Dự báo sự phát triển của công nghệ sinh học trong những thập niên đầu thế kỷ XXI

1







Dự báo sự phát triển của công
nghệ sinh học trong những thập
niên đầu thế kỷ XXI













2
Lời nói đầu
Từ thập niên 90 của thế kỷ trước, nắm bắt được xu thế phát triển của thế giới, Đảng
và Nhà nước ta đã xác định công nghệ sinh học (CNSH) là một trong 4 lĩnh vực công
nghệ cao cần được ưu tiên phát triển. Song song với việc đào tạo nguồn nhân lực, hình
thành đội ngũ cán bộ CNSH gồm hơn 2000 người, việc xây dựng các phòng thí

nghiệm cũng được quan tâm đầu tư. Tuy nhiên, nhìn toàn cục thì CNSH hiện nay của
Việt Nam vẫn đang ở tình trạng lạc hậu so với nhiều nước trong khu vực và trên thế
giới. Để khắc phục tình trạng này, Chỉ thị 50-CT/TW của Ban Bí thư Trung ương
Đảng ban hành ngày 04/3/2005 đã xác định các mục tiêu, nhiệm vụ cụ thể và giải pháp
mạnh, nhằm tạo sự chuyển biến cơ bản trong nhận thức và hành động, đưa CNSH
nước ta phát triển theo xu hướng dự báo của thế giới: “Thế kỷ XXI-Thế kỷ của CNSH”.
Tiếp đó, ngày 22/7/2005 Thủ tướng Chính phủ đã ký Quyết định số 188/2005/QĐ-TTg
về việc ban hành Chương trình hành động của Chính phủ thực hiện Chỉ thị số 50-
CT/TW ngày 04 tháng 3 năm 2005 của Ban Bí thư Trung ương Đảng. Theo đó mục
tiêu của Chương trình đến năm 2010 là sẽ tạo ra, tiếp nhận và làm chủ được các CNSH
chủ yếu; triển khai ứng dụng mạnh mẽ, rộng khắp và có hiệu quả các công nghệ này
vào lĩnh vực nông nghiệp, thủy sản, y-tế, công nghiệp chế biến, bảo vệ môi trường và
an ninh, quốc phòng; Đến năm 2020 sẽ cung cấp đủ nguồn nhân lực khoa học và công
nghệ (KH&CN) có trình độ cao và chất lượng tốt, đủ năng lực sáng tạo và làm chủ các
công nghệ trong lĩnh vực CNSH phục vụ đắc lực cho việc phát triển kinh tế, xã hội và
bảo vệ môi trường; Xây dựng được một số trung tâm nghiên cứu khoa học và phát
triển công nghệ tiên tiến và hiện đại về CNSH đạt tiêu chuẩn quốc tế; Hình thành và
phát triển ngành CNSH có đủ năng lực sản xuất các sản phẩm chủ lực, thiết yếu của
nền kinh tế quốc dân.
Để thực hiện tốt Chương trình, Chính phủ đã giao cho Bộ KH&CN làm cơ quan đầu
mối của Chính phủ, có nhiệm vụ giúp Thủ tướng Chính phủ tổ chức thực hiện Chương
trình; thường xuyên theo dõi, đôn đốc, kiểm tra việc triển khai thực hiện các nội dung
của Chương trình hành động của Chính phủ tại các Bộ, ngành và địa phương có liên
quan. Ngày 30/9/2005, Bộ KH&CN đã phối hợp với Ban Khoa giáo Trung ương tổ
chức Hội nghị quán triệt Chỉ thị số 50-CT/TW của Ban Bí thư Trung ương Đảng và
triển khai Chương trình hành động của Chính phủ.
Nhằm cung cấp thêm thông tin và tầm nhìn tổng quát về những xu hướng phát triển
chủ yếu của CNSH trong những năm sắp tới, Trung tâm Thông tin KH&CN Quốc gia
biên soạn và giới thiệu Tổng quan “Dự báo sự phát triển của công nghệ sinh học trong
những thập niên đầu thế kỷ XXI”.

Xin trân trọng giới thiệu cùng bạn đọc.
Trung tâm Thông tin KH&CN Quốc gi



3
Phần I
Thế kỷ XXI: Kỷ nguyên của sinh học và xã hội sinh học

1.1. Sự hình thành và phát triển của xã hội thông tin
Theo nhiều chuyên gia, thông qua những thuật ngữ và khái niệm khác nhau, thì sự
phát triển xã hội ở các nước công nghiệp tiên tiến đã dẫn tới hình thái XHTT, trong đó
động lực chủ chốt là sự phát triển của công nghệ thông tin và truyền thông (CNTT-
TT), việc sử dụng gia tăng nhanh chóng của các thiết bị mới và sự tăng trưởng của lĩnh
vực dịch vụ đặc thù. Theo Castells
1
, điểm bước ngoặt công nghệ quan trọng tạo nên xu
hướng này là sự phát minh ra các vi chip vào đầu thập kỷ 70. Kể từ đó, cốt lõi của
XHTT đã được hình thành, bao gồm các công nghệ xử lý thông tin và truyền thông.
Thông tin và tri thức đã trở thành nhân tố then chốt, có vai trò vừa là các nhân tố sản
xuất, vừa là các sản phẩm. Do vậy, không chỉ vai trò của thông tin thuần tuý, mà là
khả năng tự tích luỹ, năng suất và sức sáng tạo của nó mới là những phương diện công
nghệ trọng yếu của XHTT.
Động lực của XHTT chủ yếu dựa vào công nghệ với vai trò là một yếu tố vật chất.
Ví dụ, sự phát triển này đã nhấn mạnh đến năng lực gia tăng của các máy tính và sự
kết nối mạng lưới ngày càng hiệu quả hơn. Mannermaa
2
, một chuyên gia CNSH Phần
Lan, lập luận rằng hình thái XHTT bao gồm cả hình thái Xã hội Nông nghiệp lẫn hình
thái Xã hội Công nghiệp. Tuy nhiên, XHTT phức tạp hơn, do nó có thêm nhiều đặc

điểm mới nổi bật, chẳng hạn như sự gia tăng của các hình thức và toàn bộ khối lượng
thông tin và sự gia tăng mức độ liên kết lẫn nhau về xã hội/kỹ thuật. Theo lập luận
này, có thể nhận định rằng XHTT sẽ phức tạp hơn các xã hội trước đây do có những
đặc điểm mới đang nổi lên.
Sự phát triển công nghệ đã làm thay đổi quan niệm xã hội, đề cao vai trò hàng đầu
của việc ứng dụng tri thức/thông tin và truyền thông. ở những quốc gia đi tiên phong
trong XHTT, chẳng hạn như Mỹ và các nước Bắc Âu, việc ứng dụng tri thức và thông
tin đã gia tăng tầm quan trọng, trở thành động lực chủ yếu của sự phát triển công nghệ.
Điều này phản ánh các nhu cầu đang thay đổi của người tiêu dùng. Ví dụ, việc chọn
mua điện thoại di động ngày càng phụ thuộc vào những dịch vụ mà nó cung cấp, chứ
không thuần tuý là phần cứng. Ngoài ra, những quan niệm về tối đa hoá mức độ cơ
động/bất động và tính kết nối vạn năng (Universal) cũng sẽ có những tác động quan
trọng tới tương lai của CNTT-TT.
1.2. Buổi bình minh của Xã hội Sinh học (Biosociety)
Bước vào thế kỷ XXI, sự phát triển của CNSH đã tạo xúc tác cho những nỗ lực kinh
tế và khoa học to lớn. Do vậy, có cơ sở để nhận định rằng CNSH sẽ là phương diện
công nghệ nền tảng của làn sóng xã hội mới. Làn sóng xã hội này dựa vào những tác
động xã hội của các khoa học sinh học, bao gồm CNSH, kỹ thuật di truyền, các khoa
học về sự sống, sản xuất lương thực/thực phẩm, sản xuất công nghiệp, theo dõi môi
trường. Mannermaa mệnh danh cho làn sóng xã hội mới đang nổi lên này là “Xã hội

1
M. Castells, The Rise of the Network Society, 1996
2
Mannermaa, Biosociety and Human Being- Life after Information Society, 2003

