Nobel Hóa học 2020:

Ctrl+X với bệnh tật, Ctrl+V để khỏe mạnh?

HẢI MINH 13/10/2020 20:10 GMT+7

TTCT - Giải Nobel hóa học 2020 được trao cho hai nhà khoa học nữ Emmanuelle Charpentier và Jennifer A. Doudna “vì việc phát triển một phương pháp chỉnh sửa bộ gene mới”, hay cho dễ hình dung, là "cây kéo" sắc bén nhất để giờ con người có thể “cắt may” các bộ mã di truyền cơ bản thành những “bộ quần áo” như ý thích của mình.

Trong công nghệ biến đổi hay “biên tập” bộ gene kiểu mới này, mã di truyền giờ là văn bản, còn cây kéo phân tử là công cụ của người “biên tập viên” - nhà khoa học. Với CRISPR/Cas9, trong một ngày tương lai, con người thậm chí có thể nhấn Ctrl+X để xóa bệnh tật, và gây tranh cãi hơn nhiều về mặt đạo đức là nhấn Ctrl+V để cải lão hoàn đồng?

Học theo virus

Ta có thể hình dung bộ gene cần chỉnh sửa như một bộ quần áo, một văn bản hay một phần mềm máy tính cũng được. Trong một thế giới như vậy, vật nuôi và cây trồng có thể được chỉnh sửa để tạo ra thịt nạc hơn và trái cây ngọt hơn hoặc kháng cự lại những điều kiện khí hậu khắc nghiệt. Nghiên cứu y khoa sẽ thay đổi hoàn toàn: ta có thể tạo ra những “loài đột biến” để nghiên cứu bệnh ở người hoặc chỉnh sửa cây trồng để tạo ra các loại thuốc mới. Y khoa sẽ hoàn toàn khác. Thay vì phải chịu đựng những khổ đau do các bệnh di truyền như xơ nang (cystic fibrosis, chứng rối loạn di truyền chủ yếu ảnh hưởng lên phổi, tồn tại suốt đời, do trẻ nhận gene bất thường từ bố mẹ) hay loạn dưỡng cơ (muscular dystrophy, nhóm bệnh di truyền có đặc trưng là sự thoái hóa dần của các cơ xương điều khiển cử động), giới y khoa lâm sàng có thể đơn giản loại bỏ những đột biến có hại ảnh hưởng lên các tế bào.

Câu hỏi đặt ra là con người, bản thể là một giống loài tò mò, có dừng lại ở đó?

Nếu tất cả những điều đấy nghe như chuyện viễn tưởng với bạn, thì giải Nobel hóa học vừa được xướng tên là lời nhắc nhở rằng công nghệ biến đổi gene đã tiến xa thế nào. Craig Mello, nhà sinh học và y học phân tử người Mỹ từng giành giải Nobel y sinh 2000, nói trên Aeon: “Một cuộc cách mạng đang thực sự diễn ra ngay lúc này trong lĩnh vực di truyền học”.

Chúng ta thật ra đã có công nghệ biến đổi gene trong phòng thí nghiệm từ những năm 1970. Thập niên 1980, lần đầu tiên giới khoa học có thể chỉnh sửa hệ gene của một tổ chức hữu cơ sống phức tạp như một con chuột. Công nghệ biến đổi gene thì không mới, nhưng so sánh năng lực biến đổi gene của thời bây giờ với quá khứ, nhất là sau đột phá CRISPR/Cas9, giống như so một cỗ xe ngựa kéo với một chiếc Ferrari vậy.

Thay đổi ở đây là gì? Nói ngắn gọn thì đó là bộ công cụ. Nó cực kỳ chính xác, hiệu quả và dễ sử dụng hơn nhiều so với các phương pháp quá khứ. Quan trọng hơn, nó có thể được sử dụng cho gần như mọi loại tế bào, bao gồm cả một trứng đã thụ tinh. Điều đó đồng nghĩa con người có thể tạo ra mọi loài thực vật và động vật biến đổi gene, cũng như chỉnh sửa cả tế bào trong các cơ thể hữu cơ đã trưởng thành bao gồm con người.

