Công nghệ CRISPR cho phép chẩn đoán sớm những bệnh hại trên cây có múi

 Công nghệ CRISPR cho phép chẩn đoán sớm những bệnh hại trên cây có múi

Trương Thị Tú Anh theo Phys.org

Các nhà khoa học của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ và bang Pennsylvania đã sử dụng công nghệ CRISPR/Cas để phát triển một thử nghiệm chẩn đoán có thể giúp chẩn đoán sớm bệnh vàng lá gân xanh trên cây có múi (bệnh Huanglongbing), một căn bệnh nghiêm trọng đe dọa năng suất của cây có múi trên toàn thế giới, có giá trị kinh tế khoảng 17 tỷ USD từ việc bán trái cây tươi và nước ép.

 

Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Phytopathology, các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng phương pháp phân tích mới này có thể phát hiện sự hiện diện của tác nhân gây bệnh – vi khuẩn Candidatus Liberibacter asiaticus, viết tắt là Clas - với mức độ nhạy cao gấp 100-1000 lần so với phương pháp chẩn đoán phổ biến, phản ứng định lượng chuỗi polymerase, hoặc qPCR.

 

Bệnh vàng lá gân xanh trên cây có múi, hay còn gọi là HLB, xuất hiện ở Châu Á hơn một thế kỷ qua và được phát hiện ở Florida vào năm 2005. Kể từ đó, bệnh này đã tàn phá cây cam của bang, làm giảm năng suất hơn 70%. Mầm bệnh cũng đã lan tới Texas, California, Georgia và Loisiana, đe doạ ngành công nghiệp cây có múi trị giá 3,35 tỷ đô la của Hoa Kỳ.

 

Lây lan bởi một loại côn trùng được gọi là rầy chổng cánh châu Á hoặc qua quá trình ghép các mô bị nhiễm bệnh, CLas không gây hại cho người hoặc động vật, nhưng một khi cây có múi bị nhiễm bệnh thì không có cách nào chữa khỏi bệnh. Theo USDA, những cây bị nhiễm bệnh có biểu hiện vàng lá và gân lá không đối xứng - được gọi là “đốm màu” - và tạo ra trái cây có màu xanh, hình dạng xấu và có vị đắng, không bán tươi hoặc không làm nước ép được. Hầu hết các cây bị nhiễm bệnh chết trong vòng vài năm.

 

Các nhà khoa học cho biết hy vọng tốt nhất để giảm thiểu sự lây lan của bệnh vàng lá gân xanh trên cây có múi là nhanh chóng loại bỏ những cây bệnh. Do đó, việc phát hiện sớm mầm bệnh là rất quan trọng vì cây bị nhiễm bệnh có thể hoạt động như một nguồn chứa mầm bệnh trong nhiều tháng hoặc nhiều năm trước khi biểu hiện các triệu chứng có thể nhìn thấy được.

 

Để giải quyết nhu cầu chẩn đoán bệnh sớm, các nhà nghiên cứu đã sử dụng CRISPR/Cas, một công nghệ chỉnh sửa gen mà gần đây đã được thừa nhận như là một một công cụ chẩn đoán phân tử, đồng tác giả nghiên cứu Yinong Yang, giáo sư Bệnh học Thực vật thuộc Khoa Khoa học Nông nghiệp, trường Đại học Penn State cho biết.

 

Giáo sư Yang – thành viên của Viện Khoa học Đời sống Huck cho biết: “Cho đến nay, nhiều công nghệ khác nhau, chẳng hạn như phương pháp phát hiện bệnh qua đánh hơi mùi và qPCR, đã được sử dụng để chẩn đoán và xác nhận nhiễm Clas, nhưng những công cụ này không phù hợp để phát hiện sớm Clas trong những mô không có triệu chứng - nơi có lượng vi khuẩn thấp - và không thích hợp để chẩn đoán thông lượng cao tại cánh đồng”.

