Phát minh ra siêu cây biến đổi gen chống biến đổi khí hậu

Siêu cây chống biến đổi khí hậu tại phòng thí nghiệm của Living Carbon. Ảnh: IE 

Trước đó, nhiều câu hỏi đặt ra cho nhân loại là: Liệu quá trình quang hợp kiểu cũ có thể quản lý nổi lượng carbon khổng lồ (khoảng 36 tỷ tấn mỗi năm) mà chúng ta đang bơm vào khí quyển hay không? Và nay câu trả lời đã được công ty khởi nghiệp công nghệ sinh học Living Carbon ở bang California (Mỹ) giải đáp.

Theo đó, các nhà nghiên cứu tại Living Carbon đã thao tác các DNA thực vật để tạo ra một loại cây biến đổi gen chống biến đổi khí hậu, có thể thu nhận carbon trong khí quyển hiệu quả hơn và lưu giữ nó trong một thời gian rất dài.

Yumin Tao, Phó chủ tịch công ty Living Carbon, chủ trì nhóm nghiên cứu cho biết, họ đã tìm ra cách bổ sung một vài gen từ bí ngô và tảo lục có thể tăng cường quá trình quang hợp, làm tăng đáng kể lượng carbon mà một cây biến đổi gen có thể lưu trữ trong các mô của nó.

Dưới đây là bài phỏng vấn độc quyền của tờ IE với ông Yumin Tao xung quanh thành tựu mới mẻ, và có thể giúp giải quyết một trong những thách thức lớn nhất của hành tinh của chúng ta.

IE: Nhóm khoa học tại Living Carbon đang cố gắng làm gì?

Nhiệm vụ của chúng tôi là sử dụng công nghệ sinh học thực vật tiên tiến để tìm ra giải pháp cho cuộc chiến chống biến đổi khí hậu, dựa trên một hình thái tự nhiên.

Theo đó, chúng tôi đã sử dụng tất cả các loại công cụ để cải thiện việc hút carbon từ khí quyển và cô lập hoặc cố định carbon ở dạng thực vật. Chúng tôi cũng mở rộng, kéo dài tuổi thọ của carbon cố định để nó không quay trở lại bầu khí quyển sớm hoặc thường xuyên như bình thường.

IE: Công ty đang chế tạo ra loại cây như thế nào để hút nhiều carbon hơn?

Trên phạm vi toàn cầu, cây cối đã và đang thực hiện một công việc tuyệt vời là giúp nhân loại giảm thiểu carbon. Trong quá trình quang hợp, carbon được chuyển hóa thành đường và chất dinh dưỡng để tất cả các sinh vật sống về cơ bản sử dụng.

Cơ sở sinh hóa của quá trình quang hợp phụ thuộc vào một loại enzyme trung tâm gọi là RuBisCo. RuBisCo về cơ bản lấy carbon dioxide từ không khí, sửa chữa nó và chuyển nó thành tất cả các phân tử sinh học. Tuy nhiên, RuBisCo cũng lấy oxy thay cho CO2 trong một phản ứng gọi là oxy hóa tạo ra sản phẩm phụ độc hại được gọi là glycolat.

IE: Điều đó ảnh hưởng như thế nào đến khả năng hút khí cacbonic của cây và lưu trữ trong các mô của cây?

Các tế bào thực vật phải trải qua một quá trình tiêu tốn nhiều năng lượng và phức tạp được gọi là quá trình quang hô hấp (photorespiration) để phá vỡ các hợp chất. Điều này không chỉ gây lãng phí năng lượng mà còn làm mất rất nhiều carbon cố định dưới dạng CO2, lại được thải vào bầu không khí. Đó là một quá trình lãng phí như hiện tại.

Trọng tâm chính của quá trình hút carbon là thực sự cố gắng giải quyết vấn đề này, cố gắng giảm thiểu hoặc ức chế hay ngăn chặn quá trình quang hô hấp xảy ra ở thực vật. Do đó, chúng tôi đã chuyển năng lượng này vào quá trình phát triển của cây.

IE: Làm điều đó bằng cách nào?

Chúng tôi đã tạo ra một loại công nghệ lưỡng cực. Phần đầu tiên sử dụng một công nghệ mà chúng tôi gọi là RNAi (can thiệp RNA)- có thể ức chế sự biểu hiện của chất vận chuyển glycolic, là chất thông thường đưa glycolat ra khỏi lục lạp để quang hô hấp.

Phần tiếp theo tạm gọi là TK. Chúng tôi muốn thiết kế một TK sao cho các enzym trong lục lạp có thể tiêu thụ hoặc chuyển đổi glycolat trở lại thành CO2 trong lục lạp. Bằng cách sử dụng kết hợp cả hai phương pháp này, chúng tôi có thể giảm được hiện tượng phân ly ánh sáng hay quang hô hấp.

