Kỹ thuật CRISPR: Kỹ thuật cắt dán gen

(Bài viết nầy tôi dẫn giải theo hiểu biết riêng, và trình bày gọn để bạn đọc phổ thông có thể hiểu vấn đề được. Bs Trương Phú)

1- Miễn dịch của vi khuẩn đối với virus.

Ta đã biết virus (siêu vi) chuyên tấn công các tế bào, vậy tế bào vi khuẩn cũng bị giết bởi virus. Tuy nhiên trong một quần thể vi khuẩn đang bị virus tấn công, chắc chắn sẽ có một hai vi khuẩn chống lại được virus nầy. Cơ chế vi khuẩn chống virus như sau:

a-    Trên DNA của vi khuẩn, có những đoạn gen giống hệt nhau và cách nhau bởi những khoảng trắng (spacer), gọi là CRISPR viết tắt từ tiếng Anh: "Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats" = "trình tự sắp xếp kiểu lặp đi lặp lại xen khoảng trống". Người ta nhận thấy rằng chuỗi CRISPR luôn đi kèm với một số bộ gen phân bố ở vị trí gần đó. Họ gọi những gen này là Cas gen, là những gen có liên qua tới CRISPR và có khả năng mã hóa enzymes cắt DNA.

b- Khi một virus tấn công vi khuẩn, tế bào chủ sẽ tóm lấy một ít vật liệu di truyền của virus, vi khuẩn tự cắt chuỗi DNA của chính chúng và chèn đoạn mã di truyền vào các "khoảng trắng". Một khi vùng CRISPR đã được điền DNA của virus vào, nó sẽ trở thành một bộ sưu tập giúp vi khuẩn sẽ nhận dạng virus trong những lần "gặp gỡ" sau đó.

c-    Ở cuộc tấn công tiếp theo, vi khuẩn sẽ sao chép vật liệu di truyền trong khoảng trắng thành 1 RNA mới. Đoạn RNA này sẽ cùng với Cas enzymes trôi trong tế bào. Nếu nó bắt gặp vật liệu di truyền từ virus đang tấn công trùng khớp với RNA CRISPR, chúng sẽ thít chặt vào nhau. Khi đó, Cas enzymes sẽ cắt DNA của virus ra thành 2 đoạn nhằm ngăn chặn nó sao chép.

 2- Các ghi chú từ ngữ:

- DNA, Axit Deoxyribo Nucleic. Cặp nối kết là A-T và C-G

- RNA, Axít Ribo Nucleic. Cặp nối kết là U-T và C-C

- Tùy loài vi khuẩn mà CRISPR và Cas khác nhau, nghĩa là có vô số chủng loại CRISPR-Cas. Vd Hệ thống Cas9 của vi khuẩn Streptococcus pyogenes.

- Cần lưu ý: kỹ thuật nầy ở cấp tế bào, nghĩa là nếu ứng dụng cho con người, nghĩa là nhà khoa học phải cắt và dán từng đoạn gen tỉ mỉ trong một tế bào phôi, trước khi gieo vào lòng tử cung người mẹ.

3-    Ứng dụng: Kỹ thuật CRISPR cắt ghép gen:

Như mô tả ở trên, kỹ thuật CRISPR do vi khuẩn làm cả tỉ năm trước, đến nay (2013) con người mới hiểu và bắt chước! [Mà bắt chước, nhóm giáo sư trong hình được thưởng 3 triệu đô la đấy nha]

Từ trái sang phải, CEO Twitter Dick Costolo, giáo sư Emmanuelle Charpentier đến từ Đại học Ulmea, giáo sư hóa học Jennifer A. Doudna đến từ Đại học Berkeley và diễn viên Cameron Diaz tại đêm trao giải thưởng Breakthrough Prize tại trung tâm nghiên cứu của NASA vào hôm 9/11/2014​

a-    Cắt đoạn DNA: phụ trách là các Cas enzyme

b-    Cắt tại vị trí chính xác: Cần một đoạn RNA có cùng trình tự với đoạn DNA muốn cắt. (như mô tả ở 1-c). Cas enzyme sẽ so sánh đoạn RNA với DNA, chỉ có đoạn DNA nào khớp với đoạn RNA lập tức sẽ bị cắt ra.

c-     Ghép gen mới: Cần đoạn DNA ghép vào khoảng trắng (như mô tả ở 1-b). Cas enzyme cứ vơ lấy đoạn DNA cần ghép, cắt và dán vào khoảng trắng của gen.

Nếu pháp luật cho phép, tương lai con người có thể kiểm tra từng gen trong tế bào phôi (để sửa các gen gây bệnh) trước khi cho người mẹ mang thai.