 

CRISPR là viết tắt của cụm từ clustered regularly interspaced short palindromic repeats. Công nghệ này có thể sửa đổi bộ gen của một sinh vật bằng cách chuyển chính xác enzym cắt ADN - Cas - đến vùng DNA mục tiêu. Kết quả chỉnh sửa có thể xóa hoặc thay thế các đoạn DNA chuyên biệt, do đó thúc đẩy hoặc vô hiệu hóa một số đặc điểm nhất định. CRISPR/Cas có nhiều tiềm năng ứng dụng trong y sinh và nông nghiệp, chẳng hạn như điều trị các bệnh di truyền hoặc phát triển các loại cây trồng quý hiếm hơn.

 

Các nhà nghiên cứu đã điều chỉnh hệ thống CRISPR/Cas để phát triển một xét nghiệm dựa trên một nền tảng được gọi là DETECTR, viết tắt của DNA endonuclease-targeted CRISPR trans reporter. Trong thử nghiệm này, một biến thể Cas có tên là Cas12a được trộn với CRISPR RNA được thiết kế để dò tìm Clas DNA và một phân tử tổng hợp được gọi là oligonucleotide phóng xạ huỳnh quang. Nếu có DNA CLas, Cas12a sẽ phân cắt cả DNA của mầm bệnh và oligonucleotide reporter, cho phép tạo ra tín hiệu huỳnh quang để phát hiện.

 

Các nhà nghiên cứu khẳng định xét nghiệm này có độ nhạy cao và đặc hiệu trong việc phát hiện DNA của CLas, sử dụng đầu đọc vi tấm để đọc huỳnh quang hoặc một que thử nhanh cho kết quả trực quan nhận biết sự hiện diện của chuỗi mục tiêu - tương tự như khái niệm về xét nghiệm mang thai tại nhà.

 

Tác giả chính của nghiên cứu Matthew Wheatley, nghiên cứu sau tiến sỹ về bệnh học thực vật và vi sinh môi trường, Penn State, cho biết: “Thử nghiệm đã phát hiện và xác nhận thành công sự hiện diện của axit nucleic CLas trong các mẫu nhiễm bệnh được thu thập từ Florida.

 

Wheatley cho biết: “Chúng tôi đã kiểm tra các mẫu DNA từ cam ngọt, bưởi, bưởi lai và cây dừa cạn và từ vector truyền bệnh rầy chổng cánh, cũng như từ các mẫu bưởi và rầy không bị nhiễm như là đối chứng âm tính. Xét nghiệm CLas DETECTR khẳng định rằng tất cả các mẫu nhiễm đều dương tính với CLAs khi so với các mẫu đối chứng âm tính. Điều thú vị là hai mẫu DNA bưởi lai trước đây đã được kiểm tra cho kết quả âm tính với Clas bằng xét nghiệm qPCR cho thấy dương tính yếu đối với CLas trong xét nghiệm DETECTR”.

 

Giáo sư Yang chỉ ra rằng khả năng tương thích của xét nghiệm DETECTR với các công nghệ xét nghiệm nhanh hứa hẹn cung cấp thử nghiệm nhanh chóng và tiết kiệm cho việc xác định bệnh HLB tại đồng ruộng.

 

Yang cho rằng: “Các kết quả này cho thấy các kỹ thuật phát hiện dựa trên CRISPR/Cas có khả năng cải thiện các chẩn đoán hiện tại về bệnh vàng lá gân xanh của cây có múi bằng cách cung cấp khả năng phát hiện cụ thể và có độ nhạy cao đối với các axit nucleic Clas. Sự cải thiện về độ nhạy phát hiện và dễ sử dụng so với các phương pháp truyền thống, chẳng hạn như qPCR, phân tích CLas DETECTR hứa hẹn như là một công cụ để chẩn đoán bệnh HLB ở các nơi có mầm bệnh CLas xuất hiện”.