Tháng 01, 2019
Thứ ba
Thứ Năm, ngày 15/11/2018 12:04 PM (GMT+7)

Công nghệ CRISPR chữa được tận gốc các bệnh di truyền - Ảo vọng hay thực tế?

Chữ "CRISPR" có gợi cho bạn chút ý niệm nào không? Tại sao báo chí khắp nơi nói về nó nhiều như vậy? Tại sao các nhà khoa học hào hứng và "điên cuồng" với nó như vậy?

Công nghệ CRISPR chữa được tận gốc các bệnh di truyền - Ảo vọng hay thực tế? - 1
Công nghệ CRISPR chữa được tận gốc các bệnh di truyền - Ảo vọng hay thực tế? - 2
Công nghệ CRISPR chữa được tận gốc các bệnh di truyền - Ảo vọng hay thực tế? - 3

M ột công nghệ sinh học mới hứa hẹn chữa được các loại bệnh di truyền, AIDS, ung thư và vô vàn các ứng dụng khác trong y tế, sức khỏe, nghiên cứu cơ bản, công nghiệp, nông nghiệp.

Công nghệ này không còn mới lắm, nhưng chưa cũ, còn đang được tiếp tục phát triển và sẽ được ứng dụng mạnh mẽ trong tương lai. Công nghệ chỉnh sửa gene CRISPR-Cas.

Trong lĩnh vực sinh học 10 năm qua, phát minh tốn nhiều giấy mực nhất của các tạp chí khoa học và cả truyền thông đại chúng chính là hệ thống chỉnh sửa gene có tên gọi là CRISPR-Cas. Công nghệ di truyền này không chỉ trở thành một công cụ vô cùng quyền năng trong nghiên cứu khoa học, mở ra vô vàn các hướng nghiên cứu mới, mà còn được nhanh chóng ứng dụng vào y học, điều trị và thậm chí có thể thay đổi hệ gene của loài người.

Thuật ngữ "công nghệ gene" bắt đầu được sử dụng rộng rãi từ thập niên 1970 khi các nhà khoa học bắt đầu tìm ra một số công cụ để “thao tác” và làm thay đổi chuỗi DNA (vật liệu di truyền) của sinh vật. Có rất nhiều truyện khoa học viễn tưởng và tin đồn cho rằng công nghệ gene có thể chữa được các bệnh di truyền hoặc thậm chí tạo ra siêu nhân. Tuy nhiên thực tế thì vẫn còn rất xa. Chỉ khoảng 10 năm trở lại đây, các nhà khoa học mới có thêm một kỹ thuật cho phép họ thay đổi các trình tự DNA (A, T, G, C) dễ dàng và chính xác tại bất kỳ nơi nào trong bộ gene như ước vọng ban đầu.

Với kỹ thuật này, việc biến đổi gene trở nên đơn giản và được áp dụng phổ biến rộng rãi trên nhiều lĩnh vực từ nông nghiệp, công nghiệp đến bệnh nhiễm, liệu pháp gene, và cả các nghiên cứu cơ bản hơn như di truyền học ngoại mã (epigenetics). Một trong những liệu pháp tiên tiến nhất hiện nay là loại bỏ hẳn virus HIV ra khỏi tế bào miễn dịch nhằm chữa bệnh AIDS một cách triệt để nhất.

Công nghệ CRISPR chữa được tận gốc các bệnh di truyền - Ảo vọng hay thực tế? - 4​​

Người đầu tiên khám phá ra hệ thống CRISPR-Cas là TS Emmanuelle Charpentier với tham vọng ban đầu rất khiêm tốn là muốn ứng dụng vào việc tạo ra dòng vi khuẩn lên men sữa chua kháng lại virus nhằm giúp các nhà sản xuất thực hiện quy trình nuôi cấy lâu dài.

Nhưng càng đi sâu vào cơ chế hoạt động của hệ thống CRISPR, cô quyết định rẽ sang một hướng hoàn toàn khác. Hợp tác với TS Jennifer Doudna ở Đại học California, Berkeley, cô đã trình bày kỹ thuật CRISPR-Cas9 với giới khoa học như một kỹ thuật chỉnh sửa DNA chính xác nhất.

Công nghệ CRISPR chữa được tận gốc các bệnh di truyền - Ảo vọng hay thực tế? - 5​​

Tuy nhiên việc thiết kế lại hệ thống CRISPR-Cas để đưa chúng vào hoạt động trong tế bào của động vật có vú (động vật hữu nhũ - mammalian cell) và đặc biệt là tế bào người lại thuộc về nhóm nghiên cứu của TS Feng Zhang tại viện Broad, học viện công nghệ Massachusetts (MIT) và TS George Church của Đại học Harvard. Vì vậy hiện nay bản quyền sở hữu trí tuệ của công nghệ này đang bị tranh chấp dữ dội giữa MIT-Harvard và hệ thống Đại học California. Điều này cũng gây ra nhiều tranh cãi trong giới học thuật.

