Các nhà sinh học sắp tái cơ cấu được mã di truyền của sự sống

Dân trí Các nhà khoa học đã thiết kế được – mặc dù chưa ghép nối hoàn chỉnh – một chương trình mã hóa gen của Escherichia coli mà có thể sử dụng một chương trình mã hóa protein khác từ một trong các gen mà tất cả các cơ thể sống đều có.

Các nhà khoa học đang biến đổi các chỉ dẫn tổng hợp protein của vi khuẩn Escherichia coli (Ảnh: C.Bickel/Science)
Các nhà khoa học đang biến đổi các chỉ dẫn tổng hợp protein của vi khuẩn Escherichia coli (Ảnh: C.Bickel/Science)

Công việc đáng kinh ngạc này yêu cầu thay đổi 62.000 chuỗi ADN, và bộ gen hoàn chỉnh sẽ là công trình kỹ thuật di truyền phức tạp nhất từ trước đến giờ. Các nhà phát minh dự đoán rằng E.coli có bộ gen viết lại này có thể trở thành một yếu tố chủ đạo mới cho các công trình thí nghiệm và là cơ sở cho hóa chất công nghiệp mới.

Việc xâm nhập vào bộ gen với một quy mô lớn như vậy dường như là không thể, nhưng điều đó không còn đúng nữa. Peter Carr là một kỹ sư sinh học tại Phòng thí nghiệm Lincoln của Viện Công nghệ Massachusetts ở Lexington, Mỹ, ông không tham gia vào nghiên cứu này và đã phát biểu: “Điều đó không hề dễ dàng, những chúng ta vẫn có thể sắp đặt lại cuộc sống ở những quy mô sâu sắc hơn, thậm chí là ở vấn đề cốt yếu như mã di truyền”.

Việc xâm nhập vào bộ gen hiện đang được tiến hành trong phòng thí nghiệm của giáo sư George Church tại Đại học Harvard, người tiên phong và cũng là người đứng đầu về trật tự ADN. Công trình này lợi dụng ưu thế về sự dồi dào của các mã di truyền trong sự sống, sử dụng ngôn ngữ ADN để hướng dẫn các thiết bị tổng hợp nên protein của tế bào. Để sản xuất ra protein, các tế bào “đọc” bảng chữ cái 4 ký tự của ADN trong các bộ ba gọi là đơn vị mã - codon. 64 bộ ba thừa đủ để mã hóa được 20 loại axit amin trong tự nhiên, cũng giống như các bộ ba kết thúc đánh dấu sự kết thúc của gen. Kết quả là, mã di truyền có nhiều bộ ba cho cùng một loại axit amin, chẳng hạn như bộ ba CCC và CCG đều mã hóa axit amin proline.

Church và các nhà khoa học khác đã đưa ra giả thuyết rằng các codon dư thừa có thể được loại bỏ - ví dụ như bằng cách trao đổi mỗi CCC thành CCG trong mỗi gen – mà không làm tổn hại đến tế bào. Các gen cho phép CCC được dịch mã thành proline sau đó có thể bị xóa hoàn toàn. Farren Isaacs, một kỹ sư sinh học tại Đại học Yale, và là người cộng sự của Church cho thấy một mã kết thúc có thể được hoán đổi hoàn toàn ở E.coli, cho biết: ”có một số tế bào được mã hóa lại có “ứng dụng chết người” như vậy”.

Các tế bào này có thể miễn dịch với các virus làm suy yếu các phản ứng sinh học, ví dụ như, nếu các gen quan trọng của virus đó có các codon không thể dịch mã được. Những thay đổi này cũng cho phép các nhà sinh học tổng hợp để tái sử dụng các codon thừa được giải phóng, nhằm thực hiện một chức năng hoàn toàn khác biệt, chẳng hạn như mã hóa cho một axit amin tổng hợp mới.

Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu của Church quyết định loại bỏ 7 trong số 64 codon của vi khuẩn E.coli. Matthieu Landon, một trong số các nghiên cứu sinh của Church cho biết, “mục tiêu đó có vẻ như là “một sự cân bằng hợp lý” giữa số trao đổi có thể đạt được về mặt kỹ thuật và số lượng trao đổi quá nhiều nhưng vẫn cho phép một tế bào có thể sống sót. Và thậm chí, 7 codon thừa ra có thể mã hóa lại thành 4 axit amin (không tự nhiên) khác nhau.

