Cây bắp biến đổi gien sản xuất nhiên liệu sinh học

Trên thực tế thành phần tinh bột chiếm tỷ trọng không lớn trong hầu hết các loài cây cỏ, thành phần chính của cây là cellulose tạo nên các vách cứng khó tiêu của các tế bào. Một khi các vách tế bào thực vật được phân hóa trở thành đường thì người ta có thể chuyển chúng- các thứ rơm rác và bã thải nông nghiệp- thành nhiên liệu mà không phải tiêu tốn các nguồn thức ăn thiết yếu của con người.

Người ta gọi thứ nhiên liệu sản xuất từ sợi cellulose của các loài cây cỏ là ethanol cellulosic. Bình quân một tấn sinh khối có đến 70% được chuyển hóa rồi chưng cất thành nhiên liệu, 30% còn lại gồm chủ yếu là protein ở dạng nước được cô đặc chế biến thành thức ăn gia súc và bã lignin được ép khô thành bánh để làm chất đốt. Nhưng để sản xuất ethanol cellulosic, các nhà máy hiện nay phải chi phí rất lớn, khoảng 40% giá thành sản phẩm, cho việc nuôi cấy enzyme dùng vào việc phân hóa cellulose thành glucose trước khi cho vi khuẩn lên men thành rượu.

Để giải quyết vấn đề, từ vài năm trở lại đây các nhà khoa học nông nghiệp đã triển khai kỹ thuật biến đổi gen để các loài cây trồng dùng vào việc sản xuất nhiên liệu sinh học có thể tự sản xuất các enzyme phân hóa cellulose- gọi là cellulase- ngay bên trong cơ thể của cây. Người ta chú ý đến bắp (ngô) vì cây này là nguồn nhiên liệu sinh học chính hiện nay. Giáo sư nông học Mariam Sticklen cho biết để phân hóa cellulose cần đến 3 loại cellulase của 3 loài vi sinh vật khác nhau, và các nhà nghiên cứu ở Đại học Quốc gia Michigan (Mỹ) đã thành công xuất sắc trong kỹ thuật biến đổi gen để tạo ra bộ ba cellulase nơi 3 dòng cây bắp riêng rẽ:

Dòng bắp thứ nhất được biến đổi bởi việc cấy gen tạo enzyme từ một loài vi khuẩn hoạt động rất mạnh ở nơi các suối nước nóng, dòng thứ hai tiếp nhận gen của một loài nấm phổ thông có khả năng phân hóa cellulose thành các cặp đôi glucose, và dòng biến đổi thứ ba được thực hiện với việc cấy gen của loài vi khuẩn sống trong bao tử bò khả dĩ phân hóa cặp đôi glucose thành thứ đường đơn. Để bảo đảm tính an toàn sinh học, các kỹ sư đã thiết kế mã gen để các cellulase chỉ có thể tập trung trong các khí khổng ở lá và thân, không xuất hiện ở rễ và trong hoa bắp, hạt bắp.

Trong quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học, người ta phối trộn sinh khối của 3 dòng bắp riêng rẽ trên theo tỷ lệ 1:4:1. Ở công đoạn tiêu hóa sinh khối, cả 3 loại cellulase được phóng thích khỏi khí khổng và tiến trình phân hóa cellulose của toàn cây bắp xảy ra nhanh chóng và triệt để. Các nhà đầu tư cho biết một khi các cánh đồng bắp biến đổi gen của họ đủ lớn và các nhà máy mới đưa vào sử dụng trong những năm tới thì giá thành nhiên liệu sinh học sẽ rất thấp, vào khoảng dưới 1 USD cho mỗi gallon (3,78 lít), nghĩa là thấp nhiều so với giá nhiên liệu dầu mỏ hiện nay.