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.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Sinh học tổng hợp: Kỹ thuật, tiến trình, thành quả và dự phỏng tương lai (tt) Sinh học tổng hợp: Kỹthuật, tiến trình, thành quả và dự phỏng tương lai (tt)Tiến trình và thành qủa:Ý niệm về SB hình thành từ giaiđoạn khởi đầu của công nghệ genekhi các enzyme giới hạn (restrictionenzymes) được Halmilton Smithkhám phá và xử dụng vào năm1978. Theo đó, chúng ta có thể cắtvà ráp nối các đoạn gene để thayđổi hình thái và chức năng củachúng. Như đã nêu trên, phươngpháp tách dòng cổ điển chỉ áp dụngđược cho từng gene một. Thànhqủa giải trình tự bộ gene của người,và của nhiều sinh vật khác, cũngnhư hiểu biết về chức năng và cơchế điều hòa bộ gene, đã tạo điềukiện để các nhà nghiên cứu sinhhọc khai triển bộ môn SB trongkhoảng 5 năm vừa qua. SB đã đượcthiết lập từ những đại học quốc tếnhư Viện Kỹ thuật Massachussets(MIT), Ðại Học California ởBerkeley (UCB), Oxford với đónggóp của các nhà nghiên cứu têntuổị. Craig Venter, người giải mãbộ gene nhân loại, đã ứng dụng SBđể thiết lập tế bào có bô gene nhỏnhất (minimum-genome) gồmkhoảng trên 200 gene để nghiêncứu về nguồn gốc sự sống. Về thựcdụng, tế bào này cung cấp hệ thốngđiều hòa gene và là một môi trườngsạch rất tốt để tổng hợp chế phẩmdược liệu hay năng lượng với độtinh khiết cao vì không có nhữngsản phẩm phụ (by product) nhưở E. coli và nấm men. Năm 2001,C. Venture đã thành lập công tySynthetic Genomics và lên kếhoạch nghiên cứu SB để sản xuất,với công suất cao các hóa chất nănglượng (như hydrogen, ethanol)nhằm trong sạch hóa môi trường,và dự tính tiết kiệm được khoảng20 tỷ USD hàng năm do việc thaythế ethanol để giảm thiểu lượngxăng tiêu thụ ở Mỹ.Triển vọng dùng phương pháp SBđể tổng hợp và sản xuất dược chấttrị liệu được khẳng định từ nghiêncứu tạo artemisinin thành công củaJay Keasling ở Ðại Học California,Berkely năm 2003. Sau khi xácđịnh được 12 gene tham gia trongtiến trình tổng hợp artemisinin ởthực vật, Keasling đã tổng hợpđược 9 trong số các gene này, vàthiết lập một hệ điều hành SB đểsãn xuất artemisinin ở E. coli vớinăng suất gấp 10.000 lần so với hệthực vật, và gần đây nhất là ở nấmmen với năng suất tăng thêm 10 lầnso với chủng E. coli. Thành qủanày đã mang lại cho Keasling giảithưởng Nhà Khoa Học của năm2006 (The Scientist of the Year2006) do tập san khoa họcDiscovery bình chọn. Keaslingcùng cộng sự thành lập công tyAmyris Biotechnologies áp dụngSB cho việc tổng hợp artemisinin,và đặc biệt là tiền chất (pro-compound) isopronoid với số lượnglớn để sản xuất (Hình 3). Dự tínhcó khoảng 50,000 dược liệu họisopronoid có giá trị trị liệu cao đốivới các bệnh như ung thư, huyết áp,tiểu đường, sốt rét; nhưngisopronoid chỉ tồn tại ở rất ít thựcvật và với nồng độ thấp. Vì giá trịquan trọng này, hiệp hội GateFoundation đã tài trợ 43 triệu USDđể triển khai SB trong việc tổnghợp các dược chất trên.Hình 3. Từ hoá chất đường đơngiản, SB tái tạo chu trình tổng hợpisoprenoid ở E. coli để sản xuấtdược liệu qúy hiếm với số lượnglớn.SB cũng có những thành tựu nhiềuhứa hẹn ở dòng E. coli từ cácnghiên cứu của Christopher Voigt ởÐại 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 vàxâm nhập tế bào ung thư, sau đóphóng thích ra những hóa chất trịliệu tiêu hủy tế bào.Ngoài ra, nhu cầu nghiên cứu SBcũng mang đến sự hình thành mộtsố trung tâm, hãng công nghệ sinhhọc chuyên sản xuất gene và cácvật liệu gene (parts) như BioBricksFoundation và Codon Devices.Dự phỏng tương lai:Con đường phát triển SB chỉ mới ởgiai đọan khởi đầu; việc chinh phụccác khó khăn và các đề tài nghiêncứu SB trong tương lai sẽ thật hàohứng. Chỉ trong khoảng thời gian 5năm ngắn ngủi vừa qua, SB đangtạo cho các nhà nghiên cứu sinhhọc một nền tảng kỹ thuật mới cókhả năng thay đổi tế bào trên mộtbình diện rất rộng lớn so với cácứng dụng công nghệ gene từ trướctới nay. Từ khởi thủy, thiên nhiênđã không tạo dựng bộ gen hòan hảocho con người cũng như cho mọisinh vật khác. Có rất nhiều bệnh tậtdo sự sai lệch của bộ gene, và córất nhiều khuyết điểm ở các sinhvật và cây cỏ vì bộ gene của chúngthiếu hiệu năng trong việc sản xuất.Kỹ thuật SB nhằm tái lập những bộgene và làm hòan chỉnh như ýmuốn để bù đắp những khuyếtđiểm của thiên nhiên. Những “sinhvật mới” này có khả năng tạo sảnphẩm sinh hoc gồm tế bào, protein,dược chất, hoặc những hóa chất cónăng xuất cao và hiệu ứng chuyênbiệt, có công dụng thiết thực cholãnh vực trọng yếu của xã hội nhưy tế, năng lượng và môi trường.Trên thực tế, cũng như mọi tiê’n bộkhoa học khác, nếu SB khẳng địnhđược những giá trị nêu trên thì sẽđược sự tham gia tích cực của cộngđồng khoa học, và đo’ng go’p củanhiều tầng lơ’p trong xã hội. Chođến nay, những viễn tượng tốt đẹpcủa SB đang hứa hẹn một cuộccách mạng mới của ngành tân sinhhọc.Vì hiệu ứng cao của SB, vấn đề antoàn và an ninh xã hội cần được đặtra để ngăn ngừa sự tổng hợp nhữngchủng virus có độc tố và khả nănggây dịch tễ; hoặc tạo các độc chấtđe dọa sự an tòan của môi trường.Hiện nay tính an tòan của SB chỉđược sự lưu tâm của giới khoa học,và luật lệ điều hành SB được ápdụng từ luật lệ hiện dùng chung củakỹ thuật gene.Ðối với ngành sinh học Việt Nam,vì tính ứng dụng cao của SB, chúngta nên cứu xét các phương thức khảthi để hội nhập vào lãnh vực khoahọc quan trọng nàỵ Các bạn trẻcũng nên lưu tâm đến SB trong cácchọn lựa tương lai, vì rất nhiều tiềmnăng SB chưa được khai triển và trítuệ Việt Nam có thể đóng góp vàosự tiến bộ này để mang lại lợi íchcho việc phát triển khoa học củađất nước. ...