Nhưng việc thực hiện nhiều thay đổi như vậy, ngay cả bằng kỹ thuật chỉnh sửa ADN mới nhất – chẳng hạn như CRISPR – dường như vẫn là điều không thể. May mắn là, chi phí của việc tổng hợp ADN đã giảm mạnh trong thập kỷ vừa qua. Vì vậy, thay vì chỉnh sửa ở một vị trí trên bộ gen, nhóm nghiên cứu của Church đã sử dụng các thiết bị để kéo dài bộ gen đã được mã hóa lại, mỗi đoạn có chứa nhiều thay đổi.

Nhóm nghiên cứu hiện đã chuyển sang việc chèn các đoạn này vào E.coli và đảm bảo rằng không một sự thay đổi gen nào làm chết tế bào. Cho đến nay, các nhà nghiên cứu chỉ thử nghiệm được 63% các bộ gen đã mã hóa lại, nhưng một số thay đổi đáng kể đã gây ra các rắc rối.

Liệu báo cáo về quá trình này từ phòng thí nghiệm của Church có đưa các nhà sinh học đến ngưỡng cửa của kỷ nguyên mới của các virus có các tế bào đã trải qua quá trình công nghệ sinh học tự do? “Có khả năng, các giai đoạn tiếp theo của việc tổng hợp, thử nghiệm, và tổ hợp sẽ phải mất vài năm. 5% khó khăn nhất của giai đoạn thiết kế có thể sẽ đòi hỏi tới 95% nỗ lực”.

Trong khi đó, một vấn đề khác có khả năng chi phối các cuộc thảo luận này: đó là tính an toàn. Một vấn đề được lo ngại là E.coli tái mã hóa đó có thể tạo ra nhiều protein “không tự nhiên” có thể gây độc, và khả năng đề kháng của các tế bào đối với các virus này sẽ cho chúng một lợi thế cạnh tranh nếu chúng trốn thoát vào môi trường – hay vào thành ruột của chúng ta. Church thừa nhận “Khi chúng ta tiếp cận gần hơn khả năng đề kháng với đủ loại virus, điều này sẽ trở nên quan trọng hơn”.

Về mặt hình thức, các vi khuẩn mang theo các yếu tố không an mà Church lên kế hoạch chế tạo sẽ tương tự như các vi khuẩn được dùng để kiểm soát loài khủng long trong phim Jurassic Park. Những sinh vật được tái sinh đó không thể tồn tại nếu không được cung cấp các chất dinh dưỡng đặc biệt do con người cung cấp – cho tới khi chúng tìm thấy nguồn dinh dưỡng trong môi trường tự nhiên. Trong một nghiên cứu công bố năm ngoái, Church đã chứng minh một hệ thống không an toàn đối với các vi khuẩn đã biến đổi có thể trở nên mạnh mẽ hơn nữa. Không chỉ yêu cầu những chất dinh dưỡng không có trong tự nhiên, mà dường như các tế bào gần như không thể vượt qua các rào cản bằng cách đột biến hoặc kết hợp với các tế bào bình thường trong tự nhiên.

Cho dù những người khác sẽ đồng ý với Church rằng, rõ ràng tính không an toàn đó vẫn chưa thể phá vỡ được, thì “thuật ngữ “an toàn” cần được xem xét kỹ lưỡng hơn rất nhiều. Thay vì quan tâm đến ý nghĩa tất cả - hoặc không có gì của “an toàn” hoặc “không an toàn”, thì việc mô tả mức độ của các nguy cơ này hữu ích hơn nhiều.

Anh Thư (Theo Sciencemag)

MỚI NHẤT
Khoảnh khắc đáng yêu của chú gấu trúc nhỏ thích chơi trò lộn vòng tròn
Khoảnh khắc đáng yêu của chú gấu trúc nhỏ thích chơi trò lộn vòng tròn

(Dân trí) - Máy quay đã ghi lại được hình ảnh một chú gấu trúc nhỏ lăn tròn như quả bóng trên thảm cỏ ở Trung tâm gấu trúc Gengda Wolong ở Trung Quốc.

Thứ ba, 30/08/2016 - 07:48

Khoa học vui: Kỹ nghệ lấy một hình tròn mà không cần chạm tay và làm đổ cột
Khoa học vui: Kỹ nghệ lấy một hình tròn mà không cần chạm tay và làm đổ cột

(Dân trí) - Có một cột gồm rất nhiều hình tròn được xếp chồng lên nhau. Làm thế nào để lấy được hình tròn cuối cùng mà không chạm tay vào chúng và đồng thời không làm đổ những hình tròn được xếp chồng phía trên? Hãy theo dõi clip để nhớ lại một phần kiến thức cơ bản của Vật lý nhé.

