Đây là Kế hoạch để Chấm dứt Sốt rét với Muỗi đã được chỉnh sửa Crispr năm 2025

Năm 2003, các nhà khoa học tại Imperial College London đã nảy ra một ý tưởng hơi khác thường. Họ muốn giải quyết vấn đề với muỗi ngày càng kháng thuốc diệt côn trùng, gây tử vong cho nửa triệu người mỗi năm do bệnh sốt rét lan rộng ở vùng cận Sahara ở châu Phi. Những nhà sinh học Austin Burt và Andrea Crisanti đã đề xuất không gì khác ngoài việc can thiệp vào luật di truyền.

Bằng cách ghép một gene chết người vào ADN của muỗi và kỹ thuật kỹ thuật sao cho sự sửa đổi này lan rộng qua mỗi thế hệ nhanh hơn so với dự định của tự nhiên, họ nghĩ rằng họ có thể loại bỏ hoàn toàn một quần thể chỉ với vài con muỗi. Khái niệm này về “điều khiển gene” đã có từ nhiều thập kỷ trước, nhưng không ai thành công trong việc tạo ra nó trong phòng thí nghiệm, chưa kể áp dụng vào một vấn đề sức khỏe cộng đồng toàn cầu.

Mười lăm năm và 100 triệu đô la sau, các nhà khoa học từ Imperial College cuối cùng đã thành công, ít nhất là trên mục tiêu đầu tiên. Sử dụng Crispr, nhóm của Burt và Crisanti đã tiêu diệt nhóm muỗi Anopheles gambiae mang sốt rét trong các chuồng chỉ sau bảy thế hệ. Kết quả được công bố trong Nature Biotechnology hôm nay đại diện cho việc diệt trừ lần đầu tiên một quần thể động vật thông qua điều khiển gene.

“Đây là một bước phát triển đáng kinh ngạc,” nhà côn trùng học Omar Akbari tại Đại học California, San Diego¹, người không liên quan đến nghiên cứu, nhấn mạnh. Phòng thí nghiệm của Akbari đang nghiên cứu về điều khiển gene để làm cho muỗi chống lại sốt rét, chủ yếu vì một phương pháp diệt trừ đã được tin là không thể. “Đó chỉ là áp lực tiến hóa rất lớn đối với cơ thể sống để phản kháng.”

Nhưng bằng cách tận dụng một gene quan trọng mà không có khả năng linh hoạt để tự đột biến để tránh điều khiển, nhóm nghiên cứu tại London đã vượt qua vấn đề phản kháng dai dẳng.

“Đây là lần đầu tiên chúng ta đã chứng minh rằng chúng ta có thể, về nguyên tắc, can thiệp vào số phận của một loài toàn bộ,” Crisanti nói, công trình nghiên cứu đột phá của ông được hỗ trợ chủ yếu bởi Quỹ Bill và Melinda Gates, tổ chức tài trợ hàng đầu trên thế giới về công nghệ điều khiển gene. Bắt đầu từ năm 2011, các nhà nghiên cứu chính thức hợp tác với các cơ sở đối tác tại Burkina Faso, Uganda và Mali để thành lập các nhà nuôi côn trùng cục bộ và các điểm thực địa để một ngày nào đó thử nghiệm điều khiển gene diệt sốt rét trong môi trường tự nhiên. Nếu mọi thứ diễn ra suôn sẻ, dự án do Gates tài trợ, mang tên Target Malaria, có thể nộp đơn xin phép thử nghiệm trường phóng Imperial College's Crispr trước sớm nhất là vào năm 2024.

Cần phải thực hiện nhiều thử nghiệm hơn trước tiên. Trong khi điều khiển gene hoạt động tốt trong chuồng nhỏ chỉ dung tích 20 centimet khối với một dòng muỗi Anopheles gambiae trong phòng thí nghiệm, điều này không đảm bảo nó sẽ hoạt động trong rừng rậm và thảo nguyên của châu Phi. Để hiểu biết về cách muỗi được sửa đổi sẽ hành xử như thế nào trong môi trường thực tế hơn, bước tiếp theo là thử nghiệm chúng trong các khu vực chứa nhiều hơn, cao như một người và dài tới mười lăm feet. Môi trường này (vẫn còn xa so với thế giới tự nhiên không gian bao la) có thể được điều chỉnh để mô phỏng nhịp sinh học hàng ngày và điều kiện khí quyển của các điểm thử nghiệm ngoài trời tại châu Phi mà họ sẽ sử dụng trong tương lai. Dự kiến muỗi sẽ có hành vi tự nhiên hơn, như tụ tập để tìm người phối giống, mà không có trong các chuồng nhỏ.

Vào tháng Sáu, phòng thí nghiệm của Crisanti đã gửi một hộp an toàn đầy những quả trứng muỗi nhỏ màu đen, hình dưa chuột tới một cơ sở được xây dựng đặc biệt ngoài Rome, nơi vòng kiểm tra tiếp theo này đã diễn ra. Tại đó, các nhà nghiên cứu bắt đầu giao phối giữa dòng chủng lab mang gene điều khiển với dòng muỗi Anopheles gambiae hoang dã được gửi từ các điểm thử nghiệm tại Burkina Faso. Sau đó, họ sẽ nghiên cứu cách sửa đổi lan rộng qua các dòng chủng địa phương đa dạng về di truyền hơn. Và họ sẽ theo dõi xem muỗi đó thành công như thế nào trong việc tìm kiếm người phối giống. Để lan truyền bom thời gian di truyền của họ qua một quần thể hoang dã, chúng phải cạnh tranh với các con đực hoang dã. Tất cả dữ liệu này sẽ được thu thập để nộp cho các cơ quan quản lý khi nào Target Malaria tự tin rằng họ có một sản phẩm hoạt động.

