พันธุวิศวกรรมพืชก้าวไปสู่ระดับนาโน

พันธุวิศวกรรมพืชก้าวไปสู่ระดับนาโน

นักวิจัยสองกลุ่มกล่าวว่าท่อนาโนคาร์บอนสามารถใช้เป็นเครื่องมือในการส่งยีนไปยังนิวเคลียสของเซลล์พืชและคลอโรพลาสต์ได้ง่ายขึ้น กลุ่มหนึ่งอยู่ที่มหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนียที่เบิร์กลีย์และอีกกลุ่มหนึ่งที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) แนวทางของ UC Berkeley เกี่ยวข้องกับการต่อกิ่ง DNA ลงบนท่อนาโนคาร์บอนเพื่อส่งชีวโมเลกุลเข้าไปในเซลล์พืช ในขณะที่เทคนิคของ MIT 

ใช้กลไกที่เรียกว่า lipid exchange envelope

 penetration (LEEP) เพื่อนำส่งไปยังคลอโรพลาสต์โดยเฉพาะ เทคนิคทั้งสองนี้แตกต่างอย่างมากจากวิธีการทางพันธุวิศวกรรมทั่วไป เช่น ชีววัตถุ (ซึ่งทำได้โดยการยิงยีนเข้าไปในเนื้อเยื่อพืช) หรือการถ่ายทอดยีนโดยใช้แบคทีเรียที่ติดเชื้อพืชที่ปรับปรุงพันธุกรรมสามารถผลิตได้ผลผลิตที่สูงขึ้นและผลิตให้ทนทานต่อโรคและภัยแล้งมากขึ้น สิ่งนี้จะมีความสำคัญสำหรับการให้อาหารแก่ประชากรที่เพิ่มขึ้นในทศวรรษหน้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริบทของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ นอกจากนี้ยังอาจใช้เพื่อจัดหาเชื้อเพลิงชีวภาพที่สะอาดและมีประสิทธิภาพมากขึ้น รวมทั้งยาสังเคราะห์ทางชีวเคมี

การแก้ไขทางพันธุกรรมของเซลล์พืชทำได้โดยใช้เครื่องมืออย่างเช่น ดีเอ็นเอ อาร์เอ็นเอ และโปรตีน แต่สารชีวโมเลกุลเหล่านี้ส่งผ่านผนังเซลล์พืชได้ยาก ซึ่งเป็นโครงสร้างที่แข็งกระด้างและมีหลายชั้นที่ห่อหุ้มเยื่อหุ้มเซลล์ของพืชแบคทีเรียและปืนยีนในขณะนี้ วิธีที่ใช้กันมากที่สุดในการถ่ายทอดยีนเกี่ยวข้องกับการใช้แบคทีเรียที่แพร่เชื้อตามธรรมชาติในพืชเพื่อส่งยีนสำหรับลักษณะที่ต้องการ แต่เทคนิคนี้มีประสิทธิภาพสำหรับพืชในสายพันธุ์ที่แคบเท่านั้น 

ดีเอ็นเอที่ส่งด้วยวิธีนี้ยังรวมเข้ากับจีโนมของพืชด้วย ซึ่งหมายความว่าจะต้องมีการติดฉลากว่ามีการดัดแปลงพันธุกรรม (GMO) Biolistics (หรือที่เรียกว่ายีนปืน) เป็นเทคนิคที่ใช้กันทั่วไปอีกวิธีหนึ่งและสามารถ “ยิง” สารพันธุกรรมเช่นกระสุนเข้าไปในพืชได้กว้างกว่า แต่ก็เป็นการทำลายและไม่มีประสิทธิภาพอีกครั้ง Markita del Carpio Landryผู้นำการวิจัยของ UC Berkeley กล่าวว่า “มันเหมือนกับการเจาะรูในเซลล์พืชและหวังว่าทั้งยีนและเซลล์ของคุณจะมีชีวิตรอด

ความแข็งแรงสูงและอัตราส่วนกว้างยาวเหมือนเข็ม

“ท่อนาโนคาร์บอนเป็นสิ่งที่น่าสนใจที่นี่เพราะเป็นอนุภาคนาโนเพียงไม่กี่ชนิดที่สามารถทำให้แคบได้ กว้างเพียง 1 นาโนเมตร ซึ่งหมายความว่าพวกมันมีขนาดเล็กพอที่จะลอดผ่านผนังเซลล์ของพืชได้” เธอกล่าว “ความแข็งแรงสูงเป็นพิเศษและอัตราส่วนกว้างยาวเหมือนเข็มช่วยให้พวกมันถูกฝังเข้าไปในเซลล์พืชของสายพันธุ์ต่างๆ มากมาย”

การส่งยีนไปยังคลอโรพลาสต์วิศวกรของ MIT ได้พัฒนาวิธีการส่งยีนไปยังคลอโรพลาสต์ของเซลล์พืช ในภาพเหล่านี้ เซลล์ mesophyll (ขวา) และเซลล์ผิวหนังชั้นนอก (ซ้าย) ในใบ arugula ได้รับการออกแบบเพื่อแสดงโปรตีนเรืองแสงสีเหลืองในคลอโรพลาสต์ ผนังเซลล์เป็นสีแดงและคลอโรพลาสต์เป็นสีน้ำเงิน เครดิต: Tedrick Thomas Salim Lew และ Seon-Yeong Kwak นักวิจัยติดตามอนุภาคนาโนและพบว่าพืชเรืองแสงสีเขียวเมื่อฉายรังสี UV นี่แสดงให้เห็นว่ายีน GFP ได้รับการถ่ายทอดและแปลเป็นโปรตีน เช่นเดียวกับถ้าเป็นยีนของพืชเอง

