Cách mạng kỹ thuật sinh học - Phần 4
26/5/2017CÁCH MẠNG KỸ THUẬT SINH HỌC
Trần Đăng Hồng, PhD
Phần 4. KỸ THUẬT CHUYỂN NHÂN VÀ SINH SẢN VÔ TÍNH
Chuyện con cừu Dolly
Năm 1958, John Gurdon ở Đại Học Oxford Anh quốc dùng kỹ thuật “chuyển nhân” (nuclear transfer) với con ếch, nhưng thất bại vì tế-bào- lai không phát triển thành con nòng nọc. Ông cũng thất bại với các động vật có vú. Các nhà khoa học đương thời đều nghĩ rằng kỹ thuật sinh sản vô tính (cloning) sẽ không bao giờ thành công mặc dầu tất cả tế bào trong cơ thể cùng chứa một hệ-gen.
Gần 40 năm sau, ngày 5/7/1996 cừu Dolly là con thú đầu tiên được ra đời bằng phương pháp ghép tế bào và sinh sản vô tính ở động vật có vú do Ian Wilmut, Keith Campbell và cộng sự thuộc Viện Nghiên Cứu Động Vật Roslin thuộc Đại Học Edinburgh tại Midlothian gần Edinburgh, Scotland, hợp tác với công ty sinh học PPL Therapeutics thực hiện và thành công.
Dolly có tới 3 mẹ, một mẹ cho trứng, một mẹ cho DNA để ghép vào trứng, và mẹ thứ ba mang phôi bào (embryo) ghép đó để mang thai và đẻ giùm (surrogate mother). Như vậy, không có việc thụ tinh giữa trứng của mẹ và tinh trùng của cha, mà phôi bào được tạo thành từ kỹ thuật “chuyển nhân tế bào thường” (somatic cell nuclear transfer).
Nhân chứa DNA được lấy từ một tế bào ở vú của một con cừu thuộc giống cừu mặt trắng (white-faced Finn Dorset) được chuyển vào một tế bào của trứng non chưa thụ tinh mà trước đó nhân đã hút lấy ra, của một cừu thuộc giống mặt đen (Scottish Blackface sheep), để tạo thành một tế-bào-lai, gồm một tế bào trứng không nhân của con thú này chứa nhân của một con thú khác. Vào một ngày trong tháng 2 năm 1996, nhờ kích động bởi một dòng điện, tế-bào-lai này phân bào sanh ra nhiều tế bào, và khi tượng thành một tiền-phôi-bào (plastocyst) thì được đưa vào tử cung của một con cừu cái giống mặt đen để nhờ mang thai và đẻ ra cừu Dolly. Cừu Dolly là cừu cái có mặt trắng và chân có lông dài.
Hình 1. Mô hình tạo sinh cừu Dolly bằng phương pháp vô tính (cloning). DNA lấy từ vú của cừu mặt trằng được chuyển vào tế bào trứng non không nhân của cừu mặt đen, tạo thành tế-bào-lai, nhờ một dòng điện tế-bào-lai sinh sản, khi thành tiền-phôi-bào (blastocyst) thì đưa vào tử cung của cừu mặt đen mang thai dùm rồi đẻ ra Dolly.
Hình 2. Cừu Dolly có mặt trắng
Cừu Dolly khi trưởng thành được giao phối với cừu đực thuộc giống cừu núi xứ Wale (Welsh Mountain) sinh ra tổng cộng 6 cừu con trong 3 lần đẻ. Đẻ lần đầu tháng 4/1998 sinh cừu Bonnie, lần 2 vào 1999 sinh đôi là Sally và Rosie và lẩn 3 thì sinh ba là Lucy, Darcy và Cotton vào năm 2000. Vào cuối năm 2001, lúc 4 tuổi, cừu Dolly bị bệnh phong thấp khớp xương (osteoarthritis), đi đứng khó khăn, được chữa trị, nhưng cuối cùng cừu Dolly chết ngày 14/2/2003 vì ung thư phổi và bệnh thấp khớp xương, thọ 6,5 tuổi, trong khi tuổi thọ giống cừu mặt trắng là 12 năm. Báo chí thời bấy giờ cho rằng chính kỹ thuật sinh sản vô tính làm rút ngắn tuổi thọ của cừu Dolly, và chính lúc lấy nhân ở cừu mặt trắng vào lúc 6 tuổi để chuyển nhân đã góp phần vào giảm tuổi thọ cừu Dolly, và sau đó nghiên cứu cũng thấy chiều dài của telomere, chỉ dấu già nua, của Dolly ngắn ngủn.
