Thỉnh thoảng thiên nhiên lịch sự vỗ vai và trao vào tay chúng ta một món quà làm thay đổi thế giới: Một bào tử nấm mốc bay lọt qua cửa sổ phòng thí nghiệm và từ đó chúng ta có thuốc kháng sinh Penicilin.
Một dàn radar quân sự làm tan chảy thanh sô cô la trong túi viên kỹ sư và rồi lò vi sóng ra đời. Việc phát hiện ra công nghệ chỉnh sửa gien gọi là CRISPR cũng chỉ là một sự tình cờ: 7 năm trước, các nhà khoa học nhận ra họ có thể khai thác hệ miễn dịch của một số vi khuẩn rồi dùng chúng để cắt và dán ADN, một cuộc cách mạng sinh học ra đời từ đó.
7 năm là thời gian ngắn ngủi, nhưng công nghệ CRISPR lại đi rất xa đến không ngờ. Ngày 25.11.2018 nhà khoa học Trung Quốc Jiankui He cho biết ông đã tạo ra những em bé CRISPR đầu tiên trên thế giới. Bằng cách sử dụng CRISPR, ông có thể xóa một gien được gọi là CCR5. Các phôi được sửa đổi dẫn đến sự ra đời của hai bé gái sinh đôi được đặt tên là Lulu và Nana.
Cộng đồng nhân loại kinh hoàng trong khi các nhà khoa học lên án gay gắt và hỏi rằng liệu có nhu cầu y tế nào để hai thai nhi nhận được sự sửa đổi như vậy không? Cuối cùng, chính quyền Trung Quốc đã phải vào cuộc và ban hành lệnh cấm những nghiên cứu tương tự vốn được coi là liều lĩnh, sai về mặt đạo đức và không lường trước hậu quả đối với con người.
Khám phá quy trình hoạt động của bãi chôn rác CRISPR
Trở lại với những năm 1980, các nhà nghiên cứu đã lưu ý một kiểu gien di truyền khá lạ trong nhiều loài vi khuẩn. Đó là một đoạn ADN bình thường đọc tới hay đọc lui đều giống nhau, tiếp nối bởi một đoạn nhìn qua như thể đám rác, rồi sau đó là một bảng màu khác và cứ thế liên tục. Người ta không biết các phân đoạn này dùng để làm gì, nhưng rất ấn tượng và các nhà khoa học châu Âu lúc đó gọi chúng là ‘Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats’, viết tắt là CRISPR.
Sau này, người ta mới biết các chuỗi bí ẩn đó là một hệ miễn dịch. Khi một loại vi khuẩn tiếp xúc với một loại vi rút, nó sẽ cắt một mẫu ADN của kẻ xâm lược (rác) và lưu trữ nó một cách an toàn giữa hai dải phân cách tức các bảng màu (palindromes). Bằng cách đó, nếu loài vi rút này quay trở lại tấn công, vi khuẩn chỉ cần tham khảo kho lưu trữ của nó và đưa ra phản ứng miễn dịch thích hợp.
Nhưng quy trình hoạt động chi tiết mới chỉ được tìm ra gần đây bởi các nhà khoa học đời sau: năm 2011, nhà vi trùng học Emmanuelle Charpentier đã xác định rằng sơ đồ CRISPR có 3 thành phần chính: một loại enzyme hoạt động giống như một cái kéo, cắt các chuỗi xoắn kép ADN; một RNA hướng dẫn, cho biết chiếc kéo phải cắt vào đâu, và một bộ phận khóa kéo vào vị trí.
Năm sau, Charpentier hợp tác với nhà hóa sinh Jennifer Doudna, và cả hai chứng minh cho thế giới thấy hệ thống này đáng giá hàng tỉ đô la, bằng việc sử dụng nó để chỉnh sửa gien di truyền. CRISPR trở thành một công cụ vô tiền khoáng hậu và làm phá sản các công cụ di truyền trước đó.
Để chỉnh sửa gien bằng CRISPR, tất cả những gì bạn phải làm là cung cấp cho nó một RNA hướng dẫn địa chỉ vị trí cụ thể trên bộ gien. Cái kéo sau đó sẽ cắt đoạn gien đã chọn ra khỏi bộ gien và chèn vào đó một vật thay thế. Các bộ gien có cơ chế sửa chữa tự nhiên nên sẽ tự động khâu vá toàn bộ lại với nhau.
