Chỉnh sửa gen, quyền năng đáng sợ

Một con khỉ sinh ra từ phôi thai được chỉnh sửa bằng CRISPR -National Geographic

Theo National Geographic, văn phòng của nhà nghiên cứu gen Anthony James tại ĐH California (Mỹ) tràn ngập những bức ảnh chụp muỗi. Giá sách của ông cũng chật cứng những cuốn sách nghiên cứu về muỗi. “Tôi bị muỗi ám ảnh suốt 30 năm qua” - ông tiết lộ.

Có khoảng 3.500 loài muỗi trên thế giới, nhưng ông James chỉ tập trung nghiên cứu những loài nguy hiểm nhất, bao gồm loài Anopheles gambiae truyền bệnh sốt rét cướp đi sinh mạng của hàng trăm nghìn người mỗi năm. Các sử gia xác định loài muỗi này mang bệnh sốt vàng da từ châu Phi đến châu Mỹ vào thế kỷ 17 khiến hàng triệu người thiệt mạng.

Ngày nay, muỗi Anopheles gambiae còn truyền bệnh sốt xuất huyết (lây nhiễm 400 triệu người/năm) và các mầm bệnh nguy hiểm khác như Chikungunya, virút phía tây sông Nile và virút Zika.

Trong đợt bùng phát dịch ở Brazil từ năm ngoái, Zika gây ra các rối loạn thần kinh và bệnh teo não ở trẻ sơ sinh. Mục tiêu của nhà nghiên cứu gen Anthony James là tìm cách chỉnh sửa gen của muỗi để chúng không còn truyền các căn bệnh nguy hiểm này nữa. Đó từng là một con đường dài, cô đơn và mệt mỏi.

Nhưng sự kết hợp giữa công nghệ mới mang tính cách mạng là CRISPR-Cas9 và một hệ thống tự nhiên có tên “gene drive” (phát động gen), giấc mơ đang dần trở thành hiện thực.

Chỉnh sửa, xóa bỏ ADN mọi loài sinh vật

CRISPR-Cas9 đã trao cho con người một thứ quyền lực phi thường. Lần đầu tiên trong lịch sử, các nhà khoa học có thể chỉnh sửa, tái cấu trúc, thậm chí xóa bỏ ADN của gần như mọi loài sinh vật, bao gồm cả con người.

Trong ba năm qua, công nghệ này đã làm thay đổi ngành sinh học. Thực hiện nghiên cứu trên động vật, các chuyên gia từ nhiều phòng thí nghiệm khắp thế giới đã sử dụng CRISPR để sửa chữa những lỗi gen lớn, bao gồm các đột biến dẫn đến bệnh teo cơ, xơ nang và một dạng của bệnh viêm gan.

Gần đây một số nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm dùng CRISPR để xóa HIV khỏi tế bào ADN của con người. Kết quả đạt được chỉ là sự thành công tương đối, tuy nhiên nhiều nhà khoa học tin tưởng công nghệ này sẽ giúp tạo ra liệu pháp chữa trị bệnh AIDS.

Các chuyên gia còn dùng CRISPR để tiêu diệt các virút trong heo đã cản trở việc cấy ghép nội tạng heo vào cơ thể người. Các nhà sinh thái đang nghiên cứu cách sử dụng công nghệ này để bảo vệ các loài động vật có nguy cơ tuyệt chủng.

Các nhà sinh học đang nghiên cứu phương pháp dùng CRISPR để xóa các gen trong cây trồng thu hút sâu hại. Như vậy, CRISPR có thể giúp giảm sự phụ thuộc của loài người vào thuốc trừ sâu độc hại.

Có lẽ không khám phá khoa học nào trong thế kỷ qua có nhiều hứa hẹn đến thế, và cũng dẫn tới nhiều câu hỏi về đạo đức như vậy. Nếu giới khoa học dùng CRISPR để chỉnh sửa gen của phôi thai người, dù là sửa một lỗi gen hay tăng cường tố chất thì sự thay đổi đó cũng sẽ được truyền cho con cháu nhiều thế hệ của người đó.

Dự đoán được những tác động sâu rộng của sự thay đổi này là nhiệm vụ bất khả thi. “Đây là công nghệ phi thường, có rất nhiều ứng dụng. Nhưng nếu bạn định làm gì đó mang tính định mệnh như chỉnh sửa cả một dòng gen, bạn cần có lý do chính đáng” - chuyên gia Eric Lander, giám đốc Viện Broad Institute of Harvard và Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), khẳng định.