IE: Việc giảm quang hô hấp tác động đến cây như thế nào và nó có ảnh hưởng đến việc lưu trữ carbon lâu dài không?

Chiến lược này sẽ tạo ra nhiều sinh khối hơn trên cây. Nó cung cấp cho chúng ta nhiều gỗ hơn, nhưng nó không làm tăng độ bền hoặc tăng tuổi thọ của carbon ở dạng cố định. Chúng tôi đang tham gia sâu vào một số dự án nghiên cứu nhằm tìm ra giải pháp giữ lượng carbon cố định này trong thực vật lâu hơn. Hiện tôi chưa thể nói quá nhiều về những dự án đó.

IE: Tại sao khởi nghiệp lại sử dụng kỹ thuật di truyền thay vì các phương pháp nhân giống truyền thống để tạo ra những cây này?

Các phương pháp nhân giống truyền thống cho đến nay vẫn là một thách thức lớn của ngành lâm nghiệp thế giới vì một số yếu tố. Thứ nhất là vòng đời của cây rất dài so với cây nông nghiệp: thông thường sẽ mất hơn 10 năm để cây ra hoa và đủ điều kiện cho việc nhân giống. Chu kỳ tiếp theo kéo dài thêm 10 năm hoặc lâu hơn.

Thứ hai, ngay cả khi bạn có thể nhân giống, số lượng cải thiện là rất hạn chế. Để có được một phần trăm cây giống cải thiện năng suất đã là thành tựu rất lớn.

Trong các thí nghiệm mà chúng tôi đã làm (tất nhiên là trong nhà kính) đã cho thấy khả năng tăng cường sinh khối tới hơn 50%, điều này có lẽ không thể tưởng tượng được bằng cách sử dụng phương pháp canh tác và nhân nuôi truyền thống.

IE: Đề nghị ông hãy nói cụ thể về thí nghiệm đó với cộng đồng khoa học?

Loài cây chúng tôi phát hiện là cây dương (poplar). Cây dương là một loài tiêu biểu nhất trong hệ thực vật, và đó là lý do tại sao chúng tôi chọn nó trước tiên.

IE: Sự khác biệt giữa cây dương mới và cây dương thông thường?

Cây dương mà chúng tôi tạo ra để nhắm mục tiêu các chất vận chuyển glycolat và đảo ngược quá trình TK- hay còn gọi là lộ trình bẻ ghi hai enzyme. Vì vậy, đó là sự khác biệt duy nhất giữa cây dương mới và cây dương truyền thống.

IE: Nhóm nghiên cứu đã rút ra được gì từ cuộc thử nghiệm?

Đầu tiên, chúng tôi muốn biết thiết kế của chúng tôi thành công đến đâu. Công nghệ mới liệu có làm giảm sự biểu hiện của chất vận chuyển glycolat bên trong cây dương không? Chúng tôi nhận thấy rằng, nó hoạt động rất trơn tru và nhìn thấy sự sụt giảm chất vận chuyển glycolat trong cây được thiết kế.

Chúng tôi cũng có dữ liệu để chỉ ra rằng, cách thức mà chúng tôi thiết kế trong cây cũng đang thể hiện kết quả trong phạm vi mong muốn.

IE: Điều đó có nghĩa là Living Carbon có thể làm cho cây hút thêm 50% carbon trong không khí một cách đáng tin cậy?

Không hẳn là vậy. Đối với bất kỳ công nghệ kỹ thuật, bạn sẽ phải đối diện rất nhiều sự phức tạp. Ví dụ, những gen đó được chèn vào đâu? Liệu chúng có cản trở quá trình trao đổi chất tự nhiên hay không?

Chúng tôi đã thực hiện những điều đó thông qua một loạt các thử nghiệm. Chúng tôi đã sử dụng các công cụ đo quang hợp để đánh giá xem cây có đang thực hiện quang hợp với tốc độ cao hơn hay không. Một số cây có chứa các yếu tố di truyền về cơ bản giống nhau nhưng lại có tốc độ quang hợp khác nhau, chỉ vì sự tương tác giữa các gen mà chúng ta đưa vào và các gen xảy ra tự nhiên trong cây.

Chúng tôi đã trải qua một quá trình chọn lọc và cuối cùng đã phát hiện ra một số loài thực vật đang cho thấy sự thay đổi mong muốn ở cấp độ phân tử và cả ở cấp độ sinh lý. Chúng cho thấy khả năng quang hợp được tăng cường. Cuối cùng, chúng sẽ tích lũy nhiều sinh khối hơn trong thân và lá của chúng. Một số thực sự cho thấy sự tăng cường trong rễ. Chúng tôi rất vui khi chứng kiến tất cả những kết quả đó.

