Sinh học tổng hợp: Kỹ thuật, tiến trình, thành quả và dự phỏng tương lai (tt) ppt

Sinh học tổng hợp: Kỹ
thuật, tiến trình, thành quả
và dự phỏng tương lai (tt)




Tiến trình và thành qủa:

Ý niệm về SB hình thành từ giai
đoạn khởi đầu của công nghệ gene
khi các enzyme giới hạn (restriction
enzymes) được Halmilton Smith
khám phá và xử dụng vào năm
1978. Theo đó, chúng ta có thể cắt
và ráp nối các đoạn gene để thay
đổi hình thái và chức năng của
chúng. Như đã nêu trên, phương
pháp tách dòng cổ điển chỉ áp dụng
được cho từng gene một. Thành
qủa giải trình tự bộ gene của người,
và của nhiều sinh vật khác, cũng
như hiểu biết về chức năng và cơ
chế điều hòa bộ gene, đã tạo điều
kiện để các nhà nghiên cứu sinh
học khai triển bộ môn SB trong
khoảng 5 năm vừa qua. SB đã được
thiết lập từ những đại học quốc tế
như Viện Kỹ thuật Massachussets

(MIT), Ðại Học California ở
Berkeley (UCB), Oxford với đóng
góp của các nhà nghiên cứu tên
tuổị. Craig Venter, người giải mã
bộ gene nhân loại, đã ứng dụng SB
để thiết lập tế bào có bô gene nhỏ
nhất (minimum-genome) gồm
khoảng trên 200 gene để nghiên
cứu về nguồn gốc sự sống. Về thực
dụng, tế bào này cung cấp hệ thống
điều hòa gene và là một môi trường
sạch rất tốt để tổng hợp chế phẩm
dược liệu hay năng lượng với độ
tinh khiết cao vì không có những
sản phẩm phụ (by product) như
ở E. coli và nấm men. Năm 2001,
C. Venture đã thành lập công ty
Synthetic Genomics và lên kế
hoạch nghiên cứu SB để sản xuất,
với công suất cao các hóa chất năng
lượng (như hydrogen, ethanol)
nhằm trong sạch hóa môi trường,
và dự tính tiết kiệm được khoảng
20 tỷ USD hàng năm do việc thay
thế ethanol để giảm thiểu lượng
xăng tiêu thụ ở Mỹ.

Triển vọng dùng phương pháp SB
để tổng hợp và sản xuất dược chất
trị liệu được khẳng định từ nghiên

cứu tạo artemisinin thành công của
Jay Keasling ở Ðại Học California,
Berkely năm 2003. Sau khi xác
định được 12 gene tham gia trong
tiến trình tổng hợp artemisinin ở
thực vật, Keasling đã tổng hợp
được 9 trong số các gene này, và
thiết lập một hệ điều hành SB để
sãn xuất artemisinin ở E. coli với
năng suất gấp 10.000 lần so với hệ
thực vật, và gần đây nhất là ở nấm
men với năng suất tăng thêm 10 lần
so với chủng E. coli. Thành qủa
này đã mang lại cho Keasling giải
thưởng Nhà Khoa Học của năm
2006 (The Scientist of the Year
2006) do tập san khoa học
Discovery bình chọn. Keasling
cùng cộng sự thành lập công ty
Amyris Biotechnologies áp dụng
SB cho việc tổng hợp artemisinin,
và đặc biệt là tiền chất (pro-
compound) isopronoid với số lượng
lớn để sản xuất (Hình 3). Dự tính
có khoảng 50,000 dược liệu họ
isopronoid có giá trị trị liệu cao đối
với các bệnh như ung thư, huyết áp,
tiểu đường, sốt rét; nhưng
isopronoid chỉ tồn tại ở rất ít thực
vật và với nồng độ thấp. Vì giá trị

quan trọng này, hiệp hội Gate
Foundation đã tài trợ 43 triệu USD
để triển khai SB trong việc tổng
hợp các dược chất trên.