4
Sinh học” (XHSH) và khẳng định rằng hình thái xã hội mới này còn phức tạp hơn so
với các hình thái xã hội trước đây.
Xã hội Nông nghiệp đặt nền tảng trên công nghệ nông nghiệp. Công nghệ này có

mục đích thoả mãn các nhu cầu cơ bản (ăn, mặc, nhà ở…). Làn sóng tiếp theo, Xã hội
Công nghiệp, đã phát triển và sử dụng công nghệ sản xuất hàng loạt. Điều này cho
thấy rằng ở hình thái xã hội này, không chỉ các nhu cầu cơ bản được thoả mãn, mà cả
các nhu cầu tinh thần. Xã hội Thông tin được mệnh danh như vậy là do thiên hướng
công nghệ chuyển sang CNTT-TT. ở XHTT, sự chú trọng đã đặt vào các nhu cầu tinh
thần, bao gồm truyền thông, văn hoá, học tập và giải trí.
Tiến tới XHSH, sự chú trọng chủ yếu cũng đặt vào các nhu cầu phi vật thể, nhưng
cơ sở công nghệ và năng lực công nghệ sẽ thay đổi. Thao tác và bắt chước các quá
trình sinh học sẽ là những nền tảng của XHSH. Theo Schwartz
3
, triết lý cơ bản của
CNSH như được trích dẫn ở dưới đây, chính là nhân tố đã dẫn tới sự thay đổi:
“CNSH là gì? Đó là công nghệ do con người sáng tạo ra nhằm bắt chước và nâng
cao các quá trình sinh học mà thiên nhiên đã hoàn thiện qua hàng triệu năm tiến hoá.
Thiên nhiên đã tiến hoá những hệ thống cực kỳ phức tạp và hoàn mỹ mà cho đến nay
vẫn vượt xa mọi thứ mà con người đã tạo ra và chúng ta mới chỉ bắt đầu học cách làm
theo chúng càng nhanh càng tốt”.
Cùng với CNTT hiện nay, sự phát triển này sẽ đem lại những cơ hội to lớn cho
nghiên cứu y học, cũng như khả năng thao tác những yếu tố cốt lõi của bản thân sự
sống. Fukuyama và Stock lập luận rằng sẽ có nhiều cơ hội mở ra thông qua nghiên cứu
cơ bản do những động lực chung của các nguồn vốn đầu tư cho nghiên cứu CNSH.
Quả thực, hoạt động nghiên cứu và phát triển (R&D) trong lĩnh vực CNSH đang được
thực hiện rất mạnh mẽ ở các xã hội phát triển.
1.3. Sau XHSH sẽ là Xã hội Tổng hợp (Fusion Society)?
Trong bối cảnh của lý thuyết làn sóng xã hội, có thể vạch ra được những triển vọng
xã hội dài hạn, nhưng để mô tả đặc trưng của các làn sóng xã hội một cách rõ ràng và
dứt khoát là một việc rất khó, thậm chí là không thể. Tuy nhiên, ta vẫn có khả năng
vạch ra một cái gì đó quan trọng, có vẻ có lý trong những làn sóng xã hội đang tiến
đến. Đoạn trích dẫn sau đây trong quá trình phỏng vấn các chuyên gia minh hoạ cho
điều đó: “Tôi cho rằng XHSH là một phương án của XHTT. Nó đang làm say đắm

lòng người theo nghĩa nó sẽ động chạm đến tất cả mọi người trong số chúng ta. Nó
cũng giống như quá trình biến đổi từ máy bay cánh quạt lên máy bay phản lực. Cũng
vẫn cùng một công nghệ đó, nhưng nó trở nên hiệu quả hơn. Công nghệ nano (CNNN)
cũng sẽ được kết hợp vào XHSH”. Đoạn trích dẫn ở trên chỉ ra phương hướng của
tương lai công nghệ, đó là sự kết hợp các công nghệ khác nhau. Fumio Kodama
4
đã
lập luận rằng các doanh nghiệp có thể ứng dụng 2 cách tiếp cận R&D công nghệ: Cách
tiếp cận đột phá và cách tiếp cận kết hợp công nghệ: cách tiếp cận thứ nhất dựa trên ý
tưởng là những thế hệ công nghệ mới sẽ thay thế những thế hệ cũ. Tuy nhiên, cách tiếp

3
P. Schwartz, The long boom. A vision for the coming age, 1999
4
F.Kodama, Tech Fusion, Harvard Business Review, 7-8/1992

5
cận thứ hai dựa vào những tổ hợp mới đối với những công nghệ hiện có. Theo
Kodama, sự kết hợp công nghệ là cách lai ghép mang tính bổ sung và phi tuyến đối
với các công nghệ tách biệt trước đây.
Phản ánh sự phát triển của các công nghệ, CNSH và CNNN cũng gia tăng tầm quan
trọng cùng với CNTT-TT. Ngoài ra, còn bao gồm cả sự kết hợp sáng tạo khác nhau
giữa các công nghệ hiện có. Chỉ cần nêu ra một ví dụ, Tạp chí Technology Review của
Viện Công nghệ Machasmiset - MIT (Mỹ) số tháng 2/2003 đã nêu ra 10 công nghệ
đang nổi sẽ làm thay đổi thế giới, trong đó có một số là sự kết hợp của các công nghệ,
chẳng hạn như mạng cảm biến vô tuyến, công nghệ tạo mô không cần tiêm, pin mặt
trời nano, cơ điện tử, tính toán mạng, chụp ảnh phân tử, in lito nano, bảo hiểm phần
mềm, glycomics và mật mã lượng tử. Cách tiếp cận của MIT Technology Review đã
gợi ý về tương lai của công nghệ. Dựa trên cơ sở như vậy, có thể không quá hàm hồ
nếu đưa ra giả định rằng làn sóng xã hội tiếp tới hiện đã ở trong giai đoạn “thai

nghén”. Sau khi nghiên cứu sâu về quan điểm kết hợp công nghệ, Mannermaa đưa ra
giả định về hình thái xã hội sẽ nổi lên sau XHSH, đó là “Xã hội Tổng hợp”. ở hình thái
xã hội này, các công nghệ đặc thù hội tụ lại với nhau thành những công nghệ tổng thể,
mang tính hệ thống, trong đó có sự hoà trộn và kết hợp các loại hình và ranh giới của
các công nghệ tách biệt trước đây. Xã hội Tổng hợp sẽ có những đặc trưng chính đã
từng gắn liền với những làn sóng công nghệ trước đó như XHSH, XHTT và Xã hội
Công nghiệp, nhưng đặc trưng rõ rệt nhất của nó là sự kết hợp các mối tương tác phức
tạp giữa công nghệ, môi trường, kinh tế và xã hội với nhau. Tuy nhiên, còn phải cần
đến rất nhiều công trình nghiên cứu công phu nữa mới có thể vạch chi tiết hơn về nội
dung của làn sóng xã hội này (hình vẽ).

6





Toàn cầu
hóa
GDP
Tính phức
tạp
Tốc độ thay
®æi
Kỷ nguyên
nông nghiệp
6000-7000
năm

Kỷ nguyên
Công nghiệp
250 năm

Kỷ nguyên
Thông tin 50
năm

Kỷ nguyên

Sinh học 25
năm

Kỷ nguyên Tổng
hợp

Hình vẽ: Sự tiến triển của các hình thái xã hội
(chú thích: BCE - Trước công nguyên)


7
1.4. Một vài nét phác họa về XHSH
Các công nghệ then chốt
Dựa vào phương pháp Delphi, các nhóm công nghệ dưới đây có triển vọng sẽ đóng
vai trò then chốt ở XHSH:

Công nghệ thông tin và truyền
thông
Công nghệ sinh học
Công nghệ nanô
 Trí tuệ nhân tạo
 Tin học hoá lĩnh vực
chăm sóc sức khoẻ
 Học tập từ xa
 Giấy điện tử
 Giao diện người-máy
 Phần mềm môđun
 Mạng nơron
 Máy tính quang học
 Tác tử thông minh

 Máy tính có ở khắp nơi
(UbiComp)
 Các ứng dụng thực tế ảo
 Các bộ phận
nhân tạo
 Chip sinh học
 Phỏng sinh học
 Nhân bản
 Kỹ thuật di
truyền
 Liệu pháp gen
 Dược phẩm tác
dụng đúng mục
tiêu
 Các bề mặt
poyme tương hợp
về sinh học
 Pin nhiên liệu
 Polyme chức
năng
 Vật liệu thông
minh
 Thu nhỏ kích
thước
 Thiết bị
 Vật liệu siêu dẫn


Công nghệ bao hàm trong các nhóm công nghệ then chốt: Dự báo về khả năng trở
thành lĩnh vực chính thống và thời gian xảy ra

Công nghệ
Khả năng trở
thành chính
thống (Điểm
được tính 1-5)
Thời gian
dự báo
1. Vật liệu photonic (vật liệu dùng để sản xuất, thu
nhận, xử lý ánh sáng, sẽ thay đổi vật liệu đồng ở
nhiều thiết bị).
3,8
2006
2. Vật liệu thông minh (loại vật liệu có khả năng tự
theo dõi và sửa chỉnh bản thân, giảm nhẹ công sức
cho con người).
3,7
2010
3. Vật liệu y sinh (vật liệu cấy ghép và các bộ phận
phụ của con người được làm từ vật liệu y sinh sẽ
được dùng cho da và bộ phận cấy ghép).
3,8
2006
4. Vật liệu không bị phá hủy (có thể dùng để chế
tạo những chi tiết/bộ phận nhất định trong sản
phẩm để nâng cao tuổi thọ).
2,8
2008
5. Các polyme mới (được dùng trong công nghiệp
để dẫn và tích trữ điện năng, giúp tăng hiệu quả sản
xuất).

3,5
2008

8
6. Công nghệ nano
Các ống nano cứng và mềm sẽ được dùng ở các chi tiết
dễ bị hỏng trong các sản phẩm, ví dụ các thiết bị điện
tử, giúp tránh được hư hỏng và nâng tuổi thọ.
3,4
2009
7. Các thiết bị cảm biến
Các cảm biến để đo sự vận động, chuyển dịch và
thay đổi hình dạng sẽ được dùng để quan sát, ví dụ
những thay đổi chất độc hại trong môi trường.
3,99
2006
8. Chẩn đoán
ở lĩnh vực y tế có khả năng đưa các máy có kích
thước nano vào cơ thể để chẩn đoán bệnh tật, cung
cấp thuốc đúng liều lượng và theo dõi những chức
năng quan trọng.
3,7
2008
9. Phỏng sinh học
Bắt chước và làm thích ứng các phương pháp/quá
trình của tự nhiên.
3,4
2007
10. Thao tác gen
Có thể ngăn ngừa hoặc chữa trị các bệnh di truyền.

