CRISPR công cụ có khả năng sửa đổi bộ gen người

Theo hiểu biết của khoa học hiện đại, con người sở hữu từ 20.000 đến 25.000 gen, nhưng cho đến nay người ta vẫn chưa biết chính xác vai trò của các gen, cũng như chức năng của chúng trong các hoạt động sinh hóa của bộ máy di truyền.

Tuy nhiên, bằng bộ công cụ di truyền CRISPR, 2 nhóm nghiên cứu độc lập đã tìm được cách giải quyết vấn đề đó, hứa hẹn sẽ có biện pháp ngăn ngừa ung thư một cách hiệu quả và triệt để hơn.

Nhiệm vụ gần như bất khả thi của sinh học hiện đại

Đã 15 năm từ lúc bản đồ gen của con người được xác lập và công bố. Tuy nhiên, phương pháp nghiên cứu còn rất hạn chế, chúng ta đơn thuần chỉ là vô hiệu hóa 1 gen và chờ xem điều gì sẽ xảy ra. Theo giáo sư Jason Moffat tại Đại học Toronto thì “chúng ta chưa tìm được cách hệ thống hóa quá trình hiệu chỉnh gen trong tế bào của loài người”. Để làm được điều đó thì phải nghiên cứu gen của từng người, từng người một để xác lập hệ thống hiệu chỉnh gen của loài người và điều đó dường như là không thể.

Nhận thức được điều đó nên trước đây các nhà khoa học đã tạo nên một kỹ thuật gọi là can thiệp RNA. Về nguyên tắc, khi một gen được kích hoạt, các hướng dẫn mã hóa trong DNA đầu tiên phải được phiên thành một phân tử gọi là RNA. Bằng cách can thiệp vào “các đoạn phiên mã này”, người ta có thể dừng quá trình dịch mã lại. Tuy nhiên, kỹ thuật này là không hoàn hảo do nó thường không “tắt” gen hoàn toàn và đôi khi còn “tắt” nhầm gen. Giáo sư Moffat nhận định rằng “công nghệ đó cho phép chúng ta khám phá một số gen cần thiết nhưng độ tin cậy chưa cao”.

Và rồi bộ công cụ điều chỉnh gen CRISPR được phát hiện cách đây 5 năm và thật ra, nó đã được vi khuẩn “phát minh ra” cách đây hàng tỷ năm nhằm thiết lập hệ thống phòng thủ, chống các loại virus tấn công nó. Bằng cách sử dụng CRISPR, các nhà khoa học có thể tùy chỉnh bất cứ gen nào họ muốn. Thay vì can thiệp vào quá trình phiên mã, CRISPR can thiệp vào chính bản thân gen.

Trong một ví dụ dễ hiểu, để thay đổi nội dung của một cuốn sách, CRISPR sẽ sửa chữ trong đó còn RNA chỉ là tác động vào người đọc cuốn sách.

Có trong tay bộ công cụ CRISPR, 2 nhóm nghiên cứu độc lập, một nhóm dẫn đầu bởi giáo sư Moffat và nhóm còn lại dẫn đầu bởi David Sabatini tại Viện nghiên cứu sinh học Whitehead đã có thể vô hiệu hóa một cách có hệ thống gần như toàn bộ gen trong tế bào người nhằm xác định ra được hầu hết các gen thiết yếu. Cả 2 nghiên cứu đều đi tới một kết luận rằng: “CRISPR là một công cụ thật sự mạnh mẽ để giải quyết vấn đề”.

Giáo sư Sabatini chia sẻ: “Đây là công cụ mạnh mẽ nhất mà chúng ta có được trong ngành sinh học. Bất kỳ quá trình sinh học nào mà chúng ta quan tâm hiện nay đều có thể được nhận thức một cách toàn diện dựa trên cơ sở các gen có liên quan tới nó. Trước giờ đây là điều không thể và người ta cũng không thể tưởng tượng được một ngày điều đó sẽ có thể làm được”.

Đó là một công cụ tin cậy nhất mà chúng ta từng có, hãy hỏi CRISPR và nó sẽ cho bạn câu trả lời chính xác

CRISPR bao gồm 2 thành phần:

“Một enzyme gọi là Cas-9 giúp cắt DNA, và một phân tử dẫn đường cho Cas-9 nhắm tới đúng mục tiêu“.

Trong nghiên cứu lần này, 2 nhóm nghiên cứu của Moffat và Sabatini đã tạo ra một thư viện các phân tử dẫn đường, nhắm vào hầu hết các gen của con người. Cả 2 bộ thư viện này đều mang tính mở để phù hợp với bộ gen của từng người, từ đó xem xem nếu mất gen nào thì ảnh hưởng của nó tới sự phát triển hoặc tái sản xuất tế bào sẽ ra sao.