Thứ ba, 30/08/2016 - 07:03

Công nghệ phát triển điều hòa không khí, giúp lái xe tỉnh táo
Công nghệ phát triển điều hòa không khí, giúp lái xe tỉnh táo

(Dân trí) - Công ty Denso cho biết họ hiện đang phát triển một công nghệ để giúp người lái xe tỉnh táo khi di chuyển bằng cách kết hợp công nghệ nhận dạng hình ảnh khuôn mặt với hệ thống điều hòa không khí là một trong những phương pháp để tránh rủi ro tại thời điểm lái xe.

Thứ ba, 30/08/2016 - 06:49

Laser mới được tạo từ protein huỳnh quang của sứa
Laser mới được tạo từ protein huỳnh quang của sứa

(Dân trí) - Một nghiên cứu mới cho thấy, protein huỳnh quang từ sứa đã được trưởng thành từ vi khuẩn lần đầu tiên được sử dụng để tạo ra tia laser. Các nhà nghiên cứu cho biết, khám phá mới này là bước tiến lớn về laser quang tử học. Những tia laser này có tiềm năng, hiệu quả và nhỏ gọn hơn so với những laser thông thường. Có thể mở ra hướng nghiên cứu mới trong vật lý lượng tử và máy tính quang học.

Thứ ba, 30/08/2016 - 06:42

Phát hiện một "thiên hà ma” có cấu tạo từ vật chất tối bí ẩn
Phát hiện một "thiên hà ma” có cấu tạo từ vật chất tối bí ẩn

(Dân trí) - Các nhà khoa học đã tìm thấy một "thiên hà ma” – có khối lượng tương đương với thiên hà Ngân Hà (Milky Way) của chúng ta, nhưng hoàn toàn được tạo thành từ vật chất tối.

Thứ ba, 30/08/2016 - 06:29

Trung Quốc tiết lộ về thiết kế tàu thăm dò sao Hỏa
Trung Quốc tiết lộ về thiết kế tàu thăm dò sao Hỏa

(Dân trí) - Trung Quốc đã công bố những hình ảnh thiết kế về tàu thăm dò sao Hỏa đầu tiên của mình vào ngày 23/8. Theo dự kiến, con tàu này sẽ được ra mắt vào tháng 8/2020.

Thứ hai, 29/08/2016 - 02:56

Cuộc rượt đuổi làm "náo loạn" đại dương giữa cá mập đầu búa và cá đuối
Cuộc rượt đuổi làm "náo loạn" đại dương giữa cá mập đầu búa và cá đuối

(Dân trí) - Con cá mập đầu búa đã xác định được vị trí ẩn núp của con cá đuối ở dưới đáy đại dương. Bị hoảng loạn, con cá đuối cố vùng vẫy để lấy lại tự do – nhưng liệu hành động đó có quá trễ?

Thứ hai, 29/08/2016 - 02:36

Lần đầu tiên công bố Sách vàng Sáng tạo Việt Nam
Lần đầu tiên công bố Sách vàng Sáng tạo Việt Nam

(Dân trí) - Sáng 29/8, tại Hà Nội, Ban Thường trực Ủy ban Trung ương MTTQ Việt Nam phối hợp với Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam, Bộ KH&CN và các bộ, ngành liên quan tổ chức lễ công bố và phát hành Sách vàng Sáng tạo Việt Nam năm 2016.

Thứ hai, 29/08/2016 - 12:20

Thiết bị cải thiện giấc ngủ làm giảm nguy cơ rối loạn căng thẳng
Thiết bị cải thiện giấc ngủ làm giảm nguy cơ rối loạn căng thẳng

(Dân trí) - Giấc ngủ bị xáo trộn là kết quả tiêu cực từ rối loạn căng thẳng sau chấn thương tâm lý (PTSD). Một thiết bị đeo trên người được phát triển bởi công ty nghiên cứu cơ bản Arizona Brain State Technologies có thể giúp cải thiện giấc ngủ và làm giảm nguy cơ phát triển rối loạn căng thẳng sau chấn thương tâm lý (PTSD).

Thứ hai, 29/08/2016 - 10:48

Bản đồ mới về “dấu chân”con người hủy hoại đa dạng sinh học
Bản đồ mới về “dấu chân”con người hủy hoại đa dạng sinh học

(Dân trí) - Một nhà khoa học của Đại học James Cook cho biết một bản đồ mới về các “dấu chân sinh thái” của loài người cho thấy 97 % các khu vực vốn đa dạng giống loài trên trái đắt đã thay đổi một cách nghiêm trọng.

