Những ý tưởng độc đáo của công nghệ phát sáng sinh học

Kẹo phát sáng (ảnh 1)

Kẹo kích thích vị giác với vị chua ngọt hay hương thơm của trái cây. Nhưng Công ty BioLume muốn làm cho những loại kẹo có sự thú vị mới - đó là phát sáng. Trong nhiều năm qua, công ty ở Bắc Carolina (Mỹ) này đã mày mò nghiên cứu cách pha trộn thêm các thành phần phát sáng vào kẹo que, chewing-gum v.v…

Terry Willard, CEO của BioLume cho biết các enzyme phát sáng xuất phát từ những sinh vật biển hiện đang được phát triển trong phòng thí nghiệm. Sau khi tiếp xúc với oxygen và dung dịch nước (nghĩa là nước bọt của chúng ta), viên kẹo chứa các protein phát sáng sẽ gây ra phản ứng giải phóng photon (quang tử). Tùy theo cách chúng ta liếm mút kẹo nhiều hay ít mà hiện tượng phát quang sẽ kéo dài vài giây hay vài phút.

Hiện thời, Công ty BioLume đang tranh thủ sự phê chuẩn của Cơ quan Quản lý thực phẩm và dược phẩm Mỹ (FDA). Thậm chí, Willard cho biết BioLume còn muốn tạo ra thứ bánh kem và đồ uống có cồn phát quang. Ví dụ như công ty đang nghiên cứu phát triển loại bia phát sáng gọi là Bud Lights.

Biến đèn đường thành cây phát sáng (ảnh 2)

Một ứng dụng phát quang sinh học khác được nghĩ đến từ lâu là thay thế những ngọn đèn đường sử dụng điện với những cây phát sáng tự nhiên - tức là, ghép các gene của đom đóm và vi khuẩn biển phát sáng vào cây! Lá cây có nhiệm vụ hấp thu ánh sáng vào ban ngày để cung cấp năng lượng vào ban đêm. Theo Sanderson, sinh viên Viện Wellcome Trust Sanger, cho biết ý tưởng là lá cây có thể tự động "bật" và "tắt" nhờ vào các gene kiểm soát chu kỳ hàng ngày của cây - tức là cây sẽ tự bật sáng vào ban đêm và tự tắt ánh sáng vào ban ngày.

Loại cây phát sáng này chỉ cần nước, không khí và các chất dinh dưỡng trong đất để duy trì nhiệm vụ thắp sáng cho thành thị. Năm 2010, Sanderson cùng với các đồng nghiệp đã phát triển một phức hợp gene có thể ghép vào các dạng sống khác để gây ra hiện tượng phát quang sinh học. Các nhà nghiên cứu cho ghép các gene từ vi khuẩn vào lạp lục của cây thuốc lá khiến nó phát ra thứ ánh sáng nhẹ mà không cần phải tiêm thêm chất luciferin (trong tế bào phát quang sinh học) nhằm duy trì phản ứng.

Cả cánh đồng sáng rực (ảnh 3)

Có lẽ vào một ngày nào đó, khi cây trồng cần nước hay dưỡng chất, chúng có thể phát tín hiệu thông tin đến chủ nông trại. Có nghĩa là cây trồng sẽ phát ra thứ ánh sáng màu đỏ, vàng hay xanh "cảnh báo sớm " đến chủ nông trại về sự xuất hiện của bệnh hay côn trùng phá hoại mùa màng. Thậm chí rau cải cũng phát sáng được.

Ý tưởng về loại "cây trồng thông minh" thu hút sự chú ý của mọi người vào năm 2000, khi Anthony Trewavas - lúc đó là nhà sinh học ở Đại học Cambridge - tiến hành thí nghiệm hiện tượng phát quang sinh học và phát huỳnh quang ở cây trồng. Trewavas tạo ra một củ khoai tây phát ra ánh sáng màu đen khi thiếu nước để nhắc nhở người trồng tưới thêm nước -  điều đó có nghĩa là chủ nông trại chỉ tưới nước khi cần thiết để bảo đảm sự tăng trưởng của cây.

Tuy nhiên, nghiên cứu của Trewavas khiến người ta lo lắng đến loại thực phẩm cải biến gene vốn bị cấm ở châu Âu. Nhưng Trewavas lập luận rằng chỉ có vài củ khoai tây được mang các gene phát sáng để giám sát toàn bộ cánh đồng và chúng là loại thực vật không giao phấn nên sẽ không xảy ra hiện tượng di chuyển gene sang các củ khoai bình thường. Mặc dù vậy, ý tưởng về cây trồng phát quang vẫn chưa được giới khoa học quan tâm nghiên cứu.

Test quỳ phát hiện độc tố (ảnh 4)

SDIX, công ty công nghệ sinh học ở bang Delaware (Mỹ), sử dụng vi khuẩn biển phát quang (gọi là SDIX) trong thử nghiệm đánh giá chất lượng nước. Ánh sáng của vi khuẩn bắt đầu giảm dần khi một số hóa chất - như là kim loại nặng và thuốc trừ sâu - gây cản trở tiến trình tạo ra ánh sáng.

Cũng giống như vi khuẩn SDIX, ánh sáng của hơn 70 loài nấm phát quang sẽ nhạt đi khi tiếp xúc với các độc tố. Và, chẳng bao lâu nữa những loại nấm phát quang sinh học có thể cung cấp tín hiệu tương tự. Đó là lý do mà Cassius Stevani - giáo sư khoa hóa Đại học Sao Paulo (Brazil) - đang cố gắng nghiên cứu một loại cảm biến được phát triển từ nấm.

Trong khi đó, các nhà nghiên cứu khác thử nghiệm biến đổi các vi sinh vật như thế nào đó để cho ánh sáng của chúng mạnh thêm lên, hơn là mờ nhạt đi, bởi vì - theo giải thích của Jan van der Meer, giáo sư khoa, Vi sinh học, Đại học Lausanne (Thụy Sĩ) - người ta "dễ dàng nhận ra hiện tượng tăng sáng hơn là sự giảm sáng".

Bí quyết là tạo sự liên kết về mặt di truyền giữa tín hiệu chuyển hóa khi có sự hiện diện của một chất đặc biệt với cơ chế hóa sinh tạo ánh sáng của vi khuẩn. Giáo sư Meer đã chứng minh kỹ thuật này nơi vi khuẩn phản ứng với  arsenic - chất ô nhiễm nước phổ biến