Cả 2 nhóm hiện đã xác định được từ 1600 đến 1800 gen thiết yếu của con người và đây chỉ là 1/10 số gen mà nhóm phân tích. Moffat gọi kết quả này là “một kho báu lớn” đã được khá phá. So với 9/10 lượng gen còn lại, các gen thiết yếu này sẽ trỗi dậy mạnh mẽ nếu được kích hoạt và dường như không hoạt động nếu được vô hiệu hóa. Chúng đều là những gen rất cần thiết và ở những loài khác cũng có những gen mang đặc tính như thế. Đồng thời, các gen thiết yếu có thể liên kết với nhau, đồng nghĩa với việc chúng sẽ tạo nên những protein có khả năng kết hợp thành các phức hợp kích thước lớn.

Từ đó, các nhà khoa học dự đoán rằng các gen thiết yếu có xu hướng tham gia vào nhiều quá trình sinh học, như sao chép DNA, phiên dịch gen và xây dựng protein. Tuy nhiên, số gen cần thiết được dự đoán là còn nữa và còn phải mất thêm thời gian nữa mới hiểu được toàn bộ những gen quan trọng trên cơ thể con người.

CRISPR – vũ khí đầy hi vọng giúp con người chiến thắng ung thư trong tương lai không xa

Mặt khác, 2 nhóm nghiên cứu cũng cố khám phá những gen cần thiết cho những trường hợp cụ thể. Giáo sư Moffat đưa ví dụ một đóa hoa cúc cho chúng ta dễ hình dung: “Phần nhị hoa đại diện cho các gen luôn cần thiết, còn các cánh hoa đại diện cho các gen quan trọng. Vậy khi tế bào cần tái tạo hoặc sinh trưởng, nó sẽ sử dụng gen nào? Bằng cách sử dụng CRISPR, các nhà khoa học có thể dễ dàng phân tích cả nhị và cánh của hoa cúc“.

Giáo sư Sabatini cho biết: “Bất cứ điều gì mà chúng ta phát hiện ra được, như một tế bào vuông hoặc đỏ, chúng ta có thể xác định được gen nào đứng đằng sau điều đó. Và nếu bạn quan tâm tới ung thư, bạn có thể nói rằng: hãy cho tôi những gen tương ứng với từng loại ung thư và chỉ loại ung thư đó mới có mà thôi. Điều đó có thể làm được bằng CRISPR”.

Hiện tại, nhóm của Sabatini đã lập danh sách những gen thiết yếu trong 4 dòng tế bào ung thư. Trong khi đó, nhóm của giáo sư Moffat đã phân tích những tế bào phát triển thành ung thư não, ruột, da và cổ tử cung. Thành công của họ là tìm được những gen có thể vô hại trong tế bào khỏe mạnh nhưng lại rất quan trọng trong một số dạng khối u. Các gen này đại diện cho nguy cơ ung thư tiềm ẩn trong cơ thể người. Đồng thời, đây được cho như là “điểm chí mạng” của căn bệnh ung thư mà các nhà khoa học có thể khai thác để tiêu diệt mà không làm hại tế bào bình thường.

Nhà nghiên cứu Feng Zhang tại MIT cho biết: “Từ lâu chúng ta đã biết rằng các phân tử điều khiển những khối u trong bệnh ung thư là khác nhau đối với từng loại ung thư và từng bệnh nhân, tuy nhiên trước giờ vẫn thiếu công cụ để xác định chính xác sự khác biệt. Và điều này có thể được giải quyết bằng CRISPR”.

Về phía giáo sư Sabatini, ông cho rằng: “Nỗi sợ duy nhất của tôi là chúng ta không thể tìm ra một lượng lớn gen giúp phân biệt các tế bào ung thư và bình thường, và nếu như vậy thì không thể tìm được loại thuốc đặc hiệu. Nhưng chúng ta vẫn cần câu trả lời và với CRISPR, chỉ cần những gen đó có tồn tại thì chúng ta rồi sẽ tìm thấy chúng, vấn đề còn lại chỉ là công nghiệp hóa quá trình này”.

Và hiện tại, các nhà khoa học đã khởi động và dự án mới nhất của họ là sử dụng CRISPR để tìm kiếm các gen thiết yếu của hơn 500 tế bào ung thư. Căn bệnh ung thư quái ác vốn gieo rắc nỗi sợ hãi cho hàng tỷ người trên thế giới rồi cũng sẽ có lúc được ngăn chặn.

Tuy nhiên, hiện CRISPR vẫn chưa phải là một công cụ hoàn hảo, ít nhất là tới hiện tại bởi một số tác dụng phụ mà nó gây ra cho các tế bào lành dẫn tới làm rối quá trình nghiên cứu. Hy vọng rằng các nhà khoa học sẽ nhanh chóng giải quyết được vấn đề lớn nhất của thế kỷ 21 này.

Mặc khác, can thiệp vào bộ máy duy truyền là một hành động phi đạo đức, con người thật sự chưa tìm ra được ngọn nguồn của sự sống và vũ trụ. Vội vàng can thiệp vào bộ gen có thể biến đổi duy truyền thế hệ tương lai, mang đến hậu quả diệt chủng cho giống loài chúng ta.

Hồng Khang tổng hợp