ทีมวิจัยอังกฤษ-จีนค้นพบวิธีใหม่ในการตรึงไนโตรเจนทางวิศวกรรม ทำให้เราเข้าใกล้เป้าหมายของวิศวกรรมพืชหลายชนิดเพื่อตรึงไนโตรเจนในตัวเองเข้าไปอีกก้าวหนึ่ง ปัจจัยสำคัญประการหนึ่งที่จำกัดการเจริญเติบโตของพืชคือการมีอยู่ของไนโตรเจน แต่มีเพียงแบคทีเรียและจุลินทรีย์เซลล์เดียวที่เรียกว่าอาร์เคียเท่านั้นที่สามารถนำไนโตรเจนจากอากาศมาตรึงให้อยู่ในรูปแบบที่พืชสามารถใช้ได้ กระบวนการที่ดำเนินการโดยจุลินทรีย์เหล่านี้เรียกว่าการตรึงไนโตรเจนทางชีวภาพ
พืชตระกูลถั่วได้ไนโตรเจนจากแบคทีเรียที่ตรึงไนโตรเจนโดยพึ่งพาอาศัยกัน แต่พืชธัญพืช เช่น ข้าวสาลีและข้าวโพดเลี้ยงสัตว์
ต้องพึ่งพาไนโตรเจนคงที่ในดิน ในหลายกรณี การเติมปุ๋ยเคมีเป็นวิธีเดียวที่จะให้ไนโตรเจนแก่พืชผลได้เพียงพอเพื่อให้แน่ใจว่าเก็บเกี่ยวได้ดี การใช้ปุ๋ยไนโตรเจนจะปล่อยไนตรัสออกไซด์ ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกซึ่งมีพลังมากกว่าคาร์บอนไดออกไซด์ถึง 300 เท่า ด้วยวิศวกรรมพืชผลเพื่อตรึงไนโตรเจนในพืช เราหวังว่าจะลดการใช้ปุ๋ยไนโตรเจน ซึ่งจะทำให้ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมลดลง การหยุดชะงักเช่นนี้อาจมีนัยทั่วโลกต่อผลผลิตธัญพืช
ในบทความนี้ ทีมวิจัยสามารถออกแบบการตรึงไนโตรเจนโดยใช้กลยุทธ์ใหม่ ซึ่งทำให้กระบวนการวิศวกรรมหลายยีนง่ายขึ้น เพื่อให้แน่ใจว่าการแสดงออกของยีนเหล่านั้นสมดุลกันในโฮสต์ใหม่ การตรึงไนโตรเจนเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและละเอียดอ่อน ซึ่งต้องการความสมดุลของส่วนประกอบหลักจำนวนมาก จนถึงปัจจุบัน การบรรลุความสมดุลที่เหมาะสมของส่วนประกอบเหล่านี้เป็นความท้าทายที่สำคัญต่อวิศวกรรมการตรึงไนโตรเจนในพืชธัญพืช
วิธีการใหม่นี้ทำงานโดยการจัดยีนจำนวนมากซึ่งจำเป็นสำหรับการตรึงไนโตรเจนให้เป็น “ยีนยักษ์” จำนวนน้อยลง สิ่งเหล่านี้จะถูกแสดงออกในเซลล์เจ้าบ้านเป็นโปรตีนขนาดใหญ่ที่เรียกว่า “โพลีโปรตีน” ซึ่งต่อมาถูกตัดออกโดยเอนไซม์โปรตีเอสจำเพาะเพื่อปลดปล่อยส่วนประกอบการตรึงไนโตรเจนแต่ละส่วน ส่วนที่เป็นนวัตกรรมใหม่ของวิธีนี้คือการที่กลุ่มระบุปริมาณของแต่ละองค์ประกอบที่ต้องการ แล้วจัดกลุ่มไว้ด้วยกัน ขั้นตอนนี้ช่วยให้แน่ใจว่ามีการผลิตสมดุลที่เหมาะสม
ศาสตราจารย์ Ray Dixon หัวหน้าโครงการด้านจุลชีววิทยาระดับโมเลกุลที่ John Innes Center กล่าวว่า “นี่เป็นการพัฒนาที่น่าตื่นเต้นมากสำหรับชีววิทยาสังเคราะห์ เพราะมันทำให้เป้าหมายของการตรึงไนโตรเจนทางวิศวกรรมในซีเรียลเข้าใกล้มากขึ้น”
ทีมงานของมหาวิทยาลัยปักกิ่ง – John Innes Center กล่าวว่าวิธีการที่น่าตื่นเต้นนี้จะเป็นประโยชน์สำหรับการเปลี่ยนระบบที่ซับซ้อนจากโปรคาริโอตเช่นแบคทีเรียไปเป็นโฮสต์ของยูคาริโอตเช่นพืช
ศาสตราจารย์ดิกสันกล่าวต่อว่า “ในอนาคต วิธีนี้อาจนำไปใช้กับเส้นทางการเผาผลาญทางวิศวกรรมในพืชเพื่อผลิตสารต้านเชื้อราและต้านเชื้อแบคทีเรียที่ก่อให้เกิดการต่อต้านเชื้อโรค”
การค้นพบที่สำคัญจากการศึกษาที่ปรากฏในวารสาร PNAS ได้แก่
กลยุทธ์การต่อโปรตีนหลังการแปลที่ได้มาจากไวรัสอาร์เอ็นเอถูกนำมาใช้เพื่อลดจำนวนยีนของระบบไนโตรเจนแบบคลาสสิกให้น้อยที่สุดเพื่อให้เหมาะสมที่สุด stochiometry ของการแสดงออกของยีนตรึงไนโตรเจน (nif)
ยีนถูกจัดกลุ่มเข้าด้วยกันตามระดับการแสดงออกและความทนทานของผลิตภัณฑ์โปรตีนจนถึง “หาง” ของปลาย C ที่ยังคงอยู่หลังจากความแตกแยกของโปรตีเอส TEVp
หลังจากรอบการทดสอบ-จัดกลุ่มใหม่หลายรอบ ยีนที่จำเป็น 14 ตัวถูกรวบรวมอย่างคัดเลือกเป็น 5 ยีนยักษ์ที่ช่วยให้เจริญเติบโตบนไดไนโตรเจน
Credit : openbartheatricals.org buildthemusic.com kenilworthneworleans.com christinawolfer.com bartramtaylorgroup.com thisstrangefruit.com iowawildliferehabilitators.org aworkingproject.org drawcamp.org theliquidrevolution.com
