Công nghệ chỉnh sửa gen bằng CRISPR-Cas9 trong điều trị bệnh tim mạch
Mới đây, các nhà khoa học Mỹ đã lần đầu tiên thử nghiệm thành công công nghệ lựa chọn gen cho phôi thai người để sửa chữa những đột biến gây bệnh, mở ra cơ hội ngăn chặn bệnh tật di truyền qua các thế hệ.
Đây được coi là một trong những dấu mốc quan trọng trong nghiên cứu di truyền học được công bố trên tạp chí uy tín Nature của Anh.
Thử nghiệm được các chuyên gia thuộc Đại học Y tế và Khoa học Oregon (OHSU) phối hợp với Viện Salk và Viện Di truyền học Hàn Quốc thực hiện. Nhóm nghiên cứu đã áp dụng công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR-CAS9 để chỉnh sửa các đột biến gen gây ra một loại bệnh tim.
Công nghệ CRISPR-CAS9 là gì?
Công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR-CAS9 là một kỹ thuật tiên tiến trong sinh học phân tử và đã được xem như là bước đột phá của kỹ thuật thao tác trên ADN bộ gen. Các chuyên gia cho rằng nó sẽ làm thay đổi cuộc sống và có tiềm năng tạo ra một cuộc cách mạng trong y học, khoa học cơ bản và nông nghiệp.
Mặc dù kỹ thuật này được phát triển đầu tiên vào năm 2012, nhưng kể từ 2015, công nghệ CRISPR mới phát huy hiệu quả và bắt đầu làm biến đổi nền khoa học, đồng thời châm ngòi cho cuộc tranh luận công khai, làm cho nó trở thành tiến bộ khoa học xuất sắc nhất năm vừa qua.
Công cụ chỉnh sửa gen gọi là CRISPR (Nhóm các đoạn ngắn đối xứng lặp lại thường xuyên – clustered regularly interspaced short palindromic repeats) – được lấy từ một protein của vi khuẩn – cho phép các nhà khoa học cắt và dán các phần ADN cụ thể, mở đường cho các phương pháp điều trị hay chữa bệnh mới cho các bệnh di truyền.
Cơ chế hoạt động của CRISPR
CRISPR-CAS9 hoạt động như một kéo phân tử có thể cắt bỏ những phần gen không mong muốn và thay vào đó những chuỗi ADN mới khỏe mạnh.
Hệ thống này cơ bản bao gồm hai phần chính là:
- enzyme endonuclease Cas 9
- phân tử RNA dẫn đường (gRNA).
Enzyme Cas 9 có vai trò phân cắt DNA mục tiêu, trong khi phân tử RNA dẫn đường có vai trò nhận diện DNA mục tiêu chứa trình tự bổ sung với phân tử gRNA.
Ngoài ra, trên gRNA còn có sự hiện diện của trình tự PAM (Protospacer-Adjacent Motif). Trình tự PAM có vai trò quan trọng đối với quá trình nhận diện và gắn chuyên biệt của enzyme Cas 9 vào trình tự mục tiêu.
Đối với enzyme Cas 9, trình tự PAM bao gồm 3 nucleotit – NGG, trong đó N là một nucleotit bất kỳ. Bằng việc thiết kế các trình tự gRNA khác nhau (khoảng 20 nucleotit), các nhà khoa học hầu như có thể tác động đến bất kì gen nào.
Với việc thiết kế đơn giản (chỉ thay đổi trình tự gRNA) và hiệu quả cao, có thể sử dụng đối với nhiều loại tế bào khác nhau và nhiều gen cùng lúc, CRISPR/Cas thực sự là một hệ thống tiềm năng để biến đổi DNA bộ gen.
Cơ chế hoạt động của CRISPR/Cas trong trường hợp gây biến đổi trình tự gen.
(Nguồn ảnh: http://www.vjsonline.org)
Trình tự CRISPR lần đầu tiên được tìm ra vào năm 1987 do các nghiên cứu của Yoshizumi Ishino và cộng sự tại trường Đại học Osaka, Nhật Bản. Điều này thúc đẩy các nhà khoa học tập trung nghiên cứu chức năng đặc biệt của chúng trong hệ miễn dịch của vi khuẩn trong những năm gần đây. Vào năm 2012, hai nhóm nghiên cứu độc lập của Tiến sĩ Emmanuelle Charpentier tại trường đại học Umea và Tiến sĩ Jennifer Doudna tại trường đại học California, Berkeley đã cùng khám phá ra cơ chế hoạt động của enzyme Cas và CRISPR.
Thử nghiệm công nghệ CRISPR-CAS9 trong điều trị bệnh tim mạch ở người
Công nghệ CRISPR-CAS9 còn được biết đến với tên gọi Genome Editing và cũng đã từng được thử nghiệm vài lần tại Trung Quốc song không cho kết quả rõ ràng. Để tăng khả năng thành công, nhóm nghiên cứu đã cùng lúc đưa các thành phần chỉnh sửa bộ gen cùng với mẫu tinh trùng từ một nam tình nguyện mang gen bị bệnh vào trong quá trình thụ tinh.
Kết quả, 72% phôi thai thử nghiệm đã sử dụng các phiên bản gen sao chép khỏe mạnh để sửa chữa những phần đột biến và phát triển mà không mang gen bệnh tim.
Đặc biệt, việc làm này không hề gây bất kỳ đột biến nào trên các phần khác của hệ gen, một hiện tượng gây lo ngại chủ yếu trong quá trình chỉnh sửa gen.
Ngoài ra, gen chỉnh sửa không bệnh tật sẽ di truyền lại cho thế hệ con và cháu của phôi thai đầu tiên.
Tuy chưa đạt đến độ thành công 100% nhưng công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR-CAS9 này giúp nâng số lượng các phôi thai có thể được chỉnh sửa gen từ 50% trong tự nhiên lên 72%.
Các nhà khoa học vẫn thận trọng cảnh báo cần thực hiện nhiều thí nghiệm hơn nữa để nâng xác suất thành công lên 100%, đồng thời đảm bảo mức độ an toàn trước khi có thể đưa công nghệ chỉnh sửa gen này vào thử nghiệm thực tế.
Hiện công nghệ chỉnh sửa gen bằng CRISPR-Cas9 vẫn là một chủ đề gây tranh cãi. Nhóm phản đối cho rằng nếu công nghệ này được áp dụng, tương lai sẽ có nhiều trẻ em được sinh ra theo “thiết kế” mà bố mẹ các em yêu cầu trong khi phía ủng hộ cho rằng kỹ thuật này sẽ giúp các thế hệ sau loại bỏ những gen di truyền mang bệnh tật.
Mặc dù vậy, CRISPR/Cas vẫn đang ngày càng chứng tỏ tiềm năng ứng dụng mạnh mẽ trong các nghiên cứu về công nghệ gen và kỹ thuật di truyền. Các nhà khoa học đang tiến hành việc nghiên cứu để sử dụng hệ thống này để sửa chữa các sai hỏng trong DNA bộ gen trong các bệnh lý di truyền.
>> Tài liệu tham khảo:
- CRISPR-CAS9: Bước đột phá của kỹ thuật thao tác trên ADN bộ gen
- CRISPR-CAS9: Kỹ thuật tiên tiến trong Sinh học phân tử
Theo TTXVN
www.tapchisinhhoc.com
No Responses