Dựa trên AI, Trung Quốc phát triển hệ thống miễn dịch thực vật tùy chỉnh đầu tiên trên thế giới để ứng phó dịch bệnh

Các thụ thể miễn dịch tổng hợp được kỳ vọng mang lại giải pháp giúp đẩy nhanh quá trình phát triển cây trồng kháng bệnh. (Nguồn: Tân Hoa Xã)

Theo nhóm nghiên cứu đến từ Viện Di truyền và Sinh học phát triển thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc cùng Công ty Công nghệ sinh học Qi Biodesign, các thụ thể miễn dịch tổng hợp sau khi được lập trình được đưa vào cây trồng để giúp nhận diện các loại protein do vi khuẩn, virus và nấm cụ thể tạo ra, từ đó kích hoạt phản ứng miễn dịch nhằm vô hiệu hóa mối đe dọa.

Các nhà nghiên cứu cho biết, nhờ ứng dụng công nghệ thiết kế protein có sự hỗ trợ của AI, việc tạo ra các thụ thể tùy chỉnh có thể được hoàn tất chỉ trong vài tuần thay vì nhiều năm. Điều này giúp đẩy nhanh quá trình chọn tạo giống cây trồng kháng bệnh và cho phép phản ứng nhanh hơn trước các dịch bệnh thực vật mới xuất hiện.

Trong một bài báo đăng trên Tạp chí khoa học uy tín Science, nhóm nghiên cứu khẳng định: “Công trình này thiết lập một nền tảng linh hoạt để kỹ thuật hóa khả năng miễn dịch của thực vật một cách hiệu quả”.

Trên thế giới, các loại cây trồng thiết yếu đang bị đe dọa bởi các tác nhân gây bệnh thực vật có khả năng tàn phá năng suất nông nghiệp và gây nguy hại cho an ninh lương thực toàn cầu.

Các chương trình chọn tạo giống cây trồng thường đưa vào các gen kháng bệnh mã hóa những thụ thể có khả năng nhận diện các protein do tác nhân gây bệnh tiết ra. Khi các thụ thể này liên kết với protein mục tiêu của tác nhân gây bệnh, chúng có thể kích hoạt phản ứng miễn dịch.

“Tuy nhiên, khả năng kháng bệnh này thường nhanh chóng bị vô hiệu hóa bởi các tác nhân gây bệnh tiến hóa nhanh, đặc biệt là trong các hệ thống nông nghiệp hiện đại với đặc điểm canh tác độc canh quy mô lớn các giống cây trồng đồng nhất về mặt di truyền”, đại diện nhóm nghiên cứu cho hay.

Để đối phó với các tác nhân gây bệnh mới, cần xác định được các thụ thể phù hợp nhằm tạo ra những giống cây trồng có khả năng kháng bệnh tốt hơn. Tuy nhiên, quá trình này có thể kéo dài nhiều năm do sự hạn chế của các thụ thể miễn dịch tự nhiên ở thực vật, khiến công việc trở nên khó khăn và tốn thời gian.

Vì vậy, các thụ thể miễn dịch tổng hợp được kỳ vọng mang lại giải pháp giúp đẩy nhanh quá trình phát triển cây trồng kháng bệnh. Thay vì mất nhiều năm, việc thiết kế nhanh các thụ thể tổng hợp có thể cho phép “nhận diện nhanh chóng các protein của tác nhân gây bệnh mới và mới nổi chỉ trong vòng vài tuần”.

Nhóm đặt mục tiêu phát triển một chiến lược phổ quát nhằm kỹ thuật hóa các thụ thể miễn dịch tổng hợp có khả năng nhận diện những protein cụ thể của tác nhân gây bệnh. Theo đó, để tạo ra thụ thể tổng hợp, nhóm đã ghép các protein do AI thiết kế – đóng vai trò là tác nhân liên kết với protein của mầm bệnh – vào một thụ thể miễn dịch tự nhiên của cây lúa.

“Các thụ thể tổng hợp này đã thành công trong việc nhận diện và kích hoạt phản ứng miễn dịch chống lại protein từ nhiều loại tác nhân gây bệnh thực vật khác nhau, bao gồm 14 loại virus, hai loại vi khuẩn, một loại nấm và một loại sinh vật giống nấm (oomycete). Oomycete là các vi sinh vật giống nấm có khả năng gây ra những căn bệnh tàn phá cây trồng”, đại diện nhóm phân tích.

Nhóm nghiên cứu cho biết, họ đã thử nghiệm 391 thụ thể tổng hợp và nhận thấy khoảng 18% trong số đó kích hoạt phản ứng miễn dịch mạnh mẽ và đặc hiệu, khoảng 58% thể hiện các mức độ tự kích hoạt miễn dịch khác nhau, và gần 24% không cho thấy hoạt động miễn dịch nào đối với các mục tiêu.