Sinh học tổng hợp: Kỹ thuật, tiến trình, thành quả và dự phỏng tương lai (tt) ppt

Sinh học tổng hợp: Kỹ thuật, tiến trình, thành quả và dự phỏng tương lai tt Tiến trình và thành qủa: Ý niệm về SB hình thành từ giai đoạn khởi đầu của công nghệ gene khi các enzyme gi

Sinh học tổng hợp: Kỹ

thuật, tiến trình, thành quả

và dự phỏng tương lai (tt)

Tiến trình và thành qủa:

Ý niệm về SB hình thành từ giai

đoạn khởi đầu của công nghệ gene khi các enzyme giới hạn (restriction enzymes) được Halmilton Smith

khám phá và xử dụng vào năm

1978 Theo đó, chúng ta có thể cắt

và ráp nối các đoạn gene để thay

đổi hình thái và chức năng của

chúng Như đã nêu trên, phương

pháp tách dòng cổ điển chỉ áp dụng được cho từng gene một Thành

qủa giải trình tự bộ gene của người,

và của nhiều sinh vật khác, cũng

như hiểu biết về chức năng và cơ chế điều hòa bộ gene, đã tạo điều kiện để các nhà nghiên cứu sinh

học khai triển bộ môn SB trong

khoảng 5 năm vừa qua SB đã được thiết lập từ những đại học quốc tế như Viện Kỹ thuật Massachussets (MIT), Ðại Học California ở

Berkeley (UCB), Oxford với đóng góp của các nhà nghiên cứu tên

tuổị Craig Venter, người giải mã

bộ gene nhân loại, đã ứng dụng SB

để thiết lập tế bào có bô gene nhỏ nhất (minimum-genome) gồm

khoảng trên 200 gene để nghiên

cứu về nguồn gốc sự sống Về thực dụng, tế bào này cung cấp hệ thống điều hòa gene và là một môi trường sạch rất tốt để tổng hợp chế phẩm dược liệu hay năng lượng với độ

tinh khiết cao vì không có những

sản phẩm phụ (by product) như

ở E coli và nấm men Năm 2001,

C Venture đã thành lập công ty

Synthetic Genomics và lên kế

hoạch nghiên cứu SB để sản xuất, với công suất cao các hóa chất năng lượng (như hydrogen, ethanol)

nhằm trong sạch hóa môi trường,

và dự tính tiết kiệm được khoảng

20 tỷ USD hàng năm do việc thay thế ethanol để giảm thiểu lượng

xăng tiêu thụ ở Mỹ

Triển vọng dùng phương pháp SB

để tổng hợp và sản xuất dược chất trị liệu được khẳng định từ nghiên cứu tạo artemisinin thành công của Jay Keasling ở Ðại Học California, Berkely năm 2003 Sau khi xác

định được 12 gene tham gia trong tiến trình tổng hợp artemisinin ở thực vật, Keasling đã tổng hợp

được 9 trong số các gene này, và thiết lập một hệ điều hành SB để

sãn xuất artemisinin ở E coli với

năng suất gấp 10.000 lần so với hệ thực vật, và gần đây nhất là ở nấm

men với năng suất tăng thêm 10 lần

so với chủng E coli Thành qủa

này đã mang lại cho Keasling giải thưởng Nhà Khoa Học của năm

2006 (The Scientist of the Year

2006) do tập san khoa học

Discovery bình chọn Keasling

cùng cộng sự thành lập công ty

Amyris Biotechnologies áp dụng

SB cho việc tổng hợp artemisinin,

và đặc biệt là tiền chất

(pro-compound) isopronoid với số lượng lớn để sản xuất (Hình 3) Dự tính

có khoảng 50,000 dược liệu họ

isopronoid có giá trị trị liệu cao đối với các bệnh như ung thư, huyết áp, tiểu đường, sốt rét; nhưng

isopronoid chỉ tồn tại ở rất ít thực

vật và với nồng độ thấp Vì giá trị quan trọng này, hiệp hội Gate

Foundation đã tài trợ 43 triệu USD

để triển khai SB trong việc tổng

hợp các dược chất trên

Hình 3 Từ hoá chất đường đơn

giản, SB tái tạo chu trình tổng hợp

isoprenoid ở E coli để sản xuất

dược liệu qúy hiếm với số lượng

lớn

SB cũng có những thành tựu nhiều hứa hẹn ở dòng E coli từ các

nghiên cứu của Christopher Voigt ở Ðại Học California, San Francsico (UCSF) Dùng phương pháp SB,

