Synthetic Biology: Vũ khí mới giúp tổng hợp dược chất Artemisinin từ E. Coli để chống bệnh sốt rét (p-2) pptx

Synthetic Biology: Vũ
khí mới giúp tổng hợp
dược chất Artemisinin từ
E. Coli để chống bệnh
sốt rét (p-2)


Synthetic Biology (SB) và ứng
dụng trong tổng hợp
Artemisinin:

Vì những khó khăn nêu trên, giới
hữu trách và những nhà nghiên cứu
y tế, sinh học đã lưu tâm đến kỹ
thuật tách dòng (cloning) để mong
tìm được giải pháp hữu hiệu hơn
nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất
lượng lớn Artemisinin. Nhưng khác
với kỹ thuật tổng hợp các protein
trị liệu đã được áp dụng thành công
như insulin, growth hormone,
cytokine, lymphokine,
erythropoietin v.v. việc sử dụng
phương pháp tách dòng để tạo hoạt
chất artemisinin rất phức tạp. Lý do
vì chu trình tổng hợp hóa chất thiên
nhiên như Artemisin cần sự tham
gia của nhiều enzyme và sự phối
hợp của những enzyme này để tạo
ra hoạt chất. Chu trình và những

enzyme trong chu trình tổng hợp
Artemisinin từ cây cải hương ngọt
(Herba artemisiae) được diễn tả
theo tài liệu (1). May mắn thay, bộ
môn Synthetic Biology đã ra đời và
tổng hợp Amorphadiene (tiền chất
của Artemisinin) cũng là ứng dụng
thành công đầu tiên của kỹ thuật
này cách đây 3 năm ở phòng thí
nghiệm của J. Keasling tại Đại học
California, Berkely (2).

Synthetic Biology (SB) là một
nhánh mới của Sinh học phân tử,
theo đó tế bào được coi là một bộ
máy gồm các phần có thể tháo gỡ
và thay đổi được để tạo thành một
hệ thống điều hành mới có khả
năng như mong muốn. Các phần
(parts) có thể là những gene thụ
cảm của tế bào (receptors), hoặc
của enzyme, những protein hoat
hoa (activator) và của tất cả những
protein có chức năng đặc biệt của tế
bào. Như vậy, có thể nói SB là việc
áp dụng cao độ kỹ thuật gene
(genetic engineering) trên diện
rộng. Phương pháp SB có tiềm
năng tạo những tế bào mới với
chức năng như ý muốn. Có hai đặc

tính của SB so với các nghiên cứu
dùng kỹ thuật gene khác: (i) về kỹ
thuật, các bộ điều hành của hệ
thống tế bào được tạo riêng từng
phần (parts), do đó tùy theo cách
ghép các phần này sẽ tạo được
những hệ thống điều hành đa dạng
theo như nhu cầu và ý muốn; (ii) ve
ung dung, mục tiêu của SB là tạo
hệ thống điều hành có khả năng sản
xuất những dược liệu thiên nhiên
với năng suất cao (như tổng hợp
Artemisinin), các hóa chất có năng
lượng như dầu diesel thực vật, tạo
các nhóm tế bào có khả năng sản
xuất protein trị liệu, enzyme tiêu
hủy chất độc để cải thiện môi
trường. Đặc biệt là phương pháp
SB có hiệu năng rất cao vì dùng
phương pháp tách dòng và sản xuất
bằng E. Coli. Trong nghiên cứu
tổng hợp Artemisinin bằng phương
pháp SB, hiệu năng đã tăng 10000
lần và các nhà nghiên cứu hy vọng
có thể tăng thêm 10 lần nữa khi kỹ
thuật được hoàn chỉnh.

Về lý thuyết, khái niệm SB đã có từ
cuối thập niên 1970 khi phát hiện
enzyme giới hạn (restriction

enzymes). Nhưng phải đợi đến thập
niên 2000 thì mới được triển khai.
Lý do vì kỹ thuật SB đòi hỏi kiến
thức và sự phát triển của những bộ
môn tân tiến khác gồm
proteonomics (nghiên cứu cấu trúc
và chức năng protein cũng như
tương tác giữa chúng);
metabolomes (nghiên cứu tổng
hợp, biến dưỡng protein);
bioinformatics (nghiên cứu tin sinh
học) và cell signaling (nghiên cứu
hệ thống tín hiệu của tế bào) để xác
định chức năng của gene (gene
function) và kết quả biến đổi kiểu
hình của tế bào (phenotype). Hiện
nay những nghiên cứu về SB đã và
đang được tiến hành ở nhiều Đại
học Quốc tế, trong đó hai trường
MIT và UC Berkeley dẫn đầu về bộ
môn này. Tài liệu tham khảo 3 liệt
kê những trường Đại học và các đề
tài nghiên cứu SB ở các nước phát
triển.

