​Công tắc gen hủy diệt ngăn vi khuẩn sửa đổi đi vào vùng cấm

Trình diễn công tắc hủy diệt Cryodeath: hàng trên là vi khuẩn đang sinh trưởng ở 4 mức pha loãng khác nhau ở nhiệt độ 37ºC trong khi hàng dưới, cùng độ pha loãng nhưng ở nhiệt độ thấp hơn đã giết chết vi khuẩn (Ảnh: Viện Wyss tại Đại học Harvard)

Nhóm nghiên cứu hiện đang dựa trên công trình trước đây vốn phát triển những cách để tiêu diệt vi khuẩn theo yêu cầu khi chúng không còn cần đến nữa nhưng vẫn chưa đủ để ứng dụng trong thế giới thực. Vi khuẩn cần tự hủy một cách tự động khi rời môi trường làm việc của chúng – trong trường hợp này là cơ thể động vật – và vì vi khuẩn tiến hóa quá nhanh nên các nhà khoa học cần đảm bảo rằng các gen công tắc hủy diệt này phải được truyền lại cho mọi thế hệ.

Nhóm gọi công tắc đầu tiên là Essentializer vì nó ngăn vi khuẩn loại bỏ một đặc điểm nào đó khỏi bộ gen của chúng thông qua tiến hóa. Essentializer mã hóa cho một gen sản xuất một độc tố tiêu diệt vi khuẩn nếu hàm lượng trở nên quá cao nhưng các yếu tố đại thực bào trong “thành phần nhớ” liên tục ức chế biểu hiện của gen độc tố đó. Điều đó có nghĩa rằng thành phần nhớ là tối cần thiết cho khả năng sống sót của vi khuẩn và nếu một đột biến ngẫu nhiên loại bỏ nó, vi khuẩn sẽ chết.

“Bằng cách gắn kết chức năng của thành phần nhớ với chức năng của Essentializer, chúng tôi cơ bản liên kết sự sống còn của khuẩn E. coli với sự hiện diện của thành phần nhớ. Loại bỏ thành phần nhớ ra khỏi bộ gen vi khuẩn vốn cũng xóa bỏ 2 yếu tố đại thực bào ức chế độc tố sẽ lập tức kích hoạt công tắc hủy dịch để sản sinh lượng độc tố cao áp đảo chất chống độc và loại bỏ vi khuẩn bị ảnh hưởng ra khỏi quần thể. Để tạo ra hệ thống kiểm soát và cân bằng phức tạp này, chúng tôi cũng đảm bảo rằng bản thân các công tắc hủy diệt vẫn duy trì nguyên vẹn, là tiền đề quan trọng cho các ứng dụng tương lai; chúng tôi xác nhận ra rằng chúng vẫn duy trì chức năng sau khoảng 140 lần phân bào”, đồng tác giả Finn Stirling cho biết.  

Công tắc thứ 2 có tên là Cryodeath và hoạt động theo cùng nguyên lý nhưng trong trường hợp này cơ chế độc tố lập tức tiêu diệt vi khuẩn nếu nó thoát ra khỏi cơ thể. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng nhiệt làm điều kiện kích hoạt: gen độc tố chỉ hoạt động nếu môi trường xung quanh của vi khuẩn giảm từ 37° C – nhiệt độ bình thường của cơ thể – xuống đến 22° C. Trong các thử nghiệm trên chuột, nhóm đã đưa khuẩn E. coli được trang bị công tắc hủy diệt vào và sau đó kiểm tra phân con vật xem có vi khuẩn nào còn sống sót không. Chỉ 1/100.000 vi khuẩn được phát hiện vẫn sống được bên ngoài cơ thể.

“Tiến bộ này đưa chúng ta đến gần hơn đáng kể với các ứng dụng thực tế của vi khuẩn sửa đổi tổng hợp trong cơ thể người hoặc môi trường. Giờ chúng tôi đang làm việc hướng tới kết hợp các công tắc hủy diệt mà có thể phản hồi với các kích thích môi trường khác nhau để cung cấp mức độ kiểm soát thậm chí chặt hơn nữa”, tác giả dẫn đầu nghiên cứu Pamela Silver cho biết.

Các công tắc hủy diệt này chỉ là vài vũ khí trong kho súng đạn lớn hơn để chống vi khuẩn biến đổi gen biến thành kẻ xấu. Một nhóm của MIT đã phát triển một công tắc an toàn và một mật mã mà sẽ lập tức tiêu diệt vi khuẩn nếu một hay nhiều hóa chất không có mặt trong khi các nhà nghiên cứu Caltech sử dụng “bộ đàm” nhiệt để chuyển tiếp chỉ dẫn tới vi khuẩn trong cơ thể về thời gian và địa điểm giải phóng thuốc và tự hủy khi hoàn thành nhiệm vụ.

LH - Dostdongnai, theo New Atlas.