“Phát triển công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR- Quá khứ, hiện tại và tương lai”
- Các đoạn lặp DNA theo cụm được phát hiện độc lập vào những năm 1980 và 1990 bởi các nhà nghiên cứu Nhật Bản, Hà Lan và Tây Ban Nha. Từ viết tắt CRISPR do Francisco Mojica và Ruud Jansen đặt ra vào năm 2001 để tránh sự nhầm lẫn trong tài liệu khoa học do việc sử dụng các từ viết tắt khác nhau của các nhóm nghiên cứu khác nhau. Mojica đưa ra giả thuyết rằng CRISPR là một dạng miễn dịch thu được ở vi khuẩn. Năm 2007, một nhóm do Philippe Horvath đứng đầu đã tiến hành xác minh bằng thực nghiệm. Không lâu sau, các nhà khoa học đã tìm ra cách điều khiển và sử dụng CRISPR trong phòng thí nghiệm. Năm 2013, phòng thí nghiệm của Zhang trở thành phòng thí nghiệm đầu tiên công bố phương pháp kỹ thuật công nghệ CRISPR để chỉnh sửa bộ gen ở chuột và người.
- Vào ngày 20 tháng 1 năm 2023, Jennifer A. Doudna của Đại học California, Berkeley đã xuất bản một bài báo đánh giá có tựa đề Công nghệ CRISPR: Một thập kỷ chỉnh sửa bộ gen mới chỉ là khởi đầu “CRISPR technology: A decade of genome editing is only the beginning” trực tuyến trên Science, trong đó thảo luận về CRISPR trong tế bào người, động vật và thực vật, cùng với những thành công và thách thức liên quan cũng như lộ trình cho tương lai của công nghệ này.
- Sau khi một báo cáo năm 1987 về trình tự lặp DNA trong bộ gen của vi khuẩn được công bố, một nhóm các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực vi sinh học và khoa học thực phẩm đã bắt đầu nghiên cứu các mảng trình tự DNA bí ẩn được gọi là cụm chuỗi ngắn palindromic xen kẽ thường xuyên lặp đi lặp lại (CRISPRs, Clustered Regularly-Interspaced Short Palindromic Repeats), thường được tìm thấy trong bộ gen của vi khuẩn cùng với các gen mã hóa các protein (Cas) liên quan đến CRISPR. Các chuỗi DNA ngắn trong CRISPR khớp với các chuỗi DNA ngắn trong vi-rút, cho thấy chức năng của các hệ thống này là con đường miễn dịch thích ứng để ngăn ngừa nhiễm vi-rút. Nghiên cứu cuối cùng đã chỉ ra cách hệ thống CRISPR sử dụng các phân tử RNA được phiên mã từ các mảng trình tự để hướng dẫn protein Cas cắt và do đó phá hủy DNA hoặc RNA của virus. Ngoài ra, loạt nghiên cứu này cũng chứng minh rằng hiệu ứng cắt RNA được lập trình sẵn của CRISPR có thể được sử dụng để thay đổi trình tự DNA của bất kỳ tế bào nào, đây là điều chưa từng có tiền lệ. Trong thập kỷ qua, các nhà khoa học trên thế giới đã nhanh chóng ứng dụng công nghệ CRISPR vào hàng loạt nghiên cứu cơ bản và ứng dụng trên động vật, thực vật và con người. Trình chỉnh sửa bộ gen được sử dụng rộng rãi nhất là protein CRISPR-Cas9 phức hợp với RNA đối tác của nó.
- Sức mạnh của CRISPR với tư cách là một công nghệ chỉnh sửa bộ gen bắt nguồn từ cơ chế hóa học của nó là cắt DNA tại các vị trí được xác định bởi sự nhận dạng trình tự của RNA. Vì các protein Cas sử dụng các cặp bazơ RNA-DNA để nhận dạng DNA, nên cùng một loại protein, chẳng hạn như Cas9, có thể nhắm mục tiêu vào một loạt các trình tự DNA bằng cách hoán đổi các RNA hướng dẫn. Trong các tế bào nhân chuẩn, các đứt gãy DNA được sửa chữa một cách hiệu quả. Những thay đổi có mục tiêu đối với trình tự DNA có thể được thực hiện theo ý muốn. Do đó, ví dụ đầu tiên về kỹ thuật CRISPR-Cas liên quan đến việc ức chế phiên mã hoặc kích hoạt để làm im lặng hoặc điều chỉnh lại các gen cụ thể. Các dạng khác của Cas9 được thiết kế công nghệ và hợp nhất với các enzym cho phép chỉnh sửa cơ sở riêng lẻ, sửa đổi chất nhiễm sắc hoặc chèn trình tự. Các protein Cas khác, bao gồm các protein nhắm mục tiêu RNA, đã được khám phá như các công cụ chỉnh sửa bộ gen thông qua các nỗ lực khám phá và đặc tính cấu trúc và sinh hóa.
