Những công nghệ có bước đột phá trong năm 2014 – Phần 7

Công nghệ biến đổi Gen

DNA

DNA

1. Thí nghiệm

Cho tới nay, thành phố Côn Minh – thủ phủ của tỉnh Vân Nam, Trung Quốc được biết tới như một danh thắng du lịch hấp dẫn du khách với bầu trời trong xanh và cảnh vật thiên nhiên thanh bình. Nhưng danh tiếng của Côn Minh đã thay đổi nhanh chóng với một khu đất ở ngoại ô thành phố – nơi 10 năm trước kia còn hoang vu hẻo lánh, ngày nay đã trở thành trung trung tấm nghiên cứu gen và các nhà khoa học tại đây đã hoàn thành một thí nghiệm mang tính đột phá: họ đã tạo ra một cặp khỉ song sinh với hệ thống gen được biến đổi có chủ đích.

Mingming và Lingling

Mingming và Lingling

Tháng 11 năm 2013, cặp khỉ cái song sinh với tên gọi Mingming và Lingling đã được sinh ra bằng phương pháp thụ tinh ống nghiệm tại Phòng thí nghiệm nghiên cứu y sinh học đối với động vật linh trưởng thuộc trung tâm Y sinh học quốc tế Côn Minh. Các nhà khoa học đã sử dụng công nghệ AND mới với tên gọi CRISPR để biến đổi 3 gens khác nhau trong trứng và cấy vào khỉ mẹ. Cặp khỉ song sinh được sinh ra mạnh khỏe đã đánh dấu bước phát triển mới của CRISPR – khả năng biến đổi gen có chủ đích trên động vật linh trưởng và mở ra một thời kỳ mới cho ngành Y sinh học trong việc nghiên cứu những căn bệnh phức tạp dựa trên thí nghiệm đối với loài khỉ.

Trong vòng một vài năm qua, CRISPR là công cụ được phát triển bởi các nhóm nghiên cứu thuộc các trường đại học như Đại học California, Đại học Harvard, MIT và một vài nơi khác trên thế giới. CRISPR đã khiến các nhà khoa học thay đổi cách nhìn nhận về kỹ thuật biến đổi gen, nó cho phép họ thay đổi bộ gen một cách chính xác và tương đối dễ dàng. Theo giải thích của Weizhi Ji – một trong những “kiến trúc sư gen” thì mục đích chính của thí nghiệm tại Côn Minh là chứng minh khả năng của công cụ CRISPR – cho phép tiến hành các đột biến gen phức tạp trên loài linh trưởng.

Ji bắt đầu sự nghiệp của mình tại Học viện động vật học Côn Minh vào năm 1982, với khởi đầu là nghiên cứu sự sinh sản của loài linh trưởng. “Trung Quốc thời đó rất nghèo”, Ji hồi tưởng, “Chúng tôi không có đủ kinh phí cho việc nghiên cứu. Chúng chỉ làm những công việc đơn giản như tìm hiểu cách nuôi dưỡng động vật linh trưởng”. Sau này, khi nền khoa học của Trung Quốc có những thay đổi tích cực, trụ sở của Côn Minh đã được mở rộng với 75 khu nuôi dưỡng – là nơi sinh sống của hơn 4000 động vật linh trưởng dưới sự chăm sóc cẩn trọng của 6 nhân viên nuôi dưỡng được đào tạo.

Phòng thí nghiệm nơi tiến hành công nghệ biến đổi gen được trang bị hệ thống tiêm siêu nhỏ với kính hiển vi và 2 đầu kim được điều khiển bằng đòn bẩy và la bàn. Hệ thống này được sử dụng trong cả giai đoạn: tiêm tinh trùng vào trứng và thay đổi gen. Giai đoạn thay đổi gen được tiến hành bằng cách sử dụng “thiết bị dẫn đường” RNA đưa đoạn enzim giới hạn ADN vào gen. Mỗi đợt tiêm tinh trùng vào trứng chỉ diễn ra trong vài giây, khoảng 9 tiếng sau, khi phôi thai vẫn còn ở dạng đơn bào, kỹ thuật viên sẽ tiếp tục tiêm thành phần CRISPR phân tử vào trứng và công đoạn này cũng chỉ mất vài giây để hoàn thành.

Thí nghiệm biến đổi gen tại Côn Minh

Thí nghiệm biến đổi gen tại Côn Minh

Vào tháng 2 năm 2014, cặp khỉ song sinh bằng công nghệ biến đổi gen được nuôi dưỡng trong lồng kính và đã có vài tháng tuổi. Ji và các cộng sự của mình đang thực hiện việc theo dõi cặp khỉ rất chặt chẽ nhằm nghiên cứu tất cả những hậu quả / hệ quả nếu có của việc biến đổi gen.

2. Tầm ảnh hưởng của công nghệ

Công cụ biến đổi gen CRISPR đã cho thấy hiệu quả và độ chính xác của mình trong việc thay đổi ADN tại những vị trí riêng biệt trên nhiễm sắc thể. Vào đầu năm 2013, những nhà khoa học Mỹ đã tuyên bố về khả năng của CRISPR trong kỹ thuật biến đổi gen đối với tất cả các loại tế bào động vật, bao gồm cả con người. Nhưng chính những nhà khoa học Trung Quốc đã minh chứng và hiện thực hóa điều này bằng thí nghiệm của mình đối với động vật linh trưởng.

