Cuối năm 2020, khi đại dịch COVID-19 đang lên tới đỉnh điểm tại Mỹ, Ben Novak vẫn không thể kìm hãm lại sự cuồng chân của anh ấy. Nhà sinh vật học chuyên nghiên cứu động vật tuyệt chủng quyết định mua một chiếc mobihome. Và thế là anh cùng vợ và hai đứa con sinh đôi của mình có thể làm một chuyến du lịch để đời, xuyên qua nước Mỹ giữa đại dịch mà không cần lưu trú trong bất cứ một khách sạn nào cả.
Lịch trình của họ sẽ bắt đầu từ North Caronila để tới Fort Collins cách đó 2.800 km. Nhưng Novak muốn mua đường một chút và cả gia đình quyết định vòng xuống Texas. Ở đây, họ sẽ thăm Kurt, con ngựa Przewalski đầu tiên được nhân bản vô tính trên thế giới.
Tranh thủ rồi Novak lại lên đường. Mục tiêu của anh là có thể tới Trung tâm Bảo tồn Chồn chân đen Quốc gia Hoa Kỳ ở Fort Collins vào đúng đêm giao thừa. Có một vị khách đặc biệt hơn nữa đang đợi họ ở đó: Elizabeth Ann, một con chồn chân đen mới 21 ngày tuổi – và cũng được sinh ra nhờ kỹ thuật nhân bản vô tính.
Elizabeth Anne - con chồn chân đen đầu tiên được nhân bản
Trên thực tế, con chồn chân đen Elizabeth Ann này đã được mang trở lại từ thế giới bên kia. Những tế bào của nó đã đi xuyên thời gian hơn 30 năm, sau khi sống trong một ngăn đông lạnh ở âm 196 độ C từ năm 1988.
Thập niên 70-80 là khoảng thời gian chồn chân đen phải đối mặt với cuộc đại tuyệt chủng khủng khiếp trong giống loài của chúng. Từ những sinh vật đào hang và chiếm đóng tất cả những đồng cỏ đầm lầy miền tây nước Mỹ, chồn chân đen dần biến mất khi nguồn thức ăn của chúng - những con chuột thảo nguyên - bị nông dân Mỹ đầu độc hàng loạt để bảo vệ trang trại.
Chồn chân đen từng bị cho là đã tuyệt chủng trong hơn một thập kỷ, trước khi một con chó nông trại vô tình dẫn các nhà bảo tồn tìm thấy một cái hang chứa 18 con chồn chân đen còn sót lại. Chúng ngay lập tức được đưa về nhân giống.
Nhưng đáng tiếc 18 con chồn này chỉ chứa 7 dòng gen. Điều đó có nghĩa là 500 con chồn chân đen được nhân giống lên từ chúng gần như đều là anh chị em cùng cha khác mẹ. Nếu cứ để tự nhiên, giao phối cận huyết chắc chắn sẽ khiến chúng bị tuyệt chủng trong một vài thế hệ nữa.
Đó là lúc Elizabeth Ann cần được hồi sinh trở lại.
Ý định của các nhà khoa học là phải tưới vào mảnh đất cằn cỗi ấy một nguồn gen hoàn toàn mới. Một con chồn chân đen có DNA khác biệt như Elizabeth Ann sẽ là lời giải giúp kéo giống loài của nó ra khỏi bờ vực tuyệt chủng.
Năm 2009, một nhóm các chuyên gia và nhân viên vườn thú tại Brazil tiến vào xavan Cerrado với một nhiệm vụ đặc biệt. Vốn là một khu bảo tồn rừng nhiệt đới và hệ sinh thái đồng cỏ khổng lồ, Cerrado là nhà ở của khoảng 10.000 loài thực vật và hơn 800 loài chim cùng động vật có vú trên thế giới.
Nhưng các chuyên gia không đến đó để theo dõi những sinh vật sống, họ đến để thu nhặt bất kỳ xác chết nào mà họ thấy ven đường, từ những con chó rừng, thú ăn kiến cho đến bò và nai xám. Mục đích là thu lượm tinh trùng, trứng hoặc bất cứ mô sống nào còn sót lại của các loài sinh vật này.
