Chỉnh sửa gene trong nông nghiệp: Đã rộng cửa phát triển?

Nông nghiệp thế giới hiện đang phải đối mặt với những thách thức lớn: dân số tăng, nhu cầu tiêu thụ lương thực tăng. Trong khi đó, bất chấp đầu tư và đổi mới công nghệ, sản lượng lương thực đã tăng chậm lại trong những thập kỷ qua. Kể từ những năm 1990, sản lượng các loại cây lương thực trên toàn cầu chỉ tăng trung bình hơn 1%/năm một chút, thấp hơn nhiều so với những năm 1960 – theo con số của FAO công bố năm 2017.

Sự tăng tốc cần thiết về năng suất cây trồng còn bị cản trở bởi biến đổi khí hậu. Mặc dù nhiệt độ cao hơn có thể cải thiện sự phát triển của cây trồng, nhưng các nghiên cứu đã ghi nhận rằng năng suất cây trồng giảm đáng kể khi nhiệt độ ban ngày vượt quá một mức nhất định. Ngoài ra, biến đổi khí hậu có thể làm cho cây trồng dễ bị sâu bệnh hơn vì những thay đổi về nhiệt độ và độ ẩm kích thích sự xuất hiện của mầm bệnh, nấm và côn trùng.

Dữ liệu lịch sử cho thấy những cải tiến về di truyền của cây trồng đã dẫn đến những thay đổi đáng kể về năng suất và sự ổn định của năng suất. Hơn 50% các tiến bộ về năng suất cây trồng có đóng góp của các giống cây được cải thiện các đặc tính như kháng bệnh, hiệu quả dinh dưỡng, khả năng chịu hạn hoặc tích lũy các hợp chất liên quan đến sức khỏe.

Hiện nay, trong nông nghiệp, công nghệ chỉnh sửa gene thông qua hệ thống CRISPR/Cas đang được xem là phương pháp chính xác và hiệu quả nhất để cải tạo giống cây trồng. CRISPR/Cas được khám phá ở tế bào vi khuẩn E.Coli vào năm 1987. Sau khi được sử dụng thành công trong chỉnh sửa hệ gene ở tế bào động vật năm 2013, hệ thống này được ứng dụng rộng rãi trên nhiều đối tượng khác nhau như vi sinh vật, thực vật và cả trên tế bào người. Trong nông nghiệp, hệ thống này cho phép tạo ra các đột biến theo định hướng, có thể tác động tới nhiều gene cùng một lúc và đặc biệt là các đột biến tạo được có thể không mang theo bất cứ trình tự DNA ngoại lai (tức gene chuyển hay transgene) nào trong hệ gene. Khác với cây chuyển gene hay còn gọi là GMO (với DNA ngoại lai sẽ tồn tại bên trong hệ gene cây chủ để tạo tính trạng), hệ thống CRISPR/Cas sau khi thực hiện việc chỉnh sửa gene sẽ được loại khỏi hệ gene cây chủ thông qua quá trình phân ly để tạo ra các dòng đột biến ổn định tương tự như những đột biến xuất hiện tự nhiên hay thông qua xử lý hóa chất hoặc phóng xạ.

Bên cạnh đó, chỉnh sửa gene còn giúp giảm đáng kể thời gian chọn tạo và đưa những giống cây trồng mới ra thị trường so với sử dụng các phương pháp truyền thống, vốn thường tốn rất nhiều thời gian để có thể cho ra đời một giống mới với tính trạng mong muốn.

