Kỹ thuật mới giúp chỉnh sửa gene động vật nhanh hơn, quy mô lớn hơn

Một kỹ thuật chỉnh sửa gene mới do các nhà nghiên cứu ở Đại học Oregon (UO) phát triển đã rút ngắn quy trình kéo dài nhiều năm trước đây xuống còn vài ngày, tạo thuận lợi cho việc triển khai nhiều loại nghiên cứu mới trên các mô hình động vật. Kỹ thuật này cũng cho phép các nhà sinh học thực hiện các thí nghiệm so sánh nhiều biến thể gene, tìm kiếm các đột biến dẫn đến các tính trạng cụ thể và theo dõi sự tiến hóa của chúng theo thời gian.

Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm kỹ thuật này ở C.elegans, một loài giun nhỏ thường dùng trong nghiên cứu sinh học. Kết quả đã được công bố trong một bản thảo trên bioRxiv.

“Kỹ thuật di truyền DNA của vi sinh vật đóng vai trò nền tảng cho cuộc cách mạng công nghệ sinh học trong ba thập kỷ qua, nhưng rất khó để triển khai các phương pháp này với quy mô lớn trên động vật”, GS. Patrick Phillips ở UO, đồng tác giả nghiên cứu cho biết. “Cách tiếp cận mới của chúng tôi có thể trở thành nền tảng cho một phương pháp hoàn toàn mới trong việc sử dụng một động vật đơn giản làm cơ sở cho sinh học tổng hợp – tương tự với việc sử dụng vi khuẩn và nấm men trước đây.

Có nhiều lý do khiến các nhà khoa học muốn tạo ra nhiều đột biến gene cùng một lúc. Chẳng hạn, họ có thể tìm kiếm một đột biến khiến động vật kháng một loại thuốc cụ thể, hoặc có thể sống sót tốt hơn dưới các điều kiện nhất định, hoặc ít nhạy cảm hơn với bệnh tật. Họ cần sàng lọc hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm biến thể trên một gene để tìm ra biến thể phù hợp nhất.

Những thí nghiệm này ở động vật tốn rất nhiều thời gian. Mỗi chủng đột biến – một nhóm giun với một đột biến gene cụ thể – phải được thiết kế riêng. Việc tạo ra một đột biến “thường mất đến bảy hoặc mười giờ thực hành”, Zach Stevenson, một nghiên cứu sinh tại phòng thí nghiệm của GS. Patrick Phillips ở UO, tác giả thứ nhất của nghiên cứu nói. Nếu áp dụng hệ thống mới, “với cùng một công sức, trước đây chỉ tạo ra ba hoặc bốn đột biến, thì giờ đây chúng tôi có thể tạo ra hàng chục nghìn đột biến”.

Để đẩy nhanh tiến độ, Stevenson và cộng sự đã thiết kế một phương pháp để nén hàng trăm hoặc hàng ngàn đột biến vào một “thư viện”. Mỗi cuốn sách trong thư viện là một đoạn mã di truyền nhỏ, vô nghĩa và không có chức năng riêng. Mỗi đoạn mã phù hợp với một khoảng trống được thiết kế trong gene mục tiêu. Với phương pháp này, thay vì đưa các phiên bản gene khác nhau vào từng con giun, các nhà nghiên cứu có thể chèn toàn bộ thư viện các đột biến vào một con giun.

Sau đó, thư viện sẽ mở rộng khi con giun sinh sản. Vào mỗi mùa sinh sản, một cuốn sách ở thư viện đột biến sẽ được chọn ngẫu nhiên để hoàn thiện gene đang được nhắm mục tiêu. Khi chèn một đoạn trong thư viện gene vào, nó sẽ kích hoạt gene, giống như bật công tắc để hoàn thành mạch điện. Kết quả là một tập hợp giun đều có các đột biến gene được lựa chọn ngẫu nhiên khác nhau.

Nhóm nghiên cứu đã đặt tên kỹ thuật này là TARDIS – tương tự với tên của cỗ máy du hành không thời gian trong phim Dr. Who. Tuy nhiên, TARDIS ở đây là viết tắt của Transgenic Arrays Resulting in Diversity of Integrated Sequences. Cũng giống như cỗ máy TARDIS hư cấu, con giun trong thí nghiệm có “bên trong lớn hơn bên ngoài” (lời thoại trong phim Dr. Who), Stevenson nói. (Nghĩa là bên trong con giun chứa rất nhiều vật liệu di truyền).

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm TARDIS với một gene giúp giun kháng thuốc kháng sinh. Nhưng họ đã thấy tiềm năng ứng dụng của phương pháp này trong lĩnh vực sinh học nói chung, bao gồm cả nghiên cứu trong các mô hình sinh vật khác.

Phương pháp này sẽ đặc biệt hữu ích trong nghiên cứu tương tác giữa các protein hoặc tín hiệu giữa các tế bào, GS. Stephen Banse ở UO, đồng tác giả nghiên cứu, cho biết. Dù những tương tác này liên quan đến việc nghiên cứu bệnh tật, song trước đây các nhà khoa học đã bỏ lỡ những thông tin quan trọng khi nghiên cứu trên vi khuẩn hoặc nấm men, Banse nói. “Giờ đây, chúng ta có thể nghiên cứu những thứ này trên các mô hình động vật.”

Thanh An lược dịch

Nguồn: https://phys.org/news/2022-11-technique-gene-scale-animals-shortening.html