STNN - Ruồi lính đen hiện đang được sử dụng trong thương mại để tiêu thụ chất thải hữu cơ. Tuy nhiên các nhà khoa học đang đề xuất một biến đổi gen có thể giúp loài côn trùng này tiêu hóa nhiều loại chất thải hơn, đồng thời tạo ra các thành phần thô cho ngành công nghiệp.
Một nhóm nghiên cứu của Đại học Macquarie đề xuất sử dụng ruồi lính đen biến đổi gen (Hermetia illucens) để giải quyết các thách thức về ô nhiễm trên toàn thế giới và sản xuất nguyên liệu thô có giá trị cho ngành công nghiệp, bao gồm thị trường thức ăn chăn nuôi toàn cầu trị giá 500 tỷ đô la Mỹ.
Trong một bài báo mới được công bố vào ngày 24/7 trên tạp chí Communications Biology, các nhà khoa học tại Đại học Macquarie đã phác thảo một tương lai mà ruồi lính đen biến đổi gen có thể chuyển đổi hoạt động quản lý chất thải và sản xuất sinh học bền vững, giải quyết nhiều Mục tiêu Phát triển Bền vững (SDG) của Liên hợp quốc.
"Một trong những thách thức lớn trong việc phát triển nền kinh tế tuần hoàn là tạo ra các sản phẩm có giá trị cao có thể được sản xuất từ chất thải", Tiến sĩ Tepper, Nghiên cứu viên sau tiến sĩ tại Applied BioSciences, Đại học Macquarie cho biết.
Nguồn phát thải từ bãi chôn lấp
"Theo ước tính, có từ 40 đến 70% chất thải hữu cơ toàn cầu được đưa đến các bãi chôn lấp. Việc chôn lấp chất thải hữu cơ tạo ra khoảng 5% lượng khí thải nhà kính toàn cầu hàng năm và chúng ta cần đưa con số này xuống mức 0%" - Tiến sĩ Tepper cho biết.
Các sản phẩm phụ hữu cơ từ quá trình xử lý nước thải, bùn thải đô thị có thể được sử dụng thay thế cho phân bón tổng hợp để trồng trọt và khép kín chu trình dinh dưỡng.
Tuy nhiên, Tiến sĩ Tepper lưu ý rằng có những lo ngại ngày càng tăng về các hóa chất độc hại trong chất thải, bao gồm cả "các hóa chất vĩnh cửu" nguy hiểm như các chất per-fluoroalkyl và poly-fluoroalkyl (PFAS).
Ở các nước đang phát triển, chất thải hữu cơ đổ ra các khu vực trống có thể làm ô nhiễm nước dùng để uống hoặc tưới tiêu, thu hút sâu bệnh, lây lan dịch bệnh và làm suy thoái môi trường sống tự nhiên. Nông dân thường đốt các phần cây trồng còn sót lại mà họ không sử dụng, điều này sẽ gây ô nhiễm không khí.
Ruồi lính đen đã được đánh giá cao trong quản lý chất thải, nơi chúng tiêu thụ chất thải hữu cơ thương mại trước khi được chế biến thành 'sinh khối côn trùng' và thành thức ăn cho vật nuôi trong nhà, người nuôi gia cầm và cá.
Nhưng nhóm Macquarie tin rằng kỹ thuật di truyền có thể mở rộng tính hữu ích của ruồi lính đen, cho phép chúng biến chất thải thành thức ăn chăn nuôi tăng cường hoặc nguyên liệu thô công nghiệp có giá trị cao.
Ấu trùng ruồi lính đen có thể sản xuất sinh học các loại enzyme công nghiệp hiện đang được sử dụng trong các ngành chăn nuôi, dệt may, thực phẩm và dược phẩm đại diện cho một thị trường toàn cầu trị giá hàng tỷ đô la mỗi năm.
