Cuộc đua chỉnh sửa gene và tương lai nhân loại

Con người đã thực hiện sửa đổi sinh vật từ hơn 30.000 năm trước. Mặc dù tổ tiên xa xưa của chúng ta không có phòng thí nghiệm, nhưng họ đã chỉnh sửa DNA thông qua cách mà Darwin gọi là nhân giống chọn lọc, hay chọn lọc nhân tạo. Quá trình lựa chọn các sinh vật có những tính trạng mong muốn nhất và cho chúng giao phối nhiều lần qua nhiều thế hệ để tạo ra những thay đổi di truyền quan trọng.

Chó thường được cho là sinh vật đầu tiên trải qua chọn lọc nhân tạo. Là những kẻ săn bắt hái lượm, con người nguyên thủy trở thành nguồn thức ăn ổn định cho sói hoang Đông Á, vốn được biết đến là loài đầu tiên cùng với con người trở thành những kẻ ăn xác thú vật.

Theo thời gian, chúng được thuần hóa, nhân giống để tăng tính ngoan ngoãn và vâng lời, và cuối cùng là thay đổi các tính trạng cụ thể như kích cỡ, độ dài của lông và hình dạng cơ thể. Ngày nay, chúng hầu như không còn giống tổ tiên sói cổ đại nữa.

Con người cũng đã biến đổi nguồn thức ăn trong gần 10.000 năm. Các địa điểm khảo cổ ở Tây Nam Á (thuộc Thổ Nhĩ Kỳ ngày nay) có bằng chứng cho thấy từ năm 7800 TCN, con người đã nhân giống chọn lọc ngô, vốn là loại cỏ hoang có bắp nhỏ và ít hạt.

Năm 1973, hai nhà khoa học Herbert Boyer và Stanley Cohen đã tạo ra sinh vật biến đổi gene hiện đại đầu tiên bằng cách cắt đoạn gene mã hóa khả năng kháng kháng sinh từ một vi khuẩn và cấy nó vào một vi khuẩn khác, mang lại khả năng kháng kháng sinh tương tự cho bên nhận.

Một năm sau, Rudolph Jaenisch và Beatrice Mintz trở thành những người đầu tiên đưa DNA ngoại lai vào phôi chuột. Năm 1974, các nhà khoa học, chính phủ và công dân toàn cầu rất lo ngại công nghệ mới này và áp đặt lệnh cấm toàn cầu trong một năm để xã hội có thể xem xét các hậu quả khả thể.

Nhưng năm 1975, những người tham dự Hội nghị Asilomar xây dựng bộ quy tắc về công nghệ biến đổi gene, xác định tính an toàn nhằm giảm thiểu rủi ro. Với những quy chuẩn này, kỷ nguyên mới của nghiên cứu và phát triển di truyền hiện đại đã được mở ra.

Cuộc chạy đua kiếm lời từ ngành công nghiệp mới này diễn ra sôi nổi vào năm 1980, khi Tòa án Tối cao Mỹ cấp quyền sở hữu hợp pháp cho các nhà phát minh đối với các sinh vật biến đổi gene (GMO). Công ty General Electric nộp hồ sơ cấp bằng sáng chế với loại vi khuẩn có khả năng bẻ gãy phân tử dầu thô, được sử dụng để giảm thiểu sự cố tràn dầu.

Hai năm sau, Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ phê duyệt loại vi khuẩn đầu tiên tổng hợp insulin của người, gọi là thuốc Humulin. Năm 1987, các nhà khoa học biến đổi thành công trình tự DNA của cà chua Flavr Savr (hãng Calgene) để tăng độ cứng và kéo dài thời gian bảo quản.

Kể từ đó, sinh vật biến đổi gen được “xổ lồng”, và theo thời gian, các nhà khoa học tìm ra cách phát triển các loại cây trồng có giá trị dinh dưỡng gia tăng và năng suất cao hơn, đồng thời có khả năng chịu hạn và canh tác dễ dàng, hiệu quả hơn. Những người chỉ trích đặt câu hỏi về tính an toàn của các sinh vật này trong nhiều thập kỷ, nhưng cộng đồng khoa học nhìn chung đã kết luận rằng thực phẩm biến đổi gen cũng an toàn như cây trồng được chọn lọc theo kiểu truyền thống.

Việc con người bắt đầu kiểm soát được DNA của chính mình chỉ còn là vấn đề thời gian. Nhưng cho đến thập kỷ trước, công tác chỉnh sửa gen vẫn rất tốn công và không chính xác. Các nhà nghiên cứu chủ yếu nạp gen vào virus để cấy chúng vào tế bào đích. “Suốt một thời gian dài, mọi người không thực sự biết những trình tự DNA lặp đi lặp lại này trong bộ gen của vi khuẩn thực sự làm gì”, theo Rodolphe Barrangou, nhà khoa học đã có phát hiện quan trọng nhờ món sữa chua mọi người vẫn dùng buổi sáng vào năm 2007, khi ông làm việc cho nhà máy sản xuất nguyên liệu thực phẩm Danisco của Đan Mạch.

Khi đó, Barrangou đang giải trình tự bộ gen của vi khuẩn được lấy làm giống vi khuẩn nuôi cấy khởi động và nhận thấy chúng chứa các chỉ thị DNA đóng vai trò lây nhiễm và phá hủy các vi khuẩn nuôi cấy sữa. Những vi khuẩn này có trình tự DNA lặp lại (CRISPRs) tạo ra một dạng miễn dịch giúp chúng khỏi bị virus xâm nhập và cuối cùng giữ cho các sản phẩm sữa không bị hỏng quá nhanh.

Trong tự nhiên, vi khuẩn xây dựng khả năng miễn dịch khỏi kẻ xâm nhập bằng cách trữ một lượng nhỏ DNA của virus. Sau đó, giống như tấm áp phích “bị truy nã”, vi khuẩn chuyển mã xấu đó tới loại protein đặc biệt có tên là Cas9, có nhiệm vụ canh gác khu vực nội bào để phát hiện virus xâm nhập. Khi Cas9 thấy thông tin trùng khớp chính xác với thông tin trên áp phích, nó sẽ cắt kẻ xâm nhập ra và giết chết.

Phát hiện này cực kỳ có giá trị đối với Danisco trong sản xuất vi khuẩn nuôi cấy sữa kháng virus. Nhưng một khi đã hiểu đầy đủ, giá trị đích thực - đối với tương lai nhân loại - là rất to lớn.