Kết quả là bộ gien đã được biến đổi. Cơ chế CRISPR hoạt động trong hầu hết những động vật mà các nhà khoa học đã thử, từ con sâu đến con khỉ và trong hầu hết các loại tế bào, từ tế bào thận đến tế bào tim (các kỹ thuật chỉnh sửa gene trước đó đã gặp rất nhiều trục trặc ngay cả với những con chuột thí nghiệm). Rõ ràng, công nghệ CRISPR vưa nhanh, vừa rẻ. Trước khi Doudna và Charpentier thực hiện cuộc khám phá, người ta phải mất hơn một năm để tạo ra một con chuột với một đột biến duy nhất.
Bây giờ người ta có thể chỉ mất 2 ngày. Và trong khi các kỹ thuật chỉnh sửa trước đây tạo ra nhiều lỗi chính tả, việc chỉnh sửa bằng CRISPR chính xác hơn nhiều. Một nhà khoa học cho biết ông chỉ cần 10 tế bào để mang lại ít nhất một điểm đột biến hoàn hảo, điều mà trước đó ông đã phải mày mò khoảng 1 triệu tế bào mới mong có được một kết quả tương tự.
Một thế giới sinh học mới ra đời- thế giới sinh vật CRISPR
Kể từ đó, các nhà khoa học đã mài giũa công cụ mới này, sử dụng nó để nghiên cứu di truyền cơ bản của bệnh, tăng tốc độ phát triển thuốc và tăng hiệu suất của các vi khuẩn sử dụng trong công nghiệp. Bây giờ khoa học đã sẵn sàng để đưa nó ra khỏi phòng thí nghiệm và vào thế giới thực. Một số ứng dụng ban đầu đã thể hiện sự hứa hẹn.
2 năm trước ExxonMobil tuyên bố rằng họ đã sử dụng CRISPR để tăng gấp đôi lượng nhiên liệu sinh học do tảo biển Nannochloropsis gaditana tạo ra. Các nhà khoa học Đức gần đây cũng đã tìm ra cách tạo ra những con lợn CRISPR có khả năng chống lại dịch sán lợn châu Phi, một căn bệnh đã gây hại cho vùng Hạ Sahara của châu lục này. CRISPR đang dần mang lại cho chúng ta sức mạnh để thay đổi không chỉ số phận di truyền mà còn diệt trừ bệnh tật, phát triển cây trồng và vật nuôi mới, thậm chí hồi sinh các loài đã tiệt chủng.
Những thành quả từ việc sử dụng công nghệ CRISPR nay xuất hiện thường xuyên trên các mặt báo. Từ biến đổi gien trứng gà để làm thực phẩm chống ung thư đến biến đổi gien các loại dầu ăn và thực phẩm. Hiểu biết tường tận về CRISPR và nắm vững công nghệ mới này sẽ mang đến cho chúng ta nhiều lợi ích trong khi hạn chế những rủi ro.
Nói cách khác, thế giới đang đòi hỏi những người sử dụng CRISPR có trách nhiệm; và chúng ta, với tư cách cá nhân và xã hội, muốn công nghệ này đi xa đến đâu? Thực ra, đây là một câu hỏi khó, rất khó. Với Alison Van Eenennaam tại trang trại Beef Barn của UC Davis, nơi nhà khoa học đang thử nghiệm với các gia súc chỉnh sửa gien, trong đó có nàng bò Princess, thì mục đích cuối cùng là tạo nên một ngành chăn nuôi tốt hơn, ít lãng phí hơn.
Tuy nhiên cho đến nay, nỗi thất vọng lớn nhất của giới công nghệ CRISPR là tốc độ chậm chạp các quy định của chính phủ. Trước khi những con gia súc không sừng, gà không nhiễm cúm hay lợn kháng bệnh có thể tiếp cận thị trường thì các nhà hoạch định chính sách phải đi đến thống nhất về CRISPR.