3,4
2010
11. Dược phẩm tác dụng đúng mục tiêu.
4,1
2009
12, Công nghệ tế bào
Có thể dùng phương pháp nhân bản để chữa trị
bệnh vô sinh.
2,7
2006
13. Các sản phẩm sinh học
Dùng để làm sạch đất và nước.
3,4
2007
14. Các công nghệ tổng hợp
Nhà ở, văn phòng và các môi trường khác được hội
nhập thông qua ICT và tạo khả năng truyền thông
nhanh chóng.
4,99
2005
15. Thực tế ảo
Tạo khả năng làm việc từ xa, chăm sóc sức khoẻ từ
xa và các dịch vụ khác, giúp cho các dịch vụ được
tiếp cận nhanh và rẻ hơn.
3,6
2008
16. Công nghệ thông tin di động thế hệ ba (3-G)
3,7
2006
17. ICT

2,5
2002-2006







9
Dự báo về lọai hình cán bộ chuyên môn sẽ cần đến ở XHSH
STT
Dự báo về cán bộ chuyên môn

Mức độ có thể
xảy ra
Thời gian
được dự báo
1
Các nhà thiết kế bộ phận nhân tạo (Các bộ
phận thay thế và tăng cường cho cơ thể).
3,3
2010
2
Các nhà tư vấn về trí tuệ nhân tạo (Tư vấn
cho các tổ chức và mọi người để ứng dụng
rôbốt học và thiết bị tính toán tiên tiến).
4,0
2008
3

Các nhà thiết kế điện tử sinh học (các thiết
bị kết hợp CNSH với điện tử học).
3,3
2008
4
Các nhà Tin sinh học (chuyên về thông tin
và dữ liệu gen và làm cầu nối giữa các nhà
khoa học với những chuyên gia phát triển
dược phẩm và kỹ thuật y tế).
4,2
2007
5
Các nhà dự báo xu thế.
3,3
2005
6
Các nhà quản trị Internet (đang ngày càng
mở rộng quy mô).
3,3
2005
7
Các nhà tư vấn liệu pháp gen (Thiết kế các
biện pháp điều trị gen thích hợp với từng
cá nhân).
3,2
2008
8
Các nhà Tin địa học (Các chuyên gia về
ứng dụng số đối với các thông tin địa lý,
chẳng hạn như các hệ thống định vị cho

máy tính di động).
4,0
2005
9
Các nhà tư vấn về CNNN (Tư vấn cho các
tổ chức để ứng dụng thích hợp các thiết bị
CNNN).
3,6
2009
10
Các chuyên gia về hợp lý hoá (Đơn giản
hoá và hợp lý hoá tổ chức hoặc công
nghệ).
3,2
2006
11
Các nhà thiết kế căn hộ thông minh (Smart
Home).
3,8
2006
12
Các nhà phân tích mạng lưới xã hội.
3,4
2006
13
Bác sĩ “ảo” (làm công tác y tế thông qua
thực tế ảo, chẳng hạn như chữa bệnh từ
xa).
4,0
2006

14
Các chuyên gia về hiển thị hoá (chuyên về
hiển thị hoá dữ liệu và các giao diện hiển
thị).
3,8
2006
15
Các chuyên gia bảo trì và phát triển
website.
3,4
2004


10
Chú thích: điểm số nói lên mức độ có thể xảy ra như sau:
Điểm 5: Rất có thể; Điểm 4: Có thể;Điểm 3: Khó phán đoán; Điểm 2: Khó có thể.
Điểm 1: Rất không có thể.

11
Phần II
Bối cảnh phát triển của công nghệ sinh học

Tương lai của CNSH sẽ như thế nào? CNSH sẽ được kết hợp với các công nghệ
khác, ví dụ CNTT-TT, theo những phương thức mới như thế nào, hoặc sẽ được phát
triển để sử dụng cho các ứng dụng mới ra sao? Khung cảnh chính trị và xã hội toàn
cầu sẽ tác động tới những phát triển này như thế nào? Và điều quan trọng nhất là
chúng có ý nghĩa gì đối với từng quốc gia. Mỗi quốc gia sẽ phải làm gì để lợi dụng
được ưu thế của CNSH và chuẩn bị cho công cuộc đó như thế nào?
Tổng luận này xem xét một cách tổng quát các xu hướng toàn cầu trong CNSH. Do
khuôn khổ có hạn, ở đây chỉ đề cập đến hướng phát triển của CNSH trong các lĩnh vực

y tế, sản xuất nông, lâm, thủy sản, công nghiệp. Những xu hướng này được đề cập
cùng với sự tham chiếu đến bối cảnh xã hội và kinh doanh. Công cụ chủ yếu được
dùng để thu thập và hiểu biết thông tin là “quan sát tương lai” (Futurewatch).













2.1. Quan sát tương lai là gì?
Quan sát tương lai (QSTL) có thể được coi là một thiết bị “rađa”- một phương tiện
để “quét” (Scanning), dò tìm một cách hệ thống những tín hiệu cần thiết. Việc quét tín
hiệu này thường được các tổ chức và các ngành thực hiện, nhưng ngày càng được các
Chính phủ ưa dùng để có được những thông tin giúp tăng cường hiểu biết và tư vấn,
nhằm đưa ra các quyết định kịp thời, có chất lượng, để có khả năng quản lý được
những bất định của tương lai.
QSTL thông thường bao hàm việc thu thập các thông tin. Nó không chỉ bám sát những
xu hướng trên thế giới về khoa học, kinh doanh và xã hội, mà còn phải theo dõi các sự kiện
nằm ngoài các lĩnh vực quan tâm trực tiếp. Mục đích then chốt của QSTL là nhận dạng
những mô thức hoặc sự kiện mới hoặc khác biệt, có thể là những dấu hiệu báo trước những
biến đổi quan trọng sau này. QSTL đặc biệt cần cho lĩnh vực như CNSH, là lĩnh vực có lộ
trình phát triển phức tạp và có nhiều tiềm năng đem lại những biến đổi sâu rộng cho nền
kinh tế, môi trường và xã hội. QSTL sẽ cung cấp thông tin cảnh báo sớm về những thay đổi

quan trọng, hoặc thậm chí cả những gì không bị thay đổi.
Việc nghiên cứu quá khứ để xác định các mô thức biến đổi có thể xảy ra trong
tương lai là một cách tiếp cận hữu ích để phát hiện các mô thức thay đổi. Kỹ thuật này

CNSH

Nông, lâm và
thuỷ sản

Công nghiệp và
môi trường


Y tế

An ninh và
quốc phòng

An ninh
và quốc
phũng

Y học
tái sinh

Y học
sinh sản

Nâng
cao

12
bắt nguồn từ phương pháp mà các nhà phân tích sử dụng để có được những hiểu biết
về lịch sử vĩ mô, khảo cổ học và sinh thái. Bảng dưới đây nêu ra các cột mốc đáng chú
ý trong quá trình phát triển của CNSH.

Các cột mốc lịch sử trong quá trình phát triển của CNSH
Phát minh khoa học
ứng dụng
trong ngành
Y tế
ứng dụng
trong sản
xuất Nông,
lâm, thủy sản
ứng dụng
trong Công
nghiệp và
môi trường
ứng dụng
trong An
ninh/quốc
phòng
1985-Mendel phát
minh ra các định luật

di truyền




1900-Phát hiện lại các
công trình của
Mendel




1928-Fleming phát
minh ra tính chất tiêu
diệt mầm bệnh của
Penecilin




1944-Lần đầu tiên
thực hiện thành công
thụ tinh trong ống
nghiệm
1942-Sản
xuất penicilin
quy mô lớn.

1952-Nhân bản vô
tính tế bào phôi ếch
bằng truyền hạt nhân,
tạo thành nòng nọc
1953-Watson và
Crick mô tả cấu trúc
chuỗi xoắn kép của
ADN

1950-Thụ
tinh nhân tạo
vật nuôi bằng
tinh trùng
đông lạnh.
1950-Sử
dụng enzym
để sản xuất
chất tẩy rửa.

1960-Phát minh ra
ARN thông tin
(mRNA)




1972-Lần đầu tiên sản
xuất được ARN tái tổ
hợp
1976-77-Phát triển

các phương pháp lập
chuỗi ADN
1976-Công ty
CNSH thương
mại đầu tiên
được thành lập
(Genetech)
1978-Dược
phẩm ADN
tái tổ hợp đầu
tiên được tiếp
thị: Insulin
cho người.
Đứa trẻ được
thụ tinh trong
ống nghiệm
Thập kỷ 70-
R&D về
nhân giống
trai, cá trích
đã tạo cơ sở
cho ngành
thuỷ sản Niu
Dilân.



13
đã được sinh
tại Anh.