Các nhà khoa học Brazil đang có một kế hoạch bảo vệ nguồn gen của các loài động vật hoang dã có nguy cơ tuyệt chủng tại Cerrado. DNA của chúng sẽ được thu lại, bảo quản trong các tủ đông âm 196 độ C và chờ ngày được hồi sinh nhờ các kỹ thuật nhân bản vô tính. Ít nhất hơn 400 mẫu vật đã được thu lượm từ chuyến đi vào xavan Cerrado.
Nhân bản vô tính một loài động vật là một công thức gồm có 3 biến số: Một là DNA của sinh vật, hai là một quả trứng có thể cấy được DNA vào đó và cuối cùng là một cơ thể sinh vật cái có thể mang thai được. Công việc thực sự rất khó.
Đầu tiên, DNA cần được tiêm vào trứng và tạo thành phôi. Thông thường, các nhà khoa học sẽ cần gây mầm hàng trăm phôi thai như vậy mới có thể tạo ra được một hoặc một vài cá thể động vật vô tính. Xác suất có được phôi thành công đã thấp, việc chọn lựa cá thể cái mang thai được chúng còn thấp hơn.
Bởi đa phần nỗ lực của họ nhắm đến các sinh vật đã hoặc đang trên đà tuyệt chủng, việc chọn ra một cá thể cái đúng loài phù hợp gần như là không thể. Lúc này, các nhà khoa học sẽ phải chuyển sang tìm một loài có họ hàng gần nhất với chúng.
Thật không may, việc cấy phôi lai như vậy thường không sinh ra những đứa con khỏe mạnh. Và vẫn có một nguy cơ trong đó dòng gen của động vật không được thuần chủng để tạo ra đúng phiên bản của DNA cấy vào ban đầu.
Năm 1996, các nhà khoa học ở Scotland đã cố gắng nhân bản một con cừu Finn-Dorset cái. Họ đã tiêm các hạt nhân chiết xuất từ tế bào vú của cô ấy vào gần 300 quả trứng rỗng có nguồn gốc từ cừu lông đen Scotland. Trong số tất cả số trứng này, chỉ có 30 quả tạo được ra phôi. Và chỉ có 5 phôi trong số đó phát triển được thành cừu non trong bụng mẹ.
Cuối cùng, với 300 quả trứng chỉ có duy nhất 1 phôi phát triển được thành cừu non, được sinh ra và sống tới tuổi trưởng thành. Ở đây chúng ta đang nhìn lại lịch sử của con cừu huyền thoại Dolly.
Nhìn chung, kỹ thuật nhân bản vô tính chỉ có tỷ lệ thành công trung bình dưới 5% và con số với động vật hoang dã còn thấp hơn dưới 1%.
Kể từ đầu những năm 2000, các nhà khoa học trên khắp thế giới đã không ít lần cố gắng nhân bản nhiều loài động vật sắp tuyệt chủng, từ cừu mouflon, bò tót, banteng, những con dê Pyrenean ibex cho đến sói đồng cỏ. Vô số con vật đã chết trước khi ra đời và hầu hết không có cá thể nào sống được tới tuổi trưởng thành và sinh ra con cháu.
Nhiều nhà khoa học vì thế không ủng hộ nhân bản vô tính như một hình thức bảo tồn động vật tuyệt chủng. Bởi suy cho cùng, nhân bản không giải quyết được gốc rễ lý do tại sao động vật biến mất mà chỉ đang cố sửa chữa phần ngọn của vấn đề, bằng cách tạo ra những sinh vật mới chứ không phải bảo vệ những sinh vật còn sống sót.
Nhưng số khác ủng hộ nhân bản vô tính nói rằng đó là phương pháp duy nhất hiện tại để duy trì giống nòi cho các loài động vật có nguy cơ tuyệt chủng và làm hồi sinh lại những sinh vật đã chết. Nếu không có nhân bản vô tính, chúng ta chỉ có thể ngắm nhìn chúng trong hình hài các bộ xương và hóa thạch trong viện bảo tàng.
