Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge (ORNL) đã phát triển một công nghệ cảm biến sinh học cho phép hình dung và theo dõi thời gian thực hoạt động của axit ribonucleic (RNA) bên trong tế bào thực vật sống. Phương pháp cải tiến này kết hợp kỹ thuật nối phân tử với protein đánh dấu huỳnh quang.
Phương pháp mới này cho phép các nhà nghiên cứu phát hiện và theo dõi những thay đổi trong biểu hiện RNA và gen theo thời gian thực. Nó cung cấp một công cụ có giá trị để tăng cường năng lượng sinh học và cây lương thực, đồng thời xác định các sửa đổi thực vật, mầm bệnh và sâu bệnh không mong muốn. RNA, một phân tử tín hiệu, dịch mã DNA thành các thành phần chức năng như protein, rất quan trọng cho sự phát triển của thực vật và phản ứng với căng thẳng.
Cảm biến sinh học do ORNL phát triển liên tục theo dõi mức RNA trong cây sống, thay thế phương pháp thu thập, xử lý và phân tích mô truyền thống. Theo Xiaohan Yang, trưởng dự án tại ORNL, cảm biến sinh học cung cấp "thông tin chi tiết theo thời gian thực về cách các tế bào tự lập trình lại ở cấp độ phân tử trong điều kiện môi trường thay đổi như hạn hán hoặc bệnh tật".
Cảm biến sinh học hoạt động bằng cách tách một ribozyme—một phân tử RNA xúc tác quá trình nối RNA—thành hai phần không hoạt động. Sau đó, các phần này được gắn vào các trình tự RNA dẫn đường liên kết với mục tiêu RNA cụ thể bên trong tế bào thực vật. Khi RNA dẫn đường tìm thấy mục tiêu của nó, các mảnh ribozyme sẽ nối lại, kích hoạt một protein báo cáo tạo ra huỳnh quang có thể nhìn thấy. Huỳnh quang này cho biết vị trí và sự phong phú của RNA. Chức năng của cảm biến sinh học đã được chứng minh bằng cách phát hiện một loại virus lây nhiễm cho cây thuốc lá và bằng cách tiết lộ hoạt động của gen trong *Arabidopsis*. Hệ thống có thể phát hiện hoạt động của gen từ các tế bào riêng lẻ đến mức mô trên toàn bộ cây, bao gồm lá, rễ, hoa và thân.
Paul Abraham, đồng tác giả và người quản lý của DOE Secure Ecosystem Engineering and Design Science Focus Area (SEED SFA), đã lưu ý đến tính hữu ích của cảm biến sinh học trong việc quan sát thời điểm và vị trí một cây bắt đầu tự lập trình lại để đáp ứng các điều kiện như hạn hán. Jerry Tuskan, đồng tác giả và giám đốc của DOE Center for Bioenergy Innovation, cho biết thêm rằng tính linh hoạt của cảm biến sinh học mở rộng từ bộ gen chức năng được cải thiện đến các ứng dụng thực tế như sàng lọc hiệu suất của cây để phát hiện sớm mầm bệnh hoặc các phản ứng căng thẳng khác.
Công việc của ORNL nhằm mục đích thúc đẩy các đổi mới cho nhiên liệu, hóa chất và vật liệu sinh học trong nước, giá cả phải chăng, dựa trên lịch sử nghiên cứu sinh học và di truyền của nó. Paul Langan, giám đốc phòng thí nghiệm liên kết, nhấn mạnh rằng khám phá về RNA thông tin bắt nguồn từ các nhà sinh vật học và hóa học ORNL vào những năm 1950. Dự án nhận được sự hỗ trợ từ SEED SFA và Trung tâm Đổi mới Năng lượng Sinh học, với nguồn tài trợ từ chương trình Nghiên cứu Sinh học và Môi trường của Văn phòng Khoa học DOE.