DNA Nhân Tạo

2014-06-13-DNA-nhan-tao2

Trong dòng lịch sử sinh học, Fredrich Miescher được xem là người đầu tiên cô lập thành công DNA trong phòng thí nghiệm vào năm 18691. Tuy nhiên, mãi đến năm 1953, khi Watson và Crick công bố mô hình chuỗi xoắn kép (double-stranded helix) dựa trên các dữ liệu của Rosalind Franklin, sinh học hiện đại mới thực sự hiểu rõ vai trò và chức năng của DNA trong sự sống của muôn loài. Và trong số 509 tháng Năm 2014, tập san khoa học Nature xuất bản công trình của giáo sư Floyd Romesberg và các cộng sự2 về việc tạo ra DNA nhân tạo đầu tiên.

Về cơ bản, DNA có 2 cặp base nối với nhau bằng liên kết hydro (hydrogen bond), bao gồm A-T và G-C. Vậy tại sao DNA lại được tạo ra từ A, T, G, C mà không phải là những cập base khác? Sản phẩm mà chúng ta nhìn thấy ngày nay chính là một chuỗi các quá trình ngẫu nhiên của tạo hóa. Do đó, nếu con người tương lai có gặp được sự sống ngoài hành tinh, thì yếu tố di truyền của sự sống đó có thể được tạo ra bằng một loại DNA không phải là A, T, G, C mà là H, V, M, T hay một cặp base nào đó, vì sự ngẫu nhiên ở trên hành tinh đó có thể khác với sự ngẫu nhiên trên Trái Đất chúng ta. Trong công trình được đề cập này, các nhà khoa học tạo ra một loại DNA nhân tạo khác hẳn với DNA tự nhiên. Thử tưởng tượng DNA nhân tạo nếu được phiên mã và giải mã, nó sẽ tạo ra các loại proteins chưa hề có trong tự nhiên, và các proteins này có thể là các loại thuốc tiềm năng.

Đầu tiên, các nhà khoa học tổng hợp khoảng 300 biến đổi di truyền khác nhau. Từ đó họ tìm ra được hai loại nucleotide triphosphates, đó là d5SICS và dNaM (tạm gọi là X và Y). X và Y có thể tạo thành một cặp base với nhau bằng liên kết kỵ nước (hydrophobic bond, khác với A-T và G-C nối nhau bằng liên kết hydro). Bây giờ các nhà khoa học mới đưa cặp base X-Y này vào DNA để tạo ra DNA nhân tạo có tới 3 cặp base. DNA nhân tạo trong ống nghiệm có thể được phiên mã và chạy PCR tương tự DNA tự nhiên.

Câu hỏi đặt ra là làm sao để DNA nhân tạo này nằm trong tế bào, có thể được sao chép, và được di truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác. Để làm được việc đó, các nhà khoa học chia nhỏ thành các bước như sau.

  1. Chuyển DNA nhân tạo vào trong tế bào: Điều này có thể làm được bằng nhiều kỹ thuật hiện có.
  2. Chuyển các chất X và Y vào trong tế bào để tế bào dùng cho việc sao chép: Để làm được việc này, cần có một kênh protein vận chuyển (nucleotide triphosphate transporter – NTT). Qua quá trình nghiên cứu, Romesberg và cộng sự tìm ra một vài hợp chất, nhưng hợp chất tối ưu là PtNTT2. Romesberg và cộng sự dùng kỹ thuật chuyển gene mã hóa protein PtNTT2 vào vi khuẩn E. coli. E. coli sẽ phiên mã và giải mã ra kênh vận chuyển PtNTT2 và gắn vào màn tế bào của nó. Nhờ đó, X và Y đã chính thức có lối đi vào tế bào.
  3. Cần có một enzyme xúc tác cho việc sao chép DNA: Một điều thú vị là DNA polymerase I lại có thể đảm nhận được các X và Y nhân tạo này.
  4. Quan sát: Tế bào E. coli có thể sinh sản bình thường, và các tế bào thế hệ sau có sự hiện diện của DNA nhân tạo.

Công trình này mở ra một hướng tiếp cận hoàn toàn mới trong lĩnh vực Khám Phá Thuốc (Drug Discovery), theo đó DNA nhân tạo có thể mã hóa các protein không hề có trong tự nhiên. Kỹ thuật mới này có thể cho phép các nhà khoa học tạo ra tới 172 loại amino acid để xây dựng các protein.

Huy Vũ

Đăng lần đầu ngày 13.06.2014

Nguồn hình: CNN

Tài Liệu Tham Khảo

  1. “Friedrich Miescher (1844-1895).” DNA from the Beginning. DNA Learning Center, Cold Spring Harbor Laboratory, n.d. Web. 9 Apr. 2016.
  2. Malyshev, Denis A., et al. “A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet.” Nature 509.7500 (2014): 385-388.

Xin mời Quý Độc Giả bỏ ra 2-5 phút để làm một khảo sát mức độ hài lòng về bài viết của IBSG tại đây. IBSG chân thành cảm ơn Quý Độc Giả!

Be the first to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*