CRISPR-Cas9 có hai thành tố. Đầu tiên là emzyme Cas9 có chức năng như một lưỡi dao mổ tế bào để cắt ADN. Phần còn lại là acid ribonucleic (RNA) đưa dao mổ đó tới đúng nucleotide (đơn vị cấu trúc của ADN) mục tiêu để cắt. Sự chính xác là tuyệt đối.

Các nhà khoa học có thể đưa gen nhân tạo vào bất kỳ vị trí nào của bộ gen có hàng tỉ nucleotide. Khi tới mục tiêu, enzyme Cas9 triệt hạ chuỗi ADN lỗi. Và để “vá” khoảng trống đó, gói CRISPR đưa vào đó các nucleotide mà nó đưa vào cơ thể.

Chuyên gia James khẳng định chỉnh sửa gen muỗi bằng CRISPR và dùng cơ chế “gene drive” (thủ thuật kích thích sự thừa kết của một số gen đặc trưng để làm thay đổi toàn bộ quần thể) là cách hiệu quả hơn là diệt muỗi.

Công nghệ CRISPR giúp tạo ra loài muỗi mới không thể truyền bệnh-National Geographic

Tiềm năng to lớn, nhưng...

Trên lý thuyết, các nhà khoa học có thể kết hợp CRISPR với “gene drive” để thay đổi mã di truyền của một loài sinh vật bằng cách đưa chuỗi ADN mong muốn vào gen của loài đó trước khi đưa chúng ra môi trường tự nhiên để giao phối, khiến những biến đổi gen này trở thành vĩnh viễn.

Năm ngoái, chuyên gia James dùng CRISPR để tạo ra một phiên bản mới của muỗi Anopheles gambiae hoàn toàn không có khả năng truyền bệnh sốt rét.

“Chúng tôi đưa một gói gen nhỏ vào loài muỗi này, cho phép chúng vẫn hoạt động như bình thường, nhưng chỉ có một thay đổi nhỏ. Sự thay đổi đó ngăn chặn muỗi truyền bệnh” - ông James giải thích.

Nếu nhóm nghiên cứu đưa loại muỗi này ra môi trường để chúng giao phối, trong tương lai toàn bộ giống loài này sẽ mang loại gen ngăn bệnh này. James hiểu rằng việc đưa một đột biến gen ra môi trường có thể dẫn đến những hậu quả khó có thể lường trước. “Nhưng mối nguy cơ của việc chẳng làm gì cả còn lớn hơn nhiều” - ông nhấn mạnh.

CRISPR còn có nhiều ứng dụng to lớn khác, và tiềm năng cải thiện chất lượng của dược phẩm dành cho con người là không thể nói hết. Các chuyên gia đặt vấn đề dùng CRISPR để sửa những gen lỗi trong cơ thể người, để chữa trị các căn bệnh di truyền.

Tuy nhiên đã có nhiều người đặt câu hỏi về tác động quá lớn của công nghệ này, cũng như những vấn đề đạo đức mà nó có thể gây ra. Hồi tháng 2-2016, giám đốc Tình báo quốc gia Mỹ James Clapper cảnh báo công nghệ đột phá như CRISPR nếu rơi vào tay khủng bố có thể trở thành vũ khí hủy diệt hàng loạt.

“Đâu là những hậu quả không thể lường trước của chỉnh sửa gen?” - giáo sư hóa học Jennifer Doudna, thuộc ĐH California, Berkeley, đặt câu hỏi. Tháng 12-2015, các nhà khoa học quốc tế đã tập trung ở Washington (Mỹ) để thảo luận về vấn đề này.

“Với gene drive và CRISPR, chúng ta giờ có quyền năng khổng lồ đối với tất cả mọi loài sinh vật. Khả năng làm ra những điều tốt đẹp là vô cùng to lớn. Nhưng chúng ta cũng phải thừa nhận rằng chúng ta đang sở hữu một thứ quyền năng mới hoàn toàn, và phải tìm cách để sử dụng nó một cách thông minh” - chuyên gia Hank Greely, giám đốc Trung tâm luật và khoa học sinh học Stanford, nhận định.■