Vi khuẩn giải mã bí ẩn cơ thể con ngườ

Những ý tưởng lớn đến trong hình dáng nhỏ. Trong trường hợp của vi khuẩn Shewanella, chúng được đóng gói siêu nhỏ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Vi khuẩn giải mã bí ẩn cơ thể con ngườVi khuẩn giải mã bí ẩn cơ thể con ngườiNhững ý tưởng lớn đến trong hình dáng nhỏ.Trong trường hợp của vi khuẩn Shewanella,chúng được đóng gói siêu nhỏ. Nhưng vi khuẩncực nhỏ này có thể nắm giữ chìa khóa dẫn đếnviệc sản xuất năng lượng thay thế, tẩy sạch rácđộc hại và điều ngạc nhiên nhất là cơ thể ngườihoạt động như thế nào.Là một trong những loài linh hoạt nhất, Shewanellacó thể sống trên mặt đất, sâu trong lòng đất hoặc dướinước. Khi môi trường thay đổi, Shewanella cũng thayđổi theo, tìm ra những cách mới để thở.Daniel Bond, nhà vi khuẩn học tại ĐH Minnesota,cho biết tất cả các sinh vật đem theo mình cácelectron cùng với thực phẩm. Tế bào dùng electronđể sinh năng lượng, nhưng cuối cùng phải gạt bỏnhững phân tử electron. Con người thực hiện điềunày bằng cách thở vào oxy. Electron đi nhờ nhữngphân tử oxy, bám lại khi các phân tử này chuyểnthành CO2, và sau đó rời khỏi cơ thể khi ta thở.Shewanella có thể làm được điều này, nhưng không ởtrong đất, nơi hiếm hoi oxy. Thay vào đó, trong môitrường này, vi khuẩn gạt bỏ electron bằng cách dínhchúng vào những phân tử kim loại bên cạnh. Vi khuẩn Shewanella. (Ảnh: newscientist.com)Mối liên hệ đến năng lượng thay thếTrong phòng thí nghiệm, các nhà khoa học từ lâu đãbiết họ có thể gắn một điện cực vào các kim loại tựnhiên này, chuyển đổi hiệu quả vi khuẩn thành nhữngmáy phát điện nhỏ xíu. Vấn đề ở đây là không ai biếtlàm cách nào vi khuẩn di chuyển electron từ nơi nàysang nơi khác.Bond cho biết một chiến công như vậy về mặt kỹthuật là không thể. Cũng như tất cả các tế bào, vikhuẩn được bao quanh bởi màng chất béo. “Nó đượcxem là lớp cách nhiệt hoàn hảo, ngăn không cho cácelectron đi vào hoặc đi ra, nhưng chúng ta biết điềunày vẫn diễn ra. Chúng ta chỉ không biết làm thếnào.”Bond và nhóm nghiên cứu của mình đã thay đổi điềuđó. Vào ngày 3 tháng 3 năm 2008, trong ấn bản tờ theProceedings of the National Academy of Sciences, họthông báo rằng họ tìm ra hợp chất hóa học cho phépcác electron vượt qua màng chất béo và giúp chúngdi chuyển đến kim loại gần đó. Hóa ra, phép màukhiến cho việc chuyển electron trở nên dễ dàng làmột chất riboflavin đơn giản, được biết dưới cáitên vitamin B-12.Nghiên cứu này được tài trợ bởi Sáng kiến cho nănglượng tái sinh và môi trường, Quỹ khoa học quốc giavà Viện nghiên cứu sức khỏe và Cargill quốc gia.Đưa thông tin vào sử dụngCó hai nguyên do chính vì sao phát hiện của Bond lạiquan trọng. Đầu tiên, hiểu được vi khuẩn Shewanelladi chuyển electron như thế nào có thể giúp các nhàkhoa học tạo nên những điện cực tốt hơn, được thiếtkế với quá trình chuyển hóa, điều này có thể khiếncho việc thu các electron hiệu quả trở nên dễ dànghơn.Đó mới chỉ là một lượng điện nhỏ. Vi khuẩn sẽkhông bao giờ vận hành được một ngôi nhà hoặc xe ôtô. Nhưng điều đó không có nghĩa lượng điện chúngsản xuất ra không hữu dụng. Ví dụ, Bond chỉ ra rằngnhiều thành phố đã sử dụng nhiều loại vi khuẩn đểphá vỡ các chất có hại trong xử lý nước thải. Nếunhững nhà máy này có thể thu được nguồn điện doShewanella và những vi khuẩn khác sản sinh ra khichúng “ăn” các chất độc hại, nhà máy sẽ có đủnguồn năng lượng.“Chúng ta tiêu hàng triệu mỗi năm mua điện để cóthể chạy máy bơm và bơm không khí vào các nhàmáy nước thải. Nếu bạn có thể thu lại nguồn nănglượng đó, ít nhất bạn cũng cân bằng.”Dan Drell, nhà sinh học và giám đốc chương trình tạiPhòng Năng lượng, Bộ Khoa học, thủ đôWashington, đưa ra một ứng dụng nữa choShewanella. Ông cho rằng nó, và những vi khuẩnsinh điện, có thể giúp dọn sạch các khu vực rác thảiđộc hại, và nghiên cứu của Bond có thể giúp đượcđiều đó.Vi khuẩn có thể phân hủy nhiều hợp chất hữu cơ độc.Vi khuẩn có thể thay đổi những chất gây ô nhiễmkhác, như kim loại nặng, thành các dạng ít nguy hiểmhơn bằng cách dính electron vào chúng. Drell chobiết riboflavin có thể được sử dụng để thu hút đượcnhiều vi khuẩn hơn và nhiều electron hơn vào nhữngnơi cần nhất.“Bạn không thể phân hủy những kim loại này, nhưngbạn có thể thay đổi tình trạng hóa học của chúng. Vìvậy thay vì chảy theo nước ngầm vào sông Columbia,chúng nằm yên.”Cơ chế hoạt động của vi khuẩnCông trình của Bond quan trọng nhất vì nó cho cácnhà khoa học biết về cách hoạt động của tế bào. Giencủa Shewanella trước đó từng được lập chuỗi vàriboflavin là một trong những mảnh ghép hình xuấthiện trong lập chuỗi. Bằng việc hình dung ra vai tròcủa riboflavin, Bond đã ghép mảnh này vào đúngchỗ.Drell cho biết “Dữ liệu chuỗi gien chỉ là dữ liệu.Những dữ liệu có ý nghĩa với ai đó lại trở thànhthông tin và có giá trị lớn hơn.”Giá trị lớn đến mức nào? Drell cho biết thông tin nàylà viên đá lót nền đầu tiên để hiểu được những tế bàovi khuẩn đơn giản hoạt động như thế nào, điều này cóthể là bệ phóng để hiểu lại những tế bào phức tạp hơntrong cơ thể.“Chúng ta càng hiểu nhiều về tế bào Shewanella vàviệc chúng hoạt đ ...