Tấn công mầm bệnh có định hướng
Sâu bệnh đe dọa cây trồng khắp thế giới, ảnh hưởng lớn đến an ninh lương thực của nhiều quốc gia. Giải pháp thông thường đang được đa số nhà nông sử dụng là phun thuốc bảo vệ thực vật - thực chất là các hóa chất - lên cây trồng để tiêu diệt các loại sâu bệnh. Cách này hiệu quả nhưng tốn kém và đặc biệt là gây quan ngại về vấn đề môi trường. Hóa chất có thể thâm nhập nguồn cung cấp nước, gây độc và có thể khiến các mầm bệnh dần thích ứng, dẫn đến tình trạng kháng thuốc trừ sâu.
Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Queensland ở Australia đang phát triển giải pháp thay thế thuốc trừ sâu hóa chất bằng kỹ thuật điều chỉnh biểu hiện gene BioClay. Theo họ, phương pháp này vừa hiệu quả vừa bền vững về môi trường.
Theo nghiên cứu được đăng tải chi tiết trên tạp chí Nature Plants vào đầu năm 2017, BioClay là một loại đất sét nano không độc có chứa RNA (loại axít nucleic, là cơ sở di truyền ở cấp độ phân tử) sợi đôi (dsRNA), có thể được sử dụng để bảo vệ thực vật khỏi các tác nhân gây bệnh cụ thể.
Nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Queensland và thiết bị xịt BioClay. Ảnh: Twitter
“Khi BioClay được phun vào cây trồng, dsRNA đặc biệt với từng loại mầm bệnh sẽ được giải phóng từ đất sét và đi vào cây trồng. Điều này kích hoạt một cơ chế tự vệ của cây để chống lại loại mầm bệnh đó" - nhà khoa học Neena, thành viên nhóm nghiên cứu - cho biết trên Digital Trends. Nói cách khác, cây trồng phản ứng như thể nó đang bị tấn công và xây dựng hệ thống phòng thủ, giống như cách con người tạo ra các phản ứng phòng vệ cho cơ thể khi tiêm vắcxin.
Các nhà khoa học đã thử nghiệm BioClay trên lá cây thuốc lá và cây Arabidopsis - một loài thực vật có hoa trong họ cải. Kết quả, các dsRNA được phát hiện vẫn tồn tại trong BioClay ở môi trường và trên lá cây 30 ngày sau khi phun. Trong thời gian đó, chúng được các tế bào thực vật hấp thụ để thầm lặng tiêu diệt mục tiêu là các mầm bệnh.
Trong một thử nghiệm khác, để kiểm tra tiềm năng của công nghệ này, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm BioClay có chứa các dsRNA được thiết kế chống lại hai loại virus thực vật - virus nấm mốc hạt tiêu (PMMoV) và virus khảm dưa chuột (CMV) trên cây đậu đũa.
Họ cũng sử dụng đối chứng thuốc xịt RNA thương mại đang được sử dụng trên thị trường để diệt côn trùng nhằm so sánh hiệu quả. Sau 5 ngày, BioClay cho kết quả tốt hơn khi làm giảm đáng kể tình trạng tổn thương hoặc hoại tử đặc trưng của bệnh CMV.
Chưa hết, trong một thí nghiệm khác, cây thuốc lá được phun BioClay và chất bảo vệ thực vật thông thường rồi cho thử thách với mầm bệnh trong 20 ngày. Kết quả là chỉ có cây được phun BioClay có mức kháng bệnh cao. Ngoài ra, các nhà khoa học cũng tìm thấy bằng chứng về sự bảo vệ chống lại mầm bệnh trong những lá non mới nở, xuất hiện sau vài tuần điều trị bằng BioClay.
Không gây độc cho người và môi trường
Theo nhóm nghiên cứu, hiện nay ngay cả khi sử dụng thuốc trừ sâu, con người vẫn mất tới 40% năng suất vì sâu bệnh. Thuốc trừ sâu hóa học diệt côn trùng gây hại nhưng đồng thời cũng ảnh hưởng đến hàng loạt côn trùng có lợi. Trong khi đó, theo nhóm nghiên cứu, BioClay có mục tiêu cụ thể, chỉ giết các mầm bệnh được nhằm tới. Thân thiện với môi trường và con người là một trong những ưu điểm vượt trội của phương pháp này.
“Đất sét trong BioClay hoàn toàn có thể phân hủy khi có sự hiện diện của hơi nước và carbon dioxide. RNA cũng tồn tại trong thời gian ngắn trong cây trồng và đặc biệt là chỉ tiêu diệt các mầm bệnh mà chúng ta nhằm tới. Trong khi đó, các thuốc trừ sâu hóa học thông thường có thể làm nhiễm độc nước, tác động tiêu cực đến sức khỏe con người và giết cả những côn trùng thực sự có lợi cho cây trồng. Các dsRNA được cắt thành nhiều phần nhỏ của RNA bởi các enzyme của cây. Những mảnh nhỏ này cahỉ tấn công mầm bệnh khi nó lây nhiễm vào cây mà không làm thay đổi hệ gene cây trồng” - ông Mitter cho biết thêm.
Các thử nghiệm trên ruộng đồng của BioClay có thể bắt đầu ở Australia vào cuối năm nay. Ông Mitter nói với SciDev.Net rằng thử nghiệm đầu tiên sẽ được tiến hành đối với loại virút gây hại cho các cây trồng như ớt, cà chua.
Các nhà khoa học tại Đại học Queensland hy vọng BioClay sẽ được thương mại hóa trong vòng 5 năm tới và mức giá có thể sẽ rất hợp lý.