Tại Viện Salk ở La Jolla (California), nơi Juan Carlos Izpisua Belmonte và các đồng nghiệp đang sử dụng CRISPR để tạo ra các giống lai động vật, còn được gọi là chimera. Mục đích của họ là giải quyết sự thiếu hụt nghiêm trọng các cơ quan cấy ghép cho người.
Hàng ngàn trái tim, thận, phổi được sản xuất, và cứ như vậy mỗi năm bằng cách nuôi chúng trong lợn. Nhưng lộ trình nghiên cứu và phát triển này sẽ phải vượt qua một số nền tảng đạo đức tồi tệ nhất trong lịch sử sinh học.
Điều gì sẽ xảy ra nếu các nhà khoa học vô tình tạo ra một con lợn có thể trí thức hóa sự đau khổ của chính nó, một người có ý thức về sự bất công về đạo đức? Ngay cả khi bạn có thể chấp nhận giết một con vật trong trang trại để thu hoạch nội tạng của nó, điều mà nhiều nhà hoạt động bảo vệ động vật không thể tin được chắc chắn sẽ rất kinh khủng khi giết một con vật có trí thông minh giống người.
Đạo đức khoa học và tốc độ phát triển CCR5
Và gần như chuyện gì phải đến đang đến khi con người đụng chạm vào chính nền tảng đạo đức của mình: ngày 25.11.2018 Jiankui He cho biết ông đã tạo ra những em bé CRISPR đầu tiên trên thế giới. Ứng dụng công nghệ CRISPR đang trở nên đáng lo ngại.
Jiankui He, trong công bố của mình, đã cho rằng đang giúp cho những đứa bé miễn dịch với một chủng HIV. Nhưng việc ông thực hiện ở giai đoạn phôi thai có nghĩa là các cô gái sẽ tiếp tục truyền ADN đã được chỉnh sửa của họ.
Thí nghiệm bị lên án rộng rãi là phi đạo đức, không cần thiết và có khả năng nguy hiểm; Chính quyền Trung Quốc gọi nó là ghê tởm. Tuy nhiên, nó cũng tăng cường giai đoạn tiếp theo của CRISPR, phát triển từ một công cụ phòng thí nghiệm được áp dụng phổ biến sang một công cụ có khả năng thay đổi vĩnh viễn các loài, hệ sinh thái và con người.
Trên thực tế, những thí nghiệm như thế bị coi là liều lĩnh với những hậu quả khôn lường. CCR5 mà He sử dụng sẽ ảnh hưởng đến bộ não, điều mà những nghiên cứu trước đó đã cho thấy trong các thí nghiệm cải thiện nhận thức và phục hồi sau đột quỵ trên chuột.
Hội nghị thượng đỉnh quốc tế về chỉnh sửa bộ gien người gần đây nhất vào tháng 11 năm 2018 đã nhắc lai kết luận của năm 2015, rằng “sự hiểu biết khoa học và yêu cầu kỹ thuật đối với thực hành lâm sàng vẫn còn quá bấp bênh và những rủi ro quá lớn để cho phép thử nghiệm lâm sàng chỉnh sửa mầm bệnh vào thời điểm đó”.
Việc Jiankui He lén lút làm, cho dù bị giấu kín, đã cho thấy một thử nghiệm lâm sàng đầu tiên và sinh ra con người biến đổi gene. Nghĩa là cho dù anh ta có ý định đó hay không thì một kỷ nguyên mới cho CRISPR đã bắt đầu. Khi cuộc cách mạng tiến lên, ở đây là cuộc cách mạng sinh học trong việc biến đổi gien, thì những thách thức mỗi này một lớn. Điều này không chỉ đòi hỏi trách nhiệm và bổn phận đạo đức của nhà nghiên cứu, mà cả sự giám sát và điều tiết công nghệ hiệu quả của xã hội.
Chỉ trong 7 năm, nghiên cứu về CRISPR đã tiến triển với tốc độ nhanh chóng và có thể khó theo kịp. CRISPR đang đi từ thích nghi tiến hóa sang một công cụ tạo ra con người biến đổi gene. Chúng ta đã thấy CRISPR biến đổi toàn bộ lĩnh vực sinh học phân tử và mang tới những hiệu ứng trên các lĩnh vực sinh học tổng quát và y tế toàn cầu.