1985-Sáng chế ra
phản ứng chuỗi
polyme (PCR)
Thập kỷ 80-
Văcxin ADN
tái tổ hợp
được phép
dùng cho
người.
1984-Cừu
được nhân
bản từ phôi
non: lần đầu
tiên kiểm
định việc
nhân bản vô
tính ở động
vật có vú.
Thập kỷ 80-
Sản xuất
etanon sinh
học quy mô
lớn tại
Braxin.
1984-Phát
triển kỹ thuật
“vân tay”
AND.
1986-Lần đầu tiên
phát triển được công

cụ lập chuỗi ADN tự
động
1989-Lần đầu
tiên thực hiện
phép chẩn
đoán gen
trước khi cấy
ghép (PGD)
để nhận dạng
các bệnh liên
quan đến
nhiễm sắc thể
X.
Thập kỷ 80-
Văcxin ADN
tái tổ hợp
được phép
dùng cho
động vật
1985-86-Lần
đầu tiên thử
nghiệm trên
thực địa thực
vật biến đổi
gen (GM)
chống được
virus, sâu
bệnh và vi
khuẩn.

1990-Bắt đầu thực
hiện Dự án Hệ gen
Người
1998-Nuôi cấy trong
phòng thí nghiệm tế
bào gốc từ phôi người
1999-Hoàn thành việc
lập chuỗi nhiễm sắc
thể người
1992-Đã phát
triển phương
pháp bơm
tinh trùng vào
noãn để khắc
phục trường
hợp vô sinh.
1998-Sự nổi
lên của các
liệu pháp dựa
vào gen:
Thuốc chữa
ung thư vú
Herceptin đã
được FDA
chuẩn y sử
dụng.
1994-Loại cà
chua GM
(FLAVRSV

R) lần đầu
tiên được đưa
ra thị trường-
Kết cục bị
người tiêu
dùng tẩy
chay
1996-Các sản
phẩm CNSH
thực vật của
Monsanto
được gieo
trồng để
thương mại
1996-nhân
bản vô tính
thành công
cừu
Thập kỷ 90-
tạo ra quy
trình sản xuất
bằng phương
pháp lên men
một khâu


14
Dolly từ tế
bào trưởng
thành (nhận

được nhờ quá
trình truyền
hạt nhân).
2000-Hoàn thành
phiên bản dự thảo
bản đồ Hệ gen Người
2001-Nhận dạng được
giao thoa ARN
(RNAi).
- Lần đầu tiên nhân
bản vô tính phôi
người từ tế bào cơ thể
2003-Công bố phiên
bản hoàn thiện của hệ
gen người.
- Tổng hợp được hệ
gen virus từ A-Z.
2001-FDA
chuẩn y liệu
pháp dựa vào
gen để chữa
bệnh bạch cầu
2003-ứng
dụng đầu tiên
của gen dược
học trên thị
trường (xét
nghiệm bằng
chip gen đối
với enzym

trao đổi chất
dược phẩm.
1997-2004-
16% các dược
phẩm mới
được sản xuất
là dựa vào
CNSH.
2002-Nhân
bản vô tính
trâu bò phục
vụ thương
mại.
2003-Cargill
Dow đưa ra
thị trường
sản phẩm
chất dẻo sinh
học 100% tái
tạo, được sản
xuất bằng
thiết bị tinh
chế sinh học
nguyên mẫu.
2001-Hệ
thống nhận
dạng sinh
trắc cho ga
sân bay và
kiểm soát

biên giới.

Có 4 loại thay đổi mà ta có thể nhận dạng thấy ở lịch sử và tương lai của CNSH.
 Những đổi mới ở trong phạm vi một hệ thống
Những loại hình thay đổi này xảy ra nhờ có sự tiến bộ hoặc sự tăng tốc diễn ra
trong phạm vi một hệ thống. Mặc dù có sự quảng cáo rùm beng về bản chất cách
mạng của CNSH, nhưng trên thực tế phần lớn những thay đổi đều thông qua quá
trình phát triển gia tăng (Incremental). Ví dụ, dữ liệu về hệ gen, cứ sau 18 tháng
lại tăng lên gấp đôi.
 Những thay đổi về khuôn mẫu (Paradigm)
Dựa trên cơ sở này cũng có thể thấy được sự thay đổi ngẫu nhiên, xảy ra dưới
hình thức những thay đổi khuôn mẫu. Những thay đổi này có xu hướng trở thành
các sự kiện biến đổi. Chúng không nhất thiết diễn ra với tốc độ nhanh, nhưng có
những ảnh hưởng sâu rộng, mang tính hệ thống và chính vì vậy mà nó có ý nghĩa
quan trọng đối với Chính phủ. Một ví dụ về sự thay đổi khuôn mẫu có liên quan
đến CNSH, đó là có thể sẽ nổi lên một đạo lý môi trường, phản ánh những giá trị,
theo đó con người là một bộ phận của tự nhiên, chứ không phải là trung tâm của
tự nhiên như vẫn lầm tưởng trước đây.
 Sự phá vỡ hệ thống
Những thay đổi này bao gồm sự đổ vỡ/phá vỡ/tiêu huỷ đối với hệ thống. Những
phần tử quan trọng của hệ thống bị phá vỡ, hoặc bị xoá sổ, không có gì bổ sung vào

15
cho hệ thống. Ví dụ, sự ngăn chặn phát triển các cây trồng GM ở châu Âu do mối lo
ngại của người dân về những tác động tiêu cực của chúng.
 Những thay đổi ở sự phụ thuộc lẫn nhau
Biểu thị sự thay đổi trong mối quan hệ giữa các phần tử của hệ thống. Ví dụ, xu
hướng tiến tới việc thử nghiệm dược phẩm thông qua các kỹ thuật dựa vào hoá chất và
máy tính, chứ không dùng cơ thể động vật và người. Tương tự như những thay đổi
khuôn mẫu, loại hình thay đổi này có thể có những hàm ý quan trọng đối với Chính

phủ.

2.2. Những nhân tố ảnh hưởng tới tốc độ phát triển của CNSH
2.2.1. Khái quát
Có thể xếp các nhân tố có ảnh hưởng tới sự phát triển của CNSH thành 2 nhóm:
(1) Những động lực toàn cầu
Đây là những nhân tố quan trọng đem lại sự thay đổi. Những nhân tố này bao gồm:
toàn cầu hoá, những thay đổi về nhân khẩu học, tính bền vững của môi trường và
những sự kiện có tác động lớn chưa lường trước được, chẳng hạn sự nổi lên của virus
SARS;
(2) Hoàn cảnh môi trường xung quanh
Bao gồm những nhân tố đặc thù hơn đối với CNSH, chẳng hạn như quan điểm của
quần chúng đối với công nghệ GM, cơ chế quản lý đối với CNSH, thị trường vốn để
kinh doanh CNSH.

CNSH đang trở thành một bộ phận cấu thành của đời sống hàng ngày trong xã hội
đương đại, được sử dụng ngày càng nhiều trong công tác chăm sóc sức khoẻ, sản xuất
lương thực và hỗ trợ các ngành nông, lâm, thuỷ sản. Nhưng mối liên quan xã hội của
nó còn sâu sắc hơn. Vì CNSH có quan hệ với các quá trình cơ bản của sự sống và là
Những nhân tố ảnh hưởng tới sự phát triển của CNSH

Các yếu tố đạo đức,
văn hoá, tinh thần


CNSH

Tiến bộ khoa học

Các yếu tố liên
quan đến Chính
phủ và chính trị

Kinh doanh
và đầu tư

Thị trường
và thương mại

Các luật định trong
nước và quốc tế

16
một loạt các công cụ có những tiềm năng to lớn nên nó thường động chạm đến những
giá trị cốt lõi, có ý nghĩa đối với nhân loại và thế giới.
Khi xem xét về những giá trị và quan điểm có tác động tới sự phát triển của CNSH,
điều đầu tiên mọi người nghĩ đến là những mối lo ngại ở mức độ khác nhau của người
dân đối với GM và việc ứng dụng nó trong sản xuất lương thực/thực phẩm. Tuy nhiên,
có một khung cảnh rộng lớn hơn. Những giá trị và niềm tin cũng được biểu hiện ở
động lực của các nhà khoa học nhằm phát minh ra tri thức mới, của các nhà phát triển
nhằm tìm ra giải pháp cho các vấn đề và mở rộng kinh doanh, sự cấp bách phải tìm ra
các biện pháp điều trị, nhu cầu khám phá về di sản gen và tinh thần trách nhiệm đối
với môi trường và quyền lợi của động vật. Tập hợp các yếu tố này có ảnh hưởng mạnh
mẽ tới CNSH: Đôi khi nó là tác nhân tăng tốc, đôi khi nó kìm hãm và đôi khi nó chỉ ra
những hướng đi mới.
 Các nhân tố liên quan tới chính trị và Chính phủ
Ví dụ về một xu hướng
Các Chính phủ có quan điểm dân chủ xã hội đã vươn tới phương thức quản lý cởi
mở hơn đối với CNSH, không như thái độ trước đây đối với những phát minh khoa
học và công nghệ (KH&CN) mới nổi lên. ở cách tiếp cận này, Chính phủ coi vai trò
của mình là thúc đẩy việc học tập liên tục, điều chỉnh các lợi ích và giảm bớt những
nguy cơ có khả năng xảy đến khi mọi thứ còn ở tình trạng bất định. Ví dụ, Chính phủ
T. Blair đã áp dụng cách tiếp cận “Con đường thứ ba” (Third Way), kết quả là sự hình
thành một số Ban, Hội đồng và các diễn đàn tranh luận, nhằm thu hút sự tham gia của
tất cả các đối tượng hữu quan. Những cách tiếp cận tương tự đang được tiến hành ở
châu Âu, Canađa, Ôxtrâylia và Niu Dilân.
Một đặc điểm quan trọng của xu hướng này là sự liên kết chặt chẽ giữa các quốc gia
và hệ tư tưởng xã hội và chính trị của họ. Mối bất đồng giữa châu Âu và Mỹ trong
quan điểm đối với cây trồng GM là một lĩnh vực mà sự khác biệt này biểu lộ rất rõ nét:
châu Âu ủng hộ cách tiếp cận thận trọng và bao hàm, còn Mỹ ủng hộ những quyết
định dựa chủ yếu vào khoa học.
 Những nhân tố đạo đức, văn hoá và tinh thần

