Nghiên cứu này là một phần của khoa học cơ bản, điều tra khả năng phục hồi của vi khuẩn trong môi trường khắc nghiệt - lá cà phê - và một phần là công nghệ sinh học, xem liệu vi khuẩn có ức chế sự phát triển của mầm bệnh hay không. Nguồn: Jorge Mondego/IAC.
Một nghiên cứu mới phân tích tiềm năng kiểm soát nấm Hemileia vastatrix gây bệnh gỉ sắt trên cây cà phê của một loạt vi khuẩn thuộc chi Pseudomonas spp. Công bố đã được đăng trên tạp chí BMC Microbiology.
Triệu chứng của bệnh gỉ sắt cà phê là những đốm vàng giống như vết cháy trên lá cây. Căn bệnh này làm suy yếu quá trình quang hợp, làm cho tán lá khô héo và ngăn cản sự hình thành và đậu quả. Để kiểm soát bệnh gỉ sắt, người nông dân thường sử dụng các thuốc hoá học gốc đồng, gây tác động xấu đến môi trường.
Ông Jorge Maurício Costa Mondego - tác giả cuối của bài báo cho biết: “Đây là một nghiên cứu khoa học cơ bản, trong đó chúng tôi bắt đầu tìm hiểu hành vi của vi khuẩn sống trên lá cây cà phê. Trước hết, có một số hợp chất có hại cho vi khuẩn và có thể được sử dụng để kiểm soát chúng. Thứ hai, lá cây chịu áp lực môi trường đáng kể, chẳng hạn như ánh sáng mặt trời và áp lực mưa. Chúng tôi muốn hiểu làm thế nào vi khuẩn sống trên lá cà phê có thể chịu được cả các hợp chất do cây cà phê tạo ra và cả áp lực của mưa nắng”.
Bên cạnh mặt khoa học cơ bản này, nghiên cứu cũng giải quyết các thách thức về khoa học ứng dụng. Các nhà nghiên cứu quyết định tìm hiểu xem liệu vi khuẩn sống trên lá cà phê có thể chống lại loại nấm gây bệnh rỉ sắt hay không. Bước đầu tiên bao gồm việc xác định các dấu trình tự thể hiện (EST) của Coffea arabica và C. canephora do Dự án bộ gen cà phê Brazil (Projeto Genoma EST-Café) sản xuất.
Mondego nói: “Tôi là tác giả đầu tiên, cùng với Ramon Vidal, giáo sư tại UNICAMP, trong một bài báo trong đó chúng tôi biên soạn các trình tự thể hiện của C. arabica. Nó được xuất bản vào năm 2011. Chúng tôi vẫn chưa nghĩ đến khía cạnh di truyền học sinh thái - metagenomics, nhưng đó là những gì chúng tôi đã làm, ít nhiều đó là sự ngẫu nhiên”.
Di truyền học sinh thái (metagenomics) ngẫu nhiên
Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy các trình tự mà họ cho là lây nhiễm ở giữa các EST của lá cà phê. Mondego cho biết: “Chúng tôi đã lấy các trình tự này, đưa chúng vào cơ sở dữ liệu và kết luận rằng chúng dường như đến từ một chi vi khuẩn có tên là Pseudomonas spp. Điều này đã kích thích sự tò mò của nhóm nghiên cứu dẫn dắt bởi giáo sư Gonçalo Pereira tại UNICAMP. Chúng tôi tự hỏi: Điều gì sẽ xảy ra nếu chúng ta vô tình thực hiện metagenomics? Những vi khuẩn này có thực sự sống trên lá cà phê không?”.
Vào thời điểm đó, Mondego đã là nhà nghiên cứu tại IAC. Vài năm sau, anh đã có thể hợp tác với Leandro Pio de Sousa, tác giả đầu tiên của bài báo đăng trên BMC Microbiology. Sousa là một sinh viên đã nhận được học bổng khởi nghiệp khoa học và hiện có bằng tiến sỹ di truyền học và sinh học phân tử từ UNICAMP.
“Tôi đã mời Leandro làm việc với tôi trong nghiên cứu này, được thiết kế để xem liệu vi khuẩn Pseudomonas có thực sự sống trên lá cà phê hay không. Nếu vậy, những phát hiện trước đó sẽ được xác nhận. Anh ấy đã đồng ý ngay lập tức”, Mondego nói.
Họ đã phân lập vi khuẩn từ lá cà phê và đặt chúng vào môi trường nuôi cấy. Dưới ánh sáng cực tím, đặc trưng cho Pseudomonas khi được quan sát có màu tím và có thể dễ dàng được chọn lọc từ môi trường. Ông nói: “Chúng tôi đã thu thập vi khuẩn, trích xuất DNA của chúng và giải trình tự mà chúng tôi gọi là MN1F”.
Họ đã thực hiện một số khám phá thú vị về MN1F, hệ thống bài tiết phản ánh nhu cầu tồn tại của nó trong môi trường đầy nấm và vi khuẩn khác. Mondego cho biết: “Hệ thống bài tiết tạo ra các hợp chất kháng khuẩn và kháng nấm. Điều đó cho thấy nó có thể được sử dụng để kiểm soát sinh học”. Họ cũng phát hiện ra một số protein liên quan đến việc bảo vệ chống lại căng thẳng về nước.
Bước tiếp theo là các thí nghiệm sinh lý học, theo đó vi khuẩn được nuôi cấy trong các môi trường khác nhau để xác nhận các quan sát của nhà nghiên cứu về bộ gen. Mondego giải thích: “Các thí nghiệm sinh học đã chứng minh một số suy luận là đúng. Chúng tôi đã chỉ ra rằng vi khuẩn thực sự có khả năng đáng kể để chịu được áp suất thẩm thấu mạnh, có thể được coi là tương tự như tác động của hạn hán đối với lá cà phê. Hơn nữa, MN1F có khả năng phân hủy các hợp chất phenolic có thể gây hại cho nó. Việc phân hủy các hợp chất này từ thực vật và biến chúng thành vật chất cho cần thiết cho sự tồn tại của chính nó”.
Sau đó, các nhà nghiên cứu đã tiến hành một loạt các thử nghiệm để tìm hiểu xem liệu MN1F có thể được sử dụng để kiểm soát sinh học, ngăn ngừa hoặc ức chế sự phát triển của nấm H.vasatrix gây bệnh rỉ sắt trên cà phê hay không. Các thử nghiệm diễn ra trong điều kiện nhà kính và phòng thí nghiệm, bao gồm cả nỗ lực ức chế sự nảy mầm trong ống nghiệm của nấm. Trong tất cả các thí nghiệm, vi khuẩn này đã chứng tỏ khả năng ức chế sự phát triển của bào tử (đơn vị sinh sản) và sợi nấm (mạng lưới sợi chứa vật chất di truyền của nấm).
Đinh Thị Lam theo Phys.org
