- Tham gia
- 25/11/2012
- Bài viết
- 351
(kenhsinhvien.vn) Quyển sách “The Genesis Machine” (tạm dịch: Cỗ máy sáng thế) đã vạch ra những triển vọng và rủi ro của sinh học tổng hợp. Đó là một công cụ quyền lực sẽ giúp ta lập trình sự sống giống như máy tính.
Bài viết sau được trích từ quyển sách The Genesis Machine: Our Quest to Rewrite Life in the Age of Synthetic Biology (tạm dịch: Cỗ máy sáng thế: Sứ mệnh viết lại sự sống trong kỷ nguyên sinh học tổng hợp) của Amy Webb và Andrew Hessel.
Cỗ máy sáng thế đề cập đến nhiều công nghệ sinh học, tất cả đều được tạo ra để chỉnh sửa và tái thiết sự sống. Một loạt các công nghệ và kỹ thuật sinh học, phần lớn thuộc lĩnh vực sinh học tổng hợp, sẽ không chỉ giúp ta đọc và chỉnh sửa DNA mà còn có thể viết ra nó. Điều này nghĩa là sớm thôi, ta sẽ lập trình được các cấu trúc sinh học sống như thể chúng là những chiếc máy tính tí hon.
Các nhà khoa học đã có thể chỉnh sửa mã di truyền DNA từ đầu những năm 2010 bằng một trong những công nghệ đó: CRISPR-Cas9. Họ miêu tả kỹ thuật này là “cây kéo phân tử”, vì nó dùng các quá trình xử lý sinh học để cắt và dán thông tin di truyền. CRISPR rất thường xuất hiện trên các tiêu đề báo chí về những can thiệp y khoa gây chấn động, như chỉnh sửa gen của người khiếm thị để giúp họ sáng mắt trở lại. Các nhà khoa học đã và đang dùng cây kéo phân tử CRISPR và nối các phân tử DNA lại với nhau theo kiểu collage (kiểu cắt dán) sinh học với các ký tự được sắp xếp lại theo những trật tự mới. Vấn đề là các nhà nghiên cứu không thể trực tiếp nhìn thấy những thay đổi xảy ra trên phân tử mà họ đang nghiên cứu. Mỗi bước đòi hỏi các thao tác thí nghiệm phải được kiểm chứng thực nghiệm sau đó, khiến cho công việc trở nên rất lòng vòng, tốn nhiều công sức và thời gian.
Sinh học tổng hợp sẽ số hoá quá trình thao tác này. Trình tự các DNA được tải vào các công cụ phần mềm (hãy liên tưởng đến một trình soạn thảo văn bản dành cho mã DNA), khiến việc chỉnh sửa trở nên đơn giản như sử dụng trình xử lý văn bản. Sau khi các nhà nghiên cứu hài lòng với DNA được viết hoặc chỉnh sửa, họ sẽ in ra một phân tử DNA mới bằng một chiếc máy tương tự như máy in 3D. Công nghệ tổng hợp DNA này (chuyển đổi mã di truyền số thành DNA phân tử) đã cải tiến hơn rất nhiều. Các công nghệ ngày nay thường in ra những chuỗi DNA dài vài ngàn cặp base, có thể được lắp ráp lại để tạo ra những cách thức trao đổi chất mới cho tế bào, hay thậm chí là một bộ gen tế bào hoàn chỉnh. Giờ đây chúng ta có thể lập trình các hệ thống sinh học như lập trình máy tính. Những đổi mới khoa học này đã tạo động lực cho ngành công nghiệp sinh học tổng hợp gần đây phát triển nhanh chóng, nhằm tạo ra những ứng dụng có giá trị cao như vật liệu sinh học, nhiên liệu và hoá chất đặc dụng, dược phẩm, vắc xin và thậm chí là những tế bào đã chỉnh sửa có chức năng như những cỗ máy robot hiển vi. Những tiến bộ trong trí tuệ nhân tạo đã thúc đẩy đáng kể lĩnh vực sinh học tổng hợp, AI càng tốt lên bao nhiêu, thì càng có nhiều ứng dụng sinh học có thể được thí nghiệm và hiện thực hoá bấy nhiêu. Khi các công cụ thiết kế phần mềm trở nên mạnh mẽ hơn và công nghệ in DNA và công nghệ lắp ráp tiến bộ, các nhà phát triển sẽ có thể nghiên cứu những sáng tạo sinh học ngày càng phức tạp hơn. Một ví dụ quan trọng có thể kể đến như: chúng ta sẽ sớm có thể viết ra bất kỳ bộ gen virus nào hoàn toàn từ con số 0. Đó có thể là một viễn cảnh đáng sợ, vì virus corona hay SARS-CoV-2 (gây bệnh COVID-19) đã khiến hơn 4,2 triệu người tử vong trên thế giới.(*)
(*) Cập nhật đến ngày 20/1/2022.