Thứ hai, 29/08/2016 - 08:15

Nghiên cứu mới sử dụng huyết thanh người để phát hiện các cơn đau tim
Nghiên cứu mới sử dụng huyết thanh người để phát hiện các cơn đau tim

(Dân trí) - Một nhóm nghiên cứu đã phát triển một cảm biến mới để phát hiện sớm bệnh tim ở người. Bệnh tim là nguyên nhân gây tử vong hàng đầu cho cả nam giới và phụ nữ. Do đó, việc chẩn đoán nhanh chóng và chính xác các cơn đau tim là rất cấp thiết.

Thứ hai, 29/08/2016 - 07:46

HUTECH nhận bàn giao Trạm quan trắc nước thải Mobilab 3 từ AKIZ (CHLB Đức)
HUTECH nhận bàn giao Trạm quan trắc nước thải Mobilab 3 từ AKIZ (CHLB Đức)

Sáng 26/8/2016, Đại học Công nghệ TP.HCM - HUTECH đã tổ chức Lễ nhận bàn giao Trạm quan trắc nước thải di động Mobilab 3 của Dự án nghiên cứu Việt - Đức (AKIZ). Đây là một sản phẩm nghiên cứu quan trọng trong khuôn khổ Dự án nghiên cứu Việt - Đức (AKIZ) về giải pháp quản lý nước thải tổng hợp cho các khu công nghiệp giai đoạn 2 được Bộ Khoa học và Công nghệ Việt Nam hợp tác với Bộ Nghiên cứu và Giáo dục (CHLB Đức) thực hiện.

Thứ hai, 29/08/2016 - 07:40

ĐÁNG QUAN TÂM
Diễn đàn Khoa học Công nghệ truyền cảm hứng khởi nghiệp cho sinh viên
Diễn đàn Khoa học Công nghệ truyền cảm hứng khởi nghiệp cho sinh viên

(Dân trí) - Ngày 28/8, tại Đà Nẵng, diễn ra Diễn đàn Khoa học Công nghệ lần thứ 2 kết hợp dự án sáng tạo - khởi nghiệp.

Chủ nhật, 28/08/2016 - 03:49

Kinh ngạc về khả năng thông minh của loài quạ
Kinh ngạc về khả năng thông minh của loài quạ

(Dân trí) - Chú quạ này đã trải qua một loạt các bài tập khác nhau chứng minh khả năng nhận biết về kích thước, cân nặng, mật độ, thành phần và thậm chí là mức độ nỗ lực mà nó nên cố gắng để chiến thắng.

Chủ nhật, 28/08/2016 - 01:05

Màn ảo thuật kỳ diệu chỉ với hai chiếc cốc và một cây nến
Màn ảo thuật kỳ diệu chỉ với hai chiếc cốc và một cây nến

(Dân trí) - Với hai chiếc cốc và một cây nến chúng ta đã có thể làm nên một điều kỳ diệu. Chỉ cần cho một cây nến vào bên trong chiếc cốc rồi đốt cháy, sau đó phủ một miếng khăn ướt lên mặt cốc rồi úp chiếc cốc còn lại lên trên. Ngay sau khi cây nến tắt hai chiếc cốc dính chặt vào nhau.

Chủ nhật, 28/08/2016 - 10:11

Béo phì làm tăng nguy cơ mắc trên 8 loại ung thư
Béo phì làm tăng nguy cơ mắc trên 8 loại ung thư

(Dân trí) - Tổng quan nghiên cứu của Cơ quan Nghiên cứu ung thư quốc tế (IARC) thuộc Tổ chức Y tế thế giới có trụ sở tại Pháp chỉ ra rằng nếu bị béo phì bạn có nguy cơ cao bị mắc trên 8 loại ung thư, trong đó có ung thư dạ dày, gan, túi mật, tuyến tụy, buồng trứng, u màng não, ung thư tuyến giáp và ung thư máu, đa u tủy.

Chủ nhật, 28/08/2016 - 08:21

Lời giải hiệu quả cho việc chuyển đổi CO2 thành nhiên liệu
Lời giải hiệu quả cho việc chuyển đổi CO2 thành nhiên liệu

(Dân trí) - Mỗi năm, con người đã làm biến đổi khí hậu và gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu do thải khoảng 30 tỷ tấn CO2 vào khí quyển. Các nhà khoa học tin rằng họ đã tìm thấy cách để chuyển đổi tất cả những khí thải thành nhiên liệu giàu năng lượng trong một chu kỳ carbon trung tính có sử dụng một nguồn tài nguyên thiên nhiên rất phong phú là silicon.

