Công nghệ CRISPR/Cas9 và ứng dụng trong điều trị tương lai

CRISPR-Cas9 là gì

• CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) là một chuỗi trình tự DNA được tìm thấy trong bộ gen của sinh vật nhân sơ (prokaryotic organisms) như vi khuẩn và vi khuẩn cổ (archaea). Các chuỗi trình tự này có nguồn gốc từ các đoạn DNA của thực khuẩn (bacteriophages) đã nhiễm prokaryote trước đó, nó có vai trò phát hiện và phá hủy DNA của virus như một hệ thống miễn dịch phòng thủ của sinh vật nhân sơ chống lại virus.
• Cas9 là một enzym sử dụng chuỗi trình tự CRISPR làm hướng dẫn để nhận biết và phân cắt các chuỗi DNA cụ thể bổ sung cho chuỗi trình tự CRISPR.

Cơ chế hoạt động

CRISPR/Cas9 được vi khuẩn sử dụng để chỉnh sửa bộ gen tự nhiên của chúng như một biện pháp miễn dịch phòng thủ cho chính mình. Khi bị nhiễm virus, vi khuẩn sẽ bắt lấy các mảnh nhỏ DNA của virus và chèn vào DNA của chính chúng theo một mô hình cụ thể để tạo ra các phân đoạn được gọi là mảnh CRISPR. Các mảnh CRISPR cho phép vi khuẩn “ghi nhớ” các virus đã nhiễm. Nếu bị virus tấn công lại, vi khuẩn sẽ tạo ra các phân đoạn RNA từ các mảng CRISPR nhận biết và gắn vào các vùng cụ thể của DNA của virus. Sau đó, vi khuẩn sử dụng Cas9 hoặc một loại enzym tương tự để cắt đoạn DNA của virus, và giúp vô hiệu hóa virus.

Ứng dụng công nghệ CRISPR/Cas9 trong điều trị bệnh

Việc phát triển công nghệ chỉnh sửa bộ gen dựa trên CRISPR/Cas9 đã được công nhận và trao Giải Nobel Hóa học vào năm 2020, cho 2 nhà khoa học là Emmanuelle Charpentier và Jennifer Doudna.

Các nhà khoa học đã tạo ra một đoạn ARN “hướng dẫn” (guide RNA: gRNA) với chuỗi trình tự ngắn có thể gắn vào một vị trí mục tiêu cụ thể trên ADN của tế bào, giống như các đoạn ARN mà vi khuẩn tạo ra từ mảng CRISPR. RNA “hướng dẫn” này cũng gắn vào enzyme Cas9. Khi được đưa vào tế bào, RNA “hướng dẫn” sẽ nhận ra trình tự DNA mục tiêu và enzyme Cas9 cắt DNA tại vị trí đã định. Ngoài Cas9 thường được sử dụng, các enzym khác cũng có thể sử dụng để cắt đoạn DNA ví dụ như Cpf1. Sau khi DNA bị cắt, các nhà nghiên cứu sử dụng các công cụ sửa chữa DNA của chính tế bào để thêm hoặc loại bỏ các phần chất liệu di truyền trên chuỗi DNA tùy mục đích.

Công nghệ chỉnh sửa bộ gen đang được nghiên cứu trong việc ngăn ngừa và điều trị bệnh tật cho con người. Hiện nay, công nghệ này được sử dụng trên tế bào và mô hình động vật trong các phòng nghiên cứu để tìm hiểu bệnh tật. Các nhà khoa học vẫn đang nghiên cứu để xác định xem liệu phương pháp này có an toàn và hiệu quả để sử dụng trên con người hay không. Nó cũng hứa hẹn để điều trị và ngăn ngừa các bệnh phức tạp, chẳng hạn như ung thư, bệnh tim, bệnh tâm thần và nhiễm virus suy giảm miễn dịch mắc phải ở người (HIV), bệnh máu khó đông và bệnh hồng cầu hình liềm v.v.

Những lo ngại về vấn đề đạo đức

Hiện tại hầu hết những thay đổi chỉnh sửa bộ gen của công nghệ này chỉ giới hạn ở các tế bào soma, là những tế bào không phải là tế bào trứng hay tinh trùng (còn gọi là bào mầm). Những thay đổi này chỉ được phân lập đối với một số mô nhất định và không được truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác.

Tuy nhiên, những thay đổi đối với gen trong tế bào trứng hoặc tinh trùng hoặc gen của phôi thai có thể được truyền sang các thế hệ tương lai, và có thể làm thay đổi đặc điểm của con người, đang là một lo ngại thách thức về mặt đạo đức của công nghệ này.