm mới chỉ bằng cách giảm nhiệt độ. Caldicellulosiruptor bescii, sinh vật cho gen, thích sinh trưởng ở nhiệt độ tương đối mát là 78oC, do đó lactate dehydrogenase, sản phẩm protein của gen này ổn định nhất ở mức tương đối thấp đó.
Các nhà khoa học đã cấy gen lactate dehyrogenase vào một vị trí chiến lược gần bộ phận điều chỉnh nhiệt độ chuyển đổi các gen xung quanh nó khi P furiosus ở ngoài mức nhiệt 72oC.
Về bản chất, điều này mang lại cho các nhà khoa học một “công tắc” kiểm soát sản xuất lactat: đặt vi khuẩn ở nhiệt độ 72oC để chuyển sang sản xuất lactat, phục hồi nó ở 100oC để “tắt”, sau đó ngăn chặn nhu cầu về tác nhân kích thích hóa học. Hơn nữa, do P.furiosus chủ yếu “đóng” ở mức nhiệt thấp này, nên việc sản xuất ra sản phẩm mới không gây cản trở quá trình trao đổi chất hoặc ngược lại.
Michael Adams, trưởng nhóm nghiên cứu thuộc Ban Hóa sinh và sinh học phân tử cho rằng vi khuẩn chịu nhiệt độ cao là lò phản ứng sinh học chứa các enzym lạ. P.furiosus chỉ cung cấp các đồng yếu tố và môi trường tế bào chất cho các enzym lạ được hoạt hóa. Điều này làm cho phản ứng sạch, có kiểm soát hơn. |