Chuột sinh sản không cần con đực – Triển vọng mới cho sinh sản ở người đồng tính?

Liệu những người đồng giới có thể sinh ra em bé bằng chính vật liệu di truyền DNA của họ.

Trong tự nhiên, nhiều loài động vật như cá, các loài bò sát có khả năng trinh sản (parthenogenesis). Trứng của các loài này, không cần quá trình thụ tinh từ tinh trùng, có thể phát triển thành phôi, hình thành và phát triển thành các cá thể. Đó là ước mơ của những người đồng giới nếu họ muốn có con. Tuy nhiên ở những động vật có vú như người không có khả năng trinh sản. Nó bắt buộc phải có quá trình thụ tinh để kết hợp vật liệu di truyền từ cả cha và mẹ thì mới có thể phát triển thành phôi. Các câu hỏi lớn được đặt ra: vì sao cần phải có sự kết hợp vật liệu di truyền DNA từ cả cha và mẹ thì mới có thể phát triển thành phôi, và vì sao nguồn vật liệu di truyền DNA chỉ từ cá thể đực hoặc chỉ từ cá thể cái thì không thể giúp phát triển thành phôi như trong quá trình trinh sản. Qua một thời gian dài, các nhà khoa học khám phá ra cơ chế phân tử, tạm dịch là dấu ấn bộ gene (genome imprinting), để trả lời cho các câu hỏi sinh học phức tạp này.

Trong quá trình sản xuất ra tế bào mầm sinh sản (germline) (các dòng tế bào này sẽ phát triển thành trứng hay tinh trùng), nhiều vùng trên các nhiễm sắc thể sẽ “im lặng” thông qua quá trình di truyền biểu sinh (epigenetics). Các gene trong những vùng này sẽ không được biểu hiện vì vùng DNA bị biến đổi hoá học như methyl hoá bằng quá trình di truyền biểu sinh. Các bộ nhiễm sắc thể đơn bội của tinh trùng hay trứng sẽ có các kiểu dấu ấn bộ gene riêng biệt. Thông thường những vùng DNA bị methyl hoá là những vùng DNA có liên quan đến quá trình điều hoà biểu hiện gene như các promoter hay enhancer. Khi methyl hoá những vùng DNA này, các gene nằm trên nhiễm sắc thể có nguồn gốc từ cá thể đực hoặc cá thể cái sẽ bị ức chế biểu hiện. Do đó sự biểu hiện của các gene này phải đến từ nhiễm sắc thể tương đồng có nguồn gốc từ cá thể còn lại. Do đó để phôi có thể phát triển và các cá thể con phát triển bình thường, cần có sự kết hợp vật liệu di truyền DNA từ cả cha và mẹ, giúp cho quá trình điều hoà biểu hiện gene cho sự phát triển được nhịp nhàng. Như vậy những vùng DNA nào trên nhiễm sắc thể được methyl hoá trong suốt quá trình sản xuất ra tế bào mầm sinh sản, đóng vai trò quan trọng trong việc đóng hoặc mở sự biểu hiện của gene cần cho quá trình phát triển phôi.

Một nhóm nghiên cứu của Trung Quốc sử dụng kỹ thuật chỉnh sửa bộ gene (genome editing) trên tế bào gốc phôi đơn bội không mang dấu ấn bộ gene (“imprint-free” haploid embryonic stem cell) để tạo ra các phôi chuột mang vật liệu di truyền chỉ từ các cá thể chuột đồng giới, từ đó nhằm xác định những vùng DNA được methyl hoá trên nhiễm sắc thể có vai trò quan trọng trong việc đóng hoặc mở sự biểu hiện của gene cần cho quá trình phát triển phôi. Trong nghiên cứu này, các tế bào gốc phôi đơn bội được tạo ra từ tinh trùng hoặc trứng, thông qua quá trình nuôi cấy dài để có thể loại bỏ các dấu ấn bộ gene đã được xác định trong trứng hay tinh trùng (các vùng DNA bị methyl hoá sẽ bị loại bỏ các gốc methyl). Các tế bào gốc phôi đơn bội không mang dấu ấn bộ gene sẽ bị xoá bỏ những vùng DNA bị methyl hoá có liên quan đến việc đóng mở sự biểu hiện của các gene bằng kỹ thuật chỉnh sửa bộ gene (genome editing). Sau đó các tế bào gốc đã được chỉnh sửa này sẽ được chuyển vào trứng để phát triển thành phôi và mang thai trong một cá thể chuột cái khác. Nếu vật liệu di truyền DNA đến từ các cá thể chuột cái, chỉ cần loại bỏ ba vùng DNA khác nhau thì phôi chuột có thể phát triển và cá thể chuột phát triển bình thường, Tuy nhiên nếu vật liệu di truyền DNA đến từ các cá thể chuột đực, cần loại bỏ đến bảy vùng DNA khác nhau thì phôi chuột mới có thể phát triển, nhưng cá thể chuột không thể phát triển bình thường. Nghiên cứu này mở ra hy vọng sinh con cho những người đồng giới.

Tuy nhiên còn quá xa nếu đặt hy vọng có thể sinh con từ vật liệu di truyền DNA của những người đồng giới, vì còn quá nhiều vấn đề chưa hiểu hết về cơ chế dấu ấn genome. Những vùng DNA bị methyl hoá, không chỉ giúp đóng mở các gene giúp cho quá trình phát triển phôi mà liệu rằng các vùng DNA này còn liên quan đến quá trình điều hoà biểu hiện gene khác cho quá trình phát triển của cá thể. Ngoài ra các vùng DNA đã bị methyl hoá có thể bị loại bỏ gốc methyl trong suốt quá trình phát triển của cá thể hay không nhằm giúp cho việc điều hoà sự phát triển được nhịp nhàng. Do đó nếu dùng kỹ thuật chỉnh sửa bộ gene sẽ không đủ bảo đảm tính an toàn, có thể dẫn đến những bất thường nghiêm trọng trong suốt quá trình phát triển của cá thể bởi vì sự giả lập sự methyl hoá trên những vùng DNA này bằng kỹ thuật này đã xoá bỏ hoàn toàn các vùng DNA này trên nhiễm sắc thể. Ngoài ra trong tế bào còn có bộ gene của bào quan ty thể, các vật liệu di truyền DNA từ các cá thể đồng giới có ảnh hưởng đến sự điều hoà biểu hiện gene của ty thể, từ đó ảnh hưởng đến hoạt động của ty thể trong tế bào hay không, đó là những câu hỏi lớn nếu sử dụng cách tiếp cận này để tạo ra các cá thể con từ vật liệu di truyền của cá thể đồng giới.

Dr. Nguyễn Tấn Trung

Bài báo gốc:

Zhi-Kun Li, Le-Yun Wang, Li-Bin Wang, …, Wei Li, Qi Zhou, Bao-Yang Hu. Generation of Bimaternal and Bipaternal Mice from Hypomethylated Haploid ESCs with Imprinting Region Deletions. Cell Stem Cell 23, 1-12. November 1, 2018.

Nguồn hình cover: ScienceAlert