Đoạn video 10 giây này sẽ giúp bạn biết chỉnh sửa gen là như thế nào

Trước đây, các nhà khoa học mới chỉ biết cách CRISPR làm việc, nhưng chưa bao giờ tận mắt chứng kiến điều đó cho tới tận bây giờ. Đây là lần đầu tiên họ được chứng kiến quá trình protein Cas9 cắt đôi một đoạn DNA bằng cơ chế CRISPR, một trong những điều kì diệu nhất của khoa học thế kỷ 21, được quay lại thành một video thời gian thực.

• Cải tạo gene thành công giúp con người không phải sợ bệnh tật

Cùng xem video để biết chỉnh sửa gen là như thế nào nhé.

Thứ màu vàng như cục bông gòn thấy chính là các protein Cas9. Sợi màu nâu chính là DNA. Protein Cas9 đã cắt đôi đoạn DNA trong một vài giây.

Đoạn video này đã được nhà sinh học cấu trúc Osamu Nureki làm việc tại Đại học Tokyo trình chiếu tại hội nghị CRISPR 2017 ở Montana, Hoa Kỳ.

Công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR sử dụng công cụ chỉnh sửa gen gọi là CRISPR được lấy từ protein của vi khuẩn cho phép các nhà khoa học cắt và dán các phần ADN cụ thể. Các chuyên gia cho rằng công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR có thể sẽ tạo ra cuộc cách mạng trong y học, khoa học cơ bản và nông nghiệp.

CRISPR-Cas9 là một công cụ chỉnh sửa gen giá rẻ nhưng hiệu quả, cho độ chính xác cực kỳ cao. Nó khai thác một phần cơ chế hệ miễn dịch của vi khuẩn, trong đó chứa các đoạn trình tự lặp CRISPR trong bộ gen.

Khi vi khuẩn bị nhiễm DNA ngoại lai, CRISPR-Cas9 sẽ chèn đoạn DNA ngoại lai này vào vùng CRISPR trong bộ gen của mình. Sau đó vi khuẩn sẽ phiên mã chúng thành một số RNA “chỉ điểm” cho protein Cas biết đâu là DNA ngoại lai đang xâm nhập. Sau khi tìm thấy chúng, Cas giống như một chiếc kéo tự động sẽ cắt tan DNA ngoại lai để bảo vệ sự an toàn cho vi khuẩn.

Năm 2012, các nhà khoa học đã chứng minh được tiềm năng của hệ thống này. Họ cố ý mã hóa CRISPR với một DNA cụ thể, sau đó hệ thống có thể cắt các gen ở đúng đoạn DNA mục tiêu, mở ra cơ hội chỉnh sửa gen vô cùng chính xác.

Các nhà khoa học đã sử dụng kỹ thuật CRISPR/Cas9 ở nhiều loài khác nhau từ thay đổi màu sắc của hoa, điều trị bệnh di truyền ở chuột, làm chậm tế bào ung thư, loại bỏ virus HIV trong tế bào động vật sống và thậm chí là chỉnh sửa gen phôi người để loại bỏ những gen gây bệnh.

Trước đây, các nhà khoa học chỉ biết chúng hoạt động và kết quả sau khi hoàn thành chứ chưa bao giờ được quan sát thực tế quá trình CRISPR diễn ra như thế nào. Bởi quá trình cắt gen quá nhỏ bé để có thể được nhìn thấy và quay lại.

Phải tới tận khi Nureki và nhóm của ông sử dụng một kính hiển vi lực nguyên tử tốc độ cao ghi lại quá trình này, chúng ta mới có cơ hội tận mắt chứng kiến điều kì diệu diễn ra như thế nào bên trong các gen được chỉnh sửa.

Kính hiển vi lực nguyên tử tốc độ cao gồm một đầu dò với mũi cực kỳ nhỏ, chỉ nhỏ bằng một nguyên tử. Đầu dò được quét qua bề mặt mẫu vật và khi nó đến gần sẽ tương tác với các nguyên tử khác bằng lực Van der Waals.

Cơ chế hoạt động của kính hiển vi lực nguyên tử.

Van der Waals là một lực phân tử được tạo ra bởi sự phân cực điện tử, sẽ làm thanh gắn đầu dò rung động. Một laser sẽ ghi lại tín hiệu này và tái tạo lại hình ảnh trên bề mặt quét.

Mặc dù chỉ kéo dài 10 giây nhưng đây là những hình ảnh khoa học đầu tiên, và tuyệt vời nhất về kỹ thuật chỉnh sửa gen CRISPR, các nhà khoa học được chứng kiến trong thế kỷ 21.

Nghiên cứu được đăng trên tạp chí Nature Communications.