Nguyên nhân khiến những virus như SARS-CoV-2 (và trước đó là SARS, H1N1, Ebola, và HIV) khó kiềm h.ãm như vậy là vì chúng là những đoạn mã di truyền cực nhỏ hoạt lực mạnh có thể sinh trưởng và sinh sản từ một vật chủ không được bảo vệ. Bạn có thể liên tưởng virus như một chiếc USB cắm vào máy tính. Virus hoạt động tương tự USB, bằng cách tự gắn mình lên tế bào và “tải” vào mã di truyền mới. Nghe có vẻ lạ trong thời đại dịch, nhưng virus cũng có thể là niềm hy vọng của chúng ta cho một tương lai tốt đẹp hơn.
Tưởng tượng một cửa hàng ứng dụng sinh học tổng hợp mà bạn có thể tải về và thêm các tính năng mới vào bất kỳ tế bào, vi khuẩn, thực vật hoặc động vật nào. Các nhà nghiên cứu ở Anh đã tổng hợp và lập trình ra bộ gen của khuẩn Escherichia coli (trực khuẩn lị) đầu tiên ngay từ lúc bắt đầu vào năm 2019. Tiếp theo, những bộ gen kích cỡ gigabase(*) của sinh vật đa bào (như thực vật, động vật và bộ gen của chính chúng ta) cũng sẽ được tổng hợp. Một ngày nào đó ta sẽ có một nền tảng công nghệ để chữa trị mọi căn bệnh di truyền của nhân loại, và trong quá trình đó ta sẽ châm ngòi một cuộc bùng nổ kỷ Cambri gồm có thực vật và động vật chỉnh sửa gen để đưa vào sử dụng. Đó là một câu chuyện khó tưởng tượng nổi ở thời điểm hiện tại, nhưng sẽ đáp ứng được những thách thức toàn cầu mà ta đang phải đối mặt trong vấn đề lương thực, đồ mặc, nhà ở và chăm sóc y tế cho hàng tỷ người.
(*) 1 gigabase gồm có 1 triệu nucleotit.
Cuộc sống đang ngày càng được lập trình hoá, và sinh học tổng hợp là lời hứa hẹn táo bạo nhằm cải thiện đời sống con người. Mục đích của chúng tôi trong quyển sách này là giúp bạn suy nghĩ thông suốt những thách thức và cơ hội đang ló rạng. Trong vòng 10 năm nữa, chúng ta cần phải đưa ra những quyết định quan trọng: có nên lập trình các chủng virus mới để chống lại bệnh tật hay không, quyền riêng tư về di truyền sẽ ra sao. Ai sẽ “sở hữu” những sinh vật sống, các công ty nên kiếm doanh thu từ những tế bào chỉnh sửa gen thế nào, và làm thế nào để chứa đựng một sinh vật tổng hợp trong phòng thí nghiệm. Lựa chọn của bạn là gì nếu bạn có thể tái lập trình cơ thể của mình? Bạn có khắc khoải lo âu về việc có nên – hoặc làm thế nào – chỉnh sửa những đứa con của mình trong tương lai? Chúng ta đã quá quen với việc sử dụng các nguồn lực tự nhiên và các quá trình xử lý hoá học để hỗ trợ loài mình. Giờ đây ta lại có cơ hội để viết nên mã di truyền mới dựa trên những cấu trúc tương tự như mọi sự sống trên hành tinh này. Triển vọng của công nghệ tổng hợp là một tương lai được xây dựng từ nền tảng sản xuất bền vững và quyền lực nhất mà nhân loại từng có. Chúng ta đang trên đà của một cuộc cách mạng công nghiệp mới lớn lao.
