Lần đầu tiên các nhà khoa học tạo thành công các sinh vật mới với bộ mã di truyền 6-ký tự

Điều này có thể dẫn đến một dạng sống hoàn toàn mới…

Các nhà khoa học đã thành công trong việc tạo ra sinh vật “bán tổng hợp” đầu tiên - vi khuẩnE.Coli chứa bộ mã di truyền mở rộng gồm sáu chữ cái.

Trong khi mọi sinh vật sống trên Trái đất được hình thành dựa trên bộ mã DNA gồm bốn bazơ (đại diện bởi các chữ cái G, T, C và A), thì những E. coli mới này đã được bổ sung thêm hai bazơ X, Y để tạo thành một mã di truyền hoàn toàn mới.

Một nhóm các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi Floyd Romesberg đến từ Viện Nghiên cứu Scripps, California đã chế tạo thành công các phân tử nucleotide mới để tạo thành một cặp bazơ bổ sung và chèn chúng vào mã di truyền của E. coli. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences.

Như vậy, chúng ta đã có sinh vật bán tổng hợp đầu tiên trên thế giới với mã di truyền gồm 2 cặp bazơ tự nhiên và một cặp bazơ tổng hợp. Romesberg và cộng sự cho rằng đây có thể sẽ là khởi đầu cho một hình thức sống mới.

Các nhà nghiên cứu cho biết: "Với khả năng duy trì thông tin ngày càng tăng, các sinh vật bán tổng hợp tối ưu hiện có thể cung cấp nền tảng phù hợp để tạo ra các sinh vật có các thuộc tính và đặc điểm không tự nhiên, không tìm thấy được ở bất cứ đâu”.

Quay trở lại năm 2014, khi đó nhóm nghiên cứu tuyên bố về việc họ đã thành công trong việc thiết kế một cặp bazơ tổng hợp - được làm từ các phân tử X và Y - và có thể chèn chúng vào trong mã di truyền của một sinh vật sống. Kể từ đó, các nhà khoa học đã tập trung nghiên cứu nhiều hơn việc biến đổi vi khuẩn E. Coli với mục đích chèn cặp bazơ tổng hợp vào mã DNA của vi khuẩn này và cố gắng duy trì chúng trong suốt vòng đời của vi khuẩn. Ban đầu, vi khuẩn tạo ra bị yếu và chết ngay sau khi nhận được cặp bazơ mới, bởi vì chúng không có khả năng giữ nó khi phân chia.

Romesberg nói: "Bộ gen của bạn không chỉ cần ổn định trong một ngày mà chúng phải ổn định trong suốt cuộc đời. Nếu cơ thể bán tổng hợp thực sự là một sinh vật, nó phải có khả năng duy trì được thông tin đó."

Do đó, nhóm nghiên cứu đã thiếp lập một kế hoạch gồm ba bước nhằm tạo ra một phiên bản vi khuẩn E. coli  khác để có thể giữ cặp bazơ mới vô thời hạn, cho phép chúng sống bình thường và khỏe mạnh.

Đầu tiên các nhà nghiên cứu đã xây dựng một phiên bản tốt hơn được gọi là nucleotide vận chuyển, có chức năng vận chuyển các mảnh của cặp bazơ nhân tạo vào DNA của vi khuẩn và chèn nó vào đúng vị trí trong mã di truyền. "Nucleotide vận chuyển cũng từng được sử dụng trong nghiên cứu năm 2014, nhưng nó làm cho sinh vật bán tổng hợp bị yếu đi", một thành viên của nhóm, Yorke Zhang giải thích.

Trong nghiên cứu mới này, các nhà khoa học đã thay đổi nucleotide vận chuyển để giảm tác dụng phụ, giúp vi khuẩn không phản ứng với cặp bazơ. Tiếp theo, họ cũng thay đổi phân tử ban đầu được sử dụng để làm bazơ Y và cuối cùng là sử dụng công cụ chỉnh sửa gen CRISPR-Cas 9 để tạo ra vi khuẩn E. colikhông nhận biết các phân tử X và Y như một vật thể lạ. Theo báo cáo của các nhà khoa học, E. coli mới được tạo ra khỏe mạnh, độc lập hơn, và có khả năng lưu giữ thông tin của cặp base tổng hợp là vô thời hạn.

Romesberg cho biết: "Chúng tôi đã làm cho sinh vật bán tổng hợp này giống với sự sống hơn".

Trở lại năm 2014, Jim Thomas thuộc Tập đoàn ETC, một tổ chức của Canada nhằm giải quyết các vấn đề kinh tế xã hội và sinh thái xung quanh các công nghệ mới, đã phát biểu trên tờ New York Times: “Mặc dù các nhà sinh vật học tổng hợp đã đưa ra những cách thức mới để phù hợp với các nguyên tắc cơ bản của cuộc sống, nhưng chính phủ vẫn hết sức thận trọng với vấn đề này. Họ đang đưa ra những điều cơ bản nhằm giám sát, đánh giá hoặc điều chỉnh cho lĩnh vực đang phát triển này, cho dù vi khuẩn đó vẫn chưa hoạt động.”

Nhưng Romesberg cho biết, sự lo ngại này là không cần thiết vì cặp bazơ tổng hợp này không nguy hiểm. Vi khuẩn không thể đọc và xử lý thông tin từ nó, mà đó chỉ là một bằng chứng cho chúng ta thấy có thể có một hình thức sống khác dựa trên các bazơ nhân tạo.

Các nhà nghiên cứu hiện đang tiếp tục cải tiến kỹ thuật này với hy vọng rằng có thể tạo ra các loại protein mới sử dụng trong các loại thuốc và nguyên liệu trong tương lai, như Romesberg đã khẳng định "Điều này sẽ mở ra một chân trời mới khi chúng ta làm được điều tương tự với protein”.

Tài liệu tham khảo:

Bec Crew, "New Organisms Have Been Formed Using the First Ever 6-Letter Genetic Code",Sciencealert, 24 January, 2017.

Lược dịch Nguyễn Thị Hoài

Biên tập Biomedia Việt Nam