Công nghệ CRISPR đang phát triển nhanh chóng và mạnh mẽ, trở thành công cụ trong ứng dụng chỉnh sửa gen của vi khuẩn, động vật có vú, thực vật, con người và thậm chí cả các loài bò sát. CRISPR thường được ví như “chiếc kéo phân tử di truyền” một nghiên cứu mới được thực hiện sẽ để biến nó thành một “con dao di truyền của quân đội Thụy Sĩ”. Nghiên cứu do Caltech dẫn đầu đã cải tiến công thức nhằm cho phép công cụ phóng to các cơ quan, mô hoặc loại tế bào cụ thể, từ đó, giúp kiểm soát tốt hơn những gì xảy ra tiếp theo.

Cấu tạo của CRISPR gồm hai phần chính: các phân tử ARN dẫn đường có nhiệm vụ điều hướng công cụ đến các phần cụ thể của bộ gen. Sau đó, một enzyme sẽ thực hiện chỉnh sửa các gen tại vị trí cụ thể đó. Enzyme phổ biến nhất hiện đang được sử dụng trong công cụ chỉnh sửa gen CRISPR đồng thời là loại enzyme được phát hiện đầu tiên là Cas9, tuy nhiên, bên cạnh đó còn có nhiều biến thể khác ít được sử dụng hơn như protein Cas12a, Cas12b và CasX.

Con dao dành cho quân đội Thụy Sĩ

Tuy hữu ích nhưng CRISPR chưa phải là công cụ hoàn hảo. Do đó, thay vì sử dụng enzyme, nhóm của đã cải tiến các phân tử ARN dẫn đường. Nhóm nghiên cứu nhận thấy các phân tử này luôn luôn ở trong trạng thái hoạt động, do đó, chúng có khả năng tìm kiếm mục tiêu tại bất kì một vị trí nào trong cơ thể một sinh vật. Điều này có thể dẫn đến đột biến ngoài mục tiêu.

Vì vậy, các nhà khoa học đã thiết kế các phân tử ARN dẫn đường có điều kiện (cgRNA) có khả năng điều hướng công cụ đến vị trí mục tiêu chính xác hơn, hiệu quả hơn. Các phân tử hoạt động dựa trên loại câu lệnh điều kiện IF/THEN thường được sử dụng trong lĩnh vực điện toán đám mây. CgRNA có khả năng phản ứng với sự hiện diện hoặc vắng mặt của trình kích hoạt ARN, từ đó, chúng có thể ở một trong hai trạng thái: hoạt động hoặc bất hoạt.

Trong thực tế, điều này có nghĩa là có thể áp dụng kỹ thuật CRISPR vào thời điểm phát hiện một số dấu ấn sinh học nhất định trong tế bào chỉ một trạng thái bệnh cụ thể, sau đó, kích hoạt hoặc làm im lặng sự biểu hiện gen để giúp điều trị căn bệnh đó. Do các tế bào khỏe mạnh không biểu hiện các dấu ấn sinh học đó, các cgRNA sẽ không được kích hoạt, từ đó, mục tiêu điều trị được thiết lập.

Các nhà khoa học đã thử nghiệm kỹ thuật này và chứng minh cơ chế BẬT/TẮT và TẮT/BẬT hoạt động hiệu quả trên vi khuẩn. Các trình kích hoạt ARN đã “tắt” thành công các cgRNA “hoạt động”, trong khi những trình kích hoạt khác “bật” các cgRNA “bất hoạt”.

Niles Pierce, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: "Chặng đường để nghiên cứu tiềm năng của công nghệ nano ARN động lực trong việc điều chỉnh có điều kiện, lập trình được trong cơ thể sống tuy còn dài nhưng những kết quả về ứng dụng công cụ CRISPR/Cas9 trong tế bào vi khuẩn và động vật có vú là bằng chứng nguyên tắc mà chúng ta có thể xây dựng nhằm cung cấp cho các nhà sinh vật học và bác sĩ những công cụ mới hiệu quả”.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí ACS Central Science.

P.K.L (NASATI), theo https://newatlas.com/biology/new-tool-turns-crispr-into-genetic-swiss-army-knife/, 10/2019