Lần đầu chỉnh sửa chính xác gene phôi người

Lần đầu tiên các nhà di truyền phát triển một kỹ thuật chỉnh sửa gene mới cho phép tạo phôi thai nhân tạo, nhưng đang gây nhiều tranh cãi về những tác động tiềm tàng lâu dài.

Nhóm nhà khoa học tại Đại học Columbia, dẫn đầu là Tiến sĩ di truyền học Dieter Egli, đã nghiên cứu thành công việc chỉnh sửa DNA của phôi thai người giai đoạn đầu với độ chính xác được đánh giá "chưa từng có". Công nghệ mới gọi là base editing, (chỉnh sửa base/chỉnh sửa điểm) là công nghệ chỉnh sửa gene thế hệ mới, cho phép thay đổi chính xác một ký tự (base) DNA thành một ký tự khác ngay tại vị trí mục tiêu trên bộ gene. Đây là công nghệ phát triển dựa trên hệ thống CRISPR-Cas nhưng mang lại độ chính xác cao hơn và an toàn hơn so với CRISPR truyền thống, theo Synthego.

Cụ thể, nhóm của TS Egli đã thay thế từng ký tự di truyền riêng lẻ trong chuỗi DNA mà không gây ra những tổn thương thường thấy ở dạng chỉnh sửa gene CRISPR trước đó. Nhóm đặt mục tiêu thay đổi hai gene, gồm PCSK9 có thể mang các đột biến làm tăng nồng độ LDL trong máu và nguy cơ mắc bệnh tim; và gene HBG điều khiển quá trình sản xuất hemoglobin ở thai nhi.

Ảnh trứng đã được thụ tinh dưới kính hiển vi. Ảnh: Claude Cortier/Science Source

Egli cho biết đã đưa các trình chỉnh sửa gene cơ bản của họ vào trứng đã thụ tinh và phôi hai tế bào do cha mẹ hiến tặng. Các nhà nghiên cứu hiện theo dõi, nhưng chưa tìm thấy bất kỳ tổn thương nghiêm trọng nào thường gặp ở CRISPR. Bên cạnh việc có thể thay đổi thành công cả hai gene PCSK9 và HBG, họ thậm chí đã đồng thời thay đổi cả hai gene trong cùng một phôi thai.

Tuy nhiên, các chỉnh sửa vẫn chưa hoàn hảo. Theo Egli, đôi khi, các phân tử chỉnh sửa cơ sở không tìm thấy DNA mục tiêu của chúng. Kết quả là, một số tế bào trong phôi vẫn giữ nguyên phiên bản gốc của gene, trong khi những tế bào khác bị biến đổi. Những phôi thai này trở thành hỗn hợp di truyền, gọi là thể khảm. Việc có các tế bào với phiên bản khác nhau của cùng một gene có thể dẫn đến nhiều vấn đề y tế nếu phôi thai phát triển thành em bé.

"Với tư cách là một nhà khoa học, bạn có thể cung cấp dữ liệu để thảo luận", Egli nói với NYTimes, bỏ ngỏ những câu hỏi về tác dụng phụ có hại. "Chúng tôi không khẳng định rằng phương pháp này sẽ được sử dụng ngay lập tức trong các phòng khám".

Kết quả nghiên cứu đã đăng trên bioRxiv, nền tảng trực tuyến miễn phí chuyên lưu trữ và chia sẻ các bản thảo nghiên cứu thuộc lĩnh vực khoa học sự sống và sinh học. Nghiên cứu đang được xem xét để xuất bản trên một tạp chí khoa học.

Chặng đường dài

Theo LiveScience, khả năng chỉnh sửa DNA trên phôi người đang là vấn đề tranh luận nghiêm túc hơn một thập kỷ trước, sau khi công nghệ CRISPR được phát minh. Năm 2012, các nhà khoa học đã phát hiện cách tạo ra các phân tử tùy chỉnh có thể cắt bỏ một đoạn DNA mục tiêu, qua đó dễ dàng để khám phá cách thức hoạt động của gene bằng cách điều chỉnh bộ gene.

CRISPR nhanh chóng trở thành công cụ tiêu chuẩn cho giới nhà khoa học theo hướng chi phí thấp và dễ thực hiện. Nhiều công ty y tế mọc lên, tìm cách sử dụng công nghệ này để điều trị bệnh di truyền. Năm 2023, Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ (FDA) đã phê duyệt một phương pháp điều trị bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm dựa trên công nghệ CRISPR.

