Công nghệ chỉnh sửa gen như CRISPR/Cas9 và những cải tiến của nó có tiềm năng rất lớn trong sàng lọc gen, chẩn đoán gen, đặc biệt là phát triển các liệu pháp điều trị mới.

 

Bà Emmanuelle Charpentier (trái) và bà Jennifer Doudna chụp ảnh lưu niệm khi cùng tham dự một sự kiện tại công viên ở Oviedo, Tây Ban Nha ngày 21-10-2015 – Ảnh: Reuters

Chiều 7-10 (giờ Việt Nam), Viện hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển công bố giải Nobel hóa học 2020 cho hai nhà khoa học nữ Emmanuelle Charpentier và Jennifer A. Doudna đã phát hiện một trong những công cụ sắc bén nhất của công nghệ chỉnh sửa gen, đó là CRISPR/Cas9.

“Giờ đây, với CRISPR/Cas9, các nhà khoa học có thể thay đổi ‘mật mã’ của sự sống (DNA) chỉ trong vài tuần” – ông Göran K. Hansson, tổng thư ký Viện hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển, cho biết.

“Chiếc kéo” di truyền

Sử dụng chúng, các nhà nghiên cứu có thể thay đổi DNA của động vật, thực vật và vi sinh vật với độ chính xác cực cao. Những “chiếc kéo” di truyền này đã đưa ngành khoa học sự sống bước sang một kỷ nguyên mới và theo nhiều cách đang mang lại lợi ích lớn nhất cho loài người.

Kể từ khi Charpentier và Doudna phát hiện ra chiếc kéo di truyền CRISPR/Cas9 vào năm 2012, việc sử dụng chúng đã bùng nổ. Công cụ này đã đóng góp vào nhiều khám phá quan trọng trong nghiên cứu cơ bản, và các nhà nghiên cứu thực vật đã có thể phát triển các loại cây trồng chống chịu được nấm mốc, sâu bệnh và hạn hán. Công nghệ này đã có một tác động mang tính cách mạng đối với khoa học đời sống và đặc biệt là trong y học.

Do có nhiều ưu điểm trong việc chỉnh sửa bộ gen, kéo di truyền CRISPR/Cas9 đã thu hút được sự chú ý đáng kể và các nhà khoa học dần coi nó là một công cụ trị liệu mạnh mẽ để điều trị các bệnh liên quan đến đột biến gen. Qua đó góp phần phát triển các liệu pháp điều trị bệnh, đặc biệt là bệnh ung thư và có thể giúp hiện thực hóa giấc mơ chữa khỏi các bệnh di truyền khác.

Các bệnh sử dụng CRISPR/Cas9 đang được thử nghiệm lâm sàng như ung thư, thiếu máu hồng cầu hình liềm, bệnh ß-thalassemia và kể cả nhiễm HIV.

CRISPR/Cas9 là hệ thống được ví như hệ miễn dịch của vi khuẩn nhằm chống lại sự xâm nhiễm phân tử DNA ngoại lai từ virus hay các plasmid khác. Các nhà khoa học ứng dụng CRISPR/Cas9 để thiết kế hệ thống chỉnh sửa DNA bộ gen theo ý muốn.

Giúp chữa nhiều bệnh, gồm cả ung thư

Trong ung thư, các gen sinh ung thư và gen ức chế khối u bị đột biến mang lại cơ hội lớn cho việc sử dụng các phương pháp điều chỉnh bộ gen. Mục tiêu cuối cùng của liệu pháp điều trị ung thư bằng CRISPR/Cas9 là loại bỏ các đột biến ác tính và thay thế chúng bằng chuỗi DNA bình thường.

Việc ứng dụng công nghệ CRISPR/Cas9 gần đây để tạo ra tế bào CAR-T nhằm tấn công các tế bào ác tính mang lại nhiều hi vọng trong các liệu pháp chữa ung thư. Từ đầu năm 2020 đã có hơn 11 thử nghiệm lâm sàng được thực hiện để đánh giá hiệu quả của hệ thống CRISPR/Cas9 trong điều trị ung thư.

Bệnh tim mạch. Các loại bệnh tim mạch khác nhau thường liên quan đến một đột biến di truyền đơn lẻ hoặc sự kết hợp của các đột biến dị hợp tử di truyền hiếm gặp. Trong thực tế, các phương pháp điều trị lâm sàng tập trung vào việc làm giảm các triệu chứng bệnh mà không giải quyết các khiếm khuyết di truyền tiềm ẩn. 

Hiện nay, công nghệ chỉnh sửa gen giúp thiết lập các mô hình bệnh cũng như phân tích chuyên sâu các gen gây bệnh và cơ chế phân tử của chúng, từ đó giúp phát triển các liệu pháp gen trong việc kiểm soát biểu hiện gen cụ thể và cải thiện chức năng gen.

Bệnh thoái hóa thần kinh chẳng hạn như bệnh Huntington, bệnh Alzheimer và bệnh Parkinson, là một nhóm các bệnh lý thu hút sự quan tâm nhất vì chưa có phương pháp chẩn đoán cụ thể hoặc phương pháp điều trị được thiết lập. 

Nhiều nghiên cứu cho thấy các bệnh thoái hóa thần kinh được hình thành bởi sự tương tác phức tạp của nhiều yếu tố di truyền. Sự xuất hiện của các nền tảng chỉnh sửa gen cung cấp một cách tiếp cận thuận tiện để nghiên cứu chức năng gen và liệu pháp liên quan đến các bệnh này.

Bệnh do virus. Các nền tảng chỉnh sửa gen đã nổi lên gần đây như một liệu pháp kháng virus để điều trị các bệnh truyền nhiễm, bằng cách thay đổi các gen vật chủ mà virus tấn công hoặc bằng cách nhắm trực tiếp vào các gen của virus cần thiết cho việc sao chép của chúng. 

Cho đến nay, liệu pháp điều trị HIV dựa trên chỉnh sửa bộ gen liên quan việc tạo ra tế bào miễn dịch T CD4 + kháng HIV có sửa đổi các gen liên quan đến việc nhiễm trùng và sau đó tái sử dụng các tế bào đã chỉnh sửa vào bệnh nhân. Các kết quả trong phòng thí nghiệm cho thấy CRISPR/Cas9 không chỉ có thể loại bỏ đặc biệt sự lây nhiễm HIV tiềm ẩn mà còn có thể ngăn ngừa sự lây nhiễm HIV mới.

Bên cạnh đó, những nghiên cứu trong phòng thí nghiệm cũng cho thấy việc sử dụng công cụ chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9 có khả năng nhận diện và phân cắt bộ gen của virus HPV (gây ung thư cổ tử cung) hay HBV (gây viêm gan B).

Tóm lại công nghệ chỉnh sửa gen như CRISPR/Cas9 và những cải tiến của nó có tiềm năng rất lớn trong việc thúc đẩy sự phát triển trong khoa học sự sống, đặc biệt là các ứng dụng điều chỉnh di truyền, ngoại di truyền, cũng như sàng lọc gen chức năng và chẩn đoán gen, đặc biệt là phát triển các liệu pháp điều trị mới.

Bà Emmanuelle Charpentier, 52 tuổi, là tiến sĩ và chuyên gia nghiên cứu người Pháp, làm việc trong ngành vi sinh, di truyền và hóa sinh. Kể từ năm 2015, bà đã trở thành giám đốc của Viện Sinh học nhiễm trùng Max Planck tại Berlin, Đức. Năm 2018, bà thành lập một viện nghiên cứu độc lập – Đơn vị Max Planck chuyên nghiên cứu về mầm bệnh.