“Đến một thời điểm nào đó, khoa học sẽ sẵn sàng,” người quản lý tương tác của Target Malaria, Delphine Thizy, nói. “Sau đó, điều quan trọng là sự chấp nhận của công chúng và các khuôn khổ quy định cần phải theo kịp.”

Côn trùng kỹ thuật gen đã được phóng thích vào môi trường trước đó—Công nghệ sinh học của Anh, Oxitec đã tiên phong với muỗi vô sinh để chống lại virus Zika ở châu Mỹ—nhưng câu hỏi về cách quản lý gene điều khiển vẫn là một câu hỏi còn mở. Hiện chưa có quốc gia nào trên thế giới đã phải làm điều này.

“Có một số chiều kích thước độc đáo trong việc này đặt chúng ta vào một lãnh thổ chưa được khám phá,” Jennifer Kuzma, cộng tác viên của Trung tâm Kỹ thuật Sinh học và Xã hội tại Đại học North Carolina State, nói. Một trong những vấn đề là gene điều khiển được thiết kế để lan rộng. Điều này làm cho việc thực hiện thử nghiệm trường hạn chế, như thông thường cho các loại cây biến đổi gen, gần như không thể. “Chúng ta không có cơ hội học từ các thử nghiệm hạn chế, không xét đến các bối cảnh văn hóa và địa lý khác nhau,” Kuzma nói. “Và tôi không nghĩ rằng chúng ta đã thực sự đối mặt với những câu hỏi này.”

Target Malaria rõ ràng nhận thức rõ về những hạn chế này. Đó là lý do họ không tiến thẳng vào việc thử nghiệm gene điều khiển. Họ bắt đầu rất thận trọng với một loài muỗi ít gây tranh cãi hơn nhiều. Đầu tháng này, chính phủ Burkina Faso đã cấp quyền cho các nhà khoa học của Target Malaria để phóng thí nghiệm một dòng muỗi Anopheles gambiae được biến đổi gen với “đột biến đực vô sinh.” Không có một trong số 10.000 con muỗi đực mà nhóm sẽ phóng thí vào tự nhiên vào cuối năm nay sẽ có khả năng tạo ra bất kỳ con cháu nào của chúng.

Dòng muỗi vô sinh đó cũng được sản xuất trong phòng thí nghiệm của Crisanti, và đã trải qua các thử nghiệm trong chuồng lớn tương tự tại Ý trước khi được phê duyệt từ quan chức quản lý ở Burkina Faso. Mặc dù việc phóng thí chỉ là một bước nhỏ trong cuộc chiến chống lại bệnh sốt rét—bạn cần ít nhất mười lần đó, được phóng thí nhiều lần vào môi trường, để tạo ra một sự thay đổi—Target Malaria hy vọng nó sẽ là một bước quan trọng để thu hút sự tin tưởng của cộng đồng địa phương. Và chứng minh với các cơ quan quản lý rằng họ có thể theo dõi muỗi của họ trong tự nhiên.

Nếu thí nghiệm đực vô sinh diễn ra tốt, họ sẽ chuyển sang một thứ gọi là “X-shredder,” một loại muỗi được biến đổi gen tạo ra gần như toàn bộ con cái đực. Sau vài tháng, sự sửa đổi cuối cùng sẽ dần biến mất khỏi quần thể. Vì vậy, nó vẫn không phải là một chiến lược diệt sốt rét hiệu quả. Nhưng nó sẽ cung cấp cho các cơ quan quản lý thêm dữ liệu trước khi xem xét một gene điều khiển hoàn chỉnh có thể vượt qua biên giới và tồn tại mãi mãi.

Crisanti nghĩ rằng sẽ mất ít nhất ba năm nữa để có một động cơ diệt sự sống hoạt động. Nhưng với công nghệ di chuyển nhanh hơn so với dự kiến, các cuộc trò chuyện về tác động dài hạn của việc triển khai gene điều khiển thực sự đã trở nên thực tế hơn nhiều.

Những Câu Chuyện Tuyệt Vời Hơn từ blog.mytour.vn

• Công cụ Trí tuệ Nhân tạo của Google nhận dạng đột biến của khối u từ một hình ảnh
• Lập luận cho các loại kháng sinh đắt tiền
• Bên trong chuyến đi đến Cực Bắc chỉ có phụ nữ
• Điều gì nên làm trước và sau khi bạn đánh mất điện thoại
• Cách một chuyên gia xếp domino xây dựng những tác phẩm gồm 15,000 mảnh ghép
• Bạn muốn đọc thêm? Đăng ký nhận bản tin hàng ngày của chúng tôi và không bao giờ bỏ lỡ những câu chuyện mới nhất và tuyệt vời nhất của chúng tôi

¹ Sửa Lỗi, ngày 25-09-2018, 1:55pm EDT. Akbari là một nhà côn trùng học tại UC San Diego, không phải UC Irvine như trước đây đã nói. blog.mytour.vn thành thật xin lỗi vì sự nhầm lẫn.