Ví dụ về một xu hướng: Mở rộng phạm vi các vấn đề đạo đức
10-15 năm trước, mối lo ngại về đạo đức liên quan đến CNSH thường chỉ bó hẹp ở
những vấn đề xoay quanh các cá nhân, chẳng hạn như những bệnh nhân được điều trị
bằng CNSH, các động vật và phúc lợi của chúng, các nhà khoa học và đạo đức nghiên
cứu. Ngày nay, phạm vi của các vấn đề đạo đức CNSH trở nên rộng hơn, không chỉ là
phúc lợi và quyền của từng cá nhân, mà của cả cộng đồng và môi trường.
Xét ở phương diện nào đó, sự mở rộng phạm vi các vấn đề đạo đức như trên là hết
sức tự nhiên, khi CNSH hiện đại có vai trò và ảnh hưởng to lớn hơn nhiều. Nếu như
trước đây, CNSH chủ yếu là công cụ ở các phòng thí nghiệm, thì ngày nay, nó đã vươn
ra các sản phẩm và dịch vụ của đời sống hàng ngày. Có thể, nó cũng là biểu hiện của
sự thay đổi quan điểm đạo đức xã hội, hoặc là sự mở rộng các nguyên tắc đạo đức hiện
hành (lấy con người làm trung tâm) hoặc như một cách tiếp cận mới, lấy môi trường
làm tâm điểm.



17
 Những nhân tố thị trường và thương mại
Ví dụ về một xu hướng
Mối lo ngại về tác động tới sức khoẻ và môi trường của công nghệ GM (đặc biệt là các loại
lương thực/thực phẩm GM) đã nổi lên mạnh mẽ ở châu Âu vào thập kỷ 90 (song song với
việc sản xuất các loại cây trồng GM). Kể từ đó, nó đã phát triển thành quan điểm chung của
phần lớn các quốc gia phát triển. Quan điểm này thể hiện mạnh nhất là ở châu Âu và Nhật
Bản, còn ở các nước khác ở mức độ thấp hơn, chẳng hạn như Mỹ.
Quan điểm của công chúng đối với bộ phận CNSH không liên quan đến GM chưa
được khảo sát nhiều, nhưng nhìn chung cũng theo mô thức tương tự. Những ứng dụng
có quan hệ tới vấn đề an toàn cho con người và giá trị đạo đức cũng tạo ra mối lo ngại
trong xã hội. Một cuộc khảo sát ý kiến công chúng được tiến hành gần đây ở Mỹ cho
thấy rằng đa số mọi người tin tưởng CNSH sẽ đem lại các lợi ích trong tương lai,
nhưng phần lớn trong số họ cũng lo ngại về những ảnh hưởng có hại tiềm ẩn của nó.

 Nhân tố kinh doanh và đầu tư
Ví dụ về một xu hướng
Kể từ khi “quả bong bóng” CNSH nổ vỡ vào năm 2000, sự đầu tư của khu vực tư
nhân đã bị giảm sút. ở châu Âu, việc đầu tư chỉ tập trung cho những công ty sáng giá
nhất; ít có các quỹ đầu tư chuyên về CNSH ở khu vực này; sự cạnh tranh để giành
được sự tài trợ cho giai đoạn đầu diễn ra khốc liệt. Ngành CNSH châu Âu mang tính
chắp vá, thiếu hệ thống, với nhiều công ty nhỏ không có đủ tiềm lực để hoạt động kinh
doanh. Đây là môi trường không thuận lợi để hội nhập hoặc thu nạp các doanh nghiệp
nhằm tạo dựng sức mạnh, tăng cường quy mô. Trái lại, ở Mỹ có những nguồn vốn đa
dạng và thị trường rất phát triển; đã có những dấu hiệu cho thấy niềm tin của nhà đầu
tư đang bắt đầu khôi phục trở lại.
Các doanh nghiệp CNSH đặt ra thách thức riêng cho các nhà đầu tư, vì họ cần phải
có nhiều thời gian mới có thể đem lại lợi nhuận. Vào thời điểm họ tìm kiếm đầu tư, tài
sản đáng kể duy nhất của họ là các bằng sáng chế. Bởi vậy, không thể đánh giá doanh
nghiệp bằng các tiêu chí truyền thống. Để khắc phục tình trạng này, hiện đang có mối
quan tâm ngày càng tăng đối với việc tìm ra các kỹ thuật đánh giá đặc thù cho CNSH,
ví dụ, có tính đến mức độ rủi ro ở mỗi giai đoạn phát triển công nghệ.

2.3. ảnh hưởng của tiến bộ khoa học tới sự phát triển của CNSH
Phần lớn các bộ môn sinh học hiện nay đều ít nhiều liên quan đến CNSH. Tương tự
như vậy, phát kiến khoa học ở những lĩnh vực không thuộc CNSH cũng sẽ có ảnh
hưởng quan trọng tới CNSH. Bởi vậy, để xác định xu hướng của CNSH cần phải theo
dõi tình hình phát triển ở nhiều lĩnh vực.
2.3.1. Bối cảnh
Một trong những lĩnh vực nghiên cứu lớn nhất của sinh học ở nửa đầu của thế
kỷ trước là tìm hiểu cơ sở sinh học của di truyền. Sau khi phát hiện ra ADN là
vật liệu di truyền, nhiều nỗ lực đã được thực hiện để đi sâu vào quá trình này và
tìm hiểu cách thức mà thông tin di truyền chuyển hoá thành protein và cách thức
tế bào và cơ thể thực hiện chức năng ở cấp phân tử. Mảng nghiên cứu này vẫn
đang được tiến hành và sẽ tiếp tục là nguồn phát minh ở những thập kỷ tới. Gần

đây, các công ty tư nhân đã ý thức được giá trị trước mắt của CNSH và đã có
ảnh hưởng lớn đến phương thức tiến hành và tài trợ cho một số bộ môn khoa

18
học. Điều này được minh hoạ hùng hồn bằng việc hoàn thành nhanh chóng Dự
án Hệ gen Người.
Hệ gen Người và các dự án tương tự đã đem lại một khối lượng dữ liệu khổng lồ, sự
hoà nhập các bộ môn khoa học truyền thống và sự phát triển các kỹ thuật và công nghệ
mới. Những yếu tố này giúp đẩy nhanh quá trình phát triển, nhưng cũng tạo ra những
vấn đề liên quan đến phương pháp để phân tích và diễn giải một cách hiệu quả toàn bộ
lượng thông tin thu được.
2.3.2. Động lực
Động lực then chốt trong khoa học là những nhà khoa học. Có vô số nhân tố tạo
động lực cho họ, nhưng quan trọng nhất là khát vọng hiểu biết hoạt động của tự nhiên
bằng cách đề ra những câu hỏi đầy thách thức và tìm cách giải đáp chúng. Những loại
câu hỏi này và cách thức mọi người tìm kiếm lời giải đáp hình thành nên quá trình
phát minh.
Sinh học phân tử trước đây đã áp dụng cách tiếp cận quy giản (Reductionist)-tức là
nhận dạng những cấu phần sinh học cơ bản của tế bào rồi từ đó tạo dựng nên những
kiến thức mới. Điều này đã giúp đem lại sự hiểu biết phong phú, nhưng cũng làm bật
lên những khiếm khuyết lớn trong kiến thức, chẳng hạn như vẫn chưa biết được có bao
nhiêu cấu phần tương tác với nhau. Những bước phát triển công nghệ gần đây đã giúp
các nhà nghiên cứu thu thập nhanh chóng một khối lượng thông tin to lớn về gen,
protein, sự biến đổi tế bào v.v… Nhiệm vụ đặt ra bây giờ là làm thế nào để tích hợp tốt
nhất toàn bộ những dữ liệu đó và tìm ra ý nghĩa ẩn chứa của chúng.
2.3.3. Hướng chú trọng của tương lai
Xem ra, đã có sự đồng thuận rằng xu hướng hiện tại trong việc tạo công nghệ cơ sở
sẽ đẩy nhanh hơn quá trình thu thập dữ liệu. Các dụng cụ phân tích trong CNSH sẽ
ngày càng được tăng cường sử dụng ở các thiết bị hoạt động song song và lưu động.
Những xét nghiệm có thể được thực hiện với tốc độ chậm hiện nay ở phòng thí nghiệm