Voigt đa tổng hợp các cảm thu

(sensor) để tạo một dòng E

coli mới có khả năng tìm kiếm và

xâm nhập tế bào ung thư, sau đó

phóng thích ra những hóa chất trị liệu tiêu hủy tế bào

Ngoài ra, nhu cầu nghiên cứu SB cũng mang đến sự hình thành một

số trung tâm, hãng công nghệ sinh học chuyên sản xuất gene và các

vật liệu gene (parts) như BioBricks Foundation và Codon Devices

Dự phỏng tương lai:

Con đường phát triển SB chỉ mới ở giai đọan khởi đầu; việc chinh phục các khó khăn và các đề tài nghiên cứu SB trong tương lai sẽ thật hào hứng Chỉ trong khoảng thời gian 5 năm ngắn ngủi vừa qua, SB đang tạo cho các nhà nghiên cứu sinh

học một nền tảng kỹ thuật mới có khả năng thay đổi tế bào trên một

bình diện rất rộng lớn so với các

ứng dụng công nghệ gene từ trước tới nay Từ khởi thủy, thiên nhiên

đã không tạo dựng bộ gen hòan hảo cho con người cũng như cho mọi sinh vật khác Có rất nhiều bệnh tật

do sự sai lệch của bộ gene, và có

rất nhiều khuyết điểm ở các sinh

vật và cây cỏ vì bộ gene của chúng thiếu hiệu năng trong việc sản xuất

Kỹ thuật SB nhằm tái lập những bộ gene và làm hòan chỉnh như ý

muốn để bù đắp những khuyết

điểm của thiên nhiên Những “sinh vật mới” này có khả năng tạo sản phẩm sinh hoc gồm tế bào, protein, dược chất, hoặc những hóa chất có năng xuất cao và hiệu ứng chuyên

biệt, có công dụng thiết thực cho lãnh vực trọng yếu của xã hội như

y tế, năng lượng và môi trường

Trên thực tế, cũng như mọi tiê’n bộ khoa học khác, nếu SB khẳng định được những giá trị nêu trên thì sẽ được sự tham gia tích cực của cộng đồng khoa học, và đo’ng go’p của nhiều tầng lơ’p trong xã hội Cho đến nay, những viễn tượng tốt đẹp của SB đang hứa hẹn một cuộc

cách mạng mới của ngành tân sinh học

Vì hiệu ứng cao của SB, vấn đề an toàn và an ninh xã hội cần được đặt

ra để ngăn ngừa sự tổng hợp những chủng virus có độc tố và khả năng

gây dịch tễ; hoặc tạo các độc chất

đe dọa sự an tòan của môi trường Hiện nay tính an tòan của SB chỉ

được sự lưu tâm của giới khoa học,

và luật lệ điều hành SB được áp

dụng từ luật lệ hiện dùng chung của

kỹ thuật gene

Ðối với ngành sinh học Việt Nam,

vì tính ứng dụng cao của SB, chúng

ta nên cứu xét các phương thức khả thi để hội nhập vào lãnh vực khoa học quan trọng nàỵ Các bạn trẻ

cũng nên lưu tâm đến SB trong các chọn lựa tương lai, vì rất nhiều tiềm năng SB chưa được khai triển và trí tuệ Việt Nam có thể đóng góp vào

sự tiến bộ này để mang lại lợi ích

cho việc phát triển khoa học của đất nước