NOBEL Hoá học 2020: Crispr/cas9 – cuộc chiến ‘dao kéo’

Giải Nobel Hoá học 2020 được trao cho 2 nhà khoa học người Mỹ Jennifer Doudna và Pháp Emmanuelle Charpentier vì những khám phá quan trọng công cụ điều chỉnh bộ gene Crispr/Cas9, hay được ví von đơn giản là ‘cây kéo’ vàng để cắt nối các đoạn gene di truyền.

Ngay từ khi lần đầu được ‘giới thiệu’ Crispr được xem là 1 ‘breakthough’ của ngành Y Sinh phân tử vì tính đặc hiệu, dễ làm, đơn giản, giá thành rẻ và hiệu suất cao. Từ khi Crispr ra đời, nó gần như hoàn toàn thay thế các ứng dụng điều chỉnh gene cũ như morpholino knock down, zinc finger nuclease hay TALEN vì đoạn guide RNA của Crispr có thể hướng dẫn ‘cây kéo’ Cas9 cắt/điều chỉnh gần như tất cả các gene[1].

Các cột mốc phát triển của Crispr/cas tại link sau

Song song với các thành công của CRIPRS/Cas9, các câu chuyện xung quanh khám phá này cũng rất đáng chú ý.

Tranh kiện bản quyền với viện Broad (MIT và Harvard) [2]

Jennifer Doudna (nhà hoá sinh tại UC Berkeley) và Charpentier tại viện Max Planck xuất bản bằng chứng đầu tiên là hệ Crispr từ vi khuẩn có thể cắt các trình tự DNA mục tiêu vào 06/2012. 7 tháng sau nhóm của Feng Zhang từ Viện Broad (của Harvard và MIT) xuất bản bằng chứng của họ về khả năng điều chỉnh gene trong tế bào eukaryote (nhân thật), điều mà trong bản báo cáo đầu tiên nhóm của Doudna chưa chứng minh được. Tuy nhiên trong hồ sơ xin bằng sáng chế (patent) của mình, nhóm của Doudna đã khôn khéo viết tất cả các ứng dụng có thể có của kỹ thuật này.

Văn phòng bằng sáng chế của Mỹ sau đó đã cấp nhiều quyền sáng chế liên quan tới kỹ thuật Crispr cho viện Broad từ 2014, làm gây nên 1 cuộc chiến từ 2016 giữa nhóm của Doudna-Charpentier (gọi tắt là CVC) và viện Broad. Phiên toà đầu tiên quyết định rằng việc sử dụng Crispr trên tế bào nhân thật và các ứng dụng điều chỉnh gene khác là 2 phương pháp khác nhau, coi như 2 bằng sáng chế riêng biệt cho Broad và CVC. Tuy nhiên nhóm CVC không đồng ý với điều này, và đã liên tiếp kiện lên các toà án cấp cao hơn, hy vọng rằng quyền sáng chế kỹ thuật Crispr ứng dụng trên tế bào nhân thật sẽ về tay họ hoặc ít nhất là chia sẻ với viện Broad về bằng sáng chế này; tuy nhiên nhiều phiên toà liên tiếp từ 2016 cho đến gần nhất là ngày 10/9/20, toà án vẫn cấp nhiều quyền ‘ưu tiên’ cho viện Broad và tất nhiên nhóm CVC của Doudna không đồng ý vì họ hoàn toàn ở thế thua vì các quyết định trên, thế là họ vẫn tiếp tục kiện và chúng ta chưa biết bao giờ mới chấm dứt.

Những ‘đứa trẻ Crispr’

Với tiềm năng rất lớn của Crispr, các nhà khoa học đã dự đoán được rằng nó sẽ được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực của Y Sinh Dược học nói chung. Ví dụ: chỉnh sửa các gene bị đột biến trong bệnh về máu như bệnh hồng cầu hình lưỡi liềm, hoặc gây đột biến gene của muỗi làm nó không thể truyền bệnh sốt rét … Vì sự dễ dàng thực hiện và tính khả dụng của cây kéo Crispr, nhiều người đã nghĩ tới việc dùng nó để thay đổi bộ gene của loài người, có thể tạo ra những đứa trẻ hoàn toàn không có khiếm khuyết di truyền, hoặc thậm chí tác động để nó trở nên thông minh hoàn hảo. Tất nhiên 1 thế giới toàn Albert Einstein thì tốt hay xấu chỉ có trời mới biết. Thế nên Hội đồng đạo đức nhiều nước đã ngăn cấm việc dùng kỹ thuật này trên phôi người cho đến khi có 1 cơ chế quản lý thực sự chặt chẽ.

Tuy nhiên scandal vẫn xảy ra.