Những cuộc hội đàm hôm nay về trí tuệ nhân tạo (như nỗi sợ bị thay thế, sự lạc quan, sự hào hứng vô lý về tiềm năng thị trường, những tuyên bố thiếu hiểu biết cố ý của giới chức được bầu) sẽ tương tự những cuộc hội đàm sắp tới về sinh học tổng hợp, một lĩnh vực đang nhận được đầu tư ngày càng nhiều vì chủng coronavirus mới. Kết quả là những đột phá trong vắc xin mRNA, xét nghiệm chẩn đoán tại nhà và điều chế thuốc chống virus đang được đẩy nhanh. Giờ là lúc để xúc tiến cuộc hội đàm ấy đến với công chúng. Chúng ta không có thời gian dư dả để chờ đợi lâu hơn nữa.
Triển vọng mà quyển sách này đặt ra rất đơn giản và dễ hiểu: nếu ta có thể phát huy tư duy và chiến lược về sinh học tổng hợp hôm nay, ta sẽ tiến gần hơn đến với các giải pháp cho những thách thức trước mắt và dài hạn do biến đổi khí hậu, an ninh lương thực toàn cầu và tuổi thọ con người gây ra. Chúng ta có thể tự chuẩn bị ngay từ bây giờ để chống lại đợt bùng phát virus kế tiếp bằng một chủng virus do ta tạo ra và đưa vào chiến trận. Nếu ta chần chừ hành động, thì tương lai của sinh học tổng hợp có thể bị định đoạt bởi những cuộc chiến về sở hữu trí tuệ và an ninh quốc gia, cũng như những vụ kiện kéo dài và chiến tranh thương mại. Chúng ta cần đảm bảo những tiến bộ trong di truyền học sẽ có ích cho nhân loại, chứ không phải gây ra những tổn thất không thể vãn hồi. Mã di truyền của tương lai đang được viết nên ngày hôm nay. Nhìn nhận và giải mã ý nghĩa đoạn mã ấy là bước khởi đầu mới cho nguồn gốc nhân loại.
- Sinh học tổng hợp sẽ không chỉ giúp ta đọc và chỉnh sửa mã di truyền DNA mà còn viết ra nó, nghĩa là ta sẽ có thể lập trình các cấu trúc sinh học sống như thể chúng là những chiếc máy tính tí hon.
- Thử tưởng tượng một cửa hàng ứng dụng sinh học tổng hợp mà bạn có thể tải về và thêm các tính năng mới vào bất kỳ tế bào, vi khuẩn, thực vật hoặc động vật nào.
- Chúng ta cần phải đảm bảo những tiến bộ trong di truyền học sẽ giúp ích cho nhân loại chứ không phải gây ra những tổn thất không thể vãn hồi. Mã di truyền cho tương lai đang được viết ra hôm nay.
Bài viết sau được trích từ quyển sách The Genesis Machine: Our Quest to Rewrite Life in the Age of Synthetic Biology (tạm dịch: Cỗ máy sáng thế: Sứ mệnh viết lại sự sống trong kỷ nguyên sinh học tổng hợp) của Amy Webb và Andrew Hessel.
Cỗ máy sáng thế đề cập đến nhiều công nghệ sinh học, tất cả đều được tạo ra để chỉnh sửa và tái thiết sự sống. Một loạt các công nghệ và kỹ thuật sinh học, phần lớn thuộc lĩnh vực sinh học tổng hợp, sẽ không chỉ giúp ta đọc và chỉnh sửa DNA mà còn có thể viết ra nó. Điều này nghĩa là sớm thôi, ta sẽ lập trình được các cấu trúc sinh học sống như thể chúng là những chiếc máy tính tí hon.
Các nhà khoa học đã có thể chỉnh sửa mã di truyền DNA từ đầu những năm 2010 bằng một trong những công nghệ đó: CRISPR-Cas9. Họ miêu tả kỹ thuật này là “cây kéo phân tử”, vì nó dùng các quá trình xử lý sinh học để cắt và dán thông tin di truyền. CRISPR rất thường xuất hiện trên các tiêu đề báo chí về những can thiệp y khoa gây chấn động, như chỉnh sửa gen của người khiếm thị để giúp họ sáng mắt trở lại. Các nhà khoa học đã và đang dùng cây kéo phân tử CRISPR và nối các phân tử DNA lại với nhau theo kiểu collage (kiểu cắt dán) sinh học với các ký tự được sắp xếp lại theo những trật tự mới. Vấn đề là các nhà nghiên cứu không thể trực tiếp nhìn thấy những thay đổi xảy ra trên phân tử mà họ đang nghiên cứu. Mỗi bước đòi hỏi các thao tác thí nghiệm phải được kiểm chứng thực nghiệm sau đó, khiến cho công việc trở nên rất lòng vòng, tốn nhiều công sức và thời gian.
