Tài liệu: Synthetic Biology: Vũ khí mới giúp tổng hợp dược chất Artemisinin từ E. Coli để chống bệnh sốt rét (phần 2)

Synthetic Biology (SB) và ứng dụng trong tổng hợp Artemisinin: Vì những khó khăn nêu trên, giới hữu trách và những nhà nghiên cứu y tế, sinh học đã lưu tâm đến kỹ thuật tách dòng (cloning) để mong tìm được giải pháp hữu hiệu hơn nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất lượng lớn Artemisinin. Nhưng khác với kỹ thuật tổng hợp các protein trị liệu đã được áp dụng thành công như insulin, growth hormone, cytokine, lymphokine, erythropoietin v.v. ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tài liệu: Synthetic Biology: Vũ khí mới giúp tổng hợp dược chất Artemisinin từ E. Coli để chống bệnh sốt rét (phần 2)Synthetic Biology: Vũkhí mới giúp tổng hợpdược chất Artemisinin từE. Coli để chống bệnhsốt rét (p-2)Synthetic Biology (SB) và ứngdụng trong tổng hợpArtemisinin:Vì những khó khăn nêu trên, giớihữu trách và những nhà nghiên cứuy tế, sinh học đã lưu tâm đến kỹthuật tách dòng (cloning) để mongtìm được giải pháp hữu hiệu hơnnhằm đáp ứng nhu cầu sản xuấtlượng lớn Artemisinin. Nhưng khácvới kỹ thuật tổng hợp các proteintrị liệu đã được áp dụng thành côngnhư insulin, growth hormone,cytokine, lymphokine,erythropoietin v.v. việc sử dụngphương pháp tách dòng để tạo hoạtchất artemisinin rất phức tạp. Lý dovì chu trình tổng hợp hóa chất thiênnhiên như Artemisin cần sự thamgia của nhiều enzyme và sự phốihợp của những enzyme này để tạora hoạt chất. Chu trình và nhữngenzyme trong chu trình tổng hợpArtemisinin từ cây cải hương ngọt(Herba artemisiae) được diễn tảtheo tài liệu (1). May mắn thay, bộmôn Synthetic Biology đã ra đời vàtổng hợp Amorphadiene (tiền chấtcủa Artemisinin) cũng là ứng dụngthành công đầu tiên của kỹ thuậtnày cách đây 3 năm ở phòng thínghiệm của J. Keasling tại Đại họcCalifornia, Berkely (2).Synthetic Biology (SB) là mộtnhánh mới của Sinh học phân tử,theo đó tế bào được coi là một bộmáy gồm các phần có thể tháo gỡvà thay đổi được để tạo thành mộthệ thống điều hành mới có khảnăng như mong muốn. Các phần(parts) có thể là những gene thụcảm của tế bào (receptors), hoặccủa enzyme, những protein hoathoa (activator) và của tất cả nhữngprotein có chức năng đặc biệt của tếbào. Như vậy, có thể nói SB là việcáp dụng cao độ kỹ thuật gene(genetic engineering) trên diệnrộng. Phương pháp SB có tiềmnăng tạo những tế bào mới vớichức năng như ý muốn. Có hai đặctính của SB so với các nghiên cứudùng kỹ thuật gene khác: (i) về kỹthuật, các bộ điều hành của hệthống tế bào được tạo riêng từngphần (parts), do đó tùy theo cáchghép các phần này sẽ tạo đượcnhững hệ thống điều hành đa dạngtheo như nhu cầu và ý muốn; (ii) veung dung, mục tiêu của SB là tạohệ thống điều hành có khả năng sảnxuất những dược liệu thiên nhiênvới năng suất cao (như tổng hợpArtemisinin), các hóa chất có nănglượng như dầu diesel thực vật, tạocác nhóm tế bào có khả năng sảnxuất protein trị liệu, enzyme tiêuhủy chất độc để cải thiện môitrường. Đặc biệt là phương phápSB có hiệu năng rất cao vì dùngphương pháp tách dòng và sản xuấtbằng E. Coli. Trong nghiên cứutổng hợp Artemisinin bằng phươngpháp SB, hiệu năng đã tăng 10000lần và các nhà nghiên cứu hy vọngcó thể