Tìm hiểu về phương pháp RNAI của công nghệ sinh học

Phải hiểu công nghệ sinh học như là một lĩnh vực giao thoa của khoa học sinh học và công nghệ mới là đầy đủ. Với nghĩa đó, công nghệ sinh học đang được mọi người trên thế giới quan tâm. Trong những năm cuối thế kỷ vừa qua và 5 năm đầu của thế kỷ 21 này, ngành công nghệ sinh học đã có tốc độ phát triển nhanh như vũ bão. Nó đã, đang, và sẽ tạo ra một cuộc đột phá mang tính cách mạng không chỉ trong nông nghiệp, công nghiệp, y dược, mà còn dần dần làm thay đổi đến tận gốc rễ các phương thức sản xuất và lối sống của nhân loại, thậm chí cả triết lý sống của con người trong tương lai.

Người ta thường chia phát triển của công nghệ sinh học ra ba giai đoạn: đầu tiên là giai đoạn công nghệ sinh học truyền thống. Đó là thời kỳ sản xuất rượu bia, giấm, sữa chua, phôma, tương, chao, men bánh mỳ. Tiếp theo là giai đoạn công nghệ sinh học cận đại với sự sản xuất enzym, axit amin, axit hữu cơ, sinh khối đơn bào, kháng sinh, vitamin, thuốc trừ sâu sinh học…

Hiện nay đã đến giai đoạn công nghệ sinh học hiện đại, chủ yếu sử dụng công nghệ gen, tái tổ hợp ADN. Công nghệ sinh học hiện đại sử dụng các kỹ thuật trao đổi, sửa chữa, tổ hợp hoặc cải tạo vật chất di truyền ở mức độ phân tử để tạo ra những loại sinh vật mới hoặc bắt các sinh vật này tạo ra các protein hay các sản phẩm khác mà vốn dĩ chúng không tạo ra được.

Công nghệ sinh học hiện đại bao gồm công nghệ gen hay là công nghệ di truyền, công nghệ tế bào, công nghệ enzym/protein, công nghệ lên men hay còn gọi là công nghệ vi sinh .

Về công nghệ gen, nhân đây chúng tôi xin giới thiệu cuốn sách sắp xuất bản: “Lê Xuân Tú và Nguỵ Hữu Tâm -Công nghệ genPh­­ương pháp, khả năng và giới hạn- Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội – 2006”

Trong ngành công nghệ sinh học, hiện nay đang có một kỹ thuật rất được quan tâm mà ở đây xin đi sâu vào vì những ứng dụng đa dạng của nó. Đó là phương pháp RNAi với ứng dụng đặc biệt trong y học. RNAi là tên gọi tắt của RNA-interference- giao thoa RNA, một kỹ thuật đang phát triển như vũ bão của công nghệ sinh học. Tính đột phá của nó là nhờ kỹ thuật RNA - một quá trình xảy ra tự nhiên trong tế bào để điều khiển gen, theo những mục đích xác định các nhà sinh học phân tử có thể ngắt từng gen riêng lẻ ra. “Pằng” một cái là đã có thể triệt một gen ung thư! Từ 20 năm nay, các nhà khoa học đã mày mò tìm kiếm cách thực hiện giấc mơ này, và bây giờ đã đạt được điều đó dễ như trở bàn tay!

Chưa bao giờ, một phát minh có thể đi nhanh từ phòng thí nghiệm nuôi cấy tế bào qua các ngân hàng để tới các doanh nghiệp sản xuất nhanh như vậy. Chỉ cách đây 5 năm các nhà khoa học Mỹ mới đặt ra cái tên RNA-interference, rồi cách đây 2 năm , nhà sinh học Đức Thomas Tuschl chứng minh được rằng, cũng có thể ứng dụng phương pháp này cho các tế bào của động vật có vú và như vậy là cả cho người, và qua đấy châm ngòi cho bước tiến đến mức bùng nổ của phương pháp đó. Ngày nay nhiều nhóm nghiên cứu khoa học đã chuyển đổi thành các phân xưởng của những doanh nghiệp để làm cho kỹ thuật này có sức cạnh tranh trên thị trường. ở CHLB Đức, đó là Cenix BioScience tại Dresden, Ribopharma ở Kulmbach, Atugen và RNAx ở Berlin. Còn tại Mỹ, đó là Alnylam Pharmaceuticals ở Cambridge gần Boston và Sirna Therapeutics. Các công ty này được đầu tư ghê gớm: Sirna Therapeutics nhận 48 triệu Đôla, Atugen 26 triệu Euro, Ribopharma cùng đối tác Mỹ của mình là Alnylam được 50 triệu Đôla. Tại sao có sự đầu tư ghê gớm như vậy? Đơn giản là vì với quá trình sinh học phân tử này sẽ có thể chữa được những bệnh hiểm nghèo mà mọi người đều quan tâm như ung thư, AIDS, béo phì…

