Giáo sư Toni Cathomen, giám đốc Viện nghiên cứu về liệu pháp gen và tế bào thuộc Đại học Freiburg, Đức đã nhận định: Công nghệ sửa chữa CRISPR-Cas9 tạo ra hai ứng dụng quan trọng đó là dùng tế bào miễn dịch tái lập trình và nấm men đã qua chỉnh sửa để tạo ra một số loại thuốc chữa bệnh.
Hệ thống CIRSPR-Cas9 dùng để chỉnh sửa trên gen được thực hiện lần đầu tiên vào năm 2013. Ngay sau đó CIRSPR-Cas9 đã được sử dụng rất rộng rãi. Vậy điều gì đã khiến hệ thống này thành công cụ hữu dụng trong nghiên cứu di truyền?
CRISPR rút ngắn thời gian kiến tạo công cụ sửa chữa gen từ vài tháng xuống một tuần (Nguồn: Internet)
Sự khác biệt vượt trội của công nghệ CRISPR-Cas nằm ở khả năng dễ dàng tạo ra enzyme nucleases (loại protein sử dụng để cắt DNA) hơn các phương pháp được sử dụng trước kia. Nhờ có công nghệ gen, quá trình chỉnh sửa đã trở nên dễ dàng và khả quan hơn nhiều so với các công nghệ TALENs và zinc-finger nucleases (các công cụ chỉnh sửa gen trước đó).
Dùng zinc-finger nuclease, muốn đạt kết quả tốt chúng ta phải mất vài tháng, trong khi sử dụng CRISPR-Cas chúng ta chỉ mất gần một tuần. Điều này sẽ giúp giảm được đáng kể chi phí và tiết kiệm được rất nhiều thời gian.
Trước kia chỉ một số ít các phòng thí nghiệm có thể sử dụng các nucleases thiết kế trong các nghiên cứu chuyên sâu. Ngày này, đã có rất nhiều, rất nhiều phòng thí nghiệm có thể sử dụng công nghệ CRISPR-Cas để tạo ra nucleases”.
Vậy những lĩnh vực nào sử dụng CRISPR mạnh nhất?
Chịu ảnh hưởng sâu rộng nhất phải kể đến các ngành khoa học cơ bản. Nhiều phòng thí nghiệm có thể áp dụng công nghệ này để giải quyết hiệu quả vấn đề họ đang vướng mắc như tạo gen chuyên biệt knock out trong nuôi cấy tế bào hoặc tao ra các vi sinh vật hoàn chỉnh. Công nghệ này cũng được giới thiệu rộng rãi đến các phòng thí nghiệm di truyền cho phép các nhà nghiên có thể cứu sàng lọc các loại tế bào có những thuộc tính riêng biệt sau đó lại quay lại nghiên cứu những thay đổi trên gen đã tạo ra sự khác biệt đó.
Giáo sư Toni Cathomen nói rằng: việc sử dụng CRISPR-Cas9 trong chữa trị chứng loạn thị có thể là ứng dụng thực tế được thực hiện đầu tiên
Trong khoa học ứng dụng, bao gồm cả y học, CRISPR-Cas cải thiện được cách thức chữa trị rối loạn di truyền cũng như các bệnh nhiễm trùng, thậm chí cả ung thư. CRISPR-Cas có thể dễ dàng áp dụng trong chỉnh sửa các tế bào nhận, thậm chí là in vivo (trong cơ thể sống) theo một cách dễ tiếp cận hơn.
Ứng dụng in vivo trong trị bệnh loạn dưỡng cơ Duchenne là một ví dụ. Chúng ta có thể sử dụng một vector (hệ thống mang gen) để đưa chính xác CRISPR-Cas vào các tế bào cơ.
Ngoài ra, CRISPR-Cas9 cũng được áp dụng trong điều trị các bệnh về mắt. Bằng phương pháp này chúng ta vừa điều trị được bệnh vừa knock out được các đột biến bất lợi. Giáo sư cho rằng đây sẽ là một trong những ứng dụng đầu tiên được thực hiện trên người ở quy mô in vivo.
Tuy nhiên, trong nhiều lĩnh vực khác CRISPR-Cas vẫn chưa được ứng dụng nhiều và chưa đạt được hiệu quả cao như mong đợi. Trước đây, chúng ta cũng đã biết đến Công nghệ sinh học trắng, công nghệ có thể biến đổi nấm men và các vi sinh vật khác để sản xuất ra protein dùng làm một số loại dược phẩm. Hiện nay, Công nghệ sinh học xanh và tăng năng suất thu hoạch mới là mối quan tâm hàng đầu.
Những ví dụ tiêu biểu khác chứng tỏ CRISPR-Cas có thể sử dụng trong điều trị mang lại kết quả tốt
Dùng CRISPR-Cas có thể chỉnh sửa hoặc thiết lập lại các tế bào T (tế bào miễn dịch) đã bị ung thư. CRISPR có thể được sử dụng trong nghiên cứu lâm sàng nhằm tấn công chính xác vào khối u, thậm chí là các khối u dạng rắn. Điều này cũng giúp ích khá nhiều trong việc mở rộng phạm vi ứng dụng.