Chủ nhật, 28/08/2016 - 07:11

Proxima b: 7 câu hỏi lớn về hành tinh mới ở ngay cạnh chúng ta
Proxima b: 7 câu hỏi lớn về hành tinh mới ở ngay cạnh chúng ta

(Dân trí) - Với vị trí nằm trong hệ sao gần với chúng ta nhất, và có khả năng duy trì sự sống, Proxima b là ngoại hành tinh thú vị nhất được tìm thấy từ trước đến nay.

Chủ nhật, 28/08/2016 - 07:02

Hiện tượng thú vị khi úp ngược hai cốc nước
Hiện tượng thú vị khi úp ngược hai cốc nước

(Dân trí) - Có hai cốc nước nóng và lạnh, cốc nước nóng cho thêm một ít thuốc tím. Điều gì sẽ xảy ra khi cho úp ngược chiếc cốc nước thuốc tím trên miệng chiếc cốc nước lạnh và thực hiện ngược lại cốc nước lạnh úp ngược trên cốc nước thuốc tím? Hãy theo dõi clip để biết thêm về một hiện tượng vật lý nhé.

Thứ bảy, 27/08/2016 - 01:43

Các vệt tối trên sao Hỏa có chứa nước
Các vệt tối trên sao Hỏa có chứa nước

(Dân trí) - Theo một phân tích dữ liệu từ tàu Mars Odyssey của NASA, các vệt tối được xác định ở hàng chục vị trí trên bề mặt sao Hỏa dường như có chứa nước, mặc dù không nhiều lắm.

Thứ bảy, 27/08/2016 - 09:21

Mải kiếm ăn, báo suýt trở thành mồi ngon của sư tử
Mải kiếm ăn, báo suýt trở thành mồi ngon của sư tử

(Dân trí) - Đoạn clip ghi lại khoảnh khắc khá ấn tượng khi một con báo châu Phi đang chuẩn bị tận hưởng “chiến lợi phẩm” sau cuộc đi săn đã suýt trở thành miếng mồi ngon của sư tử...

Thứ bảy, 27/08/2016 - 07:18

Anh: Phần lớn các chất thải bị từ chối tái chế
Anh: Phần lớn các chất thải bị từ chối tái chế

(Dân trí) - Thông tin của BBC thấy rằng Anh đã không thể tái chế 338.000 tấn chất thải trong năm 2014-2015. Trong khi các hội nói rằng họ đang cố gắng ngăn chặn việc mọi người vứt sai phế thải vào các thùng rác, chi phí cho những chính quyền địa phương để phân loại lại các thùng rác bị coi là ô nhiễm được xem là lý do chính của việc phần lớn các chất thải bị từ chối tái chế.

Thứ bảy, 27/08/2016 - 07:14

Ứng dụng phẫu thuật nội soi trong điều trị một số bệnh lồng ngực phức tạp
Ứng dụng phẫu thuật nội soi trong điều trị một số bệnh lồng ngực phức tạp

(Dân trí) - Nhóm nghiên cứu do GS.TS. Nguyễn Thanh Liêm, Bệnh viện Nhi TW, đã nghiên cứu thành công ứng dụng phẫu thuật nội soi trong điều trị một số bệnh lồng ngực phức tạp ở trẻ em nhằm mục tiêu xây dựng thành công quy trình phẫu thuật nội soi lồng ngực, gây mê và hồi sức điều trị thoát vị cơ hoành bẩm sinh, di tật teo thực quản bẩm sinh, còn ống mạch và cắt thùy phổi ở trẻ em. Đánh giá và ứng dụng quy trình đã xây dựng trên người bệnh.

Thứ bảy, 27/08/2016 - 07:04

Thiết kế thành công một hệ thống điện toán mô phỏng não người
Thiết kế thành công một hệ thống điện toán mô phỏng não người

(Dân trí) - Trong một nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu đã thiết kế thành công một hệ thống điện toán mô phỏng não người để “bắt chước” các dây thần kinh có chọn lọc này bằng cách sử dụng các tế bào thần kinh có thể điều chỉnh cấp độ nhân tạo để phản ứng ưu tiên với các dạng kích thích cụ thể.

Thứ bảy, 27/08/2016 - 06:20