พวกเขายังพบว่า CNTs จบลงทั้งในนิวเคลียสของเซลล์และในคลอโรพลาสต์ (ซึ่งแต่ละยีนมียีนประมาณ 80 ยีนที่สร้างรหัสสำหรับโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ด้วยแสง) แท้จริงแล้ว CNT มากกว่า 90% ลงเอยด้วยคลอโรพลาสต์

ข้อดีอีกอย่างของท่อนาโนก็คือพวกมัน

ทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันและป้องกันไม่ให้ DNA ถูกแทรกเข้าไปในจีโนมของพืช Landry อธิบาย ซึ่งหมายความว่าพืชไม่จำเป็นต้องถูกกำหนดให้เป็นจีเอ็มโอในสหรัฐอเมริกาและประเทศอื่น ๆ อีกมากมาย (ยกเว้นสหภาพยุโรป) และนั่นไม่ใช่ทั้งหมด นักวิจัยยังพบว่าเมื่อดูดซับบนพื้นผิวของ CNTS สินค้า DNA มีการย่อยสลายตามเอนโดนิวคลีเอสน้อยกว่ามาก

“นิวเคลียสเป็นโปรตีนในเซลล์ที่มีหน้าที่ในการย่อยสลาย DNA และ RNA จากต่างประเทศ” Landry อธิบาย “ความท้าทายประการหนึ่งสำหรับการส่ง DNA และ RNA ไปยังเซลล์หลายประเภท ไม่ใช่แค่เซลล์พืชเท่านั้น คือการยับยั้งการย่อยสลายนี้ งานของเราแสดงให้เห็นว่า CNTs ไม่เพียงแต่อำนวยความสะดวกในการจัดส่ง DNA ไปยังเซลล์พืชเท่านั้น แต่ยังอาจ ‘ซ่อน’ DNA จากการถูกจดจำและย่อยสลายโดยนิวคลีเอสด้วย”

เข้าสู่คลอโรพลาสต์ ในขณะเดียวกัน ทีมงาน MIT ที่นำโดยMichael Stranoได้ใช้กลไกที่เรียกว่า lipid exchange envelope penetration (LEEP) เพื่อส่งอนุภาคนาโนที่มี DNA บนพื้นผิวของพวกมันเข้าไปในเซลล์พืช – และโดยเฉพาะอย่างยิ่งในคลอโรพลาสต์ เนื่องจากเซลล์พืชมีคลอโรพลาสต์อยู่หลายสิบชนิด ยีนที่แสดงออกถึงยีนแปลกปลอมเหล่านี้จึงสามารถสร้างโปรตีนที่ต้องการในปริมาณที่มากกว่าที่เป็นไปได้ในนิวเคลียสของเซลล์เท่านั้นที่แสดงออกถึงยีนเหล่านี้ การแก้ไขยีนคลอโรพลาสต์ด้วยวิธีนี้จะช่วยเพิ่มปริมาณพลังงานที่เกิดจากการสังเคราะห์ด้วยแสง ซึ่งจะทำให้พืชเติบโตใหญ่ขึ้นและเร็วขึ้น และให้ผลผลิตมากขึ้น

Strano และเพื่อนร่วมงานได้ค้นพบ LEEP เมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา เมื่อพวกเขาพบว่าพวกเขาสามารถทำให้อนุภาคนาโนแทรกซึมเยื่อหุ้มเซลล์พืชโดยการปรับประจุไฟฟ้าของอนุภาค (เพื่อให้มีศักยภาพของซีตาสูงเพียงพอ) และขนาดของพวกมัน (ดังนั้นพวกมันจึงอยู่ในขนาดที่เหมาะสม ขนาด)

ในเทคนิคใหม่นี้ นักวิจัยได้ห่อหุ้มท่อนาโนคาร์บอนผนังด้านเดียวในไคโตซาน ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ชีวภาพที่พบได้ทั่วไปในเปลือกของกุ้งและสัตว์จำพวกครัสเตเชียอื่นๆ SWCNT คอมเพล็กซ์ไคโตซานนี้มีประจุบวก ซึ่งช่วยให้จับกับพลาสมิด DNA ที่มีประจุลบผ่านการดึงดูดด้วยไฟฟ้าสถิต

การผูกมัดที่อ่อนแอ

“เราเพียงแค่แทรกซึมคอมเพล็กซ์ plasmid-DNA-SWCNT ผ่านใบพืช” สมาชิกในทีมTedrick Thomas Salim Lewอธิบาย “สารเชิงซ้อนเข้าสู่ใบผ่านทางปากใบ ผ่านผนังเซลล์และเยื่อหุ้มเซลล์ และสุดท้ายจะแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในคลอโรพลาสต์”

Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >>>เว็บสล็อตแตกง่าย