Thông qua chỉnh sửa, tế bào T có thể giữ chúng trong cơ thể lâu hơn và sau đó đưa chúng đi sâu vào các tế bào ung thư. Đây là cách thức để knock out các gen đặc thù trong tế bào T lấy được từ người hiến tặng khỏe mạnh. Bằng các tế bào T này người ta tạo ra tế bào T đặc thù phù hợp với khối u trước khi sử dụng trong điều trị cho bệnh nhân ung thư. Điều này có nghĩa là bạn có thể tạo ra một kho dự trữ các tế bào cần thiết sẵn sàng dùng cho bất kỳ bệnh nhân nào thay vì phải sử dụng các tế bào từ chính bệnh nhân ấy, do đó chi phí sẽ thấp hơn nhiều”.
Trong nghiên cứu của tôi, chúng tôi đã tiến hành trên các bệnh nhân bị suy nhược, hầu hết là trẻ em, những người chưa phát triển hoàn toàn hệ miễn dịch. Do đó, những trẻ em này dễ nhiễm khuẩn và nếu không được điều trị kịp thời sẽ dẫn đến tử vong ngay từ khi còn nhỏ. Cách thông thường hiện nay là dùng các tế bào gốc máu từ người hiến tặng để chữa trị. Ngày nay chúng tôi đang tạo ra các tế bào gốc máu từ chính những bệnh nhân này bằng cách sử dụng CRISPR-Cas để tạo ra chính xác các tế bào gốc ex vivo sau đó đưa lại vào cơ thể. Cách này không cần sự có mặt của người hiến tặng. CRISPR-Cas cũng giúp chúng ta rất nhiều trong công tác chẩn đoán sớm.
Ở Freiburg, chúng tôi cũng ứng dụng CRISPR-Cas để biến đổi tế bào gốc máu của các bệnh nhân HIV để giúp họ hồi phục hệ miễn dịch chống lại virus HIV.
Do đó, đây là ứng dụng trực tiếp trong liệu pháp gen trên người đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho các nghiên cứu sửa chữa hệ gen, đưa công nghệ này thành công nghệ phổ biến và dễ áp dụng. “Dưới con mắt y học, chúng ta thấy được những tác động to lớn mà CRISPR-Cas đem lại cho con người thông qua cách con người áp dụng nó vào điều trị” (Giáo sư Toni Cathomen, đại học Freiburg, Đức)
Thách thức ở đây là gì?
Hầu hết các cách tiếp cận sử dụng CRISPR-Cas đều có xu hướng tập trung vào chỉnh sửa gen ex vivo, ở đó các tế bào được sửa chữa bên ngoài cơ thể. Nó không chỉ đơn giản là sau khi tế bào được đưa trở lại cơ thể người bệnh cùng lúc CRISPR-Cas được tiến hành, mà các tế bào sẽ không tạo ra phản ứng miễn dịch (có thể tạo ra một đáp ứng miễn dịch).
Tuy nhiên, ở giới hạn in vivo (trong cơ thể), đáp ứng miễn dịch trực tiếp chống lại Cas9 luôn là nguy cơ thường trực. Do Cas9 là protein của streptococcus và khi streptococci trở thành tác nhân xâm nhiễm phổ biến chúng ta có thể dùng kháng thể chống lại Cas9. Dĩ nhiên là theo cách thông thường – hệ miễn dịch tự nhiên của chúng ta phản kháng với một vài loại vi khuẩn. Vì vậy, đôi khi chúng ta phải luôn để mắt tới nó. Tuy khó khăn ở đây nằm ở chỗ Cas khó dự đoán nhưng chắc chắn do chúng ta vẫn đang ở những ngày đầu của quá trình nghiên cứu.
CRISPR-Cas9 là gì?
Hệ thống CRISPR-Cas9 có tác dụng như chiếc kéo sinh học, cho phép các nhà khoa học cắt và nối thông tin di truyền với độ chính xác, hiệu quả và linh hoạt chưa từng có.
Hệ thống gồm hai phần chính: phần CRIPR là một nhóm các trình tự DNA có nhiệm vụ hướng Cas9 đến đúng vị trí cần thiết trên gen, sau đó Cas9 sẽ thực hiện việc cắt DNA.
CRISPR-Cas9 xảy ra trông hệ miễn dịch vi khuẩn, cho phép chúng nhận biết và tấn công virus. Năm 2012, các nhà khoa học đã chứng minh rằng họ có thể thiết lập một phiên bản của hệ thống này, đặt tên là CRISPR-Cas9 nhằm sửa chữa DNA.
Tài liệu tham khảo:
Rex Merrifield, "CRISPR has revolutionised how we approach many diseases – Prof. Toni Cathomen", Horizon magazine, April 19, 2017.
Nguồn: Biomedia Việt Nam