Công nghệ CRISPR chữa được tận gốc các bệnh di truyền - Ảo vọng hay thực tế? - 6

CRISPR-Cas chính là hệ miễn dịch thích nghi của vi khuẩn. CRISPR là tên gọi tắt của "nhóm trình tự ngắn, phân cách đều đặn, lặp lại và đối ngẫu”. Nguyên thuỷ đó là những trình tự DNA nhỏ của virus mà vi khuẩn đã thu nhận và lưu trữ trong bộ gene của mình từ những lần xâm nhiễm trước. Về sau vi khuẩn sẽ sử dụng chúng để chống lại những lần bị nhiễm virus tiếp theo.

Hãy tưởng tượng vi khuẩn như một chiến binh, còn kẻ thù của nó là virus. Mỗi lần chiến đấu, “chiến binh” này đều ghi nhớ những loại vũ khí của “kẻ thù”, rồi tạo ra một bản sao y chang của loại vũ khí đó và lưu trữ lại trong kho. Qua thời gian, nó tích luỹ được rất nhiều loại vũ khí, chính là các trình tự của virus. Khi gặp lại loại “kẻ thù” nào thì vi khuẩn sẽ lấy đúng loại vũ khí đó ra, chống lại chúng. Điều này rất giống với câu thành ngữ “lấy gậy của ông đập lại lưng ông”.

Về cơ chế hoạt động thì cả hệ thống CRISPR-Cas giống như một cái tuốc-nơ-vít điện với một bộ đầu vặn nhiều hình dáng khác nhau, thích hợp với nhiều kiểu đầu đinh khác nhau. Trong đó phần động cơ chính là enzyme Cas9 có khả năng cắt DNA. Còn đầu vặn tức là các phân tử RNA được tạo thành từ các trình tự đã tích lũy sẵn. Các phân tử RNA này có vai trò định hướng enzyme Cas9 đến đúng vị trí cần cắt.

Công nghệ CRISPR chữa được tận gốc các bệnh di truyền - Ảo vọng hay thực tế? - 7​​

Thông thường, nếu có một đứt gãy hoặc sai sót nào xảy ra trong bộ gene của chúng ta, tế bào sẽ có vài phương án để nối lại nhằm đảm bảo tính ổn định và toàn vẹn của bộ gene. Ví dụ, nếu một trình tự trên một nhiễm sắc thể bị mất đi, thì tế bào sẽ sử dụng trình tự tương ứng trên nhiễm sắc thể còn lại như một bản mẫu để sửa lại cho đúng. Lợi dụng điều này và kết hợp với hệ thống CRISPR-Cas9, các nhà khoa học có thể chỉnh sửa lại trình tự DNA bị sai hỏng. Việc chỉnh sửa các sai hỏng trong DNA của người bệnh đem lại hi vọng chữa trị tận gốc nhiều loại bệnh di truyền.

Bộ công cụ “CRISPR-Cas” ngày càng được mở rộng và vô cùng phong phú. Nhiều biến thể được tạo ra nhằm phục vụ nhiều mục tiêu và đối tượng.

Công nghệ CRISPR chữa được tận gốc các bệnh di truyền - Ảo vọng hay thực tế? - 8

Sự phát triển và phổ biến nhanh chóng của phương pháp biến đổi gene vừa dễ sử dụng, ít tốn kém và hiệu quả này đã thay đổi bức tranh toàn cảnh của sinh học.

Tính đơn giản của hệ thống CRISPR-Cas9 cho phép các nhà nghiên cứu tạo ra những biến đổi vô cùng chính xác và phong phú trên bộ gene, vì thế họ có thể thực hiện được nhiều thí nghiệm mà trước đây là rất khó hoặc không thể thực hiện.

Ví dụ, khi được sử dụng kết hợp với công nghệ tế bào gốc, CRISPR-Cas9 có thể mô phỏng chính xác hơn một số bệnh di truyền, từ đó giúp các nhà khoa học tìm hiểu được nguyên nhân của bệnh và tìm ra các loại thuốc mới. Hướng nghiên cứu này được gọi là “tạo mô hình bệnh” (disease modeling) và đang là một trong những hướng đang rất được quan tâm hiện nay, đặc biệt cho một số bệnh như tiểu đường, thần kinh (Alzheimer, Parkinson, tự kỷ), ung thư.

Một thử nghiệm đầu tiên chứng tỏ CRISPR-Cas9 có thể được sử dụng để sửa chữa sai hỏng do bệnh di truyền trong cơ quan của con người là từ nhóm của TS Hans Clevers tại Đại học Utrecht, Hà Lan vào cuối năm 2013. TS Hans Clevers nổi tiếng với công trình phân lập và nuôi cấy tế bào gốc của ruột non thành một dạng mô ruột, mà ông gọi là “ruột thu nhỏ” (intestinal organoid).

Công nghệ CRISPR chữa được tận gốc các bệnh di truyền - Ảo vọng hay thực tế? - 9​​

Xơ nang (cystic fibrosis) là bệnh do một sai hỏng xảy ra trên gene CTFR làm tích luỹ chất nhờn trong phổi, ruột và các cơ quan khác. Nhóm của ông đã phân lập, nuôi cấy và tạo ra “ruột thu nhỏ” từ tế bào của hai bệnh nhân nhi mắc chứng xơ nang, rồi dùng kỹ thuật CRISPR-Cas9 để sửa lỗi sai trên gene CTFR.