Cải thiện các kỹ thuật nhân bản vô tính và tăng tỷ lệ thành công của chúng là điều con người cần phải làm để sửa chữa sai lầm của mình.
Sự thất bại của các nỗ lực nhân bản động vật đến từ một vấn đề cơ bản – DNA và trứng của loài chuyển phôi không thực sự khớp với nhau. Việc tiêm DNA của một loài vào trứng của loài khác — thậm chí là một loài có quan hệ họ hàng gần — cũng sẽ tạo ra một phôi lai bất thường. Nó chứa DNA trong nhân của loài được nhân bản nhưng DNA ty thể (mtDNA) lại lấy từ trứng của loài cho.
Sự không phù hợp này lập tức gây ra vấn đề từ khi phôi thai hình thành và phát triển. DNA hạt nhân và mtDNA hoạt động cùng lúc và cả hai đều chứa các công thức di truyền để sản sinh ra protein giúp tế bào lấy năng lượng từ thức ăn.
Trong phôi lai, các protein này không phải lúc nào cũng hoạt động ăn khớp, điều này khiến các tế bào bị đói năng lượng. Vấn đề phức tạp hơn khi cá thể cái mang thai hộ thường từ chối phôi lai vì nhận ra có một số mô phôi ngoại lai trong đó không thuộc về con cái của chính loài mình. Hệ miễn dịch sẽ được huy động để giết chết chính phôi thai và bào thai nhân bản sẽ bị chết lưu.
Một vấn đề khác khó giải quyết hơn nữa, đó là việc một phôi lai được tạo ra thông qua chuyển giao hạt nhân không phải là một phôi trống di truyền như hầu hết các phôi khác.
Tất cả các động vật có xương sống đều bắt đầu cuộc sống tự nhiên của chúng từ những quả bóng rỗng của tế bào gốc phôi, từ đó chúng có thể trở thành hầu hết mọi loại tế bào trưởng thành. Mỗi tế bào gốc đó chứa một bản sao của cùng một bộ gen được đóng gói thành các nhiễm sắc thể.
Khi phôi thai phát triển, các tế bào gốc bắt đầu chia nhánh, một phát triển trở thành tế bào da, một số khác trở thành tế bào tim, v.v. Các loại tế bào khác nhau bắt đầu biểu hiện các kiểu gen khác nhau. Bên trong mỗi tế bào, một loại phân tử và enzyme tương tác với DNA và histone để thay đổi biểu hiện gen.
Cuối cùng, mỗi loại tế bào như tế bào da, tế bào gan, tế bào não đều có cùng một bộ gen, nhưng biểu hiện gen lại khác nhau. Càng lớn lên thì phôi và sinh vật càng có các biểu hiện gen thay đổi nhiều hơn nữa theo kinh nghiệm sống của chúng.
Vấn đề là, khi các nhà nghiên cứu tiêm nhân của một tế bào trưởng thành vào một quả trứng rỗng, nhân sẽ mang theo bộ gen độc nhất của nó. Một quả trứng rỗng sau đó có xu hướng xóa biểu hiện gen của DNA hạt nhân được đưa vào, làm sạch hay "reset" nó trở lại.
Quá trình "tái lập trình hạt nhân" này chưa được hiểu rõ, nhưng các nhà khoa học cho rằng chính nó là một trong những lý do chính dẫn đến bất thường trong phát triển phôi vô tính. Quá trình tái lập trình hạt nhân này dẫn đến các vấn đề y tế thường gặp đối với sinh vật sau này, chẳng hạn như cân nặng khi sinh hoặc nguy cơ suy nội tạng.
Để cải thiện sức khỏe cho các sinh vật nhân bản và tăng tỷ lệ thành công của chuyển phôi, một số nhà khoa học đã cố gắng tìm cách giải quyết hai vấn đề này.