chuyên ngành sẽ được phân tích hàng loạt, ngay tại chỗ và tức thời (chẳng hạn như
“vân tay” ARN, tình trạng bệnh tật của từng cá nhân, và các môi trường đa dạng (hệ
thống tiêu hoá động vật, đất và nguồn nước, các chất ô nhiễm và khu vực ô nhiễm).
Các thiết bị sàng lọc (Screening) năng suất cao, rôbôt học, kính hiển vi tự động, các
công nghệ chụp ảnh tiên tiến, thiết bị xử lý dữ liệu quy mô lớn sẽ được sử dụng rộng
rãi. Những dụng cụ đó có vai trò quan trọng để khám phá cách thức thực hiện chức
năng của tế bào và cơ thể. Người ta gọi đó là khuôn mẫu dàn hàng (Array Paradigm).
Cách tiếp cận này hiện đã được áp dụng ở những lĩnh vực khác, chẳng hạn như
trong việc phát triển ADN hoặc các chip gen và trong tinh thể học protein, đem lại
những phương thức nhanh hơn và rẻ hơn để thực hiện các công trình khoa học đòi hỏi
phải làm đi làm lại. Có nhiều khả năng là cách tiếp cận này sẽ được áp dụng cả ở
những lĩnh vực khác nữa, như việc kết hợp các loại dược phẩm hiện hành để tìm ra
cách chữa trị tốt hơn cho những bệnh đặc thù và tìm ra điều kiện tăng trưởng thích hợp
cho những vi khuẩn hiện vẫn chưa nuôi cấy được.
Những tiến bộ thực sự sẽ được tạo ra bởi những nơi có nhiều năng lực nhất trong
việc rút lấy tri thức từ những mảng dữ liệu liên quan. Khoa học là mang tính kết năng
và sự phát triển ở những lĩnh vực khoa học khác sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng đối
với CNSH và ngược lại. Ví dụ hùng hồn cho thấy tính kết năng này là những kết quả
nhận được nhờ sự tham gia của toán học và thống kê học vào quá trình phân tích thông

19
tin hệ gen, hoặc việc các phần tử đánh dấu gen và lập chuỗi gen đã được áp dụng để
nghiên cứu khả năng bùng phát bệnh tật.
2.3.4. Những thách thức trong tương lai
Hướng chú trọng của tương lai đặt ra những thách thức. CNSH có thể áp dụng rất nhanh
chóng các công cụ và công nghệ mới để đem lại hoặc phân tích thông tin, nhưng người sử
dụng phải ý thức được những giới hạn và giả định của các kỹ thuật này, nếu không chúng sẽ
kìm hãm sự tiến bộ trên thực tế của R&D. Một ví dụ minh hoạ cho hiện tượng này là có
một số kết quả ban đầu nhận được nhờ sử dụng cách tiếp cận dàn hàng đã không có khả
năng lặp lại, hoặc rất khó diễn giải thông tin. Một congxoocxiom của các nhà nghiên cứu

hiện đang phát triển những thủ tục tiêu chuẩn để hướng dẫn thiết kế các thử nghiệm và diễn
giải dữ liệu. Lưu ý này cũng cần được xem xét cho các phát triển công nghệ khác.
Có vô số bài toán hóc búa đặt ra cho sinh học, nhưng có một số bài toán quan trọng
đang có khả năng giải được trong vòng 15 năm tới, bao gồm:
 Bộ não người hoạt động như thế nào? Đây được coi là thách thức lớn cho sinh
học ở thế kỷ XXI. Do tính phức tạp của bộ não người nên bài toán này sẽ chưa
giải được trong vòng 15 năm tới, nhưng dự đoán sẽ có được những bước tiến
lớn trong hiểu biết về nó;
 Làm thế nào mà một loài thú có vú, chứa hàng tỷ tế bào, lại có thể phát triển từ
một trứng được thụ tinh? Mặc dù đây là lĩnh vực đã có bề dày nghiên cứu trên
100 năm, nhưng vẫn còn những khoảng trống lớn trong hiểu biết về quá trình
phát triển này;
 Sự lão hoá diễn ra như thế nào? Những nghiên cứu đáng kể về phân tử và môi
trường hiện đang được tiến hành trong lĩnh vực này;
 Mạng gen và mạng protein hoạt động như thế nào? Ta biết rằng các gen và
protein không hoạt động riêng lẻ, nhưng vẫn còn hiểu biết hạn chế về hoạt động
phối hợp của chúng trong mạng lưới;
 Làm thế nào mà hệ miễn dịch “nhớ” được những lây nhiễm? Cơ thể có thể
“nhớ” được những loại lây nhiễm trước đây và nhanh chóng huy động khả năng
phòng vệ để chống lại bệnh đó sau nhiều năm. Nhiều vấn đề y học có liên quan
đến hệ miễn dịch, vì vậy hiểu biết về nó có vai trò trung tâm để nghiên cứu y
học và hoàn thiện công tác chăm sóc sức khoẻ.
Những bài toán này vẫn chưa giải được, chủ yếu là do thiếu công cụ (cả kỹ thuật lẫn
khái niệm) để xác định chính xác vấn đề. Những công cụ này hiện đang trong quá trình
phát triển.
2.3.5 Những xu hướng lớn của bộ môn sinh học
Có 3 xu hướng lớn như sau:
 Gia tăng tính phức tạp của khoa học nói chung và của sinh học nói riêng;
 Sự hội tụ, hoặc tương tác gia tăng giữa các bộ môn khoa học khác nhau;
 Nhu cầu gia tăng đối với các phương pháp nhận dạng và chẩn đoán ở một loạt

các ứng dụng CNSH.
2.3.5.1. Sự gia tăng tính phức tạp
Sinh học là một bộ môn phức tạp. Có khả năng là sinh học phân tử và sinh học tế
bào sẽ đi theo tiến trình tương tự như các bộ môn thực vật và động vật ở thế kỷ trước.

20
Các bộ môn này đi từ mức đơn giản là nhận dạng và mô tả các loài rồi tiến tới các cách
tiếp cận sinh thái, bao hàm việc nghiên cứu mối tương tác giữa các loài và môi trường.
Cách tiếp cận như vậy chắc chắn sẽ cho ta thấy chức năng tế bào thực sự phức tạp đến
thế nào. Giống như cách tiếp cận sinh thái, cách tiếp cận các hệ phân tử sẽ giải đáp
được một số câu hỏi, nhưng cũng đưa lại nhiều câu hỏi hơn. Tuy nhiên, nó cũng giúp
phát triển hoặc hoàn thiện các ứng dụng CNSH.
Một vấn đề then chốt đối với sinh học ở thế kỷ XXI là hiểu được sự điều chỉnh phân
tử ở cấp mạng lưới. Giống như trường hợp dữ liệu chuỗi hệ gen đã cho thấy, những dữ
liệu lớn đang nhanh chóng được đưa ra. Tuy nhiên, tìm ra được ý nghĩa của tất cả
những loại thông tin này là một vấn đề lớn. Gen không mấy khi là sản phẩm cuối cùng
mà CNSH quan tâm, chính protein và các sản phẩm khác do gen tạo dựng nên mới là
quan trọng. Protein hoạt động ở các mạng lưới cực kỳ phức tạp, bởi vậy nếu thuần tuý
áp dụng phương thức quy giản thì chưa chắc hiểu được chúng. Sinh học hệ thống (sẽ
đề cập sau) bổ sung một cách hiệu quả (chứ không thay thế) cho phương thức này.
Mức đơn vị của nghiên cứu sinh học cũng đang thay đổi; càng ngày càng chú trọng vào
mô hoặc sinh vật cũng như các cấu phần tế bào. Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF, Mỹ) đã đề
ra một sáng kiến lớn có tên là “Biocomplexity”-Tính phức tạp sinh học-để khuyến khích
các nhà nghiên cứu liên ngành đi sâu khám phá, tìm hiểu những cấu trúc phức tạp của sinh
học. Họat động này có khả năng sẽ ảnh hưởng tới một số nghiên cứu liên quan đến CNSH.
Việc tìm hiểu tính phức tạp của tế bào sẽ liên quan đến sự phát triển những công cụ
và kỹ thuật mới để phân tích tỷ mỷ những tuyến gen và tế bào, cũng như những
phương pháp mới để tổng hợp thông tin đó.
2.3.5.2. Sự hội tụ các bộ môn khoa học
Sự hội tụ và liên kết giữa các bộ môn khoa học vẫn tiếp tục diễn ra. Điều này không

phải là mới mà hết sức bình thường trong quá trình đi lên của khoa học. Ví dụ, sinh
học phân tử được hình thành bởi sự hoà nhập vật lý và sinh học. Những lĩnh vực khoa
học tổng hợp mới, chẳng hạn như tin-sinh học và công nghệ nanô cũng đem lại những
vận động sáng tạo. Nhiều chương trình tài trợ nghiên cứu cấp quốc gia và quốc tế hiện
nay đang thúc đẩy sự cộng tác xuyên ngành để khuyến khích phát triển những ứng
dụng mới trong khoa học.
Tuy nhiên, một điều quan trọng cần lưu ý rằng sự hội tụ và cộng tác không nhất
thiết nói lên rằng chỉ các nhóm liên ngành lớn, được tài trợ mạnh mới tạo ra các đột
phá. Như lịch sử phát triển khoa học cho thấy, có những nhóm nghiên cứu nhỏ, thực
hiện việc thiết kế và tiến hành những thí nghiệm xuất sắc, hoặc phát triển các lý thuyết
mới cũng có khả năng mang lại ảnh hưởng tầm cỡ như những nhóm lớn.
2.3.5.3. Nhu cầu gia tăng các dụng cụ chẩn đoán
Có một nhu cầu ngày càng tăng đối với các dụng cụ và kỹ thuật để nhận dạng mối liên
kết gen đặc thù của các đặc trưng, các loại tế bào, hoạt động của tế bào hoặc mô, mầm bệnh,
tính đa dạng của các loài v.v… Cũng có nhu cầu tương tự đối với các phương pháp chẩn
đoán và theo dõi điều kiện sinh lý hoặc môi trường, hoặc phát hiện các chất đặc thù. Những
cách thức chẩn đoán như vậy hiện đã được sử dụng rộng rãi, nhưng vẫn còn tồn tại bất cập
lớn giữa cung và cầu. Điều này có thể được làm nổi bật lên, với sự tích tụ các dữ liệu hệ gen
(mà các cách chẩn đoán cung cấp phương tiện để sàng lọc các thông tin này) và sự nhận
thức gia tăng về tầm quan trọng mà những khác biệt gen có thể biểu hiện ở một số trạng thái
bệnh tật và một số loài sâu bệnh. Tuy nhiên, có những yếu tố phức tạp cần phải cân nhắc