Kết quả thật ấn tượng: Gene bị lỗi đã được chỉnh sửa trong khoảng một nữa số “ruột thu nhỏ” mà Clevers đã thử nghiệm. Chính ông cũng rất ngạc nhiên với sự hiệu quả của công nghệ CRISPR.

Tuy vậy, khi biến đổi gene được thực hiện trên dạng tế bào phôi như tế bào trứng, tinh trùng hay phôi đang phát triển, thì những biến đổi này sẽ sáp nhập vào tất cả các tế bào của cá thể mới, bao gồm cả tế bào phôi của các thế hệ tiếp theo. Vì vậy vấn đề này gây nên nhiều tranh cãi về mặt đạo đức trong giới học thuật và cả truyền thông xã hội.

Một mặt công nghệ này được cho là cần thiết để giải quyết sự lan truyền của nhiều loại bệnh di truyền và việc cấm đoán có thể dẫn đến nhiều vấn đề khó kiểm soát và hậu quả khôn lường như nghiên cứu ngầm, thị trường chợ đen, v.v...

Mặt khác, việc biến đổi gene trên phôi người không chỉ tạo ra nhiều ảnh hưởng to lớn và thay đổi vĩnh viễn bộ gene của loài người, mà còn nhiều vấn đề đạo đức khác. Thêm vào đó, dù được cho là công nghệ chỉnh sửa bộ gene chính xác và hiệu quả nhất, nhưng nhiều vấn đề về kỹ thuật đặc biệt là chỉnh sửa lệch mục tiêu (off-target) vẫn còn đang được nghiên cứu và tối ưu hoá.

Công nghệ CRISPR chữa được tận gốc các bệnh di truyền - Ảo vọng hay thực tế? - 10​​

Trong khi vấn đề này còn đang được tranh luận khá nhiều và áp dụng một cách dè dặt ở phương Tây thì các nhà khoa học Trung Quốc đã “mạnh tay” thử nghiệm trên phôi người. Đầu tiên là công bố vào tháng 5 năm 2015, do một nhóm nghiên cứu ở Đại học Sun Yat-Sen, tại Quảng Châu, Trung Quốc thực hiện nhằm chỉnh sửa sai hỏng gây ra bệnh tan máu bẩm sinh (beta thalassemia) ngay trên phôi người.

Công bố này bị cả tạp chí Nature và Science từ chối đăng vì các vấn đề đạo đức. Họ còn có một số thử nghiệm khác nhưng không thành công, như thử nghiệm làm thay đổi gene để tạo khả năng miễn nhiễm với virus HIV.

Năm 2017 một nhóm nghiên cứu ở Đại học Oregon Health & Science University, Mỹ, cũng đã thử nghiệm CRISPR trên phôi người 1 ngày tuổi để chỉnh sửa gene MYBPC3 gây bệnh cơ tim phì đại (hypertrophic cardiomyopathy) và thu được một số kết quả khả quan.

Cộng đồng các nhà khoa học hàng đầu thế giới đang cùng nhau đưa ra các lộ trình và phương án hành động để tiếp tục thúc đẩy nhiều phát minh và mở rộng tầm ảnh hưởng và khả năng ứng dụng của công nghệ này, mà vẫn kiểm soát được các vấn đề đạo đức.

Công nghệ CRISPR chữa được tận gốc các bệnh di truyền - Ảo vọng hay thực tế? - 11

Tham khảo


Nature Outlook

How CRISPR lets us edit our DNA? – Jennifer Doudna, TED Talk

What you need to know about CRISPR? – Ellen Jorgensen, TED Talk

The ethical dilemma of designer babies – Paul Knoepfler

George M. Church – Wikipedia English

Feng Zhang – Wikipedia English

U.S. Scientists Use CRISPR to Fix Genetic Disease in Human Embryos For the First Time – TIME

Correction of a pathogenic gene mutation in human embryos – Nature

Functional Repair of CFTR by CRISPR/Cas9 in Intestinal Stem Cell Organoids of Cystic Fibrosis Patients – Cell Stem Cell

Tiến sĩ Nguyễn Ngọc Kim Vy

Đại học California, San Diego, Mỹ

Tiến sĩ Nguyễn Ngọc Kim Vy

Tin đọc nhiều

Chàng trai đơn thương độc mã vượt 7.000 km để 'săn'... rác khắp Việt Nam Để ghi lại tình trạng ô nhiễm rác thải nhựa khắp các vùng...
Thoát ế mùa Valentine: Bí ẩn về người mai mối thời trí tuệ nhân tạo Hãy khám phá khả năng se duyên tuyệt vời mà ít ai biết đến...
Quay màn hình trên Windows 10 mà không cần phần mềm Nếu đang sử dụng Windows 10, bạn có thể tận dụng nhanh thanh...
Cách khôi phục lại các ứng dụng đã xóa trên Android Chỉ với vài thao tác đơn giản, bạn hoàn toàn có thể phục hồi...