Phát hiện kỹ thuật chỉnh sửa hệ gen ưu việt hơn CRISPR
CRISPR là công cụ chỉnh sửa bộ gen cực mạnh được các nhà khoa học phát minh vào năm 2012, tuy nhiên hoạt động của nó vẫn có những điểm chưa được ổn định. Đôi khi nó tác động thay đổi những gen không phải gen mục tiêu, thực hiện việc chỉnh sửa bằng cách cắt xuyên qua cả hai chuỗi xoắn kép DNA, thêm vào đó là việc nó rời khỏi tế bào để dọn dẹp những thứ không cần thiết, những thiếu sót này làm hạn chế việc ứng dụng nó trong các nghiên cứu cơ bản, nông nghiệp và cũng là một trong những nguyên nhân gây ra rủi ro về vấn đề an toàn trong y học. Tuy nhiên một thành viên mới tham gia vào cuộc đua định nghĩa lại CRISPR hứa hẹn sẽ điều chỉnh một số lỗi lớn nhất của nó. “Đó là một bước tiến lớn và đúng theo định hướng”, nhà hóa học George Church, một trong những người tiên phong nghiên cứu về CRISPR tại Đại học Harvard nhận định.
Công cụ CRISPR mới lần này được đặt tên là “chỉnh sửa prime”, nó cho phép chèn hoặc xóa các trình tự cụ thể tại các gen mục tiêu và hạn chế các sai sót ngoài dự kiến hơn. David Liu, nhà hóa học làm việc tại Viện Cambridge, Massachusetts – nơi có phòng thí nghiệm đi đầu trong nghiên cứu CRISPR cho rằng: “Công cụ Prime định hướng mục tiêu một cách linh hoạt hơn và tỉ lệ chỉnh sửa chính xác cũng cao hơn”.
Liu và đồng nghiệp đã thử nghiệm các biến thể của trình chỉnh sửa mà họ có trên một số tế bào người và chuột với hơn 175 cách thức chỉnh sửa khác nhau. Để chứng minh cho nguyên lý, các nhà nghiên cứu đã tạo ra và sau đó sửa chữa các đột biến liên quan bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm và bệnh Tay-Sachs. Các hệ thống chỉnh sửa bộ gen trước đó không thể sửa chữa hoặc chỉ chỉnh sửa với hiệu quả rất rất thấp trên các đột biến này. Phương pháp mới tăng tỷ lệ tế bào chỉnh sửa đồng thời giảm các đột biến ngoài mục tiêu. Trong công bố trên tạp chí Nature, nhóm nghiên cứu tuyên bố công nghệ “về lý thuyết có thể sửa chữa khoảng 89% các đột biến di truyền ở người bệnh đã được biết đến”.
Nguyên lý CRISPR dựa vào một phức hợp phân tử kết hợp giữa RNA dẫn đường – tìm kiếm một vị trí cụ thể trong bộ gen, và enzyme- Cas9, có khả năng cắt cả hai sợi DNA. Trong tiến trình tế bào nỗ lực kết nối lại DNA, hệ thống chỉnh sửa tế bào có thể thêm hoặc xóa các nucleotide. Các nhà nghiên cứu lợi dụng ưu điểm từ việc sửa chữa bất thành của hệ thống để loại bỏ các gen gây bệnh. Họ cũng có thể can thiệp điều khiển quá trình sửa chữa không hiệu quả để thêm DNA-thậm chí toàn bộ một gen hoàn chỉnh.
Kỹ thuật chỉnh sửa Prime sẽ khắc phục những thiếu sót của cả hai quá trình chỉnh sửa của tế bào bằng cách thay đổi Protein Cas9 và RNA dẫn đường. Trong công nghệ này, Cas9 được biến đổi với kết quả chỉ cắt một mạch đơn trong chuỗi xoắn kép, thay vì cắt cả hai như trước đây. Một loại RNA dẫn đường mới được tạo thành có tên là pegRNA, chứa RNA khuôn mẫu cho chuỗi DNA mới, sẽ được thêm vào bộ gen tại vị trí đích. Điều đó đòi hỏi một protein thứ hai, được đính kèm cùng Cas9: một loại enzyme phiên mã ngược, có thể tạo ra chuỗi DNA mới từ RNA khuôn mẫu và chèn vào vị trí bị cắt trước đó.
Phương pháp mới chỉnh sửa DNA, cặp enzyme đóng vai trò “chỉnh sửa Prime”, Cas9 (màu xanh) và enzyme phiên mã ngược (màu đỏ), RNA dẫn đường (màu xanh lá cây) đưa phức hợp đến vị trí đặc hiệu trên chuỗi DNA xoắn kép (màu vàng và màu tím) và giữ đoạn mã giúp chèn DNA mới.
Theo Science
Nguyễn Đức Huy – Đỗ Trần Hương Duyên, PTN Công nghệ enzyme và protein