Vào năm 2015, Huang, 1 nhà nghiên cứu tế bào gốc, tại đại Học Sun Yat-Sen lần đầu tiên thử nghiệm kỹ thuật Crispr để chỉnh sửa khiếm khuyết gene trên 1 phôi người thụ tinh trong ống nghiệm (IVF). Công trình đầu tiên trên phôi người này tất nhiên tạo nhiều tiếng vang cả nghĩa đen và nghĩa bóng. Huang đã gửi lên các tạp chí như Nature hay Science nhưng bị từ chối vì lý do đạo đức khoa học, công trình này có thể tạo tiền đề cho những nghiên cứu thay đổi gene trên phôi thai và trẻ em được chuyển gene [3]

Không ngoài dự đoán của giới chuyên môn, scandal những đứa trẻ Crispr ra đời như 1 hệ luỵ tất yếu. Vào 15/11/2018, 1 nhà khoa học vô danh khác của Trung Quốc, He Jiankui, bổng nổi lên như cồn, vì anh ta đã công bố trên 1 hội nghị khoa học nổi tiếng tại Hồng Kong, công trình dùng Crispr để lần đâu tiên điều chỉnh gene trên những đứa bé, cặp song sinh Lulu và Nana, Jiankui nói rằng 1 đứa bé khác cũng được ‘Crispr’ đang trong thai kỳ và chờ đợi ngày ‘xuất bản’!!!

Nhà nghiên cứu người Trung Quốc đã khiến cả thế giới sửng sốt khi tuyên bố rằng những đứa trẻ chỉnh sửa gene đầu tiên này miễn dịch tự nhiên với virus HIV. Đồng thời, việc sửa đổi này cũng có thể được truyền lại cho con cháu của những đứa trẻ, tham vọng tạo nên một cộng đồng miễn dịch tự nhiên với virus HIV. Bản thân của Jennifer Doudna khi nghe về thí nghiệm này cũng nói là bà ấy bị ‘kinh hãi’ [3].

Theo Tân Hoa xã, cơ quan báo chí nhà nước Trung Quốc, một tòa án ở Thâm Quyến đã phát hiện ra rằng He và hai cộng tác viên đã giả mạo các tài liệu kiểm điểm đạo đức và đánh lừa các bác sĩ để cấy phôi đã chỉnh sửa gen vào hai người phụ nữ. Ba bé gái đã được sinh ra sau đó. Tòa án đã phán quyết rằng ba bị cáo đã cố tình vi phạm các quy định quốc gia về nghiên cứu y sinh và y đức, bất chấp lệnh cấm của chính phủ và tiến hành nghiên cứu nhằm theo đuổi danh tiếng và lợi ích cá nhân, đồng thời áp dụng một cách táo bạo công nghệ chỉnh sửa gen vào y học sinh sản của con người. Ba năm tù là án phạt cho hành động sai trái này của He Jiankui. Anh đã không được xuất hiện trước công chúng kể từ đó.

Thông báo này đã ngăn chặn làn sóng chỉ trích từ các nhà khoa học và đạo đức trên toàn thế giới. Các chuyên gia đồng ý rằng có những cách an toàn và hiệu quả hơn để ngăn ngừa lây nhiễm HIV, và thí nghiệm bị coi là quá sớm, vô trách nhiệm, vẫn còn quá nhiều điều chưa rõ về các vấn đề xunh quanh chỉnh sửa gen bao gồm đột biến ngoài gen mục tiêu, cơ chế di truyền trong sự phát triển của phôi và thai nhi cũng như các hậu quả về sức khỏe và an toàn lâu dài. Nó khiến trẻ sơ sinh gặp rủi ro liên quan đến chỉnh sửa gen là rất lớn, trong khi lợi ích nếu có thì rất ít. Các đột biến là không thể đảo ngược đối với mọi tế bào trong cơ thể của những đứa trẻ được chỉnh sửa gen, sẽ như thế nào nếu các đứa trẻ này bị đột biến mang bệnh và tất cả con cháu của chúng cũng sẽ phải mang phải mang các khuyết tật gen này suốt đời? Đây là một một thử nghiệm phi thường mạo hiểm trên con người [6].

Mặc dù câu chuyện của He Jiankui đã kết thúc, tuy nhiên các hậu quả mà nó để lại vẫn còn đó. Giờ đây, cụm từ “CRISPR trên trẻ em” đã đâm sâu vào tâm trí của công chúng. Đây chính là vết dơ của lĩnh vực chỉnh sửa gen, dễ dẫn đến lu mờ các lợi ích mà công nghệ chỉnh sữa gen đem lại.

