Câu chuyện về sự sống của mọi sinh vật trên Trái Đất, cho tới thời điểm gần đây, chỉ được viết lên từ 4 chữ cái: G,T,C và A. Trong trường hợp bạn thắc mắc, đó là những cặp đôi nucleotide cơ sở trong mọi chuỗi DNA, đang điều khiển sự hình thành và phát triển của sinh vật.
Nhưng ngay tại thời điểm hiện tại, một nhóm nghiên cứu từ Viện Nghiên cứu Scripps, Hoa Kỳ đã làm nên một lịch sử mới. Họ lần đầu tiên tổng hợp thêm một cặp nucleotide cơ sở nhân tạo nữa gọi là X và Y, sau đó, chèn thành công cặp này vào mã di truyền của vi khuẩn E. coli.
Điều đó có nghĩa là con người vừa tạo ra một sinh vật bán tổng hợp đầu tiên trên Trái Đất, với mã di truyền chứa một cặp nucleotide cơ sở “ngoài hành tinh”.
Câu chuyện có lẽ còn chưa dừng lại ở đó, Tiến sĩ Floyd Romesberg, người dẫn đầu nhóm nghiên cứu nghĩ rằng đây mới chỉ mới là sự khởi đầu. Dấu mốc này sau đó có thể mở ra những hình thức mới của sự sống trên Trái Đất, cũng như trong vũ trụ.
Các nhà nghiên cứu viết trong báo cáo rằng đột phá đã “cung cấp một nền tảng, để tạo ra các sinh vật với nhiều thuộc tính phi tự nhiên, và những đặc điểm không thể tìm thấy ở bất kỳ đâu.
Sinh vật bán tổng hợp này thiết lập lên một hình thức sự sống bán tổng hợp ổn định, đặt nền tảng cho những nỗ lực tạo ra những hình thức sự sống mới, với các chức năng mới”.
Trở lại năm 2014, nhóm nghiên cứu của Tiến sĩ Romesberg lần đầu tiên công bố sự kiện họ tổng hợp thành công cặp nucleotide cơ sở X và Y. Nhưng phải mất một thời gian, các nhà khoa học mới có thể chèn nó vào một sinh vật sống, đồng thời khiến chúng tồn tại với cặp cơ sở này trong suốt cuộc đời.
Ban đầu, công việc rất khó khăn, chủng E. coli được chèn thêm cặp cơ sở X-Y đã chết chỉ sau vài ngày nhận được chúng. Lý do vì cặp cơ sở mới không tham gia vào quá trình phân chia DNA và tế bào.
Các nhà nghiên cứu đã phải tìm rất nhiều cách để khắc phục vấn đề này. Nếu các cặp cơ sở mới không ổn định trong bộ gen, nó sẽ chẳng có ý nghĩa gì cả.
“Bộ gen của bạn không thể chỉ ổn định trong một ngày được”, Tiến sĩ Romesberg nói. “Nó phải được ổn định trong suốt cuộc đời bạn. Nếu sinh vật bán tổng hợp là một sinh vật thực thụ, nó phải có khả năng duy trì sự ổn định di truyền ấy”.
Cho tới đầu năm 2017, nhóm nghiên cứu đã phát minh được tổng cộng 3 phương pháp, tạo ra những phiên bản mới của vi khuẩn E. coli, với các cặp nucleotide nhân tạo được duy trì vô thời hạn.
Nó cho phép những sinh vật bán tổng hợp này sống và khỏe mạnh bình thường như những sinh vật tự nhiên của chúng.
Những sinh vật sống bán tổng hợp
Vi khuẩn E. coli nhìn dưới kính hiển vi điện tử
Để tạo ra được các sinh vật chưa từng có trên Trái Đất này, các nhà khoa học đã phải cải tiến lại hệ thống vận chuyển nucleotide trong tế bào của chúng. Làm thế nào để hệ thống vận chuyển này có thể mang được các nucleotide tổng hợp rồi chèn nó vào đúng đoạn gen đích.
