Language
Country/Area
No result found
Công nghệ chèn gen bí ẩn: Các nhà khoa học sửa đổi DNA chính xác như thế nào?
Sự phát triển của công nghệ kỹ thuật di truyền đã giúp biến đổi bộ gen của động vật và thực vật, cho phép các nhà khoa học chèn, xóa và thay đổi gen theo nhiều cách khác nhau. Đằng sau khả năng này là nhiều năm nghiên cứu về chức năng gen và cách điều khiển nó. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ di truyền, các nhà khoa học có thể thực hiện các hoạt động biến đổi một cách chính xác, mang lại không gian tưởng tượng vô hạn cho sự phát triển khoa học và nông nghiệp trong tương lai.
Việc tạo ra một sinh vật chuyển gen hoặc được chỉnh sửa đòi hỏi phải thực hiện cẩn thận nhiều bước, từ việc lựa chọn gen đến việc phân lập và đưa gen vào một vectơ thích hợp, sau đó được sử dụng để đưa gen vào bộ gen vật chủ.
Kỹ thuật di truyền dựa trên một số khám phá khoa học, bao gồm enzyme hạn chế, DNA ligase và sự phát triển của công nghệ phản ứng chuỗi polymerase (PCR) và công nghệ giải trình tự. Những công cụ này cho phép thao tác gen không chỉ hiệu quả mà còn chính xác. So với công nghệ cấy ghép ngẫu nhiên cũ, công nghệ hiện đại có thể xác định vị trí cấy ghép chính xác hơn và giảm thiểu các tác dụng phụ không cần thiết.
Theo truyền thống, các nhà khoa học đã dựa vào các kỹ thuật như endonuclease giảm phân và nuclease ngón tay kẽm, khiến quá trình chèn gen trở nên phức tạp và khó kiểm soát. Kể từ năm 2009, độ chính xác mà các hệ thống Cas9 dựa trên TALEN và CRISPR mang lại đã cải thiện đáng kể tất cả những điều này, làm tăng đáng kể độ chính xác và hiệu quả của việc chỉnh sửa gen.
Lịch sử của kỹ thuật di truyền
Việc con người thao túng gen có thể bắt nguồn từ quá trình chọn lọc nhân tạo trong nền nông nghiệp cổ đại. Ngay từ năm 12.000 trước Công nguyên, con người đã sử dụng phương pháp chọn lọc nhân tạo để thúc đẩy những thay đổi di truyền ở thực vật và động vật. Theo thời gian, sự hiểu biết của chúng ta về cách thức hoạt động của gen đã phát triển, bao gồm công trình nghiên cứu ban đầu về các định luật di truyền của Mendel và khám phá mang tính bước ngoặt vào năm 1944 về DNA là vật liệu di truyền.
Vào năm 1865, những kết quả thực nghiệm đầu tiên được công bố của Mendel đã tiết lộ các quy luật di truyền và mở ra kỷ nguyên di truyền học hiện đại.
Những tiến bộ khoa học và công nghệ trong thế kỷ 20 đã thúc đẩy sự phát triển của di truyền học. Ví dụ, việc phát hiện ra các endonuclease hạn chế và các ligase DNA đã mở đường cho công nghệ DNA tái tổ hợp, không chỉ có thể ghép nối các gen mà còn có thể tạo ra các tổ hợp gen mới . Sau đó, Kary Mullis đã phát triển công nghệ PCR vào năm 1983, cho phép các nhà khoa học khuếch đại nhanh chóng và hiệu quả các đoạn DNA cụ thể và sàng lọc cũng như sửa đổi chúng thêm nữa.
Chọn gen mục tiêu
Trước khi thực hiện chỉnh sửa gen, trước tiên bạn cần xác định gen mục tiêu cần chèn vào. Quá trình này thường được thúc đẩy bởi nhu cầu cụ thể của các nhà khoa học đối với sinh vật mục tiêu. Điều này có thể chỉ liên quan đến một hoặc hai gen, hoặc một con đường tổng hợp sinh học phức tạp hơn. Sau khi xác định được gen, các nhà khoa học có thể đưa gen từ các sinh vật khác nhau vào vi khuẩn để lưu trữ và biến đổi.
Các nhà nghiên cứu xác định các gen ứng viên tốt nhất thông qua sàng lọc và so sánh gen, giúp thúc đẩy phân tích và khai thác gen, do đó hỗ trợ cho các thí nghiệm tiếp theo.
Ví dụ, đối với những sinh vật thường không dễ bị đột biến, các nhà khoa học có thể chọn những cá thể đã đột biến tự nhiên để khám phá sâu hơn. Việc sàng lọc các gen mục tiêu sẽ xác định thêm mức độ tương đồng của chúng với các gen đã biết dựa trên chức năng của chúng, từ đó lựa chọn các gen sẽ được đưa vào. Với những tiến bộ trong lĩnh vực di truyền học, mảng gen và giải trình tự gen đã giúp việc sàng lọc trở nên hiệu quả và dễ dàng hơn đáng kể.
Công nghệ biến đổi gen
Mọi quá trình của kỹ thuật di truyền đều liên quan đến việc biến đổi chính xác DNA. Đầu tiên, các nhà khoa học cần trích xuất DNA từ tế bào, một quá trình thường dựa vào các phương pháp hóa học để phá vỡ tế bào và tách DNA khỏi các thành phần khác của tế bào bằng các phương pháp như ly tâm. Sau khi chiết xuất, gen mục tiêu cần được tách ra, thường bằng cách cắt từng bước thành các đoạn nhỏ với sự trợ giúp của enzyme giới hạn endonuclease.
Trong quá trình trích xuất và biến đổi gen thực tế, các nhà nghiên cứu sử dụng các enzyme như RNase để thực hiện các hoạt động liên tục và chính xác nhằm đảm bảo các đoạn DNA thu được là hoàn chỉnh và nguyên vẹn, sau đó thực hiện sàng lọc và nhân bản nhiều lần.
Trong quá trình này, để gen được chèn vào có thể được biểu hiện hiệu quả, thường cần phải thêm vùng khởi động và vùng kết thúc vào gen đã xây dựng. Những yếu tố bổ sung này giúp điều chỉnh cách gen được biểu hiện và hoạt động. Sau khi gen được xây dựng xong, nó phải được đưa vào bộ gen vật chủ, một quá trình được thực hiện bằng nhiều kỹ thuật khác nhau, tùy thuộc vào sinh vật mục tiêu.
Triển vọng tương lai
Sự phát triển trong lĩnh vực kỹ thuật di truyền đã mở ra một chương mới trong công nghệ sinh học. Từ thực vật chuyển gen đến việc thành lập mô hình động vật, công nghệ chỉnh sửa gen đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, y học và khoa học môi trường. Khi công nghệ được cải thiện, chúng ta có thể mong đợi thấy những đột phá mới hơn trong kỹ thuật di truyền trong tương lai không?