Sinh học tổng hợp sẽ số hoá quá trình thao tác này. Trình tự các DNA được tải vào các công cụ phần mềm (hãy liên tưởng đến một trình soạn thảo văn bản dành cho mã DNA), khiến việc chỉnh sửa trở nên đơn giản như sử dụng trình xử lý văn bản. Sau khi các nhà nghiên cứu hài lòng với DNA được viết hoặc chỉnh sửa, họ sẽ in ra một phân tử DNA mới bằng một chiếc máy tương tự như máy in 3D. Công nghệ tổng hợp DNA này (chuyển đổi mã di truyền số thành DNA phân tử) đã cải tiến hơn rất nhiều. Các công nghệ ngày nay thường in ra những chuỗi DNA dài vài ngàn cặp base, có thể được lắp ráp lại để tạo ra những cách thức trao đổi chất mới cho tế bào, hay thậm chí là một bộ gen tế bào hoàn chỉnh. Giờ đây chúng ta có thể lập trình các hệ thống sinh học như lập trình máy tính. Những đổi mới khoa học này đã tạo động lực cho ngành công nghiệp sinh học tổng hợp gần đây phát triển nhanh chóng, nhằm tạo ra những ứng dụng có giá trị cao như vật liệu sinh học, nhiên liệu và hoá chất đặc dụng, dược phẩm, vắc xin và thậm chí là những tế bào đã chỉnh sửa có chức năng như những cỗ máy robot hiển vi. Những tiến bộ trong trí tuệ nhân tạo đã thúc đẩy đáng kể lĩnh vực sinh học tổng hợp, AI càng tốt lên bao nhiêu, thì càng có nhiều ứng dụng sinh học có thể được thí nghiệm và hiện thực hoá bấy nhiêu. Khi các công cụ thiết kế phần mềm trở nên mạnh mẽ hơn và công nghệ in DNA và công nghệ lắp ráp tiến bộ, các nhà phát triển sẽ có thể nghiên cứu những sáng tạo sinh học ngày càng phức tạp hơn. Một ví dụ quan trọng có thể kể đến như: chúng ta sẽ sớm có thể viết ra bất kỳ bộ gen virus nào hoàn toàn từ con số 0. Đó có thể là một viễn cảnh đáng sợ, vì virus corona hay SARS-CoV-2 (gây bệnh COVID-19) đã khiến hơn 4,2 triệu người tử vong trên thế giới.(*)
(*) Cập nhật đến ngày 20/1/2022.
Nguyên nhân khiến những virus như SARS-CoV-2 (và trước đó là SARS, H1N1, Ebola, và HIV) khó kiềm h.ãm như vậy là vì chúng là những đoạn mã di truyền cực nhỏ hoạt lực mạnh có thể sinh trưởng và sinh sản từ một vật chủ không được bảo vệ. Bạn có thể liên tưởng virus như một chiếc USB cắm vào máy tính. Virus hoạt động tương tự USB, bằng cách tự gắn mình lên tế bào và “tải” vào mã di truyền mới. Nghe có vẻ lạ trong thời đại dịch, nhưng virus cũng có thể là niềm hy vọng của chúng ta cho một tương lai tốt đẹp hơn.
Tưởng tượng một cửa hàng ứng dụng sinh học tổng hợp mà bạn có thể tải về và thêm các tính năng mới vào bất kỳ tế bào, vi khuẩn, thực vật hoặc động vật nào. Các nhà nghiên cứu ở Anh đã tổng hợp và lập trình ra bộ gen của khuẩn Escherichia coli (trực khuẩn lị) đầu tiên ngay từ lúc bắt đầu vào năm 2019. Tiếp theo, những bộ gen kích cỡ gigabase(*) của sinh vật đa bào (như thực vật, động vật và bộ gen của chính chúng ta) cũng sẽ được tổng hợp. Một ngày nào đó ta sẽ có một nền tảng công nghệ để chữa trị mọi căn bệnh di truyền của nhân loại, và trong quá trình đó ta sẽ châm ngòi một cuộc bùng nổ kỷ Cambri gồm có thực vật và động vật chỉnh sửa gen để đưa vào sử dụng. Đó là một câu chuyện khó tưởng tượng nổi ở thời điểm hiện tại, nhưng sẽ đáp ứng được những thách thức toàn cầu mà ta đang phải đối mặt trong vấn đề lương thực, đồ mặc, nhà ở và chăm sóc y tế cho hàng tỷ người.
