Biến đổi gen loài muỗi thành công, có thể khiến chúng tuyệt chủng

22/12/2015 10:42:21

Công nghệ Gene drive (phát động gen) bằng việc lây lan bệnh vô sinh có thể hủy diệt loài muỗi truyền bệnh sốt rét.

Loài muỗi, nguyên nhân lớn nhất dẫn đến bệnh sốt rét trên toàn thế giới, đã được nghiên cứu biến đổi gen để từ đó, hủy diệt hoàn toàn giống loài của mình.

Một con muỗi Anopheles gambiae cái.

Các nhà nghiên cứu đã chọn loài muỗi Anopheles gambiae – vốn đang lây lan bệnh sốt rét trên khắp khu vực cận Sahara, Châu Phi – để chúng có thể truyền gen vô sinh sang con cái. Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Nature Biotechnology, dựa trên một công nghệ mới với cái tên Gene drive, chỉ hai tuần sau khi một nhóm nghiên cứu Mỹ cũng công bố một nghiên cứu cùng ý tưởng.

Nhóm này, được dẫn dắt bởi nhà sinh vật học phân tử Tony Nolan và nhà sinh học vector Andrea Crisanti, của trường đại học Hoàng gia London, đã chỉ ra được ba mẫu gene trên loài muỗi Anopheles gambiae, khi được gây đột biến, sẽ dẫn đến sự vô sinh trên con cái.

Để bị nhiễm vô sinh, muỗi cái phải được di truyền hai mẫu copy của một gen bình thường sau khi bị đột biến, với mỗi gen cho một nhiễm sắc thể. Với muỗi đực, sử dụng cùng một mẫu gen thường không cho thấy kết quả ảnh hưởng đến sinh sản. Thông thường, chọn lọc tự nhiên sẽ loại bỏ một đặc điểm gây hại như vậy. Muỗi cái với hai mẫu gen bị biến đổi như vậy nẽ không được giao phối, trong khi muỗi cái khỏe mạnh sẽ có xu hướng di truyền những gen mạnh khỏe cho con cháu của chúng.

Công nghệ Gene drive lại đảm bảo rằng nếu thế hệ sau chỉ bị di truyền một bản gen lỗi sẽ tự động biến đổi một nhiễm sắc thể khác, vì vậy chúng vẫn sẽ có hai mẫu biến đổi. Và kết quả là bệnh vô sinh sẽ truyền nhiễm cực nhanh trong toàn bộ quần thể.

Công nghệ này dựa trên công cụ biên tập gen CRISPR–Cas9. Khi một con muỗi kế thừa DNA có mã hóa CRISPR–Cas9 trên gen biến đổi, hệ thống này sẽ sao chép sự biến dị từ nhiễm sắc thể này sang nhiễm sắc thể khác.

Trước đó, CRISPR–Cas9 từng được sử dụng để phát triển Gene drive trên men nấm, ruồi dấm và các loài muỗi khác. Vào ngày 23/11, nhà sinh vật học Anthony James cùng đồng nghiệp của mình tại đại học California, đã giới thiệu về một gen phát động CRISPR–Cas9 trên loài muỗi Nam Á có thể lây lan kháng thể sốt rét trong cộng đồng.

Công nghệ mới sẽ khiến biến dị lây lan nhanh hơn.

Trong phòng thí nghiệm, Nolan và Crisanti đã thiết kế các kiểu gen phát động nhắm đến từng loại trong ba loại gen vô sinh và cho thấy chúng hoạt động rất hiệu quả khi cấy lên muỗi đực và muỗi cái, sau đó di truyền qua nhiều thế hệ: thế hệ đực và cái sau này thừa hưởng hai mẫu gen sinh sản bị lỗi, và gần như các con cái đều bị vô sinh.

Các nhà nghiên cứu cũng đã tìm ra được việc các gen phát động phát tán như thế nào trong môi trường. Trong môi trường lồng nhốt, nhóm của Nolan và Crisanti đã thả ra 600 con muỗi, một nửa trong số đó là khỏe mạnh và một nửa còn lại mang gen vô sinh. Sau 4 thế hệ, 75% số lượng muỗi được di truyền biến dị vô sinh, đúng như những tiên đoán về sự lây lan trên lý thuyết.

“Tôi thực sự hứng thú với nghiên cứu này. Đây đúng là một công trình tuyệt vời,” trích lời Kevin Esvelt, một kỹ sư tiến hóa học tại đại Học Harvard, người đã từng nghiên cứu gene drive trên men nấm và giun tròn. Quan trọng là, nghiên cứu này đã thành công trên chính loài muỗi đã gây ra hơn 100 triệu ca sốt rét mỗi năm và hàng trăm ngàn ca tử vong.

Tiêu diệt loài muỗi, khi so sánh với việc cấy kháng thể sốt rét lên côn trùng, đương nhiên sẽ ảnh hưởng tới hệ sinh thái, trích lời Esvelt. Nhưng kế hoạch hủy diệt loài muỗi sẽ khiến cho ký sinh sốt rét khó khăn hơn trong việc quay trở lại, bởi chúng sẽ cần tìm một vật chủ hoàn toàn mới. “Rất khó để nói rằng ký sinh sốt rét sẽ không tiến hóa để chống lại những gì chúng ta làm với loài muỗi.”

Có rất ít rào cản kỹ thuật trong việc sử dụng gen phát động để kiểm soát bệnh sốt rét, Esvelt nói, nhấn mạnh sự cấp thiết trong việc xem xét xem sẽ thử nghiệm chúng như thế nào tại Châu Phi và các vùng lân cận. Nolan rất thận trọng trong việc thử nghiệm Gene drive trong thực tế. “Tôi nghĩ rằng thời điểm này cần phải gây dựng một nền móng vững chắc,” ông nói. “Chúng tôi sẽ không vội vàng trong việc thử nghiệm thực tế trong năm tới.”

Theo Nature