Sản xuất tơ nhện bằng vi khuẩn quang hợp

Những sợi tơ nhện là một loại vật liệu làm từ protein với tính chất rất đáng kinh ngạc, không chỉ được ví là cứng như thép và cực kỳ nhẹ, tơ nhện còn có tính tương thích sinh học và khả năng phân hủy sinh học. Tính tương thích sinh học (biocompatibility) khiến tơ nhện có tiềm năng lớn để sử dụng trong lĩnh vực y sinh, chẳng hạn như sử dụng trong hệ thống phân tán thuốc (drug dilivery system), làm thiết bị cấy ghép hoặc làm khuôn cho các kỹ thuật mô. Tuy nhiên việc nuôi sinh sản sản nhện là rất khó khăn, chính vì vậy các nhà khoa học luôn nghiên cứu nhằm tìm ra loài sinh vật nắm giữ chìa khóa cho sản xuất tơ nhện trong công nghiệp.

Một loài vi khuẩn quang hợp màu tía có nguồn gốc từ biển là Rhodovulum sulfidophilum đã được nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Tài nguyên khoa học bền vững (CSRS) sử dụng để sản xuất protein MaSp1, đây là thành phần chính đóng vai trò tạo nên sự cứng cáp của tơ nhện. Việc chuyển gene vào vi khuẩn giúp các nhà khoa học có thể tối ưu hóa sản lượng tơ nhện sản xuất (Hình 2). Bên cạnh đó, R. sulfidophilum có thể tăng sinh từ những nguồn tài nguyên tái tạo và dồi dào trong tự nhiên như nước biển, ánh sáng mặt trời, CO₂ và N₂, điều này khiến R. sulfidophilum được xem là ứng cử viên tiềm năng trong sản xuất protein và các polymer sinh học.

Nghiên cứu của CSRS chỉ ra cấu trúc bề mặt và bên trong của các sợi tơ do vi khuẩn R. sulfidophilum tạo ra rất giống với tơ nhện trong tự nhiên. Mặc dù trước đây tơ nhện cũng từng được sản xuất trên nấm men và vi khuẩn, nghiên cứu của CSRS là chìa khóa để giải quyết bài toán về chi phí sản xuất khi sử dụng vi khuẩn quang hợp. Nghiên cứu của CSRS công bố trên Communications Biology có thể là bước đầu của kỷ nguyên sản xuất tơ nhện trong quy mô công nghiệp.

Sơn Phạm – Lược dịch và tổng hợp

Tài liệu tham khảo:

Foong, C. P., Higuchi-Takeuchi, M., Malay, A. D., Oktaviani, N. A., Thagun, C., & Numata, K. (2020). A marine photosynthetic microbial cell factory as a platform for spider silk production. Communications Biology, 3(1), 1-8.