Đầu những năm 2000, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Teramo ở Ý đã đề xuất một phương án nuôi phôi lai bên ngoài tử cung cho đến khi nó phát triển thành phôi nang thì mới tách ra và cấy vào con cái mang thai hộ. Điều này sẽ giúp chọn lọc để cấy các tế bào có cùng nguồn gốc với chúng tránh nguy cơ phôi thai bị đào thải.
Một số các nhà khoa học khác đề xuất việc ngâm trứng trong hóa chất như trichostatin A để ngăn quá trình tái lập hạt nhân. Bằng cách này, tỷ lệ thành công của cả quá trình nhân bản vô tính có thể được tăng lên tới 25%.
Các cải tiến này thực sự đã mở ra cánh cổng của địa ngục, cho phép một số sinh vật tuyệt chủng quay trở lại với thế giới. Đến giữa những năm 2000, các nhà khoa học bắt đầu nhân bản được mèo rừng từ việc chuyển phôi chúng sang mèo nhà.
Năm 2008, một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Quốc gia Seoul Hàn Quốc đã đạt được thành công tương tự khi sử dụng chó nhà để mang thai hộ những phôi con sói xám nhân bản. Sau đó, 2009 là năm của lạc đà nhân bản, 2012 của dê và năm 2017 các nhà khoa học Trung Quốc lần đầu tiên nhân bản thành công khỉ Macaque, một loài linh trưởng.
Duyên phận của những con chồn chân đen được nhân bản hôm nay thực ra đã bắt đầu từ những năm 1980 khi Tiến sĩ Oliver Ryder, một nhà di truyền học tại Sở thú San Diego tình cờ ngồi chung bàn tiệc với Tom Thorne trong một hội nghị sinh học bảo tồn.
Thorne thời điểm đó đang là nhân viên của Sở Quản lý Cá và Trò chơi hoang dã Wyoming (Wyoming Game and Fish Department). Tiến sĩ Ryder biết ở Wyoming có những con chồn chân đen nên đã nổi hứng hỏi Thorne có muốn gửi một mẫu sinh thiết da của chúng vào Frozen Zoo, cơ sở trữ đông mô động vật của Sở thú San Diego hay không?
"Tôi thú thật với anh ấy rằng chúng tôi cũng chẳng biết mình phải giữ những mẫu vật này để làm gì, nhưng tại sao anh ấy không thử gửi chúng vào đó xem sao. Dẫu sao cũng chẳng mất gì", tiến sĩ Ryder nói.
Thế là vào ngày 23 tháng 10 năm 1985, có một hộp bưu phẩm được gửi đến cho ông ấy từ Wyoming. "Đó là cách mà chúng tôi có được những cá thể chồn chân đen đầu tiên", tiến sĩ Ryder nhớ lại. Năm 1988, Frozen Zoo còn nhận được nhiều mẫu phẩm hơn nữa, một trong số đó là của một con chồn chân đen tên là Willa được tìm thấy trong môi trường hoang dã.
Willa đã sinh con, nhưng những đứa con của nó đã chết yểu. Theo tiêu chuẩn của loài chồn chân đen, Willa đang giữ trong mình một kho đa dạng di truyền quý báu, bởi hệ gen của nó chưa hề bị lai sang thế hệ tiếp theo.
Tiến sĩ Ryder sau đó đã chỉ đạo hoạt động nuôi cấy tế bào từ mẫu phẩm của Willa, sau đó lưu trữ chúng trong một tủ đông khổng lồ cùng với tế bào của hơn 1.100 loài động vật khác, bao gồm cả ong mật Hawaii đã tuyệt chủng và vaquita, một loài cá heo có nguy cơ tuyệt chủng cao. Các tế bào của Willa được niêm phong ở nhiệt độ âm 196 độ C.