Trong giới khoa học người ta thậm chí còn thì thầm, các nhà khoa học Mỹ Andrew Fire và Craig Mello lần đầu tiên chứng minh hiện tượng vào năm 1998, chắc chẳng bao lâu nữa sẽ được trao giải thưởng Nobel.

Điều gì là đặc biệt ở cách ngắt gen bằng phương pháp giao thoa RNA? Bởi vì đó là một quá trình cũng xảy ra một cách tự nhiên trong tế bào, nên nó cũng hoạt động với độ đơn giản, thanh nhã và một chất lượng hết sức đáng kinh ngạc trong ống nghiệm và sau này trên thực tế. Người ta sẽ có hai cách hay cũng chính là hai hướng đi mà các công ty công nghệ sinh học mới đang theo đuổi:

- Các nhà sinh học dùng kỹ thuật ngắt của phương pháp giao thoa RNA, trước hết để nhận dạng những gen tham gia làm mầm gây ra những bệnh nhất định và như vậy có thể tìm ra những điểm khơi mào mới cho những liệu pháp sắp tới có nhiều khả năng vận dụng.

-Các nhà y học tìm cách trực tiếp phát minh ra những loại dược phẩm RNA có khả năng ngắt những gen mà người ta đã biết rõ là chúng có tác dụng gây bệnh.

Các gen phải ngừng hoạt động lại

Công ty Cenix BioScience, một cơ sở phối thuộc của Viện sinh học phân tử các tế bào thuộc Viện Max Planck (tổ chức nghiên cứu khoa học nhà nước của CHLB Đức, tương tự như Viện Khoa học và Công Nghệ Việt Nam ở ta) định hướng theo mục tiêu đầu. Công ty này chỉ có 23 cán bộ công nhân viên nhưng họ cung cấp dịch vụ sau cho khách hàng: lùng sục kỹ càng toàn bộ chất di truyền từ giun, ruồi muỗi cho đến người theo các gen với chức năng nhất định.

Và đó cũng chính là cái mẹo của phương pháp giao thoa RNA: Chỉ khi người ta thành công trong việc ngắt một gen một cách đúng mục đích, thì người ta mới biết là cái gen đó dùng để làm gì. Hay, như trong trường hợp các gen gây ung thư, người ta sẽ biết nó sẽ gây ra những tác hại gì, bởi trình tự nucleotid bộ gen người, bao gồm các cấu tử Adenin, Cytosin, Guanin và Thymin, không nói lên điều gì về chức năng đích thực của một gen. Dĩ nhiên rất hay là toàn bộ gen người đã được xác định trình tự nhưng các chuỗi này mới chỉ là cuốn sách dạy nấu ăn, còn khi theo đó chúng ta nấu nướng sẽ được món ăn như thế nào thì chưa rõ. Một khi chúng ta áp dụng phương pháp giao thoa RNA, cuối cùng thì chúng ta đã có thể dụ dỗ cái chuỗi A-C-G-T có vẻ như không bao giờ chấm dứt, nhanh chóng cho biết ngay ý nghĩa của nó. Cả một thời gian dài, các nhà khoa học coi RNA chẳng là cái gì khác hơn một tên nô lệ cho ADN. Từ những năm 50 của thế kỷ trước tồn tại giáo điều của ngành sinh học phân tử coi phân tử di truyền ADN như là chúa tể của mọi sự sống, như là não bộ của tế bào, nó cho gen tá túc. Bằng con đường phức tạp, các gen lại chuyển đổi vào các protein – vậy là vào những phân tử phức hợp mà theo những cách đa dạng, chúng thực thi tất cả mọi hoạt động trong cơ thể.