Hình 3. Từ hoá chất đường đơn
giản, SB tái tạo chu trình tổng hợp
isoprenoid ở E. coli để sản xuất
dược liệu qúy hiếm với số lượng
lớn.

SB cũng có những thành tựu nhiều
hứa hẹn ở dòng E. coli từ các
nghiên cứu của Christopher Voigt ở
Ðại Học California, San Francsico
(UCSF). Dùng phương pháp SB,
Voigt đa tổng hợp các cảm thu
(sensor) để tạo một dòng E.
coli mới có khả năng tìm kiếm và
xâm nhập tế bào ung thư, sau đó
phóng thích ra những hóa chất trị
liệu tiêu hủy tế bào.

Ngoài ra, nhu cầu nghiên cứu SB
cũng mang đến sự hình thành một
số trung tâm, hãng công nghệ sinh
học chuyên sản xuất gene và các
vật liệu gene (parts) như BioBricks
Foundation và Codon Devices.

Dự phỏng tương lai:

Con đường phát triển SB chỉ mới ở
giai đọan khởi đầu; việc chinh phục
các khó khăn và các đề tài nghiên
cứu SB trong tương lai sẽ thật hào
hứng. Chỉ trong khoảng thời gian 5
năm ngắn ngủi vừa qua, SB đang
tạo cho các nhà nghiên cứu sinh
học một nền tảng kỹ thuật mới có
khả năng thay đổi tế bào trên một
bình diện rất rộng lớn so với các
ứng dụng công nghệ gene từ trước
tới nay. Từ khởi thủy, thiên nhiên
đã không tạo dựng bộ gen hòan hảo
cho con người cũng như cho mọi
sinh vật khác. Có rất nhiều bệnh tật
do sự sai lệch của bộ gene, và có
rất nhiều khuyết điểm ở các sinh
vật và cây cỏ vì bộ gene của chúng
thiếu hiệu năng trong việc sản xuất.
Kỹ thuật SB nhằm tái lập những bộ
gene và làm hòan chỉnh như ý
muốn để bù đắp những khuyết
điểm của thiên nhiên. Những “sinh
vật mới” này có khả năng tạo sản
phẩm sinh hoc gồm tế bào, protein,
dược chất, hoặc những hóa chất có
năng xuất cao và hiệu ứng chuyên

biệt, có công dụng thiết thực cho
lãnh vực trọng yếu của xã hội như
y tế, năng lượng và môi trường.
Trên thực tế, cũng như mọi tiê’n bộ
khoa học khác, nếu SB khẳng định
được những giá trị nêu trên thì sẽ
được sự tham gia tích cực của cộng
đồng khoa học, và đo’ng go’p của
nhiều tầng lơ’p trong xã hội. Cho
đến nay, những viễn tượng tốt đẹp
của SB đang hứa hẹn một cuộc
cách mạng mới của ngành tân sinh
học.

Vì hiệu ứng cao của SB, vấn đề an
toàn và an ninh xã hội cần được đặt
ra để ngăn ngừa sự tổng hợp những
chủng virus có độc tố và khả năng
gây dịch tễ; hoặc tạo các độc chất
đe dọa sự an tòan của môi trường.
Hiện nay tính an tòan của SB chỉ
được sự lưu tâm của giới khoa học,
và luật lệ điều hành SB được áp
dụng từ luật lệ hiện dùng chung của
kỹ thuật gene.

Ðối với ngành sinh học Việt Nam,
vì tính ứng dụng cao của SB, chúng
ta nên cứu xét các phương thức khả
thi để hội nhập vào lãnh vực khoa

học quan trọng nàỵ Các bạn trẻ
cũng nên lưu tâm đến SB trong các
chọn lựa tương lai, vì rất nhiều tiềm
năng SB chưa được khai triển và trí
tuệ Việt Nam có thể đóng góp vào
sự tiến bộ này để mang lại lợi ích
cho việc phát triển khoa học của
đất nước.