Vào năm 2013, Fish and Wildlife Service đã tiếp cận Revive & Restore, một tổ chức công nghệ sinh học bảo tồn hoạt động phi lợi nhuận để tìm kiếm sự giúp đỡ để gia tăng đa dạng di truyền cho quần thể 500 con chồn chân đen ở Mỹ, hầu hết đều là anh chị em ruột.
Novak khi đó làm việc ở Revive & Restore đã cùng các đồng nghiệp giải mã bộ gen của bốn con chồn chân đen. Đầu tiên là Balboa, một con chồn được sinh ra bằng phương pháp thụ tinh nhân tạo sử dụng tinh trùng bảo quản lạnh có độ đa dạng di truyền cao.
Thứ hai là Cheerio, con chồn chân đen được sinh ra tự nhiên từ giao phối cận huyết. Hai con chồn chân đen cuối cùng được lấy từ các mẫu mô ở Frozen Zoo, một con đực tên là "Studbook Number 2" và một con cái chính là Willa.
"Ngay khi nhìn vào Balboa, chúng tôi đã thấy con đường duy nhất để giải cứu sự đa dạng di truyền cho loài chồn chân đen là phải quay trở về quá khứ", Novak nói.
Những con chồn như Cheerio không khỏe, giao phối cận huyết sẽ còn tàn phá gen của thế hệ con cháu chúng hơn nữa. Và đến một ngưỡng nào đó, những con chồn này sẽ không còn khả năng đẻ ra những lứa con không sống được đến tuổi trưởng thành.
Hồi sinh lại những cá thể chồn chân đen trong quá khứ, như Studbook Number 2 và Willa là điều mà họ cần phải làm.
Elizabeth Ann đã được mang trở lại từ thế giới bên kia. Những tế bào của nó đã đi xuyên thời gian hơn 30 năm với một kho báu đa dạng di truyền trong DNA.
Năm 2018, Revive & Restore đã thiết kế một đề xuất và gửi nó cho Fish and Wildlife Service. Sau đó, họ ngay lập tức xin được giấy phép nghiên cứu nhân bản chồn chân đen như một loài có nguy cơ tuyệt chủng – đây cũng là giấy phép đầu tiên thuộc thể loại này được cấp tại Mỹ.
Để thực sự bắt tay vào công việc, Revive & Restore sau đó đã hợp tác với công ty thương mại nhân bản ViaGen Pets & Equine để thiết kế quy trình hồi sinh cả hai con chồn Studbook Number 2 và Willa, nhưng vì Willa là con cái nên sẽ được nhân bản trước.
Thử nghiệm đầu tiên bắt đầu vào đúng dịp Halloween năm ngoái. Frozen Zoo đã gửi dòng tế bào được bảo quản bằng phương pháp đông lạnh của Willa đến phòng thí nghiệm của ViaGen ở New York. ViaGen trích xuất hạt nhân của các tế bào, dùng pipet cấy nó vào bên trong trứng của những con chồn sương nuôi.
Những quả trứng lai sau đó được đặt vào môi trường kích thích bằng dòng điện để tạo phôi phân chia. Sau khi các phôi đã hình thành, Viagen sẽ chuyển chúng vào tử cung của những con chồn sương. Một trong số chúng đã mang thai và đến ngày thứ 14, siêu âm xác nhận được nhịp tim của bào thai.
Con chồn sương mai thai hộ sau đó đã được chuyển đến trung tâm bảo tồn và được theo dõi 24/24 theo chế độ đặc biệt. Đến ngày 10 tháng 12 năm 2020, nó chuyển dạ và đã hạ sinh Elizabeth Ann bằng phương án đẻ mổ.
"Đó chính là bản sao chép bé xinh của chúng tôi", Novak nói trong khi cưng nựng Elizabeth Ann như một đứa con mới sinh của mình. Con chồn được sinh ra có mặt đen cùng với bốn chi và đuôi đều đen giống với Willa trong quá khứ. Toàn bộ phần thân còn lại được bao phủ trong một lớp lông trắng như sương mai.