21
đến. Ví dụ, sự phát triển của các phần tử đánh dấu để chẩn đoán chính xác có thể cần đến sự
kết hợp dữ liệu phân tử với các tri thức về các nhân tố môi trường, chẳng hạn như món ăn
hay các nhân tố về lối sống. Những nhân tố này có thể làm biến đổi ảnh hưởng gen.
Sự phát triển của các phần tử đánh dấu gen đối với các vi khuẩn và các loài khác cũng
đang trở thành một khía cạnh quan trọng để theo dõi môi trường. Với triển vọng dân số gia
tăng và những thay đổi khí hậu và môi trường, sẽ có sự lan truyền các căn bệnh hiện có và
phát sinh những bệnh mới, kể cả các bệnh xuyên biên giới của các loài (như Ebola, AIDS

và SARS). Để phát hiện và nhận dạng chúng cần phải có các phương pháp chẩn đoán tốt
hơn, khả năng tầm soát mạnh hơn, cũng như cần tăng cường nghiên cứu phân loại học và
sinh thái học để hỗ trợ khả năng nắm bắt và nhận dạng bệnh và các loài lan truyền chúng.
Các phương pháp chẩn đoán tầm soát ở quy mô lớn cũng cần phải xây dựng để đối phó với
những nguy cơ xảy đến cho nền nông nghiệp.

2.4. Một số lĩnh vực khoa học cần quan tâm theo dõi
2.4.1. Sinh học tế bào
Sinh học tế bào sẽ tiếp tục đóng vai trò trụ cột cho CNSH. Bộ môn này nghiên cứu
hoạt động của các phân tử trong tế bào, chúng chuyển động trong đó ra sao, thâm nhập
và ra khỏi tế bào như thế nào; cách thức các tế bào vận động và tương tác với các tế
bào khác; cách thức tế bào hiểu và phản ứng với thông tin từ môi trường; cách thức tế
bào và các cấu phần của nó được tạo thành và phá huỷ ra sao?
Ta đã hiểu được một số cấu trúc tế bào và các đường hoá sinh, nhưng vẫn còn nhiều thứ
nữa chưa được biết. Có vô số thông tin về các cấu phần tế bào và về tổ chức của chúng,
nhưng cho dù đã trải qua trên 100 năm nghiên cứu nhưng ta vẫn chưa hiểu được chi tiết
cách thức hoạt động của tế bào ở phương diện tổng thể, thậm chí chỉ đơn giản là trường hợp
của vi khuẩn. Việc hoàn thiện kiến thức về hoạt động của tế bào sẽ đóng vai trò quan trọng
để phát triển các CNSH mới và những ứng dụng tinh tế hơn.
Những phát minh trong sinh học tế bào tiếp tục cung cấp những khả năng mới để
phát triển thành CNSH, ví dụ:
 Việc hiểu được cách thức tế bào nhận biết những vi sinh vật tấn công nó sẽ đem
lại các liệu pháp mới, chẳng hạn như kháng sinh;
 Việc hiểu được cách thức tế bào tạo ra số lượng nhiều hơn những tế bào cần
thiết và làm thế nào để kiểm soát sẽ giúp hoàn thiện liệu pháp chống ung thư;
 Việc hiểu được nhân tố nào kiểm soát sự tăng trưởng và chuyên biệt hoá của tế
bào gốc có thể đem lại những ứng dụng trị liệu quan trọng;
 Việc hiểu được cách thức điều chỉnh của gen và các đường hoá sinh sẽ giúp
đem lại các kỹ thuật GM tiên tiến hơn;
 Việc hiểu được cách thức tế bào cảm nhận môi trường và cách thức sử dụng các

quy trình này để tạo ra cảm biến sinh học có thể đem lại những ứng dụng trong
phạm vi rộng;
 Việc hiểu được các “giàn giáo” (Scaffold) phân tử và motor ở trong tế bào hoạt
động cùng với nhau như thế nào có thể sẽ làm cơ sở cho những ứng dụng sinh
học của công nghệ nano ở nửa thế kỷ tới;
Nghiên cứu sinh học tế bào là hết sức cần thiết đối với những nền kinh tế dựa vào
sinh học. Ngành nông, lâm nghiệp thường vẫn chỉ coi tế bào là một “hộp đen” và quản

22
lý nó thông qua các đầu vào và đầu ra. Nếu thiếu hiểu biết sâu sắc và thực tiễn hoạt
động của tế bào thì sẽ rất khó, thậm chí là không thể, để nền nông nghiệp tạo ra được
lương thực và các sản phẩm khác cần thiết ở những thập kỷ tới, khi tình trạng môi
trường được dự báo là sẽ thay đổi khôn lường.
2.4.2. Biểu sinh học
Thoạt đầu người ta cho rằng biết được chuỗi ADN thì có thể giải thích được mọi
điều liên quan đến di truyền. Tuy nhiên, người ta đã nhận ra rằng nếu chỉ biết chuỗi
ADN hoặc ARN thì chưa đủ. Biểu sinh học (đôi khi gọi là “dấu vân” di truyền) là bộ
môn nghiên cứu những đặc trưng không mã hoá ở chuỗi gen mà nhờ mối tương tác của
ADN với các phân tử khác, hoặc giữa các protein. Người ta thường coi đây là hình
thức đặc biệt của “tính di truyền Lamark”. Nó đóng vai trò quan trọng trong phát triển
sinh học, chẳng hạn như trong sự hình thành các tế bào sinh sản. Cũng có những cơ
chế di truyền không bình thường, chẳng hạn như hiện tượng prion, nằm trong phạm vi
của biểu sinh học và người ta tin rằng một số chức năng lưu trữ của hệ thần kinh có thể
là hành vi tương tự như prion.
Có thể so sánh biểu sinh học giống như dàn nhạc được tấu từ các bản nhạc bè (trong
trường hợp này là hệ gen). Trạng thái “biểu sinh học” của dàn nhạc là cách bài trí,
phòng trang âm, chất lượng dụng cụ, kỹ năng nhạc công và quan trọng hơn là cả người
chơi solo. ảnh hưởng của bản nhạc bè (hệ gen) bị thay đổi bởi những hạn chế và thiên
lệch của cấu trúc xung quanh. Cùng một bản nhạc nhưng có thể đem lại hiệu ứng khác
nhau, tương tự như vậy, cùng một hệ gen nhưng có thể sinh ra những trẻ tương đối

khác nhau.
Tiềm năng ứng dụng
Việc hiểu biết rõ hơn về quá trình biểu sinh sẽ đem lại những ứng dụng thực tiễn.
Một số căn bệnh ở người nguyên do là có sự sai sót trong di truyền, bởi vậy nếu hiểu
được quá trình này thì sẽ tìm ra biện pháp chữa trị. Liệu pháp tế bào gốc và việc tạo ra
các động vật nhân bản vô tính hiện vẫn còn hạn chế, một phần là do thiếu kiến thức và
khả năng kiểm soát biểu sinh học. Do vậy, nếu nắm vững hơn về biểu sinh học thì sẽ
có khả năng kiểm soát tốt hơn và phát triển được các phần tử đánh dấu để lựa chọn các
tế bào ở trạng thái biểu sinh cần thiết.
2.4.3. Sinh học hệ thống
Đây là bộ môn mới, đang nổi, có triển vọng tăng trưởng ở thập kỷ tới để phục vụ
CNSH. Như đã đề cập ở trên, tính phức tạp và sự hội tụ của các bộ môn khoa học ngày
càng gia tăng. Chúng ta đã có trong tay khối lượng dữ liệu khổng lồ, nhưng việc giải
nghĩa chúng hiện đang là vấn đề và đó là hạn chế then chốt để ứng dụng các kiến thức
sinh học. Hiện đang có một trào lưu ngày càng mạnh mẽ trong các lĩnh vực phân tử để
vận dụng cách tiếp cận “từ trên xuống”, nhằm nghiên cứu tế bào và sinh vật. Lĩnh vực
nghiên cứu này được gọi là sinh học hệ thống.
Quan điểm về hiểu biết ở cấp hệ thống trong sinh học đã tồn tại một số năm gần
đây. Sinh thái học và dịch tễ học đều ứng dụng cách tiếp cận này, nhưng “sinh học hệ
thống” là một bước phát triển mới để nghiên cứu phân tử và tế bào. Nó là sự hội tụ của
các bộ môn khoa học mới và hiện có (ví dụ, hệ gen học, hệ gen chức năng học, biến
dưỡng học, toán học, tính toán và thiết kế sinh học), nhằm tích hợp toàn bộ các loại
hình thông tin sinh học (ADN, ARN, protein, mạng, tế bào, mô v.v…). Sinh học hệ

23
thống tích hợp các thông tin này dưới dạng các “môđun phân hệ”, trong đó các nhân tố
quan trọng nằm ở giao diện giữa các môđun.
Sinh học hệ thống không phải là mục đích tự thân mà là phương tiện tổng hợp thông
tin và đề ra giả định về hoạt động của các quá trình tế bào. Những giả định này vẫn cần
được kiểm định bằng thực nghiệm. Tuy nhiên, sinh học hệ thống giúp các nhà sinh học

tinh thông về toán học và các nhà toán học tinh thông về sinh học hợp tác với nhau. Sự
hợp tác và tương tác này có vai trò quan trọng để các nhà sinh học nhận biết được
những giả định và hạn chế của mô hình toán học.
Năm 2003, trường Đại học Harvard do ý thức được tầm quan trọng của cách tiếp
cận hệ thống, nên đã thành lập một khoa mới, chú trọng vào sinh học hệ thống. Nhiều
trường và tổ chức khác trên thế giới cũng đã thành lập Viện Sinh học hệ thống.