CRISPR logo

CRISPR logo

 “Ý tưởng về việc sử dụng công cụ này để biến đổi gen cho động vật linh trưởng quả là tuyệt vời” Jennifer Doudna – giáo sư phân tử và tế bào y sinh học thuộc Đại học California với vai trò là một nhà phát triển công cụ CRISPR phát biểu. Việc tạo ra sinh vật thuộc giống linh trưởng với bộ gen được biến đổi có chủ đích có trở thành tiền đề cho những phương pháp nghiên cứu hiệu quả trong việc chữa trị những căn bệnh phức tạp của con người. Nhưng nó cũng có thể gây ra những vấn đề rất lớn thuộc phạm trù đạo đức. Trên quan điểm kỹ thuật, nghiên cứu trên linh trưởng của Trung Quốc chỉ ra rằng các nhà khoa học có thể sử dụng CRISPR để biến đổi gen đối với trứng của con người và “điều này có tốt hay không thật sự là một câu hỏi rất khó”, Doudna nói.

Viễn cảnh về khả năng tạo ra những động vật có bộ gen liên quan tới những căn bệnh phức tạp của con người vẫn còn khá xa đối với nhóm nghiên cứu phát triển CRISPR. Thí nghiệm trên loài linh trưởng có chi phí khá cao và có thể làm dấy lên làn sóng phản đối từ những tổ chức bảo vệ động vật. Nhưng bằng chứng về việc CRISPR hoạt động đối với khỉ đã khiến “nhiều người nghĩ tới những ca bệnh mà linh trưởng là mẫu vật thí nghiệm quan trọng”, Doudna trình bày.

Và chứng rối loạn chức năng não bộ là một trong những ca bệnh điển hình. Robert Desimone – giám đốc học viện MIT’s McGovern nghiên cứu não bộ đã bày tỏ rằng ông khá quan tâm tới việc sử dụng CRISPR để tạo ra những mẫu vật từ loài khỉ đối với các căn bệnh như bệnh tự kỷ, tâm thần phân liệt, Alzheimer và rối loạn chức năng lưỡng cực. Nếu chỉ sử dụng chuột và động vật thuộc loài gặm nhấm thì rất khó để nghiên cứu những căn bệnh này, lí do là ngoài những khác biệt cơ bản về hành vi, các mạch thần kinh liên quan đến chứng bệnh giữa con người và loài động vật gặm nhấm cũng rất khác nhau. Rất nhiều loại thuốc tâm thần đã được chứng minh có tác dụng tốt đối với chuột nhưng lại không thành công đối với con người. Và với những thất bại kiểu như vậy, những công ty sản xuất thuốc đã thu hẹp, thậm chí từ bỏ việc nghiên cứu cách điều trị bệnh.

Mẫu vật thuộc loài linh trưởng sẽ có ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với các nhà nghiên cứu trong việc tìm ra số lượng các đột biến gen liên quan tới chứng bệnh. CRISPR có thể giúp các nhà nghiên cứu xác định rõ đột biến gen nào gây bệnh bằng việc đưa các biến thể gen khả nghi một cách có hệ thống vào mẫu vật linh trưởng và sau đó quan sát chúng rồi đưa ra kết luận. CRISPR là một công cụ mạnh mẽ khi mang tới cho các nhà nghiên cứu khả năng tạo ra mẫu vật với các tổ hợp đột biến gen khác nhau nhằm xác định đột biến gen nào / tổ hợp đột biến gen nào ảnh hưởng nhiều nhất tới chứng bệnh. Ngoài CRISPR, cấp độ nghiên cứu phức tạp như vậy không thể thực hiện được bằng các công cụ khác.

Guoping Feng – giáo sư thần kinh học của MIT và Feng Zhang – đồng nghiệp tại học viện Broad và học viện não bộ McGovern hiện đang làm việc với các nhà khoa học Trung Quốc để tạo ra mẫu vật linh trưởng với một dạng của chứng bệnh tự kỷ. Họ đã lên kế hoạch tạo ra mẫu vật đột biến gen với loại gen có tên gọi SHANK3 để có thể tìm ra những kiến thức khoa học cơ bản đối với căn bệnh này và thử nghiệm một số loại thuốc chữa trị.

“Những nhà khoa học Trung Quốc chịu trách nhiệm với cặp khỉ song sinh đột biến gen và chúng tôi vẫn đang tập trung phát triển công nghệ”, Weizhi Jip phát biểu. Tuy nhiên, nhóm của ông hy vọng có thể tạo ra mẫu vật với chứng bệnh Parkinson cho mục tiêu nghiên cứu những dấu hiệu và cơ chế hoạt động của chứng bệnh này..

Điểm ấn tượng nhất từ nghiên cứu loài linh trưởng chắc chắn là khả năng sử dụng thành công CRISPR đối với phôi thai của con người trong quá trình thụ tinh ống nghiệm. Mặc dù vậy, chưa có nhà khoa học nào có ý định thực hiện việc này vì lí do an toàn. Khi họ nghĩ đến “việc kết hợp với một thực thể đơn bào để tương lai phát triển thành một đứa bé”, thì một lỗi kỹ thuật dù là rất nhỏ cũng có thể biến thành một thảm họa.

Ji đã phát biểu rằng CRISPR là khả thi trong việc biến đổi gen của con người nhưng còn đó một chặng đường rất dài để tiến tới. Hiện tại, nhóm của ông đang hy vọng có thể phát triển việc sử dụng linh trưởng để có được “những mẫu vật đột biến gen hiệu quả trong cuộc chiến chống lại bệnh tật của con người”

Tương lai của đột biến gen trên con người ??

Tương lai của đột biến gen trên con người ??

Nguồn : technologyreview
Shadowsong @ Khoa học 247., Biên tập

Authors

Related posts

Top