IE: Living Carbon đang tiến hành các thử nghiệm trong môi trường tự nhiên?

Chúng tôi muốn đảm bảo hiệu suất mà chúng tôi quan sát được trong môi trường nhà kính được duy trì tại hiện trường. Để làm được điều đó, chúng tôi đã hợp tác với Đại học Bang Oregon để tiến hành thử nghiệm thực địa các cây dương của chúng tôi. Hoạt động mới như một bên thứ ba độc lập, các nhà nghiên cứu sẽ tiến hành các thử nghiệm. Bất kỳ kết quả nào cũng sẽ thực sự cung cấp thêm kiến thức và hữu ích.

IE: Ông có thể nói thêm về cây thử nghiệm?

Cây của chúng tôi đã được trồng vào tháng Bảy năm ngoái, vì vậy chúng đã phát triển được chưa đầy một năm nhưng bây giờ trông rất tốt.

IE: Việc nghiên cứu tác động lâu dài của công nghệ đối với cây cối có vẻ như đang là một thách thức. Liệu những cây này có hoạt động như mong đợi trong 10, 50 và 100 năm trong tương lai không?

Vâng, chúng tôi không thể đánh giá cây của chúng tôi 100 năm nữa ngay từ bây giờ. Thử nghiệm thực địa với Đại học Bang Oregon trong bốn năm là tương đối ngắn và chúng tôi sẽ làm việc với những người nông dân trồng rừng để trồng cây trên đất của họ. Một số khác thì vẫn đang được bảo mật.

IE: Ông có lo lắng về ảnh hưởng của những cây này đối với hệ sinh thái rừng không? Liệu chúng có tác dụng mới đối với các loài thực vật, động vật hoặc nấm khác không?

Siêu cây chống biến đổi khí hậu của Carbon Living. Ảnh: IE

Với những thay đổi mà chúng tôi đã thực hiện đối với cây cối và kiến ​​thức lâu nay được tích lũy bởi cộng đồng khoa học đang lớn hơn về những gì thực vật được chuyển đổi, có thể ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống sinh thái. Chúng tôi thực sự không thấy bất kỳ rủi ro lớn nào cần phải đối phó ngay từ bây giờ.

Tất nhiên, cây cối của chúng tôi chưa được trồng trong môi trường tự nhiên nên có thể còn là một số ẩn số. Khả năng bị nhiễm nấm là điều mà chúng tôi thực sự đang cố gắng tìm ra giải pháp để cải thiện. Chúng tôi hy vọng rằng chúng tôi sẽ sớm có loại dữ liệu đó.

IE: Nhiều người đã lên tiếng lo ngại về việc thả cây biến đổi gen vào tự nhiên. Làm thế nào có thể chắc chắn rằng cây của Carbon Living sẽ không dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng ngoài ý muốn?

Chúng tôi không muốn tạo ra một thứ gì đó phản tác dụng đối với toàn bộ hệ sinh thái. Chúng tôi thực sự đang muốn giúp bảo tồn hệ sinh thái hiện tại, bằng việc cung cấp một giải pháp tự nhiên trước diễn biến của biến đổi khí hậu, chứ không phải thứ gì đó nhân tạo và vì lợi ích của công ty.

Chúng tôi nghĩ rằng, những cái cây do chúng tôi tạo ra sẽ không có bất kỳ tác động xấu nào đến hệ sinh thái, đơn giản bởi vì đặc điểm mà chúng tôi tạo ra về cơ bản chỉ là hấp thu năng lượng từ mặt trời. Chúng tôi cũng không cạnh tranh với động vật trong rừng.

Nếu chúng tôi thành công trong việc tạo ra đặc điểm kháng nấm này, bạn có thể sẽ lại tranh luận là: “Này, các ông đã ngăn chặn nguồn thức ăn cho nấm đấy”. Nhưng có rất nhiều loài thực vật trong rừng có thể cung cấp nguồn thức ăn cho nấm, vì vậy chúng tôi thực sự không thấy đó là vấn đề. Tôi không thể tưởng tượng một thế giới chỉ được trồng bằng những cây được tăng cường quang hợp của Living Carbon. Đó không phải là mục tiêu của chúng tôi.

IE: Vậy mục tiêu tham vọng nhất của Carbon Living về việc tối đa hóa lượng carbon có thể được lưu trữ trong cây là gì? Có giới hạn sinh học không?

Đó là mục tiêu dài hạn của chúng tôi mà Living Carbon đang cố gắng đạt được. Chúng tôi muốn cây cối lưu giữ carbon lâu hơn, hy vọng ở dạng vĩnh viễn không quay trở lại môi trường. Vì vậy, chúng tôi đang tích cực thử nghiệm các ý tưởng xung quanh góc độ đó, để đưa ra giải pháp lưu trữ carbon vĩnh viễn.