Hàng năm, vẫn có 7,9 triệu trẻ em được sinh ra với một khiếm khuyết nghiêm trọng về di truyền hoặc một phần gene, chiếm 6% tổng số trẻ sinh ra trên toàn thế giới. Sự đau khổ và cái chết gây ra bởi các rối loạn đơn gene như xơ nang hay bệnh Huntington là vô cùng lớn cho các gia đình có trẻ em mắc bệnh cũng như những người bác sĩ. Chỉnh sửa gen là công cụ tuyệt vời giúp ngăn chặn những điều này, những điều nó cần bây giờ là một sự tiến bộ vượt bậc và một luật pháp giúp kiểm soát chặt chẽ [7].

Người xứng đáng nhận giải Nobel bị ‘lãng quên’

Tuy nhiên, dù cho lúc nào cũng đi sau trong cuộc đua bằng sáng chế nhưng thực tế là Doudna và Charpentier đã chiến thắng trong cuộc đua giành giải Nobel. Đây cũng là 1 điều hơi ngạc nhiên, vì các công trình của Feng Zhang (gốc Trung Quốc) tại viện Broad đã mở ra các khám phá và ứng dụng tính chất của Crispr/Cas9 lên nhiều tầm cao, điển hình là các công trình của họ đều xuất bản lên các tạp chí hàng đầu trong ngành như Nature, Science … tạp chí ‘bét’ lắm cũng có impact factor 10 chấm (10 ‘chấm’ đã là niềm mơ ước của rất nhiều GS Âu Mỹ khác).

Tuy việc Hội đồng trao giải Nobel nhiều khi bỏ lọt 1 số GS xứng đáng, nhưng năm nay có 1 sự trùng hợp rõ ràng là số lượng người ‘bị quên’ nhiều hơn, mới 1 ngày trước giải Nobel Y Sinh được trao cho 3 nhà khoa học Harvey J. Alter, Michael Houghton và Charles M. Rice vì phát hiện ra virus viêm gan C, tuy nhiên cùng với GS Houghton, 2 đồng sự Qui Lim Choo (gốc Singapore) và George Kuo (gốc Đài Loan) có công rất lớn trong các công trình tìm ra Virus viêm gan C, những cũng không được cho vào danh sách [4]. Có chăng khoa học gia người Châu Á, hay cụ thể hơn là khoa học gia gốc Trung Quốc đang bị Hội đồng Nobel ‘quên’ lãng.

Các ứng dụng thực tiễn của kỹ thuật Crispr/Cas

Đến đây nhiều nhà lâm sàng sẽ hỏi, nếu chỉ dùng để nghiên cứu khoa học vậy kỹ thuật này có ứng dụng thực tế lâm sàng như thế nào? Câu trả lời là ứng dụng trực tiếp và ngay lập tức.

1 ví dụ tiêu biểu là 1 công trình do chính tác giả bài viết và nhóm nghiên cứu tại BV Cincinnati sử dụng.

Mình được chịu trách nhiệm 1 đề tài nghiên cứu về bệnh tắc mật trong gan di truyền tiến triển (progressive familial intrahepatic cholestasis), và trong đây mình đã dùng chính kỹ thuật Crispr/Cas9 để cắt gene Abcc12 trên zebrafish và chuột để nghiên cứu về nó. Cụ thể các bạn có thể xem bài phỏng vấn trên dân trí: https://dantri.com.vn/du-hoc/8-x-viet-tro-thanh-tien-si-duoc-si-tai-benh-vien-nhi-top-3-nuoc-my-20200131010844341.htm?fbclid=IwAR34MOXVfjwpWhYo0ZxLB2y471yGRWvGqU7VEmxbPh5tRL-kTmGmUDPeip0

Chỉ trích đoạn 1 đoạn nhỏ ở đây:

‘Bệnh tắt mật di truyền (progressive familial intrahepatic cholestasis – viết tắt PFIC) là một bệnh có tỉ lệ gặp khá lớn trong dân số (1/50 000 trẻ sơ sinh), bệnh chưa có cách điều trị, có thể dẫn tới xơ gan, ung thư gan và tử vong. Hiện giờ các nhà khoa học mới tìm ra 6 genes gây ra bệnh này, tuy nhiên có nhiều gene gây nên bệnh vẫn chưa được biết rõ.

Nhờ kỹ thuật giải mã bộ gene mới nhất trên hơn 100 bệnh nhi tại hệ thống bệnh nhi tại Mỹ, mình đã tìm được 4 bệnh nhân có đột biến trên gene ABCC12, nghi ngờ là nguyên nhân gây ra bệnh tắc mật.

Đây là một gene hoàn toàn “mới” vì tìm trong y văn thế giới có rất ích công trình nghiên cứu về gene này. Kiến thức về vai trò và vị trí của ABCC12 hoàn toàn bí ẩn.