“Hệ thống vận chuyển đã được sử dụng trong nghiên cứu năm 2014, nhưng nó làm cho các sinh vật mắc bệnh nặng”, Yorke Zhang, một thành viên trong nhóm nghiên cứu cho biết. Tuy nhiên sau đó, anh và đồng nghiệp đã tinh chỉnh lại và vi khuẩn không còn gặp phản ứng bất lợi.
Tiếp theo đó, họ thay đổi phân tử đã từng được sử dụng để tạo nên nucleotide Y, và nhận thấy rằng nó đã có thể phù hợp hơn với các enzyme đang làm nhiệm vụ sao chép và tổng hợp DNA trong vi khuẩn.
Sau cùng, nhóm nghiên cứu sử dụng công cụ chỉnh sửa gen mang tính cách mạng CRISPR-Cas9, để khiến cho E. coli công nhận những cặp cơ sở X-Y là một phần của chúng, chứ không phải phân tử ngoại lai.
Kết quả là những khuẩn E. coli bán tổng hợp đã sống khỏe mạnh và có thể mang theo các cặp cơ sở nhân tạo vô thời hạn. “Chúng tôi đã khiến cho các sinh vật bán tổng hợp này trở thành dạng sống thực sự hơn”, Tiến sĩ Romesberg nói.
Sự sống sẽ không còn được viết lên từ 4 chữ cái C,G,T, A nữa. Bây giờ đã có thêm X và Y
Liệu điều đó có đáng sợ?
Nếu việc một sinh vật “ngoài hành tinh” đã được con người tạo ra thành công khiến bạn lo sợ, bạn không hề đơn độc.
Trở lại năm 2014, khi mà những nghiên cứu đầu tiên của Tiến sĩ Romesberg được công bố, Jim Thomas, đại diện ETC Group từng lên tiếng cảnh báo trên tờ New York Times. ETC Group là một tổ chức của Canada hoạt động trong lĩnh vực kiểm soát các công nghệ mới.
Nói một cách dễ hiểu thì họ đang canh chừng xem có công nghệ mới nào đang được phát triển sẽ ảnh hưởng đến tương lai nhân loại.
Thomas nói: “Sự xuất hiện của dạng sống “ngoài hành tinh” chưa từng được biết đến này, theo thời gian, sẽ gây ra ảnh hưởng sâu rộng đến các khía cạnh đạo đức, pháp luật và quy định”.
Và trong khi các nhà sinh học tổng hợp vẫn đang làm việc để tạo ra những sinh vật như thể, các chính phủ dường như thiếu sát sao và không đánh giá được đúng tầm ảnh hưởng của công nghệ này.
Mặc dù vậy, tương lai về những cảnh báo của Thomas có lẽ chưa thể đến ngay lúc này. Các vi khuẩn E. coli đã sống và giữ các cặp nucleotide cơ sở tổng hợp, nhưng chúng không mang theo một chức năng nào cả.
Tiến sĩ Romesberg nói rằng mọi người không cần phải lo ngại vào lúc này. Bởi các cặp cơ sở mới không tạo ra một thứ gì đó quá khác biệt với vi khuẩn.
Nó chỉ như một con số 0 mở đầu cho dãy số, để chúng ta có thể nói rằng một hình thức cuộc sống mới có thể tồn tại, khác biệt hẳn với những gì đã từng có trên hành tinh này.
Trong những nghiên cứu tiếp theo, có thể các nhà khoa học sẽ tiến đến chèn một cặp nucleotide cơ sở, mà sinh vật có thể sử dụng được để tạo ra một chức năng nào đó với chúng. Các chức năng dĩ nhiên sẽ phục vụ lợi ích của con người.
Chẳng hạn như vi khuẩn bán tổng hợp, với các cặp cơ sở nhân tạo có thể sản xuất ra protein mới, thứ mà chúng ta có thể dùng để chế tạo thuốc hoặc làm vật liệu cho tương lai.
(Nguồn: Businessinsider)