Nhưng chỉ dựa vào vẻ ngoài thì chưa thể xác nhận Elizabeth Ann là một con chồn chân đen thực thụ. Vào ngày thứ 65 của cuộc đời nó, các kỹ thuật viên ở Viagen đã lấy máu, ngoáy má và gửi mẫu xét nghiệm gen của nó đến cho Samantha Wisely, một nhà di truyền học bảo tồn tại Đại học Florida.
Wisely sau đó đã chạy các thử nghiệm và đi đến kết luận xác nhận Elizabeth Ann thực chất là một con chồn chân đen 100%.
"Tôi cảm giác như thời gian đang ngừng trôi", Novak nói vào đêm giao thừa khi cả nhà anh đã có mặt tại Trung tâm Bảo tồn Chồn chân đen Quốc gia Hoa Kỳ ở Fort Collins để thăm Elizabeth Ann – cá thể chồn chân đen nhân bản – loài động vật quý hiếm có nguy cơ tuyệt chủng đầu tiên được hồi sinh từ tế bào đông lạnh tại Mỹ.
Ở Fort Collins, Elizabeth Ann vẫn đang nhận được chế độ chăm sóc đặc biệt và sẵn sàng chờ đón các chị em gái của mình – những bản sao mới từ tế bào của Willa. Cùng với đó, nó cũng đã được ước hẹn sẵn với một con chồn chân đen đực, dự kiến sẽ chào đời từ bản sao tế bào của Studbook Number 2.
Khi những con chồn này đến tuổi trưởng thành, chúng sẽ được cho giao phối với nhau và tưới tắm một dòng gen hoàn toàn tươi mới vào quần thể chồn chân đen ở Mỹ. Nếu không có gì thay đổi, Novak cho biết khi thế hệ cháu chắt của Elizabeth Ann ra đời vào khoảng năm 2024 và 2025, chúng sẽ là những con chồn chân đen đầu tiên đủ sức khỏe và đa dạng gen để thả trở lại tự nhiên.
Ở Fort Collins, Elizabeth Ann đã sẵn sàng chờ đón vị hôn thê của mình – một bản sao từ tế bào của con chồn chân đen đực Studbook Number 2.
Có điều COVID-19 đang làm hoạt động nghiên cứu bị chậm lại. Virus SARS-CoV-2 cũng là một chủng corona dễ có khả năng lây nhiễm sang loài chồn. Vì vậy, khoảng 120 cá thể chồn chân đen ở Mỹ đã được tiêm thử nghiệm trước vắc-xin COVID-19.
Tại Revive & Restore, Novak cho biết tổ chức vẫn đang tiến lên với rất nhiều dự án hồi sinh động vật tuyệt chủng, bao gồm chim bồ câu rừng và thậm chí là voi Mammoth. Dự án voi Mammoth sẽ là một dự án lớn, tốn kém và tất nhiên sẽ gây ra nhiều tranh cãi. Nhưng Novak cho biết Revive & Restore rất quyết tâm bởi nếu có thể làm voi Mammoth sống lại, điều đó có nghĩa là con người có thể hồi sinh bất cứ loài động vật đã tuyệt chủng nào.
Trong khi đó tại Frozen Zoo, các tế bào của những sinh vật đã chết từ lâu vẫn đang chờ đợi khoảnh khắc được sống lại. Tiến sĩ Ryder đặc biệt nhấn mạnh việc thu thập và bảo quản mẫu phẩm, bởi nếu không có các mẫu phẩm, công nghệ nhân bản có phát triển đến đâu đi chăng nữa cũng là vô nghĩa.
Đối với con chồn chân đen Willa, các tế bào của nó tiếp tục được tiến sĩ Ryder nuôi cấy và nhân lên một lần nữa, đó là để bù lại lượng đã được lấy ra để biến thành Elizabeth Ann. "Ngay cả khi có các công nghệ mới được phát triển trong tương lai mà hiện tại không ai cứu được một tế bào nào thì cơ hội cũng sẽ biến mất. Bởi vậy, bây giờ là lúc chúng ta phải cứu lấy những tế bào", ông nói.