Nguồn: CC0 Public Domain.

Trong một nghiên cứu trên tạp chí Nature Plants, Yiping Qi, phó giáo sư về Khoa học Thực vật tại Đại học Maryland (UMD), giới thiệu hệ thống CRISPR 3.0 mới và được cải thiện ở thực vật, tập trung vào việc kích hoạt gen thay vì chỉnh sửa gen truyền thống. Hệ thống CRISPR thế hệ thứ ba này tập trung vào việc kích hoạt các gen đa hợp, có nghĩa là nó có thể tăng cường chức năng của nhiều gen đồng thời. Theo các nhà nghiên cứu, hệ thống này tự hào có khả năng kích hoạt gấp 4 đến 6 lần công nghệ CRISPR hiện đại, thể hiện độ chính xác và hiệu quả cao trong tối đa lên đến bảy (7) gen cùng một lúc. Trong khi CRISPR thường được biết đến nhiều hơn với khả năng chỉnh sửa gen có thể loại bỏ các gen không mong muốn, việc kích hoạt các gen để đạt được chức năng là điều cần thiết để tạo ra giống cây trồng và cây trồng tốt hơn cho tương lai.

Qi giải thích: “Mặc dù phòng thí nghiệm của tôi đã tạo ra các hệ thống chỉnh sửa gen đồng thời [chỉnh sửa được ghép nối] trước đây, nhưng chỉnh sửa chủ yếu là làm mất chức năng để cải thiện giống cây trồng. Nhưng nếu bạn nghĩ về nó, chiến lược đó là hữu hạn, bởi vì không có vô số gen mà bạn có thể tắt và thực sự vẫn đạt được thứ gì đó có giá trị. Về mặt logic, đó là một cách rất hạn chế để tạo ra các đặc điểm tốt hơn, trong khi cây trồng có thể đã phát triển để có các con đường, cơ chế phòng thủ và đặc điểm khác nhau mà chỉ cần tăng cường. Thông qua việc kích hoạt, bạn thực sự có thể nâng cao cách thức hoặc nâng cao năng lực hiện có, thậm chí đạt được một chức năng mới. Thay vì đóng cửa mọi thứ, bạn có thể tận dụng chức năng đã có trong bộ gen và nâng cao những gì bạn cho là hữu ích".

Trong bài báo mới, Qi và nhóm của ông đã xác nhận hệ thống CRISPR 3.0 trên lúa, cà chua và Arabidopsis (loài thực vật mô hình phổ biến nhất, thường được gọi là cải xoong). Nhóm nghiên cứu chỉ ra rằng có thể kích hoạt đồng thời nhiều loại gen, bao gồm cả việc ra hoa nhanh hơn để đẩy nhanh quá trình nhân giống. Nhưng đây chỉ là một trong nhiều lợi thế của kích hoạt ghép nối, Qi cho biết.

Hình minh họa CRISPR. Nguồn: National Institutes of Health.

"Việc có một quy trình hợp lý hơn nhiều để kích hoạt đa hợp có thể mang lại những đột phá đáng kể, ví dụ: chúng tôi mong muốn sử dụng công nghệ này để sàng lọc bộ gen một cách hiệu quả và hiệu quả hơn cho các gen có thể giúp chống lại biến đổi khí hậu và nạn đói toàn cầu. Chúng tôi có thể thiết kế, điều chỉnh và theo dõi sự kích hoạt gen bằng hệ thống mới này trên quy mô lớn hơn để sàng lọc các gen quan trọng và điều đó sẽ tạo điều kiện cho việc khám phá và khoa học dịch mã ở thực vật".

Vì CRISPR thường được coi là "cây kéo phân tử" có thể cắt DNA, hệ thống kích hoạt này sử dụng CRISPR-Cas9 chỉ có thể vô hiệu hóa liên kết. Nếu không có khả năng cắt, hệ thống có thể tập trung vào việc tiếp nhân các protein hoạt hóa cho các gen cụ thể mà bạn quan tâm bằng cách liên kết với một số đoạn DNA nhất định. Qi cũng đã thử nghiệm biến thể SpRY của CRISPR-Cas9 giúp mở rộng đáng kể phạm vi những gì có thể được nhắm mục tiêu để kích hoạt, cũng như một dạng vô hiệu hóa của hệ thống CRISPR-Cas12b gần đây của ông ấy để thể hiện tính linh hoạt trên các hệ thống CRISPR. Điều này cho thấy tiềm năng lớn của việc mở rộng kích hoạt ghép nối kênh, điều này có thể thay đổi cách thức hoạt động chỉnh sửa bộ gen.

Qi cho biết: “Mọi người luôn đề cập về việc các cá nhân có tiềm năng như thế nào nếu bạn có thể nuôi dưỡng và phát huy tài năng thiên bẩm của họ. Công nghệ này rất thú vị đối với tôi bởi vì chúng tôi đang thúc đẩy điều tương tự ở thực vật - bằng cách nào bạn có thể phát huy tiềm năng của chúng để giúp thực vật làm được nhiều việc hơn với khả năng tự nhiên của chúng? Đó là những gì kích hoạt gen đa hợp có thể làm và nó mang lại cho chúng tôi rất nhiều cơ hội mới để nhân giống và nâng cao chất lượng cây trồng".

Nguyễn Thị Quỳnh Thuận theo Phys.org