Vào ngày 5 tháng 7 năm 1996, một con cừu cái được sinh ra. Sau đó, nó đã thay đổi toàn bộ ngành công nghệ sinh học, mang đến cho các nhà khoa học một phương pháp mới để cứu các loài có nguy cơ tuyệt chủng và biến đổi lĩnh vực y học theo những cách không thể tưởng tượng được vào thời điểm đó.
Đây thực sự không phải là một con cừu bình thường, nó được nhân bản bằng cách sử dụng các tế bào lấy từ tuyến vú của một con cừu khác như một phần của thí nghiệm do Viện Roslin ở Midlothian, Scotland thực hiện. Con cừu cái này sau đó được đặt tên là Dolly, theo tên ca sĩ Dolly Parton.
Vào những năm 1950, nhà sinh vật học John Gurdon thuộc Đại học Oxford ở Anh đã phát hiện ra cách nhân bản Xenopus laevis. Kể từ đó, các nhà khoa học đã thực hiện những nỗ lực tương tự để tái tạo một sinh vật giống hệt về mặt di truyền với một sinh vật khác. Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm với mọi thứ, từ ếch, cóc đến cá, tuy nhiên điều này lại không thể thực hiện thành công đối với các loài động vật có vú lớn, nếu không muốn nói là gần như bất khả thi vào thời điểm khi đó.
Tuy nhiên, giống như nhiều bước đột phá khoa học, thí nghiệm nhân bản cừu Dolly lại thành công. Các nhà nghiên cứu tại Viện Roslin đã cố gắng nhân bản cừu thông qua quá trình chuyển giao hạt nhân phức tạp. Họ lấy nhân của một tế bào tuyến vú ở một con cừu và sử dụng dòng điện để cấy nó vào tế bào trứng của một con cừu khác. Do đó, tế bào trứng chứa tất cả DNA của mẹ Dolly, theo đó, nó lớn lên và phát triển thành phôi thai trong phòng thí nghiệm.
Trên thực tế, thành công của thử nghiệm là hoàn toàn ngẫu nhiên vì không ai nghĩ rằng DNA từ tế bào động vật trưởng thành lại có khả năng hình thành phôi thai mới. Các nhà khoa học tại Viện Roslin đã có ý định sử dụng các tế bào phôi cho các thí nghiệm nhân bản, còn lần thử nghiệm các tế bào vú này chỉ là bước đầu để thử nghiệm kỹ thuật mới này.
Về cơ bản, có thể lập trình lại tất cả DNA trong nhân của tế bào trưởng thành, làm cho nó bắt đầu giống như một tế bào phôi và phát triển thành một động vật mới. Sau khi bất ngờ tạo ra một phôi thai, các nhà khoa học tại Viện Roslin đã đưa nó vào cơ thể của một con cừu thứ ba, và cuối cùng con cừu này đã sinh ra Dolly. Tin tức về việc nhân bản cừu thành công mãi đến ngày 22 tháng 2 năm 1997 mới được công bố, gây bất ngờ và hoang mang cho dư luận và nhiều phương tiện truyền thông quốc tế.
Trong vòng vài ngày, nhiều người đã đưa ra những dự đoán đáng ngại, chủ yếu tập trung vào những hậu quả nghiêm trọng của việc nhân bản con người. Một số người thậm chí còn cho rằng công nghệ nhân bản có thể cung cấp một giải pháp thay thế cho những bậc cha mẹ đã mất con. Tạp chí Time đã chào đón Dolly với tiêu đề trang bìa đầy khiêu khích: "Will There Be Another You?"
Nhưng ở phía bên kia thế giới, một nhà sinh học tế bào gốc Nhật Bản đang quan sát các sự kiện ở Scotland với sự quan tâm sâu sắc.
Năm 1996, Shinyi Yamanaka cảm thấy tương lai sự nghiệp của mình thật ảm đạm. Trước đây, anh từng là bác sĩ phẫu thuật chỉnh hình và đã có một trải nghiệm tồi tệ: Trong một ca phẫu thuật cắt bỏ khối u lành tính, anh phải mất một giờ đồng hồ để hoàn thành ca phẫu thuật kéo dài 10 phút do một bác sĩ phẫu thuật lành nghề thực hiện. Các đồng nghiệp thậm chí còn đặt biệt danh cho anh là "Jamanaka", một từ đồng âm với tên của anh, có nghĩa là cản đường.
Từ năm 1996 đến 1999, Yamanaka nhận thấy mình có một công việc tẻ nhạt tại Trường Y, Đại học Thành phố Osaka, anh phải dành phần lớn thời gian để chăm sóc chuột trong phòng thí nghiệm và không thể thực hiện công việc nghiên cứu. Trong thời gian này, anh đã đọc về việc các nhà khoa học đã nhân bản thành công cừu Dolly.
