Trên thực tế, ngày nay, nhân bản vô tính không chỉ là công nghệ để tạo ra những bản sao y hệt của các sinh vật sống. Thay vào đó, nó trở thành một công cụ của công nghệ sinh học, cho phép các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về bệnh tật và phát triển những phương pháp mới để can thiệp vào sự sống.
Cơ chế hoạt động của nhân bản vô tính
Hầu hết việc nhân bản động vật được thực hiện bằng một kỹ thuật gọi là chuyển nhân tế bào soma. Trước tiên, các nhà khoa học lấy một tế bào không tham gia vào quá trình sinh sản (không phải tinh trùng hoặc trứng) từ cơ thể động vật rồi tách phần nhân tế bào, nơi chứa DNA. Trong trường hợp của cừu Dolly - động vật có vú đầu tiên, ra đời vào ngày 5/7/1996 tại Viện Roslin, Scotland - tế bào cho nhân được lấy từ tuyến vú.
Cừu Dolly chụp ảnh cùng GS Ian Wilmut (1944-2023), người dẫn dắt nhóm nghiên cứu tạo ra nó. Nguồn: Viện Roslin, Đại học Edinburgh
Tiếp theo, các nhà khoa học lấy một tế bào trứng từ buồng trứng của một cá thể khác và cũng loại bỏ phần nhân của nó. Sau đó, họ đưa nhân của tế bào đầu tiên vào trứng bằng xung điện. Khi trứng đã hợp nhất bắt đầu phát triển thành phôi, họ cấy phôi vào tử cung của một con vật mang thai hộ.
Con vật sinh ra từ quá trình này sở hữu DNA gần như giống hệt con vật cho nhân tế bào ban đầu.
Công nghệ nhân bản vô tính có dễ thực hiện?
Mặc dù công nghệ đã có nhiều tiến bộ, việc nhân bản vô tính động vật có vú vẫn còn kém hiệu quả. Mỗi ca nhân bản thành công đều có rất nhiều phôi tạo ra bằng kỹ thuật chuyển nhân tế bào không phát triển được. Ví dụ, các nhà khoa học đã thực hiện tới 277 lần thử nghiệm mới tạo ra cừu Dolly. Quá trình nhân bản vô tính đòi hỏi các thiết bị chuyên dụng, tế bào cho nhân, tế bào trứng và động vật mang thai hộ, vì vậy chi phí rất cao và khó mở rộng quy mô.
Cừu Dolly cùng cừu con đầu lòng của nó, tên là Bonnie. Nguồn: Wikipedia
Thách thức lớn nhất của công nghệ nhân bản vô tính không nằm ở việc sao chép DNA. Bộ gene cung cấp bản thiết kế của một sinh vật, nhưng môi trường, quá trình phát triển và các dấu ấn biểu sinh cũng góp phần quyết định một cá thể sẽ phát triển như thế nào. Vì vậy, phần khó nhất là khiến một tế bào trưởng thành đã biệt hóa ở mức độ cao, chẳng hạn tế bào tuyến vú, "quên" vai trò chuyên biệt của mình để hoạt động như một tế bào của phôi mới hình thành.
Quá trình này được gọi là tái lập trình biểu sinh. Sau khi nhân của tế bào trưởng thành được chuyển vào tế bào trứng đã bỏ nhân, môi trường bên trong tế bào trứng phải thiết lập lại các dấu ấn hóa học kiểm soát việc bật hoặc tắt các gene. Quá trình tái thiết lập thường không hoàn chỉnh, khiến nhiều phôi nhân bản không thể phát triển bình thường.
Tuy nhiên, nghiên cứu về nhân bản vô tính đã dẫn đến một bước đột phá lớn khác. Các nhà khoa học phát hiện họ có thể tái lập trình các tế bào trưởng thành thành tế bào gốc đa năng cảm ứng. Đây là những tế bào hoạt động tương tự tế bào gốc phôi nhưng không được sử dụng để tạo ra một sinh vật hoàn chỉnh và các nhà nghiên cứu có thể nuôi cấy chúng thành nhiều loại tế bào khác nhau.
Tế bào gốc đa năng cảm ứng cho phép giới khoa học nghiên cứu nhiều loại bệnh, thử nghiệm thuốc mới và khám phá y học tái tạo.
Công nghệ nhân bản vô tính hiện được áp dụng như thế nào?
Công nghệ nhân bản vô tính không thay thế hoàn toàn các phương pháp lai tạo truyền thống. Thay vào đó, nó cho phép nhân nhanh các cá thể có đặc điểm di truyền ưu việt, như năng suất cao, có khả năng kháng bệnh hoặc mang những gene có giá trị.
Tại Australia, một số con ngựa nhân bản nổi tiếng đã tham gia các giải thể thao cưỡi ngựa trên toàn thế giới.
Các quốc gia như Trung Quốc và Mỹ cung cấp dịch vụ nhân bản thú cưng thương mại cho chó và mèo. Nổi tiếng nhất là trường hợp ngôi sao Barbra Streisand nhân bản chú chó cưng Samantha của mình thành hai chú chó con mới. Nhưng hai cá thể nhân bản sở hữu tính cách khác với Samantha vì chúng chỉ có chung DNA chứ không có chung ký ức hay trải nghiệm.