- Các dự án nghiên cứu về CRISPER bao gồm: Sử dụng CRISPR để ngăn ngừa và điều trị HIV, ung thư, bệnh hồng cầu hình liềm, bệnh Alzheimer, chứng loạn dưỡng cơ và bệnh Lyme. Về lý thuyết, bất kỳ bệnh nào có thành phần di truyền đều có thể được điều trị bằng liệu pháp gen. Phát triển các loại thuốc mới để điều trị mù lòa và bệnh tim. CRISPR/Cas9 đã được sử dụng để loại bỏ các đột biến gây ra bệnh viêm võng mạc sắc tố. Kéo dài thời hạn sử dụng của thực phẩm dễ hỏng, tăng khả năng chống chịu sâu bệnh của cây trồng, đồng thời tăng giá trị dinh dưỡng và năng suất. Việc áp dụng công nghệ CRISPR đã tạo cơ sở cho các thử nghiệm lâm sàng trong điều trị bệnh hồng cầu hình liềm, bệnh beta thalassemia và các bệnh về mắt bẩm sinh, cũng như các bệnh hiếm gặp và các bệnh phổ biến (ung thư, nhiễm HIV) cung cấp cơ sở cho các thử nghiệm lâm sàng. Công nghệ CRISPR đã kích thích nghiên cứu trong lĩnh vực sinh học phân tử và tế bào, tạo điều kiện xuất bản hàng nghìn bài báo nghiên cứu và cung cấp cơ sở công cụ cho nhiều công ty tập trung vào trị liệu. Tuy nhiên, công nghệ CRISPR và tác động tiềm năng của nó vẫn đang ở giai đoạn đầu. Trong khi một số ứng dụng chỉnh sửa bộ gen hiện đã trở nên quen thuộc, thì những ứng dụng khác vẫn gặp khó khăn do những hạn chế của các công cụ ngày nay. Những thách thức chỉnh sửa bộ gen này tạo cơ hội cho những khám phá và kỹ thuật mới giúp thúc đẩy lĩnh vực này.
TS. ĐINH PHONG SƠN
*Các bài báo chỉnh sửa gen:
Dinh Phong Son, Tran Chau My Thanh, Dinh Thi Phuong Hoai, Ali A, Pan S. Hsa_circRNA_0000284 acts as a ceRNA to participate in coronary heart disease progression by sponging miRNA-338-3p via regulating the expression of ETS1. J Biomol Struct Dyn, 2023, 19:1-14. (IF 5.24)
Wu W, Pu Y, Gao S, et al. Bacterial Metabolism-Initiated Nanocatalytic Tumor Immunotherapy[J]. Nano-Micro Letters, 2022, 14(1): 1-21. (IF 23.65)
Bu, J., Zhang, Y., Wu, S. et al. KK-LC-1 as a therapeutic target to eliminate ALDH+ stem cells in triple negative breast cancer. Nat Commun 14, 2602 (2023). (IF 17.694)
Li W, Ali T, Zheng C, et al. Fluoxetine regulates eEF2 activity (phosphorylation) via HDAC1 inhibitory mechanism in an LPS-induced mouse model of depression[J]. Journal of neuroinflammation, 2021, 18(1): 1-19. (IF 8.322)
Li W, Ali T, Zheng C, et al. Anti-depressive-like behaviors of APN KO mice involve Trkb/BDNF signaling related neuroinflammatory changes[J]. Molecular Psychiatry, 2022, 27(2): 1047-1058. (IF 15.992)
Ma B, Ju A, Zhang S, et al. Albumosomes formed by cytoplasmic pre-folding albumin maintain mitochondrial homeostasis and inhibit nonalcoholic fatty liver disease[J]. Signal Transduction and Targeted Therapy, 2023, 8(1): 229. (IF 38.12)