Yamanaka bị hấp dẫn bởi thực tế là các tế bào trưởng thành có thể được mã hóa theo cách này và bắt đầu tự hỏi liệu việc thêm các yếu tố phiên mã - các protein liên kết với DNA để bật hoặc tắt một số gen nhất định - có thể mã hóa lại bất kỳ tế bào trưởng thành nào trở lại trạng thái phôi hay không.
Sau 10 năm nghiên cứu, Yamanaka đã đạt được mục tiêu của mình, đầu tiên là trên chuột và sau đó là tế bào người. Bằng cách thêm vào hỗn hợp bốn yếu tố phiên mã, kỹ thuật của ông cho phép da hoặc tế bào máu được lập trình lại thành trạng thái đa năng, tức là chúng có thể trở thành bất kỳ loại tế bào nào trong cơ thể người. Đây là một bước đột phá to lớn, và Yamanaka sau đó đã được trao giải Nobel Y học và Sinh lý học năm 2012.
Bước đột phá của Yamanaka đã thu hút rất nhiều sự chú ý vì công nghệ này cho phép các nhà khoa học lấy mẫu máu từ bệnh nhân và tạo ra các organoids trong phòng thí nghiệm. Đây là phiên bản thu nhỏ của cơ quan, có kích thước bằng hạt đậu, hoạt động giống tế bào xôma của bệnh nhân. Các organoids có thể được sử dụng để thử nghiệm các loại thuốc và vắc xin mới, hoặc đơn giản là để hiểu một số quy trình cơ bản liên quan đến sự phát triển của con người.
Các nhà khoa học cũng rất hào hứng với những ứng dụng y tế tiềm năng của công nghệ này đối với những bệnh nhân mắc bệnh di truyền. Về lý thuyết, điều này sẽ cho phép bạn lấy các tế bào từ một bệnh nhân, sửa chữa khiếm khuyết di truyền của họ, và sau đó sử dụng các tế bào đó để sửa chữa các mô bị tổn thương của bệnh nhân, vì vậy đây chắc chắn là một khám phá rất quan trọng.
Các kỹ thuật liên quan đến nhân bản cũng có một số ứng dụng y tế tức thì. Các nhà khoa học tại Trung tâm Liệu pháp Gen và Tế bào Phôi thai của Đại học Oregon đã sử dụng một số bước liên quan đến quá trình nhân bản Dolly để giúp ngăn những phụ nữ mắc các bệnh hiếm gặp về ty lạp thể truyền rối loạn sang con cái của họ. Bằng cách chuyển nhân trứng của người mẹ vào tế bào trứng khỏe mạnh của người phụ nữ khác, hầu hết hoặc tất cả các ti thể bị hư hỏng có thể sẽ bị loại bỏ. Kỹ thuật này từ đó được mệnh danh là "three-person baby".
Đối với các nhà khoa học đã tạo ra Dolly, di sản trực tiếp của thành tựu này là sự tồn tại liên tục của trung tâm nghiên cứu của họ. Năm 1996, tình hình tài chính của Viện Roslin rất bấp bênh, và kinh phí nghiên cứu phải đối mặt với sự cắt giảm của chính phủ.
Tuy nhiên sau thành công của việc nhân bản cừu Dolly, sự cuồng nhiệt của giới khoa học và truyền thông diễn ra sau đó đã thu hút sự chú ý của ViaGen, một công ty công nghệ sinh học của Mỹ. Công ty có trụ sở tại Texas đã mua tài sản trí tuệ cho công nghệ nhân bản vào năm 1998, cung cấp cho Viện Roslin nguồn kinh phí dồi dào để duy trì hoạt động cho đến khi họ có thể tìm được nguồn tài trợ nghiên cứu mới.
Ban đầu, mục đích chính của công ty này là sử dụng nhân bản vô tính để cải thiện chăn nuôi quy trình này vẫn diễn ra cho đến ngày nay, đặc biệt là đối với những vật nuôi có giá trị kinh tế cao như bò đực. Kỹ thuật nhân bản vô tính cũng đã được sử dụng để bỏ qua những rủi ro trong kết hợp di truyền ngẫu nhiên của sinh sản bình thường, và chuyển những thay đổi di truyền mong muốn được thực hiện trong phòng thí nghiệm từ thế hệ này sang thế hệ khác. Một số nhà nghiên cứu cũng đang xem xét việc kết hợp nhân bản và chỉnh sửa bộ gen để tạo ra động vật có khả năng chống lại một số bệnh thông thường như bệnh lao và bệnh nhiễm khuẩn salmonellosis.