(*) 1 gigabase gồm có 1 triệu nucleotit.
Cuộc sống đang ngày càng được lập trình hoá, và sinh học tổng hợp là lời hứa hẹn táo bạo nhằm cải thiện đời sống con người. Mục đích của chúng tôi trong quyển sách này là giúp bạn suy nghĩ thông suốt những thách thức và cơ hội đang ló rạng. Trong vòng 10 năm nữa, chúng ta cần phải đưa ra những quyết định quan trọng: có nên lập trình các chủng virus mới để chống lại bệnh tật hay không, quyền riêng tư về di truyền sẽ ra sao. Ai sẽ “sở hữu” những sinh vật sống, các công ty nên kiếm doanh thu từ những tế bào chỉnh sửa gen thế nào, và làm thế nào để chứa đựng một sinh vật tổng hợp trong phòng thí nghiệm. Lựa chọn của bạn là gì nếu bạn có thể tái lập trình cơ thể của mình? Bạn có khắc khoải lo âu về việc có nên – hoặc làm thế nào – chỉnh sửa những đứa con của mình trong tương lai? Chúng ta đã quá quen với việc sử dụng các nguồn lực tự nhiên và các quá trình xử lý hoá học để hỗ trợ loài mình. Giờ đây ta lại có cơ hội để viết nên mã di truyền mới dựa trên những cấu trúc tương tự như mọi sự sống trên hành tinh này. Triển vọng của công nghệ tổng hợp là một tương lai được xây dựng từ nền tảng sản xuất bền vững và quyền lực nhất mà nhân loại từng có. Chúng ta đang trên đà của một cuộc cách mạng công nghiệp mới lớn lao.
Những cuộc hội đàm hôm nay về trí tuệ nhân tạo (như nỗi sợ bị thay thế, sự lạc quan, sự hào hứng vô lý về tiềm năng thị trường, những tuyên bố thiếu hiểu biết cố ý của giới chức được bầu) sẽ tương tự những cuộc hội đàm sắp tới về sinh học tổng hợp, một lĩnh vực đang nhận được đầu tư ngày càng nhiều vì chủng coronavirus mới. Kết quả là những đột phá trong vắc xin mRNA, xét nghiệm chẩn đoán tại nhà và điều chế thuốc chống virus đang được đẩy nhanh. Giờ là lúc để xúc tiến cuộc hội đàm ấy đến với công chúng. Chúng ta không có thời gian dư dả để chờ đợi lâu hơn nữa.
Triển vọng mà quyển sách này đặt ra rất đơn giản và dễ hiểu: nếu ta có thể phát huy tư duy và chiến lược về sinh học tổng hợp hôm nay, ta sẽ tiến gần hơn đến với các giải pháp cho những thách thức trước mắt và dài hạn do biến đổi khí hậu, an ninh lương thực toàn cầu và tuổi thọ con người gây ra. Chúng ta có thể tự chuẩn bị ngay từ bây giờ để chống lại đợt bùng phát virus kế tiếp bằng một chủng virus do ta tạo ra và đưa vào chiến trận. Nếu ta chần chừ hành động, thì tương lai của sinh học tổng hợp có thể bị định đoạt bởi những cuộc chiến về sở hữu trí tuệ và an ninh quốc gia, cũng như những vụ kiện kéo dài và chiến tranh thương mại. Chúng ta cần đảm bảo những tiến bộ trong di truyền học sẽ có ích cho nhân loại, chứ không phải gây ra những tổn thất không thể vãn hồi. Mã di truyền của tương lai đang được viết nên ngày hôm nay. Nhìn nhận và giải mã ý nghĩa đoạn mã ấy là bước khởi đầu mới cho nguồn gốc nhân loại.
Dịch bởi Kenhsinhvien.vn
(Theo Bigthink)
(Theo Bigthink)