Công nghệ chỉnh sửa gene sử dụng “kéo phân tử” - về cơ bản là một protein cắt DNA ra làm hai. Những phiên bản kéo trước cắt vào hệ gene ở nhiều vị trí, đi kèm là nguy cơ gây ra sự hủy diệt với một tế bào sống. Do đó, các loại kéo này chỉ dừng lại ở phòng thí nghiệm, khi đoạn DNA đã được chỉnh sửa sẽ được đưa trở lại vào tế bào, và rồi ta phải cầu may là nó tích hợp được với hệ gene ở một điểm hữu ích nào đấy. Tóm lại là một kiểu nổ súng hú họa, may thì trúng đích, không may thì... thôi.

Công cụ biến đổi gene mới thì khác hẳn. Những cây “kéo phân tử” mới có thể hướng tới một địa điểm cụ thể trong hệ gene nhờ “người dẫn đường” là một đoạn RNA - họ hàng của DNA về mặt hóa học - mà hình dạng cho phép nó gắn vào một gene cụ thể. RNA dẫn đường cho cây kéo tới đúng gene cần “biên tập”. Cây kéo chỉ cắt một nhát, rồi đoạn DNA được chọn sẽ được gắn vào thật khớp chỗ. Ẩn dụ “biên tập viên” ở đây là rất phù hợp.

Giống như hầu hết các công cụ khác của giới sinh học phân tử, biên tập gene dựa trên một tiến trình tự nhiên, trong trường hợp này là các cơ chế phát hiện ở vi sinh vật. Virus, như ta đã biết, tìm ra cách gắn nó vào hệ gene của vật chủ. Những cơ chế hữu cơ khác nhau đã tiến hóa nhiều cơ chế khác nhau để kháng cự lại sự xâm lấn đó. Lấy ví dụ ở một số tế bào vi khuẩn, một phân tử RNA dẫn đường hướng dẫn một protein làm nhiệm vụ “cắt” tới chỗ của DNA đã bị virus xâm lấn để “xử lý” chỗ đó. Giới khoa học đã biết cơ chế này từ những năm 1980, nhưng chỉ tới năm 2012, Jennifer Doudna ở Đại học California, Berkeley và Emmanuelle Charpentier ở Viện Max Planck (Berlin) mới hiện thực hóa tiềm năng của loại “kéo phân tử tự nhiên” này.

Nói đơn giản thì bằng cách lọc các protein và đưa vào một tế bào sống cùng phân tử RNA chỉ đường nhân tạo, ta có thể dùng nó để nhắm tới bất kỳ gene nào ta muốn. Những “cây kéo” đó có thể được dùng để xóa một gene hay chỉnh sửa một cách tinh vi những đặc tính của nó. Sức mạnh của công cụ này, theo lời Andrew Bassett ở Đại học Oxford, là “nó cho phép thực hiện những thay đổi chính xác với DNA của về cơ bản là mọi tổ chức hữu cơ một cách rất nhanh chóng”.

Emmanuelle Charpentier (trái) -và Jennifer Doudna. Ảnh: AP

Những ngụ ý

Trong khi “biên tập” gene mang tới cho giới khoa học những cách thức mới để mô phỏng bệnh tật phục vụ nghiên cứu, nó còn mở ra những phương pháp điều trị lâm sàng thực tiễn đầy tiềm năng ngay bây giờ. Công cụ mới từng được sử dụng thành công để xử lý virus HIV trong tế bào người. Các nhà khoa học ở Viện Salk tại San Diego, Mỹ, đã chứng minh rằng cách tiếp cận này “loại bỏ hoàn toàn virus HIV” và nay đã bắt đầu được thử nghiệm thực tế.

Một hướng đi khác là tạo ra các loài động, thực vật mới làm thực phẩm cho con người. Lấy ví dụ, công nghệ này trên lý thuyết cho phép tạo ra những giống heo (lợn) nuôi công nghiệp nhưng lại có gene của heo rừng. Heo nuôi công nghiệp dễ nhiễm bệnh dịch, như dịch tả lợn châu Phi đã hoành hành ở khắp các nông trại toàn cầu thời gian qua. Heo rừng, trong khi đó, kháng bệnh này.

