Khả năng chèn các gen mong muốn vào tế bào động vật hoặc con người là cơ sở của nghiên cứu khoa học đời sống hiện đại và của các ứng dụng y sinh rộng rãi.
Các phương pháp được sử dụng cho đến nay cho mục đích này hầu hết là không cụ thể, khiến các nhà khoa học khó kiểm soát tế bào nào sẽ hoặc không nhận gen.
>> Tham khảo: Đơn giản hóa văn bản tự động: Hiệu quả trong lớp học ngoại ngữ.
Đối với quá trình chuyển gen này, các gen mục tiêu thường được đóng gói thành “vectơ virus”. Đây là những virus trong đó một phần vật liệu di truyền đã được thay thế bởi các gen mục tiêu. Khi các nhà nghiên cứu thêm các vectơ virus này vào tế bào, các vectơ này sẽ đưa gen vào tế bào.
Đây là nguyên tắc đằng sau một số loại vắc-xin SARS-CoV-2 hiện tại, chẳng hạn như vắc-xin của AstraZeneca hoặc Johnson&Johnson.
Tuy nhiên, rất khó — thậm chí là không thể — kiểm soát được các gen mục tiêu xâm nhập vào tế bào nào, vì các vec tơ virus có xu hướng gắn không đặc hiệu vào tất cả các tế bào của một loại tế bào nhất định.
Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Cụm Xuất sắc CIBSS — Trung tâm Nghiên cứu Tín hiệu Sinh học Tích hợp tại Đại học Freiburg, do Tiến sĩ Maximilian Hörner, Giáo sư Tiến sĩ Wolfgang Schamel và Giáo sư Tiến sĩ Wilfried Weber đứng đầu, đã phát triển một công nghệ mới cho phép chúng đưa vào các gen mục tiêu một cách có kiểm soát và do đó kiểm soát các quá trình trong từng tế bào được chọn. Các nhà nghiên cứu đã công bố công trình của họ trên tạp chí Science Advances số hiện tại.
Thay đổi vec tơ virus
Trong phương pháp mới của họ, các nhà nghiên cứu Freiburg giới thiệu thông tin di truyền bằng một điều khiển quang học từ xa. Kết quả là, chỉ những tế bào được chiếu sáng bằng ánh sáng đỏ mới tiếp nhận các gen mong muốn.
Để làm được điều này, các nhà khoa học đã sửa đổi một loại vec tơ virus được gọi là vec tơ AAV, đã được sử dụng trong lâm sàng.
>> Tham khảo: Sự hợp tác toàn cầu đã tiết kiệm cho các quốc gia 67 tỷ đô la chi phí sản xuất tấm pin mặt trời.
Hörner giải thích: “Chúng tôi đã loại bỏ khả năng kết hợp với tế bào của vec tơ virus, đây là một bước thiết yếu trước khi vật liệu di truyền có thể được đưa vào.”
Để cho phép điều khiển bằng ánh sáng này, các nhà nghiên cứu đã lấy một hệ thống cảm quang ánh sáng đỏ từ cây Arabidopsis thaliana (cải xoong thale).
Hệ thống này bao gồm hai loại protein là PhyB và PIF, chúng liên kết với nhau ngay khi PhyB được chiếu ánh sáng đỏ. Nhóm Freiburg đã đặt protein PIF trên bề mặt của vec tơ virus và biến đổi protein PhyB khác để nó có thể liên kết với tế bào người.
Sau khi vec tơ biến đổi này, được gọi là OptoAAV, ở trong môi trường nuôi cấy tế bào cùng với protein liên kết tế bào, protein này sẽ liên kết với tất cả các tế bào.
Hörner giải thích: “Nếu một ô được chọn hiện được chiếu sáng bằng ánh sáng đỏ, vectơ đã sửa đổi có thể liên kết với ô này và đưa các gen mục tiêu vào ô được chiếu sáng.
Một khía cạnh quan trọng của nghiên cứu tín hiệu sinh học
Cách tiếp cận mới này cho phép các nhà nghiên cứu đưa các gen mục tiêu vào các tế bào mong muốn trong quá trình nuôi cấy mô.
Các nhà khoa học cũng đã thành công trong việc chiếu sáng mô nuôi cấy liên tục tại các vị trí khác nhau, do đó cho phép đưa các gen khác nhau vào các tế bào khác nhau trong một môi trường nuôi cấy.
Với kỹ thuật này, giờ đây có thể kiểm soát các quy trình mong muốn trong các ô riêng lẻ. Điều này rất cần thiết để hiểu cách một tế bào đơn lẻ giao tiếp với các tế bào trong môi trường của nó, ví dụ, để kiểm soát sự phát triển hoặc tái tạo của một cơ quan.
>> Tham khảo: Các nhà côn trùng học đưa ra cảnh báo về tác động của biến đổi khí hậu đối với côn trùng.
Weber cho biết: “Khi các vectơ virus này được sử dụng rộng rãi hơn trong lĩnh vực trị liệu, chúng tôi nghĩ rằng công nghệ mới này có tiềm năng làm cho các ứng dụng y sinh như vậy trở nên chính xác hơn”.
Cụm Xuất sắc CIBSS — Trung tâm Nghiên cứu Tín hiệu Sinh học Tích hợp
Các nhà nghiên cứu trong Cụm Xuất sắc CIBSS — Trung tâm Nghiên cứu Tín hiệu Sinh học Tích hợp tại Đại học Freiburg đang nghiên cứu các quá trình giao tiếp cơ bản quyết định sự sống đa bào ở người, động vật và thực vật.
Bằng cách này, họ đặt mục tiêu đạt được sự hiểu biết tích hợp, ở cấp độ cao hơn về các quá trình truyền tín hiệu sinh học để phát triển các công cụ phân tử phù hợp bằng cách sử dụng các phương pháp từ sinh học tổng hợp và hóa học để kiểm soát chính xác các quá trình truyền tín hiệu.
Bằng cách này, các nhà nghiên cứu tìm cách phát triển các chiến lược điều trị ung thư bằng liệu pháp miễn dịch hoặc sản xuất cây trồng tiết kiệm tài nguyên, trong số những thứ khác.
>> Tham khảo: Theo dõi động vật biến đổi gen.
Maximilian Hörner và Wolfgang Schamel là trưởng nhóm trong Nhóm những người xuất sắc, Wilfried Weber là thành viên của nhóm diễn giả.