Tuy nhiên, đi theo sự phát triển của công nghệ sinh học này, một ngành công nghiệp mới đã xuất hiện - nhân bản vật nuôi. Năm 2015, ViaGen bắt đầu phục vụ những người nuôi thú cưng muốn nhân bản những chú chó, mèo yêu quý của mình. Mặc dù giá cao - 35.000 đô la để nhân bản một con mèo và 50.000 đô la để nhân bản một con chó - nhưng nhu cầu của thị trường vẫn tương đối cao. ViaGen không tiết lộ chính xác số lượng thú cưng nhân bản hiện tại, nhưng theo Melain Rodriguez, giám đốc dịch vụ khách hàng của ViaGen, họ đã nhân bản hàng trăm thú cưng, mèo con và chó con được sinh ra mỗi tuần, và họ không quảng cáo nhiều, phần lớn được truyền miệng.
Rodriguez giải thích rằng 90% khách hàng của công ty chỉ đơn giản chọn bảo quản tế bào của thú cưng của họ - chi phí 1.600 đô la - để nhân bản vào một ngày sau đó khi họ có đủ khả năng chi trả. Chi phí nhân bản vật nuôi cao bắt nguồn từ sự phức tạp của quá trình nhân bản - phải mất 8 tháng để nhân bản một con chó và một năm để nhân bản một con mèo.
Sau khi ViaGen bắt đầu kinh doanh nhân bản thú cưng, ngành công nghiệp này dần dần phát triển ở những nơi khác trên thế giới. Kể từ đó, ngành công nghiệp này đã mở rộng ra nhiều nơi khác trên thế giới - Sooam Biotech ở Hàn Quốc và Sinogene ở Trung Quốc hiện cũng cung cấp dịch vụ nhân bản chó.
Tuy nhiên, nhiều nhà khoa học vẫn không yên tâm về toàn bộ tiền đề của việc nhân bản vật nuôi, cho rằng không có "lý do chính đáng" để nhân bản vật nuôi. Mặc dù các động vật được nhân bản sẽ giống hệt nhau về mặt di truyền với người cho, nhưng các đặc điểm hành vi và tính cách của chúng lại khác nhau. Nói cách khác, tất cả các sinh vật đều là sản phẩm của sự kết hợp giữa gen và môi trường. Điều con người thực sự muốn là một con vật cưng có thể nhận ra bản thân và biết một số kỹ năng đặc biệt. Theo nghĩa này, nhân bản vật nuôi chỉ là lợi dụng sự đau buồn của con người ở một mức độ nào đó.
Trong những năm sau quá trình nhân bản của Dolly, câu hỏi trọng tâm là liệu các nhà khoa học có bao giờ mở rộng công nghệ cho con người hay không, và nhiều vấn đề luân lý và đạo đức sẽ đặt ra.
Nhưng trong khi phôi thai người được nhân bản thành công vào năm 2013, quá trình tạo ra toàn bộ con người chưa bao giờ được thực hiện vì có khả năng bị công chúng phản đối kịch liệt. Vào tháng 1 năm 2018, các nhà khoa học Trung Quốc đã nhân bản loài linh trưởng đầu tiên, hai con khỉ đuôi dài cynomolgus có tên "Zhongzhong" và "Huahua". Nhưng không có dấu hiệu nào cho thấy công trình này đã được sử dụng để nhân bản thêm các loài linh trưởng khác.
Thay vào đó, hầu hết kinh phí đang được dành cho việc sử dụng nhân bản để hồi sinh các loài động vật đang trên bờ vực tuyệt chủng. Các nhà khoa học đang nghiên cứu để nhân bản gấu trúc khổng lồ và tê giác trắng phương Bắc. Tê giác trắng phương Bắc là một phân loài của tê giác trắng, chỉ còn lại hai cá thể trên Trái đất và tất cả chúng đều là giống cái nên chúng đã được tuyên bố tuyệt chủng về mặt chức năng sinh học. Trong hai năm qua, ViaGen đã nhân bản hai loài có nguy cơ tuyệt chủng: chồn chân đen và ngựa Przewalski.
Hiện tại, một số nhà khoa học đang đứng đầu một kế hoạch đầy tham vọng nhằm cố gắng "hồi sinh" loài voi ma mút lông cừu. Đây là loài voi ma mút đã tuyệt chủng sống cách đây khoảng 4.000 năm. Công ty khởi nghiệp Colossal của Church đã huy động được 14,5 triệu USD để tạo ra con lai giữa 'voi Châu Á - voi ma mút' bằng cách lấy tế bào da của voi châu Á và sử dụng phương pháp nhân bản để lập trình lại chúng bằng DNA của voi ma mút.