Tuy nhiên, các nghiên cứu kết luận vào năm 2016 cho thấy không có một khuyết tật nào tìm thấy ở cừu sinh sản vô tính, kể cả 4 cừu trong dòng con cháu của Dolly, và bản tường trình kết luận là không có một chứng cứ gì tỏ ra tai hại của kỹ thuật sinh sản vô tính về phương diện sức khỏe ở các đời sau.
Việc tạo sinh ra cừu Dolly chứng tỏ gen trong nhân lấy từ tế bào trưởng thành có khả năng biến thành phôi-bào-đa-nguyên (embryonic totipotent), tạo sinh một tế bào có thể sinh sôi và phát triển thành bất cứ cơ quan nào của con vật.
Sau Dolly, nhiều động vật có vú khác cũng được kỹ thuật lai tế bào sinh sản vô tính đã áp dụng cho heo, nai, ngựa và bò mộng. Kỹ thuật lai tế bào bằng cách chuyển nhân, theo các nhà khoa học, chưa được hoàn hảo, nên có thể tạo con thú mang nhiều khuyết tật. Chẳng hạn, kỹ thuật này áp dụng cho giống cừu núi argali thì thất bại vì không tạo ra phôi bào sống được, và cừu Dolly bị ung thư phổi và thấp khớp xương, tuổi thọ chỉ bằng nửa của cừu thường. Năm 2014, các nhà khoa học Tàu tuyên bố thành công khoảng 70-80% với heo.
Theo thời gian, kỹ thuật được cải tiến. Cho tới nay, khoảng 20 loài thú được sinh sản vô tính thành công kể cả lạc đà (Hình 3). Nhiều giống thú cho thịt và sữa được chăn nuôi đại trà ở Hoa Kỳ, Argentina và Brazil. Chó và ngựa đua cũng được đặt hàng theo ý chủ, dĩ nhiên với giá rất cao.
Hình 3. Diển trình thực hiện thú nhân bản vô tính kể từ cừu Dolly (1996) đến nay
Một hy vọng khác đầy hứa hẹn của kỹ thuật chuyển ghép nhân và sinh sản vô tính là tái sinh những loài thú đã tuyệt chủng. Tháng 1 năm 2009, các nhà khoa học Tây Ban Nha dùng kỹ thuật sinh sản vô tính vào giống cừu núi đã tuyệt chủng từ năm 2000, bằng cách chuyển nhân lấy từ tế bào của con thú đã chết và được đông lạnh, và thành công tái sinh được cừu núi, nhưng con cừu này bị chết ngay sau khi sanh vì bịnh phổi. Mặc dầu thất bại, nhưng kỹ thuật này cho le lói hy vọng làm tái sinh loài thú (hay loài người) đã tuyệt chủng nhưng phần thân thể được chôn vùi tồn trữ trong băng hà. Những khủng tượng (mammoth), hay khủng long (dinosaur) thời Jurasic có thể được tái sinh trong tương lai?
Tuy nhiên, áp dụng vào con người, kỹ thuật sinh sản vô tính không đáp ứng được. Chính vì vậy mà chuyên gia Wilmut, người tạo ra cừu Dolly năm 1996, tuyên bố là kỹ thuật chuyển nhân chưa hoàn hảo để áp dụng cho con người.
Tương tự như vậy, các nhà khoa học tuyên bố kỹ thuật chuyển nhân tế bào thường như ở cừu Dolly không mang lại kết quả mong đợi, nhưng chính nhờ kỹ thuật này nảy sinh ra kỹ thuật “tế bào gốc” (stem cell) hiệu quả hơn (Phần 6).
TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÁNH
Wikipedia. Dolly (sheep). https://en.wikipedia.org/wiki/Dolly_(sheep)
The Economists (18/2/2017). Clones, Hello, Again, Dolly. http://www.economist.com/news/briefing/21717028-twenty-years-ago-world-met-first-adult-clone-sheep-called-dolly-her-legacy-lives.
Xem tiếp Phần 5- kỹ thuật biên tập hệ-gen