CRISPR đang được biết đến như một công nghệ chỉnh sửa gen nhanh nhất, rẻ nhất và quan trọng là chính xác nhất. Nó cho phép các nhà khoa học thay đổi từng ký tự trên DNA của bộ gen.
CRISPR (/ˈkrɪspər/) là một họ các trình tự DNA ở trong vi khuẩn và vi khuẩn cổ. Những trình tự này chứa các đoạn DNA bản sao từ những virus đã từng tấn công vào các sinh vật nhân sơ này. Những đoạn bản sao này được sinh vật nhân sơ sử dụng làm bản ghi nhớ để phát hiện và phá hủy DNA từ những chủng virus tương tự ở những lần tấn công về sau. CRISPR đóng vai trò quan trọng trong hệ thống phòng thủ của sinh vật nhân sơ, và tạo thành cơ sở cho công nghệ sinh học CRISPR/Cas9 rất hiệu quả và giá thành hợp lý đối với việc chỉnh sửa gene ở các sinh vật.
Mới đây, một nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi nhà công nghệ gen George Church tại Đại học Harvard cho biết: Họ đã có khả năng sử dụng CRISPR để thực hiện 13.200 thay đổi di truyền cho một tế bào duy nhất.
Chỉnh sửa gen trên quy mô lớn cho phép con người thiết kế lại sự sống của các sinh vật một cách triệt để hơn. Công nghệ cũng có thể cho phép chúng ta chữa trị các bệnh di truyền, thậm chí tạo ra những giống loài mới.
Vào năm 2017, một nhóm nhà khoa học người Úc do Paul Thomas dẫn đầu đã sử dụng kỹ thuật này để phá hủy thành công toàn bộ một nhiễm sắc thể Y của chuột. Chiến lược đó đang được xem như một phương pháp điều trị tiềm năng cho hội chứng Down, một rối loạn di truyền xảy ra ở trẻ có thừa một nhiễm sắc thể Y.
Hội chứng Down là một hội chứng bệnh do đột biến số lượng nhiễm sắc thể, mà cụ thể là thừa một nhiễm sắc thể 21. Tên hội chứng được đặt theo John Langdon Down, một thầy thuốc đã mô tả hội chứng này vào năm 1866. Hội chứng này thường gặp nhất trong số các bệnh do rối loạn nhiễm sắc thể. Cứ 800 – 1.000 trẻ mới sinh thì có 1 trẻ bị hội chứng Down.
Để làm được điều này, các thành viên nhóm nghiên cứu đã nhắm mục tiêu CRISPR vào LINE-1, những đoạn trình tự DNA lặp đi lặp lại một cách bí ẩn nằm rải rác trong bộ gen. Những đoạn LINE-1 có khả năng tự sao chép, ước tính chiếm khoảng 17% bộ gen của người.
Thế nhưng, việc chỉnh sửa gen trên quy mô lớn không phải lúc nào cũng thành công. Bởi CRISPR được ví như một cái kéo, nó sẽ cắt hở chuỗi xoắn kép của DNA. Cắt quá nhiều vị trí cùng lúc sẽ phá hủy gen, giết chết tế bào hoặc có thể gây ra những tổn hại nghiêm trọng cho sinh vật.
Năm 2016, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Queensland, Úc đã cố gắng chỉnh sửa gen quy mô lớn trên 500 phôi chuột. Nhưng kết quả, những con chuột này hoặc đều chết, hoặc lớn lên mà không thể sinh sản.
Để khắc phục gốc rễ vấn đề, nhóm nghiên cứu từ Đại học Harvard đã cải tiến CRISPR với một biến thể. Trong đó, việc chỉnh sửa gen diễn ra mà không làm đứt chuỗi xoắn kép của DNA. Các ký tự trong gen được thay thế như động tác rút bài, ví dụ thay C bằng T, G bằng A mà không làm hở gen.
Theo báo cáo nghiên cứu được đăng vào tháng 3 trên BioRxiv, nhóm Harvard đã có thể thực hiện cùng lúc hơn 13.000 động tác rút bài như vậy, đáng nói hơn tất cả chỉ xảy ra trong một tế bào mà không phá hủy chúng.
“Họ đã tìm ra cách để thực hiện thí nghiệm mà không gây ra sự mất ổn định trên toàn bộ bộ gen“, Geoff Faulkner, tác giả nghiên cứu năm 2016 của Đại học Queensland nhận định. Gaetan Burgio, một nhà khoa học khác đến từ Đại học Quốc gia Úc cũng cho biết kết quả này sẽ dẫn đến việc thiết kế lại triệt để các loài sinh vật.
Mặc dù vậy, các nhà khoa học Harvard có vẻ khiêm tốn khi nói về công trình của mình. George Church tin rằng công trình của họ có thể dẫn đến một phương pháp làm sạch bộ gen bằng cách loại bỏ rác di truyền trên DNA.
Phòng thí nghiệm của ông đã nhắm đến cách tiếp cận này từ năm 2015, khi họ loại bỏ tất cả 62 bản sao của retrovirus ẩn giấu bên trong bộ gen của lợn. Những virus này thông thường không gây bệnh, nhưng không loại trừ khả năng chúng có thể được tái kích hoạt và sống lại.
Vì vậy, tạo ra những con lợn không mang gen retrovirus sẽ là một bước đệm quan trọng, hướng tới tương lai nếu chúng ta muốn nuôi nội tạng bên trong những con lợn, để cấy ghép sang cho con người.
Church cho biết mục tiêu cuối cùng của ông là tạo ra được một nguồn cung cấp mô và các bộ phận cơ thể người miễn nhiễm với tất cả các loại virus.
Quá trình đó, được gọi là tái mã hóa, sẽ bao gồm khoảng 9,811 sửa đổi di truyền chính xác. Church cho biết phòng thí nghiệm của ông đã bắt đầu thử nghiệm các quá trình tái mã hóa này, sử dụng nguồn tế bào từ chính cơ thể ông. Các thí nghiệm được giám sát để bảo đảm an toàn cũng như phù hợp với khuôn khổ đạo đức khoa học.
