Bộ công cụ chỉnh sửa gen CRISPR hay còn được biết đến như một công nghệ đơn giản. Nhưng nó rất mạnh mẽ, nó có thể chỉnh sửa bộ gen của con người. Cách làm là thêm, xóa hoặc thay đổi ADN ở những vị trí cụ thể. Mặc dù nó đồng thời được coi là một phát minh thần kỳ thế nhưng nó lại nguy hiểm về mặt đạo đức. Tuy nhiên trong những ứng dụng hữu ích của lĩnh vực gen thì công nghệ CRISPR này lại có khả năng sửa chữa các khiếm khuyết về mặt di truyền và nó cũng giúp điều trị một loạt các bệnh. Cùng chúng tôi tìm hiểu về công cụ này qua bài viết của chúng tôi nhé.
Nghiên cứu ra công cụ chỉnh sửa gen CRISPR
Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Trung tâm Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ (A*STAR) của Viện Gen Singapore (GIS) đã phát triển một công cụ chỉnh sửa gen dựa trên CRISPR, chuyển nucleotid C thành G (C-to-G Base Editor – CGBE), để sửa lỗi các đột biến gây ra rối loạn di truyền. Nghiên cứu của nhóm đã được công bố trên tạp chí “Nature Communications” vào ngày 2 tháng 3 năm 2021. (Chen, L., et al. (2021) Programmable C:G to G:C genome editing with CRISPR-Cas9-directed base excision repair proteins. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-021-21559-9.).
Cứ 17 người trên thế giới thì có một người mắc một số dạng rối loạn di truyền. Các đột biến gây ra những rối loạn này có thể do nhiều loại tác nhân đột biến gây ra – từ ánh sáng mặt trời đến các lỗi tự phát trong tế bào. Đột biến phổ biến nhất cho đến nay là thay thế một “nucleotide”, trong đó một “nucleotide” trong DNA (chẳng hạn như “G”) được thay thế bằng một “nucleotide” khác (chẳng hạn như “C”).
Vô số bệnh nhân xơ nang trên toàn thế giới có “C” thay vì “G”, dẫn đến các protein bị lỗi gây ra bệnh rối loạn di truyền. Trong một trường hợp khác, sự thay thế “A” bằng “T” trong hemoglobin gây ra bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm.
Quá trình nghiên cứu công cụ chỉnh sửa gen CRISPR
Để sửa chữa những đột biến thay thế này, nhóm nghiên cứu đã phát minh ra một công cụ chỉnh sửa gen dựa trên CRISPR làm thay đổi một cách chính xác “C” thành “G” như mong muốn. Việc tạo ra công cụ chỉnh sửa “C-to-G base editor” (CGBE) này mở ra các lựa chọn điều trị cho khoảng 40% số trường hợp các bệnh ở người có liên quan tới sự thay thế một “nucleotide” như bệnh xơ nang, bệnh tim mạch, bệnh cơ xương và rối loạn thần kinh.
Công cụ chỉnh sửa gen “CGBE” là công cụ nâng cao của công nghệ chỉnh sửa gen dựa trên “CRISPR-Cas9” đã được áp dụng rộng rãi trước đó cho phép “phẫu thuật ở mức độ phân tử” trên bộ gen người. Công nghệ “CRISPR-Cas9” thường được sử dụng để can thiệp vào các gen mục tiêu, nhưng nó không hiệu quả khi muốn thay đổi chính xác các trình tự cụ thể.
Ý nghĩa của nghiên cứu này
Công cụ chỉnh sửa gen “CGBE” giải quyết một khía cạnh chính. Thách thức này bằng cách cho phép thay đổi di truyền. Một cách hiệu quả và chính xác. “CGBE” bao gồm ba phần. Biến đổi CRISPR-Cas9 giúp xác định chính xác gen đột biến. Tập trung chỉnh sửa vào gen đó. Deaminase – một enzym loại bỏ nhóm amin khỏi một hợp chất. Sau đó sẽ nhắm mục tiêu vào “C” bị lỗi và đánh dấu nó để thay thế. Cuối cùng là một protein sẽ khởi động các cơ chế tế bào để thay thế “C” khiếm khuyết đó bằng “G”. Điều này cho phép sự chuyển trực tiếp từ “C” sang “G”. Mà chưa thể đạt được trước đây. Để sửa chữa đột biến và kết quả là điều trị bệnh rối loạn di truyền.
Tiến sĩ Chew Wei Leong, chuyên gia nghiên cứu tại GIS cho biết: “Công cụ chỉnh sửa gen CGBE là một phát minh mang tính đột phá, lần đầu tiên chuyển đổi trực tiếp “C” thành “G” trong gen, có khả năng mở ra con đường điều trị cho một phần đáng kể các bệnh rối loạn di truyền liên quan đến đột biến đơn nucleotide”.
Sức khỏe của bệnh nhân là trên hết
Các thí nghiệm sơ bộ của nhóm nghiên cứu xác định thành công. Các dấu ấn sinh học HPV và parvovirus B19 có độ nhạy và độ chính xác cao. Mặc dù các thí nghiệm ban đầu rất hứa hẹn. Nhưng cũng còn một số hạn chế. Như hoạt động nội hàm của enzym. Và mối liên hệ với độ nhạy của bộ công cụ tìm kiểm. Khả năng phân biệt giữa các virus đột biến điểm. Và virus gene kiểu tự nhiên của E-CRISPR vẫn cần được giải quyết.
“Sự an toàn của bệnh nhân rất quan trọng”, Tiến sĩ Chew nhấn mạnh. “Chúng tôi đang nỗ lực để đảm bảo công cụ “CGBE” và “CRISPR-Cas” của chúng tôi. Chúng đều hiệu quả và an toàn trong các mô hình bệnh. Trước khi chúng tôi có thể phát triển thêm các phương thức như vậy cho ứng dụng lâm sàng.” Đó là những nỗ lực khoa học của mình trong liệu pháp chỉnh sửa gen. Tiến sĩ Chew là một trong ba nhà nghiên cứu trẻ tuổi. Ông đã giành được Giải thưởng Nhà khoa học trẻ danh giá (YSA) 2020.
