Khi ánh sáng “bước chân” vào di truyền học

Thử nghiệm với tế bào mắt

Xung quanh chúng ta có quá nhiều thứ mà thiên nhiên ban tặng mà có lẽ thứ độc đáo nhất là ánh sáng. Trong thành phần và công dụng của nó, đến nay con người vẫn chưa khám phá hết.

Thế nhưng, chưa bao giờ con người chịu dừng bước trước các sự kiện của thiên nhiên. Tất cả những gì đang diễn ra xung quanh chúng ta đều là những sự kiện vô cùng kỳ lạ với khoa học.

Xuất phát từ một sự kiện hết sức đơn giản, cứ có ánh sáng là chúng ta nhìn được mọi thứ, người ta nảy ra câu hỏi tại sao ánh sáng lại giúp chúng ta nhìn được. Cơ chế cơ bản là protein rhodopsin đã nảy ra nhiều hướng nghiên cứu mới cho các nhà khoa học. Ánh sáng có thể giúp mắt nhìn thấy mọi thứ, vậy liệu rằng ánh sáng có kích thích các tế bào khác không? Nếu không thì có cách nào có thể giúp cho ánh sáng thực hiện điều này?

Từ những ý tưởng gần như là không tưởng trên, người ta đã tiến hành thử nghiệm để tạo ra những protein nhạy sáng, tức là những protein có khả năng hoạt hóa khi có ánh sáng kích thích giống như tế bào của mắt vậy. Thí nghiệm được thực hiện tại Viện Công nghệ Federal (Thụy Sĩ). Người ta tiến hành “cài” một đoạn gen mã hóa cho việc tổng hợp một protein nhạy sáng vào tế bào thường. Gen này được lấy từ tế bào võng mạc. Sau đó quan sát sự hoạt động của tế bào khi có ánh sáng. Kết quả là tế bào có khả năng tổng hợp nên những protein nhạy sáng y hệt như tế bào của mắt.

Dựa trên kết quả này, các protein nhạy sáng sẽ làm gia tăng nồng độ canxi trong nội bào. Nồng độ canxi cao, thông qua một protein trung gian, sẽ kích hoạt những gen đặc thù. Như vậy, thực chất là người ta sử dụng những đoạn gen nhạy sáng để kích hoạt gián tiếp những gen đích cần can thiệp, chẳng hạn như những đoạn gen chịu trách nhiệm chế tiết hormon. Công cuộc tạo một tế bào nhạy sáng có tính năng giống với tế bào mắt đã hoàn toàn thành công. Các nhà khoa học đã kiểm định và thấy rõ ràng là không hề sai lạc, thậm chí còn thấy nếu chúng ta tăng cường độ và thời gian chiếu sáng thì có thể làm tăng số lượng và thời gian hoạt hóa của gen.

Nhưng liệu những tế bào nhạy sáng này có mang lại lợi ích nào không? Điều này cần phải được thử nghiệm.

Hoạt hóa tế bào bằng ánh sáng.

Dùng ánh sáng điều hòa đường huyết

Trả lời cho câu hỏi là liệu những tế bào nhạy sáng hóa có giá trị như thế nào? Các nhà khoa học đã tiến hành thử nghiệm với những con chuột bị đái tháo đường bằng cách tiến hành tạo ra những tế bào nhạy sáng chuyên tiếp nhận ánh sáng để tổng hợp ra insulin, một hormon giúp điều trị bệnh đái tháo đường.

Cuộc thử nghiệm đầu tiên là thử nghiệm ngay dưới da. Các nhà khoa học Thụy Sĩ đã cấy ghép những tế bào này vào dưới da của những con chuột. Sau đó, áp dụng lý thuyết ánh sáng, người ta chiếu ánh sáng vào vùng da cấy chuyển. Thật bất ngờ, sau khi được tiếp xúc với ánh sáng thì các tế bào này đã hoạt hóa. Bằng chứng là nồng độ insulin tăng lên rõ rệt và nồng độ đường máu giảm ấn tượng mặc dù chưa như mong muốn. Song đó là một tín hiệu hết sức khả quan.

Qua thử nghiệm cho thấy, với những tế bào cấy chuyển dưới da thì ánh sáng cho hiệu quả rất khả quan, nhưng liệu rằng khi cấy những tế bào này vào sâu trong tụy thì có ý nghĩa gì không? Nhằm để kiểm chứng hóa, người ta đã bao bọc tế bào này bằng một nguyên liệu có độ phản quang cao. Sau đó, cấy chuyển bọc tế bào này vào sâu trong bụng, có kèm theo một đường cáp quang nhỏ để dẫn ánh sáng. Kết quả thu được cũng vô cùng lý thú, chẳng khác gì so với cấy chuyển ngoài da.

Hướng mở cho nhiều bệnh

Tính hiệu quả của biện pháp cấy chuyển tế bào nhạy sáng với bệnh đái tháo đường đã đặt ra một cửa ngõ thành công đáng kể của y học. Đó là thay vì tìm cách hoạt hóa những tế bào kém cỏi không còn khả năng tiết insulin, người ta có thể sử dụng những tế bào hoàn toàn độc lập để thực hiện thay điều này, chỉ cần có sự kích thích ánh sáng thông thường ở một liều như ánh sáng nhìn thấy. Người ta cũng không cần phải áp dụng liệu pháp tế bào gốc vốn đang có những nguy cơ chưa lường trước được.

Sự thành công này của kỹ thuật di truyền có thể sẽ mở sang một chương mới cho y học. Bởi lẽ những vấn đề nan giải của hệ thần kinh xuất phát từ lý do tế bào ỳ ra và suy giảm chức năng có thể can thiệp bằng liệu pháp ánh sáng. Cũng biết đâu được các chứng bệnh vô sinh do teo tinh hoàn hay teo buồng trứng lại có thể phục hồi được bằng biện pháp này.

Tương lai của công nghệ di truyền dựa vào ánh sáng như thế nào sẽ phụ thuộc vào chính chúng ta, những chủ thể đang điều khiển khoa học và công nghệ.