Các nhà khoa học Mỹ vừa cho biết, một đoạn chi tiết di truyền của nấm men đã được tạo ra và chúng được ráp lại với nhau, đây là đột phá được hình thành từ rác, điều này đã mở đường cho các “nhà thiết kế” có thể tạo ra những loại thuốc mới, những sản phẩm thực phẩm và các loại nhiên liệu sinh học.
Chế tạo men nhân tạo
Các nhà nghiên cứu đã lấy những đoạn nhỏ ADN nhân tạo và nối chúng lại với nhau nhằm tạo ra một phiên bản nhiễm sắc thể (NST) tổng hợp, cấu trúc có chứa ADN bên trong các tế bào, từ nấm men nuôi cấy. Khả năng tạo ra những NST như thế là một bước tiến lớn trong lĩnh vực sinh học tổng hợp, nhằm mục đích để thiết kế ra những vi khuẩn có thể sản xuất ra những sản phẩm hữu dụng. Công việc này cũng đưa các nhà khoa học sát lại gần nhau hơn nhằm tạo ra các loài động vật và thực vật tổng hợp.
Ông Jef Boeke, một nhà sinh học tổng hợp, công tác tại Trung tâm y khoa NYU Langone (New York, Mỹ).
Để chế tạo ra một NST nhân tạo, ông Jef Boeke, Trung tâm Y khoa NYU Langone cùng đồng nghiệp đã sử dụng phần mềm vi tính để thiết kế ra một phiên bản sửa đổi của loại NST men III (gọi là synIII) và họ đã kết hợp nó với men nuôi cấy (Saccharomyces cerevisiae). Sở dĩ họ chọn loại NST này bởi vì nó là một trong những loại men nhỏ nhất trong số 16 NST nấm men và kiểm soát cách mà các tế bào giao phối và những thay đổi di truyền. Các nhà nghiên cứu đã mất tới 7 năm để kết nối các NST tổng hợp lại với nhau từ các mẫu ADN. Các sinh viên tốt nghiệp từ Đại học Johns Hopkins đã tiến hành nung chảy các mẩu ADN thành những mảnh dài hơn, như là một phần của một dự án cổ điển và một số sinh viên trong số đó đã là đồng tác giả của cuộc nghiên cứu hôm nay.
Nhóm nghiên cứu của ông Jef Boeke đã tinh chỉnh hơn 500 bộ gen bản địa, loại bỏ những phần lặp đi lặp lại và cái gọi là “ADN vặt” (không có vai trò mã hóa các chất đạm, các phân tử thực hiện những nhiệm vụ quan trọng bên trong các tế bào) bao gồm cái gọi là “các gen nhảy”, mà ngẫu nhiên chúng đã di chuyển xung quanh NST. Các nhà nghiên cứu cũng gắn thẻ vào ADN để dán nhãn cho nó là tự nhiên hay tổng hợp. Theo ông Jef Boeke, NST hoàn thành là “hoàn toàn bình thường”, ông nói thêm rằng men với ADN tổng hợp “đã hành xử gần giống với các tế bào men tự nhiên”. Bằng cách sử dụng một kỹ thuật gọi là “xáo trộn”, các nhà khoa học có thể trộn lẫn các gen men như người ta đang xóc bài.
Các nhà nghiên cứu có thể tạo ra hàng triệu triệu các thẻ di truyền khác nhau, làm cho men có những đặc tính hoàn toàn mới. Chẳng hạn như, có thể làm ra những chủng nấm men tổng hợp nhằm sản sinh những loại thuốc mới, như thuốc chống sốt rét, hoặc những loại vaccin như vaccin viêm gan B. Men tổng hợp cũng có thể tạo ra những loại nhiên liệu sinh học hiệu quả hơn, như cồn, butanol hoặc diesel sinh học, mà có thể cho phép nhân loại đi tắt khỏi nền kinh tế phụ thuộc dầu khí, theo nghiên cứu của ông Boeke. Các nhà nghiên cứu phát biểu thêm, ngoài những ứng dụng thực tế, nấm men tổng hợp còn có thể được sử dụng để nghiên cứu về các chức năng và việc tương tác của các loại gen khác nhau, nhằm tìm hiểu cách thức làm thế nào mà các mạng lưới gen đã ảnh hưởng đến hành vi.
Nhà thiết kế bộ gen
Trong những năm gần đây, các nhà khoa học đã tạo ra những NST tổng hợp từ vi khuẩn và virut, nhưng đây là lần đầu tiên NST được xây dựng từ một Eukaryote, một sinh vật mà các tế bào có mang nhân. Ông Craig Venter và các đồng nghiệp của mình tại Viện Nghiên cứu J. Craig Venter đã tạo ra loại vi khuẩn tổng hợp đầu tiên trên thế giới vào năm 2010 cho biết, có thể được sử dụng để tái viết nên một chương mới về các chuỗi NST ở quy mô siêu lớn.
Các nhà nghiên cứu đã có kế hoạch tổng hợp một bộ gen nấm men hoàn chỉnh với tất cả 16 NST. Nhóm của ông Jef Boeke đang lên các kế hoạch tổng hợp những NST lớn hơn, đồng thời làm điều đó nhanh hơn và rẻ hơn. Bên cạnh mặt tiện ích, cũng đang có những câu hỏi dấy lên về tính đạo đức của việc tạo ra những bộ gen nhân tạo, đặc biệt là trong những sinh vật phức tạp như các loài động vật. Ông Jef Boeke nhận xét: “Sẽ có những thách thức đối với ý tưởng, cách thức mới để tiến hành những điều đó và những mối quan tâm - một số khá hợp pháp - về vấn đề an toàn. Nhưng con người đã thuần hóa thực và động vật trong một thời gian dài, trải rộng từ việc chọn lọc giống đến các loài biến đổi gen”.
“Ngay bây giờ chi phí cho việc tổng hợp các NST là quá cao, nhưng điều đó có thể thay đổi nếu công nghệ được cải thiện. Tôi cũng có những dự báo về việc thiết kế nên các NST mini sẽ được phát triển đầu tiên, xây dựng các liệu pháp gen mà có thể điều trị nhiều loại bệnh tật bằng cách thay thế các gen khiếm khuyết với những chức năng riêng. Thực vật tổng hợp và bộ gen động vật là một hành trình dài, nhưng cái ngày đó sẽ đến” - ông Boeke nhấn mạnh.
(Theo CSM, 2014)
Nguyễn Thanh Hải