Cơ sở dữ liệu trên trang web EU-SAGE cho thấy các nghiên cứu chỉnh sửa gene trên thế giới đã được tiến hành ở hơn 60 loài thực vật để tạo ra các tính trạng quan tâm, ví dụ: nho kháng nấm; cải cay (mustard) có mùi vị hấp dẫn hơn; ngô cho năng suất cao trong điều kiện hạn hán; khoai tây không có chất glyco-alkaloid gây đắng và độc; lúa cho hạt to và số hạt nhiều; lúa kháng bệnh; lúa trổ bông sớm; lúa cho gạo giàu carotene; đậu nành với hàm lượng dầu và protein tăng; dâu tây ra hoa nhiều lần; cà chua tự rụng chồi để ứng phó với điều kiện thiếu nước hoặc thiếu ánh sáng, và ra hoa sớm; cà chua tươi lâu sau khi hái; cà chua giàu licopene; cà chua giàu GABA; lúa mì ít chất gây dị ứng; lúa mì nhiều chất xơ; lúa mì ít gluten; lúa mì kháng bệnh nấm…

Mặc dù vậy, số sản phẩm sẵn sàng ra thị trường hoặc đã được thương mại hóa vẫn còn hạn chế. Lý do là kỹ thuật chỉnh sửa gene, đặc biệt là những kỹ thuật dựa trên hệ thống CRISPR, vẫn còn mới mẻ và/hoặc do thiếu những quy định rõ ràng về quản lý và sử dụng các sản phẩm này ở nhiều quốc gia.

Gần đây, có hai loại cây trồng chỉnh sửa gene đã ra thị trường, đó là đậu tương giàu axit oleic (một loại chất béo lành mạnh) ở Mỹ và cà chua giàu axit φ-aminobutyric (hay GABA - một chất tự nhiên được báo cáo là có hiệu quả trong việc giảm huyết áp) ở Nhật Bản. Trong năm nay, dự kiến rau cải cay giàu dinh dưỡng sẽ được giới thiệu ở thị trường Mỹ.

Nhận thấy tiềm năng của công nghệ chỉnh sửa gene trong nông nghiệp, nhiều quốc gia đã bắt tay vào xây dựng chính sách và hướng dẫn quản lý cây trồng chỉnh sửa gene theo hướng tạo thuận lợi cho sự phát triển của công nghệ này. Hầu hết các quốc gia trong số đó đang xây dựng quy trình phê duyệt giống cây chỉnh sửa gene đơn giản hơn so với quy trình phê duyệt giống cây biến đổi gene GMO hoặc thiết lập các nguyên tắc để cây chỉnh sửa gene có thể được phân loại như giống cây chọn tạo bằng phương pháp truyền thống, giúp rút ngắn thời gian khảo nghiệm, đánh giá rủi ro... trước khi đưa vào thực tế sản xuất.

Mỹ, Canada và bốn quốc gia Nam Mỹ - gồm Guatemala, Honduras, Ecuador và Paraguay - đã áp dụng các quy định phân loại cây trồng chỉnh sửa gene tương đương với các giống cây trồng được tạo bằng phương pháp truyền thống.

Năm 2019, Nhật Bản là quốc gia châu Á duy nhất không phân biệt giữa cây trồng được chọn tạo bằng phương pháp truyền thống và phương pháp chỉnh sửa gene về mặt an toàn.

Trong khi đó, ở Trung Quốc, vào tháng 1/ 2022, Bộ Nông nghiệp đã công bố hướng dẫn sơ bộ để đánh giá mức độ an toàn của thực vật chỉnh sửa gene. Bên cạnh đó, các nguyên tắc dự thảo của nước này quy định rằng, một khi cây trồng chỉnh sửa gene đã hoàn thành các thử nghiệm thí điểm - với mô tả chi tiết về tính trạng, rủi ro và lợi ích, cách giống mới được tạo ra, bằng chứng về việc không còn tồn tại gene chuyển và xác nhận tính ổn định của tính trạng qua ba thế hệ - thì có thể được cấp phép sản xuất mà không cần qua thử nghiệm thêm ngoài thực địa vốn mất nhiều thời gian. Quy trình phê duyệt này đơn giản hơn so với quy trình phê duyệt các giống cây biến đổi gene. Thời gian để phê duyệt chứng nhận an toàn sinh học cho các giống chỉnh sửa gene nhanh nhất có thể là 1 năm, trong khi với các giống biến đổi gene là 8 năm.

