Viết lại mã gen để sản sinh protein mới, các nhà khoa học đang tiến gần hơn tới việc viết lại "bộ mã cuộc sống"

Đang không nói tới những tiểu xảo, thủ thuật để làm cho cuộc sống dễ thở hơn, ta đang tiến gần hơn tới ý nghĩa thực của cụm từ “life hack” hơn bao giờ hết. Mới đây, một nhóm các nhà khoa học đã thiết kế nên, dù chưa hoàn chỉnh, một gen khuẩn Escherichia Ecoli tổng hợp có thể được sử dụng như một bảng mã protein khác hẳn với mã của sự sống mà ta vẫn biết.

Cần thay đổi tới 62.000 đoạn ADN, bộ gen thành quả này là công trình xây dựng gen phức tạp nhất cho tới thời điểm này. Các nhà khoa học dự đoán khuẩn E. coli “chạy bằng” bộ gen này sẽ có thể trở thành một phòng thí nghiệm và một nhà máy sản xuất các chất hóa học công nghiệp mới.

Giáo sư George Church, người đứng sau dự án "hack" gen.

Nhà khoa học Peter Carr tại Phòng thí nghiệm Công nghệ Lincoln, một người không tham gia dự án, nói rằng việc hack bộ gen với một quy mô lớn như vậy đã từng bất khả thi, nhưng giờ thì không thể nữa rồi. “Đó là việc không hề dễ dàng, nhưng chúng ta có thể thiết kế lại cuộc sống với mọt mức độ nhất định, việc này có thể áp dụng lên những thứ căn bản nhất như là mã gen”.

Việc hack gen này đang được tiến hành trong phòng thí nghiệm của giáo sư George Church tại Đại học Harvard. Lợi dụng những phần thừa của mã gen, thứ ngôn ngữ ADN sử dụng để hướng dẫn các tế bào tổng hợp protein, các nhà khoa học đã có thể làm được điều không tưởng.

Để sản sinh protein, các tế bào đọc bốn kí tự của ADN theo từng nhóm thể chuông (đơn vị mã gen). Với tất cả 64 thể chuông khả thi, ta đã có quá đủ dữ liệu để mã hóa được 20 axit amin vẫn có trong tự nhiên, thậm chí còn có thể ngăn thể chuông đánh dấu điểm cuối của một đoạn gen. Kết quả ta có được là một mã gen với nhiều thể chuông, với chỉ một loại axit amin.

Các tế bào với đoạn gen được mã hóa này có thể miễn nhiễm với virus, những thay đổi này cũng có thể cho phép các nhà khoa học thay đổi chức năng của một thể chuông, ví dụ như khiến chúng mã hóa một lại axit amin tổng hợp mới.

Để thay đổi được nhiều thứ trong gen như vậy, dù với công nghệ sửa gen hiện đại nhất như CRISPR, có vẻ vẫn là bất khả thi. Nhưng may mắn là giá thành của việc tổng hợp ADN đã giảm xuống đáng kể trong vòng một thập kỉ vừa rồi. Vì thế, thay bằng việc sửa mỗi gen một lần, đội ngũ của giáo sư Church đã sử dụng máy móc để chế tạo hẳn một bộ gen mới.

Sau khi thiết kế được những mã gen mới này, đội ngũ tiến hành đưa từng đoạn một trong khuẩn E. coli và họ đã xem xét kĩ lưỡng để cho không sự thay đổi gen nào khiến cho tế bào gặp nguy hiểm. Dù mới chỉ 63% số gen được mã hóa lại được thử nghiệm, nhưng rất ít trong số đó gây ra vấn đề, theo như báo cáo của các nhà khoa học.

Nhưng đây vẫn chưa phải là kỉ nguyên mới của những tế bào được mã hóa lại để miễn nhiễm với virus, bệnh tật. Vẫn cần nhiều năm nữa để thử nghiệm, tổng hợp và lắp ghép những đoạn gen mới này, Peter Carr nói.

Khuẩn E. coli.

Bên cạnh tỉ lệ thành công cao vẫn là những lo lắng về vấn đề an toàn của việc sửa đổi mã gen. Nhiều người cho rằng những protein không đến từ tự nhiên mà khuẩn E. coli được mã hóa sản xuất ra sẽ mang tính độc hại, và việc bản thân nó kháng được virus sẽ khiến chúng có được một lợi thế cực lớn nếu chúng thoát ra được môi trường sống bên ngoài hoặc tấn công cơ thể con người. Giáo sư Church cũng đã tự nhận định được mối nguy hiểm đang hiện hữu trong phòng thí nghiệm của mình.

Ông cũng đã tính tới một biện pháp an toàn cho những con vi khuẩn này. Trong một nghiên cứu được xuất bản, giáo sư Church đã mô tả một hệ thống ngắt an toàn được cho là rất hiệu quả. Các chất dinh dưỡng đặc biệt để duy trì sự sống của các khuẩn này không tồn tại ngoài tự nhiên, hơn nữa việc các tế bào này đột biến là bất khả thì và chúng cũng không thể liên kết với các tế bào ngoài tự nhiên để tự sinh sản.

Vẫn nhiều nhà khoa học vẫn biểu lộ những lo lắng nhất định về hệ thống an toàn này, trong đó có Peter Carr. Ông nói: “Các biện pháp cần phải được xem xét kĩ lưỡng. Thay vì khẳng định nó là ‘an toàn’ hay ‘không an toàn’, sẽ hữu dụng hơn nếu có một thước đo độ nguy hiểm riêng cho chúng”.

Không nghi ngờ gì việc đây là đột phá công nghệ sinh học của giáo sư George Church và đội ngũ nghiên cứu, nhưng chúng ta vẫn còn cần nhiều năm nữa để xem được kết quả nghiên cứu một cách đầy đủ nhất.

Tham khảo ScienceMagazine