Vào năm 2024, các nhà nghiên cứu tại Trung Quốc lần đầu tiên nhân bản thành công một con khỉ vàng (rhesus). Khỉ vàng có đặc điểm sinh lý rất giống con người, nên các nhà khoa học hy vọng thành tựu này sẽ giúp đẩy nhanh quá trình thử nghiệm thuốc. Tuy nhiên, các nhà hoạt động bảo vệ quyền lợi động vật đã nêu lên những lo ngại về mặt đạo đức đối với các thí nghiệm tương tự. Họ đặt câu hỏi liệu sự đau khổ của động vật có đáng hay không, khi tỷ lệ thành công của các thí nghiệm vẫn còn thấp và thiếu các ứng dụng thực tiễn tức thì.
Một trong những ứng dụng hứa hẹn nhất của công nghệ nhân bản vô tính là khôi phục quần thể các loài nguy cấp. Năm 2020, các nhà khoa học đã nhân bản thành công một con chồn chân đen bằng vật liệu di truyền được bảo quản từ một con vật đã chết nhiều thập kỷ trước đó. Dự án này nhằm mục đích tăng cường sự đa dạng di truyền cho một loài đang trải qua sự suy giảm quần thể nghiêm trọng tại Mỹ.
Liệu công nghệ nhân bản vô tính có thể hồi sinh các loài động vật đã tuyệt chủng?
Ý tưởng hồi sinh các loài tuyệt chủng đã thu hút sự quan tâm và khơi dậy trí tưởng tượng của công chúng, nhưng trên phương diện khoa học thì việc này rất khó thực hiện.
Để tạo ra bản sao giống hệt sinh vật gốc, các nhà khoa học cần một bộ gene nguyên vẹn, một tế bào trứng phù hợp và một loài có họ hàng gần để mang thai hộ. Đối với những động vật đã tuyệt chủng từ hàng nghìn năm trước, như voi ma mút lông mịn, điều này là bất khả thi vì DNA cổ đại thường đã bị hỏng.
Thay vào đó, các nhà nghiên cứu đang tìm hiểu những phương pháp khác nhằm khôi phục loài tuyệt chủng, bằng cách kết hợp nghiên cứu DNA cổ đại với các công nghệ chỉnh sửa gene như CRISPR. Thay vì tái tạo chính xác một động vật đã tuyệt chủng, họ cố gắng chỉnh sửa những họ hàng còn sống của nó nhằm đưa vào những đặc điểm của loài đã biến mất. Ví dụ, một con vật giống voi ma mút trong tương lai nhiều khả năng sẽ là một con voi đã qua chỉnh sửa gene chứ không phải voi ma mút thật sự.
Các nhà khoa học cũng lưu ý rằng việc khôi phục các đặc điểm của loài tuyệt chủng không đồng nghĩa với tái tạo vai trò sinh thái của loài đó. Động vật tồn tại trong các hệ sinh thái phức tạp, và những hệ sinh thái đó có thể không còn tồn tại dưới hình thức như xưa nữa.
Mặc dù công nghệ nhân bản vô tính có thể giúp khôi phục các gene đã mất ở những quần thể có nguy cơ tuyệt chủng, việc tạo ra quá nhiều cá thể có cấu trúc gene tương đồng sẽ làm tăng khả năng dễ mắc bệnh của chúng.
Vì sao nhân bản vô tính người vẫn chưa được thực hiện?
Sau nhiều thập kỷ đồn đoán, việc nhân bản vô tính người vẫn chưa trở thành hiện thực. Rào cản lớn nhất là vấn đề an toàn. Công nghệ nhân bản động vật có tỷ lệ thất bại cao. Nếu áp dụng công nghệ này cho con người, quá trình đó sẽ tạo ra những rủi ro không thể chấp nhận đối với phôi thai, người mang thai hộ và những đứa trẻ sinh ra.
Ngoài ra còn có những lo ngại lớn về mặt đạo đức, bao gồm các vấn đề về danh tính, sự đồng ý của những người liên quan, nguy cơ lạm dụng mô người cũng như các công nghệ sinh sản. Vì những lý do kể trên, việc nhân bản vô tính con người nhằm phục vụ mục đích sinh sản bị cấm hoặc bị hạn chế nghiêm ngặt ở nhiều quốc gia.
Kể từ khi cừu Dolly ra đời, những hiểu biết thu được từ các nghiên cứu về nhân bản vô tính đã góp phần thúc đẩy nhiều lĩnh vực, từ nghiên cứu bệnh tật và y học tái tạo đến phát triển nông nghiệp và bảo tồn các loài động vật. Dù vậy, nhân bản vô tính vẫn là một công nghệ phức tạp, khó thực hiện và còn đặt ra nhiều câu hỏi về tính an toàn cũng như những giới hạn đạo đức đối với các ứng dụng của nó.
Quốc Hùng lược dịch
---
Nguồn:
30 years since Dolly the sheep was born, where is cloning technology at now? The Conversation. https://theconversation.com/30-years-since-dolly-the-sheep-was-born-where-is-cloning-technology-at-now-285886