Trên thực tế, viện nghiên cứu dược
phẩm Institute of o ne World
Health (IOWH), ở San Francisco
đang tiến hành tổng hợp
Artemisinin dùng SB. Một tin vui

cho chúng ta là nghiên cứu gia đảm
trách chương trình này là người
Việt Nam, TS. Nguyễn Hữu Tuệ.
TS. Tuệ đã tham gia một số hội
nghị khoa học ở Việt Nam trong
những năm qua. Ở IOWH, tiến
trình tổng hợp Artemisinin còn
đang trong giai đoạn đầu gồm các
vấn đề căn bản như thiết lập một
nền móng (platform) có khả năng
tái lập (reproducible), năng suất cao
(high yield), sản phẩm tinh khiết
(purity) và sau đó là 3 giai đoạn thử
nghiệm lâm sang (3-5 năm).


Tính khả thi của SB và việc tạo
Artemisinin ở Việt Nam:

Nghiên cứu và ứng dụng SB để tạo
Artemisinin nêu trên là cần thiết
cho nhiều nước nằm trong vùng sốt
rét bao gồm Việt Nam. Cho nên
việc tìm hiểu về tính khả thi của SB
để hoạch định một chiến lược áp
dụng cho đất nước cần được lưu
tâm thích ứng. Như đã nói ở trên,
đặc tính của SB là bộ môn ứng
dụng sinh học, vì vậy nếu kỹ thuật
đã hoàn chỉnh cho một sản phẩm

nào đó thì khi thực hiện chỉ cần làm
đúng quy trình (protocols) để thu
kết quả. Trong sản xuất
Artemisinin, kỹ thuật căn bản là
tách dòng các enzyme và kết hợp
thành một hệ thống điều hành bằng
các phương pháp chuyển gene để
tổng hợp, và sau đó là ly trích hoạt
chất Artemisinin ở E. coli. Như vậy
theo thiển ý của tôi, SB là một
trong những đề tài khoa học mà
chúng ta có thể đi tắt để đạt được
mục tiêu tạo hợp chất Artemisinin
ở Việt Nam. Tuy nhiên chúng ta
cần khắc phục những yếu tố căn
bản gồm khả năng, phương tiện để
đáp ứng đòi hỏi kỹ thuật, nhân lực
và tài chính. Việc đào tạo chuyên
mon SB ở cấp bậc Đại học là cần
thiết, nhưng chúng ta chú trọng về
phần ứng dụng, mà không đi sâu
vào nghiên cứu cơ bản vì đòi hỏi
nhiều thiết bị, kiến thức và kỹ thuật
cao. Việc kết hợp hữu hiệu với giới
khoa học Quốc tế luôn đóng vai trò
thiết yếu để triển khai kỹ thuật tân
tiến, đặc biệt đối với giai đoạn hiện
tại của Việt Nam. Cũng cần tìm
hiểu và giải quyết thỏa đáng yếu tố
pháp lý về bằng phát minh. Có

nhiều kết quả nghiên cứu y sinh
học không bị ràng buộc bởi bằng
phát minh như trình tự bộ gene
người, hoặc được nới rộng vì nhu
cầu an toàn y tế thế giới như một số
thuốc trị bệnh AIDS. Ngoài ra
chúng ta có thể tạo những chương
trình kết hợp với các nhóm nghiên
cứu quốc tế và qua chương trình đó
chúng ta không bị trở ngại pháp lý
và có thể trở thành một phần của
phát minh. Việt Nam có những ưu
điểm hợp tác khoa học Quốc tế như
môi trường dịch tễ, lâm sàng đa
dạng; về kinh tế, những chi phí về
sản xuất và nghiên cứu ở Việt Nam
rất thấp sao với những nước kỹ
nghệ cao. Ngoài ra, chúng ta cũng
có nhiều tiềm năng hấp thu và phát
triển công nghệ cao.


Kết luận:

Việc ứng dụng thành công phương
pháp SB để tổng hợp Artemisinin
chứng tỏ tầm quan trọng của việc
triển khai SB thành một chiến lược
khoa học để kháng bệnh sốt rét trên
toàn cầu. Theo tiến trình đó, SB

cần được cứu xét trong nhu cầu
ứng dụng mũi nhọn khoa học để
phát triển khoa học và y tế ở Việt
Nam. Trong định hướng xa hơn,
khi đã làm quen và thiết lập được
nền tảng SB (SB platform), chúng
ta tạo được khả năng để triển khai
những đề tài rộng lớn khác như
năng lượng và môi trường.