Một nhà nghiên cứu của Đại học Maryland và các đồng nghiệp đã phát hiện ra rằng nấm Metarhizium robertsii loại bỏ thủy ngân khỏi đất xung quanh rễ cây và từ nước ngọt và nước mặn. Các nhà nghiên cứu cũng đã biến đổi gen của loại nấm này để khuếch đại tác dụng giải độc thủy ngân của nó.
Ô nhiễm thủy ngân trong đất và nước là mối đe dọa toàn cầu đối với sức khỏe cộng đồng. Công trình mới này cho thấy Metarhizium có thể cung cấp một phương pháp rẻ tiền và hiệu quả để bảo vệ cây trồng ở những khu vực bị ô nhiễm và khắc phục các tuyến đường thủy đầy thủy ngân.
>> Tham khảo: Hình ảnh X-quang do AI tạo ra đã đánh lừa các chuyên gia y tế và cải thiện phân loại viêm xương khớp.
Nghiên cứu được thực hiện bởi giáo sư côn trùng học Raymond St. Leger của UMD và các nhà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của cựu đồng nghiệp sau tiến sĩ của ông, Weiguo Fang (hiện tại Đại học Chiết Giang ở Hàng Châu, Trung Quốc), đã được xuất bản trong Kỷ yếu của Học viện Quốc gia về Khoa học (PNAS) vào ngày 14 tháng 11 năm 2022.
St. Leger cho biết: “Dự án này do Tiến sĩ Fang đứng đầu đã phát hiện ra rằng Metarhizium ngăn chặn thực vật hấp thụ thủy ngân. “Mặc dù được trồng trên đất ô nhiễm, nhưng cây vẫn phát triển bình thường và có thể ăn được. Hơn nữa, chỉ riêng loại nấm này cũng có thể nhanh chóng loại bỏ thủy ngân khỏi cả nước ngọt và nước mặn.”
Metarhizium là một loại nấm gần như phổ biến và nghiên cứu trước đây của phòng thí nghiệm St. Leger đã chỉ ra rằng nó xâm chiếm rễ cây và bảo vệ chúng khỏi côn trùng ăn cỏ. Các nhà khoa học đã biết rằng Metarhizium thường là một trong những sinh vật sống duy nhất được tìm thấy trong đất từ các khu vực độc hại như mỏ thủy ngân. Nhưng trước đó chưa ai xác định được làm thế nào loại nấm này tồn tại được trong đất bị ô nhiễm thủy ngân, hoặc liệu điều đó có ảnh hưởng gì đến các loại cây mà loại nấm này thường sống cùng hay không.
>> Tham khảo: Asphaltene biến thành graphene cho vật liệu tổng hợp.
St. Leger và các đồng nghiệp khác trước đó đã giải trình tự bộ gen của Metarhizium và Fangno nhận thấy rằng nó chứa hai gen rất giống với gen có trong một loại vi khuẩn được biết là có khả năng giải độc hoặc xử lý sinh học thủy ngân.
Đối với nghiên cứu hiện tại, các nhà nghiên cứu đã thực hiện nhiều thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và phát hiện ra rằng ngô nhiễm Metarhizium vẫn phát triển tốt dù được trồng trên đất sạch hay đất chứa nhiều thủy ngân. Hơn nữa, không có thủy ngân nào được tìm thấy trong mô thực vật của ngô trồng trên đất ô nhiễm.
Sau đó, các nhà nghiên cứu đã biến đổi gen của nấm, loại bỏ hai gen tương tự như ở vi khuẩn xử lý thủy ngân. Khi họ tái tạo các thí nghiệm của mình, Metarhizium đã biến đổi không còn bảo vệ cây ngô khỏi đất chứa thủy ngân và cây ngô đã chết.
Để xác minh rằng các gen này cung cấp chất lượng giải độc, các nhà nghiên cứu đã đưa chúng vào một loại nấm khác thường không bảo vệ ngô khỏi thủy ngân. Loại nấm mới biến đổi này hoạt động giống như Metarhizium, bảo vệ thực vật khỏi đất chứa nhiều thủy ngân.
Các phân tích vi sinh cho thấy các gen được đề cập biểu hiện các enzym phân hủy các dạng thủy ngân hữu cơ có độc tính cao thành các phân tử thủy ngân vô cơ ít độc hơn. Cuối cùng, các nhà nghiên cứu đã biến đổi gen Metarhizium để biểu hiện nhiều gen giải độc hơn và tăng sản xuất các enzym giải độc.
>> Tham khảo: Ô nhiễm không khí cao tại các trường công lập Hoa Kỳ với trẻ em từ các nhóm bị thiệt thòi.
Trong thí nghiệm cuối cùng của họ, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng họ có thể làm sạch thủy ngân khỏi cả nước ngọt và nước mặn trong 48 giờ bằng cách trộn Metarhizium.
Bước tiếp theo sẽ là tiến hành các thí nghiệm trên đồng ruộng ở Trung Quốc để xem liệu Metarhizium có thể biến môi trường độc hại thành những cánh đồng năng suất để trồng ngô và các loại cây trồng khác hay không. Các phương pháp xử lý đất bị ô nhiễm hiện nay đòi hỏi phải loại bỏ hoặc vô hiệu hóa chất độc khỏi toàn bộ cánh đồng trước khi có thể trồng trọt bất cứ thứ gì. Điều đó có thể rất tốn kém và mất nhiều thời gian. Nhưng Metarhizium chỉ đơn giản là giải độc đất ngay lập tức xung quanh rễ cây và ngăn không cho cây hấp thụ chất độc.
St. Leger giải thích: “Cho phép thực vật phát triển trong môi trường giàu thủy ngân là một trong những cách mà loài nấm này bảo vệ ngôi nhà thực vật của nó. “Đó là loại vi khuẩn duy nhất mà chúng tôi biết có tiềm năng được sử dụng như thế này, bởi vì vi khuẩn có cùng khả năng di truyền để giải độc thủy ngân không phát triển trên thực vật. Nhưng bạn có thể tưởng tượng chỉ cần nhúng hạt giống vào Metarhizium và trồng cây trồng hiện được bảo vệ khỏi đất giàu thủy ngân.”
>> Tham khảo: Kính hiển vi tiết lộ cơ chế đằng sau công cụ CRISPR mới.
Ngoài tiềm năng là một công cụ hiệu quả về chi phí để khai hoang các vùng đất bị ô nhiễm cho nông nghiệp, Metarhizium có thể giúp làm sạch thủy ngân khỏi các vùng đất ngập nước và các tuyến đường thủy bị ô nhiễm đang ngày càng bị đe dọa bởi ô nhiễm thủy ngân do biến đổi khí hậu và băng vĩnh cửu làm tăng tốc độ giải phóng kim loại độc hại vào đất và đại dương.
Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi Quỹ khoa học tự nhiên quốc gia của Trung Quốc (Giải thưởng số 32172470) Câu chuyện này không nhất thiết phản ánh quan điểm của tổ chức tài trợ.