Các nhà nghiên cứu mô tả loài voi "tái sinh" này giống như một "con voi Bắc Cực" có thể đóng một vai trò sinh thái quan trọng ở vùng lãnh nguyên xa xôi phía bắc, giúp hồi sinh các hệ sinh thái. Có một lý do chính đáng khiến "Voi Bắc Cực" được tạo ra: Nó có một số đặc điểm tốt nhất của voi hiện đại và voi ma mút do đó nó có thể thích nghi với biến đổi khí hậu và phục hồi lãnh nguyên Bắc Cực.
Tuy nhiên, việc tạo ra một chú "Voi Bắc Cực" cũng gặp phải một số thách thức. Dự án sẽ liên quan đến việc chỉnh sửa gen các tế bào da của voi Châu Á để chúng mang gen từ voi ma mút, sau đó tìm một bà mẹ thay thế phù hợp để mang thai và sản xuất phôi. Với tư cách là vật chủ, voi hiện đại thực sự khác với voi ma mút, và điều gì sẽ xảy ra sau khi nó được sinh ra? Liệu voi mẹ sẽ phản ứng ra sao khi sinh ra một đứa con dị biệt? Voi ma mút con sẽ tương tác với voi mẹ như thế nào?
Các câu hỏi cũng đã được đặt ra về việc liệu có thích hợp để hồi sinh một loài động vật đã tuyệt chủng hay không, trước những thách thức sinh tồn mà nhiều loài hiện có ngày nay phải đối mặt - và loài voi ma mút lần cuối tồn tại trên hành tinh vào thời điểm khí hậu và hệ sinh thái của Trái đất hoàn toàn khác với thế kỷ 21.
Việc áp dụng công nghệ nhân bản cũng có thể dẫn đến những kết quả nghiêm túc hơn trong những thập kỷ tới. Vào tháng 1 năm 2022, các bác sĩ phẫu thuật tại Đại học Y khoa Maryland đã cấy ghép một quả tim lợn vào một người đàn ông mắc bệnh tim giai đoạn cuối. Trái tim có 10 biến đổi gen của con người mà nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ làm giảm nguy cơ đào thải nội tạng.
Thật không may, bệnh nhân này chỉ sống được hơn hai tháng. Tuy nhiên, ca cấy ghép đã thu hút sự chú ý của các bác sĩ trên toàn thế giới như một giải pháp tiềm năng cho tình trạng thiếu nội tạng cấy ghép trên thế giới.
Tại Đức - quốc gia có tỷ lệ hiến tạng thấp nhất ở Châu Âu - Eckhard Wolf, người đứng đầu Trung tâm Mô hình Y tế Sáng tạo ở Munich, đang cố gắng nhân bản và lai tạo một loạt lợn giống hệt nhau về mặt di truyền. Ý tưởng là có một quần thể phù hợp để từ đó các cơ quan có thể dễ dàng được thu hoạch và sử dụng cho cấy ghép xenot vào con người. Theo Tổ chức Cấy ghép Nội tạng, khoảng 8.500 người ở Đức hiện được chẩn đoán suy nội tạng và không có lựa chọn điều trị nào khác ngoài cấy ghép nội tạng.
Wolff nói rằng các biện pháp tích cực hơn là cần thiết. Ông nói: "Tình hình rất khẩn cấp, chẳng hạn, chỉ khoảng một nửa số bệnh nhân nằm trong danh sách chờ ghép tim tích cực có thể được cấy ghép. Lợn có một số lợi thế cần thiết khi là đối tượng hiến tặng, vì kích thước và chức năng của các cơ quan của chúng tương đối phù hợp với con người. Và việc sử dụng lợn được chấp nhận về mặt đạo đức hơn so với các loài linh trưởng không phải con người".
Wolf đặt mục tiêu sử dụng nhân bản để thực hiện một số chỉnh sửa gen trên các tế bào trong điều kiện phòng thí nghiệm, để cố gắng giảm thiểu nguy cơ nhiễm trùng và đào thải cơ quan, trước khi tạo ra một thế hệ vô tính phôi lợn. Nếu mọi việc suôn sẻ, ông dự định sẽ bắt đầu thử nghiệm lâm sàng trong vòng ba năm tới.
Tuy nhiên, không phải ai cũng tích cực về việc nhân bản động vật cho mục đích cấy ghép nội tạng. Các nhà hoạt động vì quyền động vật ở Đức tin rằng đây thực chất là biến lợn thành xưởng sản xuất nội tạng. Hiệp hội Phúc lợi Động vật Đức cho biết dự án này có vấn đề về mặt đạo đức.
Đã 25 năm kể từ khi nhân bản cừu Dolly, thí nghiệm làm say đắm cả thế giới. Cho đến ngày nay, nhân bản vẫn là một chủ đề quan trọng và gây tranh cãi như khi Dolly được sinh ra.