Hệ vi sinh vật biến đổi gen: Biến đổi vi khuẩn vì sức khỏe

• tác giả:
• tên tác giả

  Tầm nhìn lượng tử
• 8 Tháng ba, 2023

Hệ vi sinh vật bao gồm các vi sinh vật trong một môi trường cụ thể. Biến đổi gen hệ vi sinh vật có thể giúp ngăn chặn hoặc biểu hiện một số đặc điểm nhất định và cung cấp phương pháp trị liệu, tìm kiếm các ứng dụng thực tế khác nhau trong lĩnh vực nông nghiệp, y tế và phúc lợi.

Bối cảnh microbiome biến đổi gen

Hệ vi sinh vật đường ruột, cộng đồng các vi sinh vật trong ruột người, đóng một vai trò quan trọng đối với sức khỏe. Nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng hệ vi sinh vật đường ruột có thể ảnh hưởng đến các bệnh tự miễn dịch, tiểu đường, ung thư, bệnh tim mạch, Parkinson, Alzheimer, bệnh đa xơ cứng và thậm chí là trầm cảm. Tuy nhiên, sự cân bằng của hệ sinh thái mỏng manh này có thể bị xáo trộn bởi nhiều yếu tố khác nhau như chế độ ăn uống và thuốc kháng sinh, khiến nó khó phục hồi. 

Một số nhà nghiên cứu đang xem xét các hệ vi sinh vật biến đổi gen để tăng cơ hội sống sót và khả năng thích nghi của chúng. Ví dụ: các nhà khoa học tại Đại học Texas A&M đã sử dụng mối quan hệ cộng sinh của một loại vi khuẩn, E. coli và một con giun tròn để biến đổi gen hệ vi sinh vật của loài giun này vào năm 2021. Họ nhận thấy rằng khi các gen ức chế huỳnh quang được đưa vào plasmid của E. coli, những con giun ăn nó sẽ ngừng phát huỳnh quang. Cùng năm đó, các nhà khoa học tại Đại học California San Francisco đã tải thành công virus săn vi khuẩn bằng hệ thống chỉnh sửa gen CRISPR để xóa các nhiễm sắc thể trong E. coli.

Trở lại năm 2018, các nhà nghiên cứu tại Trường Y Harvard đã làm việc để khiến vi khuẩn giao tiếp để phối hợp và kiểm soát chúng một cách hài hòa. Họ đã giới thiệu các mạch di truyền tín hiệu và phản hồi để giải phóng và phát hiện một đại biểu hợp chất thành hai loại vi khuẩn. Khi những con chuột được cho ăn những vi khuẩn này, ruột của tất cả những con chuột đều có dấu hiệu truyền tín hiệu, xác nhận sự giao tiếp thành công của vi khuẩn. Mục đích vẫn là tạo ra một hệ vi sinh vật tổng hợp với vi khuẩn được thiết kế trong ruột người có khả năng giao tiếp hiệu quả với nhau trong khi thực hiện các chức năng của chúng. 

Tác động gián đoạn 

Khám phá tiềm năng của việc sử dụng các kỹ thuật chỉnh sửa gen để điều khiển hệ vi sinh vật đường ruột có thể giải quyết sự mất cân bằng góp phần gây ra các vấn đề sức khỏe khác nhau. Ví dụ, nhiều nghiên cứu hơn có thể khám phá ra phương pháp điều trị để điều chỉnh sự mất cân bằng vi khuẩn trong đường ruột phức tạp của con người. Bằng cách biến đổi gen vi khuẩn được biết là có lợi cho sức khỏe đường ruột, các nhà khoa học có thể tạo ra các phương pháp điều trị mới cho các rối loạn liên quan đến đường ruột khác nhau, bao gồm bệnh viêm ruột, hội chứng ruột kích thích và thậm chí là béo phì. Nó cũng cho phép các phương pháp điều trị mới hơn cho bệnh tiểu đường do mất cân bằng nội tiết tố. 

Một lý do tại sao vi khuẩn dễ dàng thao túng di truyền hơn là do thành phần DNA của chúng. Những sinh vật nhỏ bé này có các đoạn DNA được gọi là plasmid bên cạnh các thành phần chính của DNA được gọi là nhiễm sắc thể. Các plasmid có thể tạo ra các bản sao của chính chúng và có ít gen hơn so với nhiễm sắc thể, khiến chúng dễ dàng thay đổi hơn bằng các công cụ di truyền. Cụ thể, các đoạn DNA từ các sinh vật khác có thể được đưa vào plasmid của vi khuẩn.

Khi các plasmid tạo bản sao của chính chúng, chúng cũng tạo bản sao của các gen được thêm vào, được gọi là gen chuyển. Ví dụ, nếu một gen sản xuất insulin của người được thêm vào một plasmid, khi vi khuẩn tạo ra các bản sao của plasmid, nó cũng tạo ra nhiều bản sao hơn của gen insulin. Khi những gen này được sử dụng, nó sẽ tạo ra nhiều insulin hơn. Tuy nhiên, các nhà khoa học đồng ý rằng khả năng này vẫn còn lâu mới xảy ra do tính phức tạp cao của hệ vi sinh vật. Tuy nhiên, các nghiên cứu hiện tại cũng có thể có một số ứng dụng trong kiểm soát dịch hại, tăng cường sự phát triển của cây trồng và chẩn đoán các bệnh thú y. 

Ý nghĩa của microbiome biến đổi gen

Ý nghĩa rộng hơn của kỹ thuật di truyền thành công của hệ vi sinh vật trong nhiều môi trường có thể bao gồm:

• Tăng cường nghiên cứu về các công cụ chỉnh sửa gen, chẳng hạn như CRISPR.
• Mở ra những khả năng mới để sản xuất nhiên liệu sinh học, thực phẩm và các sản phẩm khác bằng cách tạo ra các chủng vi khuẩn mới phù hợp hơn cho các nhiệm vụ cụ thể.
• Giảm sử dụng kháng sinh nhắm vào vi khuẩn một cách bừa bãi. 
• Mối quan tâm ngày càng tăng đối với y học và chẩn đoán được cá nhân hóa, trong đó các phương pháp điều trị được tùy chỉnh dựa trên hệ vi sinh vật đường ruột của một người.
• Nguy cơ tiềm ẩn trong sự gia tăng của vi khuẩn có thể làm tăng sự xuất hiện của các bệnh khác.

Các câu hỏi cần xem xét

• Với sự phức tạp của hệ vi sinh vật đường ruột của con người, bạn có nghĩ rằng kỹ thuật di truyền hoàn chỉnh của nó sẽ sớm có thể thực hiện được không?
• Bạn dự đoán các ứng dụng rộng rãi của các quy trình như vậy sẽ tốn kém đến mức nào?