Khi đó RNA chỉ nhận một vai trò phụ như là trung gian của thông tin di truyền. Được cấu tạo tương tự như ADN, các thành phần cơ bản-RNA có thể kết nối với nó. Tương ứng, một RNA-thông tin sẽ hình thành cạnh một đoạn của ADN và sau đó sẽ rời khỏi nhân tế bào ở tư cách là bản sao của gen. Cuối cùng ở ngoài nhân, một cỗ máy tế bào phức tạp (ribosom) sẽ chuyển đổi các bản sao này thành protein.

Tuy nhiên hiện nay trên thực tế lại thấy rằng, RNA chẳng hề hài lòng với cái nghề trung gian đơn giản. RNA là phân tử làm cơ quan điều khiển và kiểm tra tất cả mọi hoạt động trong tế bào. Có lẽ đó là một rtong những lỗi lầm lớn nhất trong lịch sử ngành sinh học phân tử.

Làm sao mà RNA đơn giản có thể bắt những gen đáng ghét phải ngừng hoạt động lại? Bằng một cách hết sức đơn giản: nó tiêu diệt hay ngăn cản các phân tử RNA mà lẽ ra với tư cách là sứ giả, chúng phải đưa thông tin di truyền đến nhà máy protein (xem lại hình minh hoạ).

Chẳng hạn sẽ cần tới sự ngăn cản này một khi một virus tấn công một tế bào trong cơ thể rồi lén đưa thông tin di truyền của nó vào tế bào này. Trong trường hợp này thì những mẩu RNA nhỏ, còn gọi là siRNA, sẽ ngăn cản sự chuyển đổi các gen virus thành những protein để chế tạo ra những virus mới. Tuy nhiên trong đối nội, tế bào cũng dùng chính nguyên lý đó để ngăn chặn gen của chính mình, một khi chúng vượt ra ngoài tầm kiểm soát. Những dải RNA ngắn đó để ngắt các gen của chính tế bào, sẽ được gọi là vi RNA (microRNA).

Trong cơ thể người, có đến 255 vi RNA hoạt động, để điều chỉnh những sai lệch tế bào, những hoạt động thần kinh, sự chết tế bào và nhiều quá trình khác nữa. Có lẽ chính các vi hạt này cũng đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của não bộ và sự hình thành các khối u. Các nhà khoa học, chuyên gia về công nghệ gen lâu nay chắc chắn đã để lỏng uy lực ghê gớm này của các phân tử đó.

Còn giờ thì khả năng bảo vệ trước các gen sinh sản quá lớn, có thể gây ung thư đã lôi cuốn các nhà kỹ thuật gen vào việc nhanh chóng tìm ra những liệu pháp mới, trên lý thuyết chỉ là dùng một dải RNA thích hợp để ngắt gen ung thư đã biết.

Việc nhào nặn ra những phân tử RNA thích hợp như vậy chẳng khó: Qua dự án bộ gen, người ta đã biết hết những khúc của bộ gen người: những chiếc máy đặc chủng xếp 21 hay 22 gốc RNA theo trình tự chính xác! ít nhất ở quy mô phòng thí nghiệm, những RNA nhân tạo như vậy đã chặn đứng được các virus gây bệnh cúm và bại liệt trẻ em. Các tế bào nhiễm HIV cũng sẽ tự kháng cự tốt hơn nếu các dải RNA cản những gen virus tương ứng. Chẳng hạn đã thử rất hiệu quả với virus Hepatitis-B. Tuy nhiên việc chống ung thư đang còn là đề tài khó khăn. Đang thử ngăn cản các tế bào ung thư bằng các phân tử RNA tương ứng. Đã thành công mỹ mãn trong việc điều trị sự thoái hoá Macula, bệnh mắt nguy hiểm gây mù mà riêng ở Mỹ có đến 15 triệu bệnh nhân,mà cho đến nay chưa có phương pháp nào khác. Thuận lợi ở trường hợp này là dễ dàng đưa các phân tử RNA đến mắt, nghĩa là chính trận địa. Khó khăn ở các bệnh khác là đưa RNA đến chính những mô mà phải diệt gen nguy hiểm ở chính chỗ đó. Các dải RNA bình thường dễ dàng phân huỷ trong dòng máu.

Dĩ nhiên trước các nhà nghiên cứu đang còn rất nhiều trở ngại phải vượt qua!