Đột phá KHCN - Đổi mới sáng tạo.

Trong xu hướng phát triển nông nghiệp bền vững, giảm phụ thuộc vào hóa chất tổng hợp và hạn chế tác động đến môi trường, nhiều công nghệ thuốc bảo vệ thực vật sinh học đang được nghiên cứu và ứng dụng. Một trong những hướng tiếp cận mới là thuốc trừ dịch hại dựa trên cơ chế RNA can thiệp (RNA interference – RNAi), công nghệ khai thác trực tiếp cơ chế điều hòa gen tự nhiên của sinh vật.

Cơ chế RNA can thiệp (RNAi)

RNA là thành phần sinh học tồn tại phổ biến trong mọi sinh vật sống. RNA can thiệp (RNAi) là một cơ chế sinh học tự nhiên, trong đó các phân tử RNA có thể ức chế quá trình biểu hiện của những gen nhất định ở mức sau phiên mã.

Trong thuốc bảo vệ thực vật sinh học RNAi, các phân tử RNA sợi kép (dsRNA) được thiết kế để nhắm trúng các gen thiết yếu của loài dịch hại mục tiêu. Khi các phân tử dsRNA này xâm nhập vào tế bào côn trùng, chúng được enzyme Dicer xử lý thành các RNA ngắn (siRNA), sau đó tham gia vào phức hợp RISC để phân hủy mRNA tương ứng. Kết quả là gen mục tiêu bị “tắt”, làm suy giảm khả năng sinh trưởng hoặc tồn tại của dịch hại.

Ứng dụng nấm men làm vật mang RNAi

Một trong những thách thức lớn của công nghệ RNAi là độ ổn định của phân tử dsRNA trong môi trường tự nhiên cũng như khả năng sản xuất ở quy mô lớn. Các nghiên cứu gần đây cho thấy việc sử dụng nấm men làm vật mang sinh học là một giải pháp tiềm năng.

Trong mô hình này, nấm men được thiết kế để tạo ra và lưu giữ dsRNA bên trong tế bào. Trước khi sử dụng, nấm men được bất hoạt, sau đó pha vào dung dịch và phun lên cây trồng tương tự như các chế phẩm bảo vệ thực vật thông thường. Nấm men đóng vai trò bảo vệ dsRNA khỏi các tác động bất lợi của môi trường như ánh sáng, nhiệt độ và độ ẩm.

Khi dịch hại ăn phải lá cây đã được xử lý, dsRNA được giải phóng trong hệ tiêu hóa của côn trùng và bắt đầu phát huy tác dụng sinh học.

Các yếu tố sinh học ảnh hưởng đến hiệu quả RNAi

Theo các tổng quan khoa học công bố trên Frontiers in Physiology, hiệu quả của RNAi trong kiểm soát dịch hại không đồng đều giữa các loài côn trùng và phụ thuộc vào nhiều yếu tố sinh học:

• Sự khác biệt về mức độ nhạy RNAi giữa các loài: Một số loài côn trùng cho thấy hiệu ứng RNAi mạnh và kéo dài, trong khi ở các loài khác, hiệu quả RNAi yếu hoặc không ổn định.
• Khả năng lan tỏa của RNAi trong cơ thể côn trùng: Nhiều loài côn trùng không có cơ chế RNAi mang tính hệ thống, khiến hiệu ứng RNAi chỉ giới hạn ở mô tiếp xúc trực tiếp, thường là đường tiêu hóa.
• Sự hiện diện của enzyme phân hủy dsRNA: Các enzyme dsRNase trong hệ tiêu hóa côn trùng có thể phá hủy dsRNA trước khi chúng được tế bào hấp thu, làm giảm hiệu quả can thiệp gen.
• Cơ chế hấp thu dsRNA của tế bào: Việc dsRNA đi vào tế bào phụ thuộc vào các kênh vận chuyển hoặc quá trình nội bào hóa, vốn khác nhau giữa các nhóm côn trùng.

Những yếu tố này cho thấy việc phát triển thuốc bảo vệ thực vật sinh học RNAi cần được thiết kế phù hợp với từng nhóm dịch hại cụ thể, đồng thời kết hợp các giải pháp công nghệ nhằm bảo vệ dsRNA và nâng cao khả năng hấp thu của tế bào mục tiêu.

Đặc điểm của thuốc bảo vệ thực vật sinh học RNAi

So với thuốc bảo vệ thực vật hóa học truyền thống, RNAi có một số đặc điểm đáng chú ý:

• Tính chọn lọc cao, do được thiết kế riêng cho từng loài dịch hại mục tiêu.
• Khả năng phân hủy sinh học, hạn chế tồn dư lâu dài trong môi trường.
• Tiềm năng hỗ trợ quản lý kháng thuốc, nhờ cơ chế tác động khác với các hoạt chất hóa học thông dụng.

Triển vọng ứng dụng

Hiện nay, thuốc bảo vệ thực vật sinh học RNAi vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu, thử nghiệm và hoàn thiện khung quản lý tại nhiều quốc gia. Bên cạnh kiểm soát dịch hại cây trồng, công nghệ RNAi dựa trên nấm men cũng đang được nghiên cứu mở rộng sang các ứng dụng khác trong nông nghiệp, như phòng bệnh cho vật nuôi thông qua thức ăn.

Trong dài hạn, RNAi được xem là một hướng công nghệ mới có tính bổ trợ, góp phần đa dạng hóa công cụ bảo vệ thực vật, đáp ứng yêu cầu phát triển nông nghiệp an toàn, hiệu quả và bền vững.

Việc ứng dụng BioClay qua đường bôi/xịt ngoài da (topical application) cho phép kéo dài khả năng bảo vệ cây trồng khỏi virus thông qua cơ chế can thiệp RNA (RNAi).

BioClay là một phức hợp bao gồm RNA sợi đôi (dsRNA) và các hydroxide lớp kép (LDH). BioClay được điều chế bằng cách trộn dsRNA và LDH trong dung dịch và được sử dụng dưới dạng phun qua lá. Sự kết hợp giữa độ ẩm và khí carbon dioxide giúp giải phóng dsRNA thông qua quá trình axit hóa, đồng thời LDH sẽ phân hủy thành các thành phần cấu tạo ban đầu.

Sau đó, dsRNA có thể được cây hấp thụ và kích hoạt bộ máy RNA của thực vật để phân hủy các RNA virus tương đồng. Nhờ vào đặc tính ổn định và khả năng giải phóng chậm dsRNA, thời gian kháng virus mục tiêu có thể được kéo dài từ vài ngày lên đến vài tuần so với việc sử dụng dsRNA trần (không có lớp bảo vệ).