tăng thêm 10 lần nữa khi kỹthuật được hoàn chỉnh.Về lý thuyết, khái niệm SB đã có từcuối thập niên 1970 khi phát hiệnenzyme giới hạn (restrictionenzymes). Nhưng phải đợi đến thậpniên 2000 thì mới được triển khai.Lý do vì kỹ thuật SB đòi hỏi kiếnthức và sự phát triển của những bộmôn tân tiến khác gồmproteonomics (nghiên cứu cấu trúcvà chức năng protein cũng nhưtương tác giữa chúng);metabolomes (nghiên cứu tổnghợp, biến dưỡng protein);bioinformatics (nghiên cứu tin sinhhọc) và cell signaling (nghiên cứuhệ thống tín hiệu của tế bào) để xácđịnh chức năng của gene (genefunction) và kết quả biến đổi kiểuhình của tế bào (phenotype). Hiệnnay những nghiên cứu về SB đã vàđang được tiến hành ở nhiều Đạihọc Quốc tế, trong đó hai trườngMIT và UC Berkeley dẫn đầu về bộmôn này. Tài liệu tham khảo 3 liệtkê những trường Đại học và các đềtài nghiên cứu SB ở các nước pháttriển.Trên thực tế, viện nghiên cứu dượcphẩm Institute of o ne WorldHealth (IOWH), ở San Franciscođang tiến hành tổng hợpArtemisinin dùng SB. Một tin vuicho chúng ta là nghiên cứu gia đảmtrách chương trình này là ngườiViệt Nam, TS. Nguyễn Hữu Tuệ.TS. Tuệ đã tham gia một số hộinghị khoa học ở Việt Nam trongnhững năm qua. Ở IOWH, tiếntrình tổng hợp Artemisinin cònđang trong giai đoạn đầu gồm cácvấn đề căn bản như thiết lập mộtnền móng (platform) có khả năngtái lập (reproducible), năng suất cao(high yield), sản phẩm tinh khiết(purity) và sau đó là 3 giai đoạn thửnghiệm lâm sang (3-5 năm).Tính khả thi của SB và việc tạoArtemisinin ở Việt Nam:Nghiên cứu và ứng dụng SB để tạoArtemisinin nêu trên là cần thiếtcho nhiều nước nằm trong vùng sốtrét bao gồm Việt Nam. Cho nênviệc tìm hiểu về tính khả thi của SBđể hoạch định một chiến lược ápdụng cho đất nước cần được lưutâm thích ứng. Như đã nói ở trên,đặc tính của SB là bộ môn ứngdụng sinh học, vì vậy nếu kỹ thuậtđã hoàn chỉnh cho một sản phẩmnào đó thì khi thực hiện chỉ cần làmđúng quy trình (protocols) để thukết quả. Trong sản xuấtArtemisinin, kỹ thuật căn bản làtách dòng các enzyme và kết hợpthành một hệ thống điều hành bằngcác phương pháp chuyển gene đểtổng hợp, và sau đó là ly trích hoạtchất Artemisinin ở E. coli. Như vậytheo thiển ý của tôi, SB là mộttrong những đề tài khoa học màchúng ta có thể đi tắt để đạt đượcmục tiêu tạo hợp chất Artemisininở Việt Nam. Tuy nhiên chúng tacần khắc phục những yếu tố cănbản gồm khả năng, phương tiện đểđáp ứng đòi hỏi kỹ thuật, nhân lựcvà tài chính. Việc đào tạo chuyênmon SB ở cấp bậc Đại học là cầnthiết, nhưng chúng ta chú trọng vềphần ứng dụng, mà không đi sâuvào nghiên cứu cơ bản vì đòi hỏinhiều thiết bị, kiến thức và kỹ thuậtcao. Việc kết hợp hữu hiệu với giớikhoa học Quốc tế luôn đóng vai tròthiết yếu để triển khai kỹ thuật tântiến, đặc biệt đối với giai đoạn hiệntại của Việt Nam. Cũng cần tìmhiểu và giải quyết thỏa đáng yếu tốpháp lý về bằng phát minh. Cónhiều kết quả nghiên cứu y sinhhọc không bị ràng buộc bởi bằngphát minh như trình tự bộ genengười, hoặc được nới rộng vì nhucầu an toàn y tế thế giới như một sốthuốc trị bệnh AIDS. Ngoài rachúng ta có thể tạo những chươngtrình kết hợp với các nhóm nghiêncứu quốc tế và qua chương trình đóchúng ta không bị trở ngại pháp lývà có thể trở thành một phần củaphát minh. ...