Nhưng giới khoa học biết rằng nó không hoàn hảo. Trong một số tế bào, các phân tử CRISPR không tìm thấy mục tiêu của chúng trong DNA, hoặc đôi khi cắt bỏ nhầm các đoạn gene. Năm 2018, nhà khoa học người Trung Quốc He Jiankui sử dụng công nghệ CRISPR để chỉnh sửa DNA của phôi người, mục tiêu tạo ra khả năng kháng HIV về mặt di truyền cho trẻ em. Tuy nhiên, giới chuyên gia lên án công trình "liều lĩnh", còn ông phải ngồi tù ba năm. Sau này, He từng tuyên bố thí nghiệm đã tạo ra ba "đứa trẻ khỏe mạnh, xinh đẹp". Tuy nhiên, tình trạng sức khỏe của chúng chưa bao giờ được đánh giá độc lập.

Năm 2020, TS Egli và đồng nghiệp đã tiến hành thí nghiệm nhằm xác định CRISPR hoạt động như thế nào trong phôi người. Họ đã thu thập tinh trùng được hiến tặng từ những người đàn ông có đột biến gene EYS gây mù bẩm sinh, sau đó thụ tinh cho trứng khỏe mạnh, tạo ra hai phôi EYS hoạt động bình thường và bản sao bị lỗi, cuối cùng sử dụng công nghệ CRISPR để cắt bỏ vùng đột biến của gene EYS.

Dù vậy, quá trình chỉnh sửa bị đánh giá thất bại khi một số trường hợp cắt đứt những đoạn DNA dài hoặc phá hủy toàn bộ nhiễm sắc thể chứa gene EYS. "Nó đã gây ra hậu quả vô cùng thảm khốc," TS Egli nói khi đó.

Trong khi đó, giải pháp base editing đã được nghiên cứu từ năm 2016. David Liu, một nhà di truyền học tại Đại học Harvard cùng đồng nghiệp đã kết hợp phân tử CRISPR với các hợp chất khác để cho ra cách thức này. Thay vì cắt bỏ một đoạn DNA, base editing tạo vết cắt nhỏ trên một sợi DNA, giúp nhà khoa học "hướng dẫn" tế bào sửa chữa đột biến.

Thực tế, giải pháp base editing đã được kiểm chứng kết quả. Năm ngoái, một em bé đã khỏi chứng rối loạn di truyền có khả năng gây tử vong sau khi tiêm một bộ phân tử base thiết kế riêng.

Giới chuyên môn phản ứng thận trọng trước kết quả nghiên cứu mới của nhóm Egli. TS Paula Amato, chuyên gia về sinh sản tại Đại học Khoa học và Y tế Oregon, cho rằng phương pháp này "đầy triển vọng" nhưng cần "xem xét kỹ lưỡng" trước khi công bố rộng rãi trên các tạp chí khoa học.

Ana Iltis, chuyên gia về đạo đức sinh học tại Đại học Wake Forest, lo ngại rằng việc đánh giá sự an toàn của phôi chỉnh sửa gene cần được đánh giá toàn cục. "Có khả năng một số tác động có hại tiềm tàng sẽ không biểu hiện rõ ràng cho đến sau khi sinh", bà Iltis cảnh báo.

Nathan Treff, Giám đốc lâm sàng của Nucleus Genomics và cũng là đồng tác giả của nghiên cứu mới, cho biết khả năng sửa chữa các đột biến gây bệnh trong phôi thai có thể mang lại lợi ích lớn với những người sử dụng phương pháp thụ tinh trong ống nghiệm, cho phép họ cấy ghép những phôi thai lẽ ra sẽ phải loại bỏ. "Vẫn còn nhiều việc phải làm, nhưng nghiên cứu này giúp chúng ta tiến gần hơn đến mục tiêu đó", TS Treff cho biết thêm.

Theo ScienceDaily, việc chỉnh sửa gene hiện gây tranh cãi trong nhiều năm qua. Một mặt, công nghệ này có thể một ngày nào đó cho phép cha mẹ sửa chữa an toàn các đột biến gây bệnh trong phôi thai. Nhưng mặt khác, nó cũng có thể được sử dụng để chọn lọc đặc điểm mong muốn - hành vi mà một số nhà đạo đức học cho rằng không khác gì chủ nghĩa ưu sinh.

Bảo Lâm tổng hợp