Việc đó thực ra đã được làm rồi. Năm 2015, Bruce Whitelaw và các đồng sự ở Viện Roslin, Edinburgh (nơi nhân bản vô tính chú cừu Dolly lừng lẫy) sử dụng công nghệ “biên tập” gene để tạo ra những chú heo nhà có gene kháng bệnh của heo rừng. Thử nghiệm thành công, và trong một hội thảo gần đây về dự án của ông, Whitelaw nói câu hỏi đầu tiên ông nhận được là từ một nông dân người Lithuania: “Khi nào thì tôi có thể mua những con heo giống đấy?”. Đó là một câu hỏi trúng trọng tâm. Vấn đề tiếp theo là làm sao xin phép để sản xuất giống đại trà. “Hạn chế với chúng tôi không còn là kỹ thuật nữa - Whitelaw giải thích - mà là pháp lý”.

Và đấy mới là khởi đầu. Chúng ta còn có thể thiết kế trọn vẹn những vụ mùa như một Demeter - vị thần của mùa màng - đích thực. Một ví dụ: khoai tây gần đây mới được chỉnh sửa gene để kháng bệnh úa lá. Nạn đói nổi tiếng xảy ra ở Ireland giữa thế kỷ 19 chính là bởi chứng bệnh này ở khoai tây, do một loại nấm gây ra. Cho tới giờ, chứng bệnh đó được kiểm soát trong thời hiện đại chủ yếu nhờ phun thuốc diệt nấm, vốn đắt đỏ và độc hại. CRISPR/Cas9 mang tới công cụ để thay đổi điều đó.

Đi xa hơn nữa, một số khoa học gia đã bắt đầu chỉnh sửa gene để thay đổi mạnh hệ gene của heo hòng “nhân hóa” các cơ quan nội tạng của chúng nhằm cấy ghép cho người. Cho tới giờ, kiểu cấy ghép ngoại lai đấy là bất khả vì cơ thể người sẽ đào thải tim, gan hay tụy heo. Bây giờ điều đó có thể thay đổi (và phải nói rõ ở đây là ta chỉ can thiệp vào các cơ quan nội tạng heo, chứ không phải tạo ra những Porko Rosso như trong phim của Miyazaki Hayao). Nhưng ngay cả như thế, nhiều nhà đạo đức sinh học đã lấy làm sợ hãi. “Ngay cả khi các vấn đề khoa học và an toàn đã được giải quyết, chúng ta vẫn phải ý thức về những quan ngại văn hóa và tác động xã hội gắn với việc sử dụng rộng rãi nội tạng của heo cấy ghép cho người”, Sarah Chan ở Đại học Manchester cảnh báo.

Đỉnh điểm, và đáng lo ngại nhất, là khả năng giới khoa học sử dụng công nghệ mới để chỉnh sửa hệ gene người. Cho tới giờ, gần như mọi nhà khoa học đều phản đối việc “biên tập” gene thay đổi hệ gene ở phôi người, kể cả vì các mục đích y khoa lâm sàng. Nhưng đồng thời nhiều người tin cuối cùng điều đó cũng sẽ phải đến. Dana Carroll của Đại học Utah là một người như thế: “Trong dài hạn, tôi sẽ không ngạc nhiên nếu việc chỉnh sửa phôi người trở thành một chiến lược trị liệu, nhưng sẽ còn mất nhiều năm nữa. Lập trường của tôi là hiện chưa được phép làm thế, và chúng ta còn hàng loạt vấn đề kỹ thuật, y khoa và xã hội cần phải hiểu rõ trước khi quyết định can thiệp đến đâu”.

Nói ngắn gọn, trong khi CRISPR/Cas9 đã mở ra một cánh cửa đầy phấn khích, chúng ta vẫn còn chưa nhìn thấy hết trong căn phòng đằng sau cánh cửa ấy có những thiên thần và quái vật nào.■

Trong 185 người được trao Nobel hóa học tới nay, mới có 7 người là phụ nữ. 2 trong 7 người đó, Marie Curie và Dorothy Crowfoot Hodgkin, được trao giải riêng. Danh sách cụ thể:

1911 - Marie Curie (cũng được trao Nobel vật lý 1903)

1935 - Irène Joliot-Curie (con gái của Marie Curie)

1964 - Dorothy Crowfoot Hodgkin

2009 - Ada Yonath

2018 - Frances H. Arnold

2020 - Emmanuelle Charpentier

2020 - Jennifer A. Doudna

Bình luận
    Viết bình luận...