Tiềm năng ứng dụng
Sinh học hệ thống sẽ làm xúc tác đem lại những thay đổi cơ bản cho y tế và các lĩnh
vực sinh học nhờ giúp tìm ra ý nghĩa của những dữ liệu sinh học phức tạp. Nó có triển
vọng sẽ tạo cơ sở cho ngành y tế dự phòng, thích hợp với từng cá nhân. Nó có khả
năng tạo điều kiện vượt qua những ách tắc nghiêm trọng trong phát minh và phát triển
liệu pháp, nhờ giúp nhận dạng những quá trình tế bào then chốt.
Sinh học hệ thống cũng giúp tạo ra và đem lại những cơ hội mới cho nông nghiệp
và chăn nuôi, nhờ tăng cường hiểu biết về cách thức tương tác của tế bào, sinh vật với
môi trường.
2.4.4. Các công nghệ nền tảng
2.4.4.1. Biến đổi gen (GM)
Công nghệ GM có mục đích tạo ra các sinh vật có gen được thay đổi một cách nhân
tạo (thường chứa các gen từ loài khác). Điều này thường được thực hiện bằng cách nối
ghép gen với ADN hệ gen nằm trong hạt nhân tế bào trứng mới được thụ tinh. Có thể
dùng các dòng tế bào biến gen để tạo ra các sinh vật GM bằng cách truyền nhân
(Nuclear Transfer) của chúng vào hợp tử (Zygot).
GM không chỉ là phương pháp thuận tiện để đẩy nhanh quá trình nhân giống thực vật và
động vật thông thường. Nó còn là bộ phận quan trọng trong nghiên cứu y học, trong đó bản
chất bệnh tật được khảo sát bằng cách mô phỏng những khiếm khuyết di truyền ở chuột.
Nghiên cứu gen học 30 năm qua đã được hỗ trợ rất lớn nhờ việc sản xuất các sinh vật GM.
Do vậy, công nghệ GM đóng vai trò then chốt trong việc tạo khả năng cho CNSH.
Công nghệ GM gồm 3 cấu phần then chốt:
 Vectơ có chứa vật liệu gen của loài khác;

 Phương pháp cung cấp/dẫn nạp vectơ này vào cơ thể;
 Kiểm soát tình hình biểu hiện của vật liệu gen đưa vào.
Sự lựa chọn các cấu phần này phụ thuộc vào sinh vật mục tiêu và bản chất của việc biến
đổi; rõ ràng, nó có ảnh hưởng tới mức độ thành công của sự biến đổi. Công nghệ GM hiện
nay thường không hiệu quả do không được kiểm soát và không chính xác, nền công nghệ này
có thể đem lại những kết quả không mong muốn. Hiện đang có những công trình nghiên cứu:
(1) Đưa một cách hiệu quả, chính xác, an toàn và ổn định các cải biến gen vào tế bào hoặc cấu
trúc tế bào; (2) Đưa các phức thể gen chứ không chỉ một gen. Theo dự báo, không lâu nữa, sẽ
hoàn thiện được các công nghệ cung cấp và kiểm soát biểu hiện của vật liệu gen.

24
Khả năng đưa những phức thể gen vào sinh vật giúp nạp thêm những đường hoá sinh
mới, chứ không chỉ một đặc điểm gen duy nhất. Điều này có thể giúp đem lại rất nhiều ứng
dụng mới, vì nhiều đặc tính được quan tâm trong nông nghiệp và y học là do nhiều gen tạo
thành.
Một lĩnh vực nghiên cứu đang nổi trong GM là giao thoa ARN (RNAi). Lĩnh vực
này bao gồm việc sử dụng những mẩu ARN nhỏ, có khả năng làm tê liệt chức năng
hoặc giảm mức biểu hiện của gen đặc thù. Nhờ RNAi, các gen được phá vỡ nhanh hơn
và đỡ tốn kém hơn so với phương pháp truyền thống, ngoài ra còn thích hợp với những
ứng dụng năng suất cao, tạo khả năng phân tích mạng gen.
RNAi cũng cho thấy một sự thay đổi khuôn mẫu. Chỉ cách đây vài năm, mọi người
đều cho rằng ARN không tham gia vào chức năng điều chỉnh gen, nhưng hiện nay
RNAi đang được sử dụng rất nhiều để nghiên cứu quá trình điều chỉnh gen. Trong
tương lai, phương pháp này sẽ được dùng trong liệu pháp và các ứng dụng khác.
2.4.4.2. Gen học hoá chất
Gen học hoá chất bao hàm việc sản xuất một số lượng lớn hoá chất có thể gắn kết
với protein; trong quá trình thực hiện việc đó, chúng thể hiện chức năng của protein.
Đây là một bộ môn mới nổi lên nhờ kết quả của Dự án Hệ gen Người. Mục đích của
Gen học hoá chất là sản xuất các hợp chất chỉ gắn kết duy nhất với một protein và làm
tê liệt (“Knock out”), nghĩa là phá vỡ chức năng của nó, đồng thời quan sát được ảnh

hưởng đó. Không như trường hợp làm tê liệt gen, quá trình này có thể làm đảo ngược
và lượng hoá được mức độ gắn kết, nhờ đó nhận được nhiều thông tin hơn về bản chất
của mối tương tác. Những ảnh hưởng có khả năng đảo ngược như vậy cho thấy bước
tiến bộ quan trọng trong nghiên cứu chức năng gen và protein ở toàn bộ các sinh vật.
Điều này đặc biệt có ý nghĩa đối với các động vật lớn, vì nó liên quan đến vấn đề đạo
đức và chi phí.
ở tế bào, các protein hoạt động trong mạng lưới. Nghĩa là một protein có thể ảnh
hưởng tới một số protein khác theo nhiều cách. Mối quan hệ này rất phức tạp và chưa
chắc có thể hiểu được nếu chỉ dựa vào các cách tiếp cận quy giản. Ngoài tính phức tạp
còn có thêm một yếu tố nữa, đó là số lượng protein lớn hơn nhiều so với gen, đồng
thời các nhân tố của biểu sinh học cũng có ảnh hưởng tới hoạt động của gen. Một
thuộc tính then chốt của Gen học hoá chất là khả năng làm nhiễu loạn các mođun hoặc
mạng lưới, giúp quan sát được bức tranh liên quan trực tiếp với protein đặc thù.
Hiện tại, việc nhận dạng đã tương đối dễ dàng, nhưng hiểu được các chức năng của
chúng thì còn khó khăn. Gen học hoá chất sẽ cung cấp phương tiện để phát minh ra
các mẫu thử sinh học mới và linh hoạt. Nhờ nhận dạng được các hợp chất có những
ảnh hưởng kiểu hình (phenotype) hữu ích, cách tiếp cận này có thể giúp chuyển tiếp
nhanh trong quá trình đi từ phát minh đến phát triển và cuối cùng là khâu ứng dụng.
Tiềm năng ứng dụng
Gen học hoá chất là bước then chốt tiếp theo của Sinh học phân tử. Sinh học phân
tử hiện đang lâm vào bế tắc, bởi lẽ mặc dù nó rất thành công trong việc nhận dạng gen,
nhưng lại không tìm ra phương pháp để xác định chức năng gen. Ví dụ, Viện Nghiên
cứu Crown (Niu Dilân) có một cơ sở dữ liệu (CSDL) toàn diện về các loại gen bò ở
trên thế giới (khoảng 21.000 gen trong tổng số 30.000). Tuy nhiên, trong số này chỉ có

25
7.000 gen là được biết về chức năng. Việc ứng dụng CSDL này bị hạn chế bởi thiếu
phương pháp luận để sàng lọc nhanh chức năng. Gen học hoá chất sẽ giúp khắc phục
khó khăn này, do vậy liên kết được thông tin gen với thông tin chức năng.
Kết cấu hạ tầng để nghiên cứu Gen học hoá chất hiện đang được xây dựng. Một

phát triển đáng lưu ý nhất là lần đầu tiên trong lịch sử, trường Đại học Harvard và
Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã thành lập một Viện kết hợp (Broad Institute)
để nghiên cứu Gen học hoá chất, với tổng vốn hoạt động ban đầu là 300 triệu USD.