Chính vì vậy mà mình và nhóm nghiên cứu đã sử đụng kết hợp 2 mô hình động vật chuột và cá và sử dụng kỹ thuật điều chỉnh gene mới nhất (Crispr/cas9) để gây đột biến gene ABCC12 và nghiên cứu chức năng của nó.

Mình tìm ra nhiều bằng chứng thuyết phục là gene ABCC12 chính là một trong những gene gây ra bệnh tắc mật. Nghiên cứu này đã được mời trình bày tại 2 hội nghị lớn nhất trong ngành gan mật do Tổ chức nghiên cứu bệnh gan nước Mỹ và Châu Âu tổ chức.

Bản tóm tắt được xuất bản lên tạp chí Journal of Hepatology (Impact factor: 18.9 – cao nhất trong ngành gan mật) và Hepatology (IF=14). Và nhóm mình cũng được mời talk trực tiếp trên 2 hội thảo lớn nhất ngành gan mật là EASL và AASLD của Châu Âu và Mỹ.

Sau nghiên cứu của mình và nhóm mình thì gene ABCC12 đã được đặt tên là PFIC 7 và đưa vào danh sách các gene cần được sàng lọc cho thai phụ có nguy cơ sinh con bị bệnh tắc mật cao tại Mỹ.

Nghiên cứu này có ý nghĩa thực tiễn (lâm sàng) rất lớn vì dùng các kỹ thuật như lấy ADN từ dịch màng ối của thai phụ ta có thể chuẩn đoán trước từ sớm là phôi thai có bị mang gene mắc bệnh (2 bản copy) hay không.

Nếu biết được phôi thai có mang 2 bản copy của gene bệnh, gia đình bệnh nhân sẽ có đầy đủ thông tin để ra quyết định sáng suốt nhất (ví dụ: nên bỏ thai hay là giữ lại, giữ lại thì sẽ biết trẻ sinh ra sẽ bị bệnh và khả năng sống sót không cao).

Đồng thời công trình này cũng nghiên cứu sâu về cơ chế gây bệnh giúp tìm ra các liệu pháp điều trị trong tương lai.’

Thay lời kết

Giải Nobel là cái tên xứng đáng cho 2 nhà khoa học Emmanuelle Charpentier và Jennifer A. Doudna. Họ đã giúp định hình con đường phát triển của ngành công nghệ chỉnh sửa gen, giúp đem lại các lợi ích to lớn phục vụ cho cuộc sống con người. Tuy nhiên, con đường này vẫn còn nhiều mới mẻ, nhiều vết gập ghềnh chông gai, vẫn cần nhiều nhà khoa học chung tay vào xây dựng. Một trong những vấn đề to lớn phải giải quyết là các vấn đề về mặt pháp lý, nhận thức của công chúng lên chỉnh sửa gen. Câu trả lời về đúng hay sai vẫn còn đang được tranh cãi, tuy nhiên, với các lợi ích mà công nghệ gen mang lại, sớm thôi, với những tiến bộ về nhận thức xã hội và các luật pháp mới, việc chỉnh sửa gen trên người với các quy định rõ ràng là cần thiết.

Nhóm tác giả:

TS.DS. Phạm Đức Hùng

Nguyễn Thái Minh Trận

Mỹ Ngọc

Đỗ Thị Biển

Lâm Ngọc Kim Trúc

TLTK

1. https://cen.acs.org/policy/litigation/Broad-prevails-over-Berkeley-CRISPR/96/web/2018/09
2. https://www.sciencemag.org/news/2020/09/latest-round-crispr-patent-battle-has-apparent-victor-fight-continues
3. https://www.technologyreview.com/2018/12/11/138290/years-before-crispr-babies-this-man-was-the-first-to-edit-human-embryos/
4. https://www.facebook.com/t.nguyen.2016/posts/1087954931651823
5. Heidi Ledford, 2019, “Super-precise new CRISPR tool could tackle a plethora of genetic diseases”, naturehttps://www.nature.com/articles/d41586-019-03164-5, 8/10/2020.
6. Dennis Normile, 2019, Chinese scientist who produced genetically altered babies sentenced to 3 years in jail, Sciencemag, https://www.sciencemag.org/news/2019/12/chinese-scientist-who-produced-genetically-altered-babies-sentenced-3-years-jail, 8/10/2020.
7. “Pro and Con: Should Gene Editing Be Performed on Human Embryos?”, National Geograpic, https://www.nationalgeographic.com/magazine/2016/08/human-gene-editing-pro-con-opinions/, 8/10/2020.

Hình thumbnail 2 nhà khoa học Doudna và Charpentier tại website của tổ chức Nobel