Những con ruồi này cũng có thể được "thiết kế" để tạo ra các loại lipid chuyên dụng dùng trong nhiên liệu sinh học và chất bôi trơn, thay thế các sản phẩm có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch.
Tái cấu tạo sinh vật có thể tạo ra các enzyme và lipid công nghiệp không được sử dụng trong chuỗi cung ứng thực phẩm sẽ mở rộng các loại chất thải hữu cơ có thể sử dụng và nhóm nghiên cứu đề xuất biến đổi ruồi để nó có thể tiêu hóa chất thải hữu cơ bị ô nhiễm, bùn thải và các chất thải hữu cơ phức tạp khác.
"Ngay cả phân ruồi, được gọi là "phân ấu trùng" (frass), cũng có thể được dùng để cải thiện phân bón. Những con ruồi có thể được "chế tạo" để làm sạch các chất gây ô nhiễm hóa học trong phân của chúng, có thể được sử dụng làm phân bón không gây ô nhiễm để trồng trọt và ngăn chặn chất gây ô nhiễm xâm nhập vào chuỗi cung ứng thực phẩm của chúng ta". - Tiến sĩ Tepper cho biết.
Sản xuất sinh học bền vững
Tác giả chính Tiến sĩ Maciej Maselko, người đứng đầu phòng thí nghiệm sinh học tổng hợp động vật tại Khoa Khoa học Sinh học Ứng dụng của Đại học Macquarie, cho biết: "Côn trùng sẽ là giới hạn tiếp theo cho các ứng dụng sinh học tổng hợp, giải quyết một số thách thức lớn về quản lý chất thải mà chúng ta chưa thể giải quyết bằng vi khuẩn".
"Vi khuẩn biến đổi gen cần môi trường vô trùng để ngăn ngừa ô nhiễm, cùng với nhiều nước và chất dinh dưỡng tinh chế. Chúng ta có thể cho ruồi lính đen ăn trực tiếp rác bẩn thay vì thức ăn đã khử trùng hoặc xử lý kỹ lưỡng trước. Khi chỉ cần cắt nhỏ thành những mảnh nhỏ hơn, ruồi lính đen sẽ tiêu thụ lượng lớn chất thải nhanh hơn nhiều so với vi khuẩn", Tiến sĩ Maselko cho biết.
Các nhà nghiên cứu cho rằng kỹ thuật di truyền có thể dựa trên khuôn khổ hiện có, đưa việc xử lý chất thải đơn giản lên việc sản xuất sinh học công nghệ cao. Ngoài ra việc kiểm soát giống ruồi lính đen cũng được coi trọng.
"Kiềm chế vật lý là một phần của một loạt các biện pháp bảo vệ. Chúng tôi cũng đang phát triển các lớp kiểm soát di truyền bổ sung để bất kỳ con nào thoát ra ngoài đều không thể sinh sản hoặc sống sót trong tự nhiên", Tiến sĩ Maselko cho biết.
Thương mại hóa
Đại học Macquarie hợp tác với một số thành viên trong nhóm nghiên cứu đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế liên quan đến sản xuất sinh học ruồi lính đen, hiện đang được tiến hành thông qua một công ty con EntoZyme.
Tiến sĩ Tepper cho biết việc đưa côn trùng biến đổi gen vào có tiềm năng không chỉ trong thị trường quản lý chất thải trị giá hàng tỷ đô la mà còn trong sản xuất nhiều loại đầu vào công nghiệp có giá trị cao.
"Nếu chúng ta muốn có một nền kinh tế tuần hoàn bền vững, nền kinh tế đó phải có hiệu quả", Tiến sĩ Tepper cho biết.
"Khi có động lực kinh tế để triển khai các công nghệ bền vững, chẳng hạn như biến đổi côn trùng để thu được nhiều giá trị hơn từ các sản phẩm thải, điều đó sẽ giúp thúc đẩy quá trình chuyển đổi này nhanh hơn".
Thuận Thiên (theo Sciencedaily)