Đầu năm ngoái, Công ty Origin Agritech và Trường Đại học Nông nghiệp Trung Quốc đã nộp hồ sơ xin cấp giấy chứng nhận an toàn sinh học cho giống ngô chỉnh sửa gene. Đây là giống ngô có các đặc tính mới làm thay đổi góc lá và hình dạng của cây, giúp nâng cao hiệu quả của quá trình quang hợp và tăng mật độ cây trồng, từ đó làm tăng năng suất. Các đặc tính này cũng cải thiện việc sử dụng nước một cách hợp lý và tăng khả năng chịu hạn của cây ngô. Mới đây, Trung Quốc cũng đã công nhận sự an toàn cho giống đậu tương chỉnh sửa gene tăng hàm lượng axit oleic.

Ở Ấn Độ, cuối tháng 3/2022, Chính phủ đã ký Biên bản ghi nhớ, theo đó hoạt động chỉnh sửa gene thực vật phải được thực hiện theo các biện pháp phòng ngừa an toàn nghiêm ngặt cho đến khi bảo đảm rằng gene chuyển được đưa vào không còn nữa. Nếu được xác nhận là không còn dấu vết của gene chuyển, giống cây chỉnh sửa gene sẽ được miễn trừ khỏi các quy định về GMO hiện hành và có thể được công bố dưới dạng giống mới, được sử dụng để phát triển và đánh giá thêm. Vào tháng 5/2022, Bộ Công nghệ Sinh học Ấn Độ đã phát hành 'Hướng dẫn Đánh giá An toàn đối với Thực vật Chỉnh sửa gene, 2022', cung cấp hướng dẫn chi tiết về các yêu cầu pháp lý.

Đáng chú ý là Bangladesh, Nepal, Sri Lanka và Campuchia đều đã ký các thỏa thuận “hạt giống không biên giới”, có khả năng dẫn đến sự tương đồng trong các hướng dẫn đối với cây chỉnh sửa gene giữa các nước này.

Ở Philippines, vào tháng 5/2022, Bộ Nông nghiệp ban hành khung pháp lý cho việc sử dụng thực vật chỉnh sửa gene, theo đó loại trừ thực vật chỉnh sửa gene không chứa sự kết hợp mới của vật liệu di truyền thu được thông qua công nghệ sinh học khỏi các quy định về GMO hiện hành. Sau khi cây trồng được xác định không biến đổi gene, chứng chỉ sẽ được cấp cho nhà phát triển. Chính phủ tuyên bố rằng các quy định được xây dựng nhằm thúc đẩy sự phát triển của các giống cây trồng, giảm chi phí cho nông dân, và có thể tạo tác động tích cực đến môi trường.

Nigeria là quốc gia đầu tiên ở châu Phi đã phê chuẩn các hướng dẫn về chỉnh sửa gene vào tháng 12/2020 thông qua Cơ quan Quản lý An toàn Sinh học Quốc gia. Các quyết định sẽ được đưa ra trên cơ sở từng trường hợp cụ thể: nếu các dòng được chỉnh sửa không chứa tổ hợp vật liệu di truyền mới thì chúng được phân loại là giống thông thường.

Tương tự, vào tháng 2/2022, Cơ quan An toàn sinh học Quốc gia của Kenya đã công bố các hướng dẫn cung cấp khung khổ miễn trừ các sinh vật và sản phẩm được chỉnh sửa gene khỏi Đạo luật an toàn sinh học, mở đường cho việc phê duyệt từng trường hợp cây chỉnh sửa gene cụ thể là giống thông thường.

Chương trình nghị sự 2063 của Liên minh châu Phi cũng đã đưa ra tầm nhìn toàn châu Phi đối với vấn đề ứng dụng chỉnh sửa gene để cải thiện năng suất nông nghiệp và tăng sức đề kháng của cây trồng.

Năm 2018, Tòa án Công lý Châu Âu ECJ phân loại thực vật chỉnh sửa gene là GMO. Gần đây hơn, Liên minh Châu Âu EU đã bắt đầu đánh giá lại quan điểm của mình và thực hiện một nghiên cứu về việc thực hiện luật chỉnh sửa gene. Ủy ban Châu Âu EC đã thu thập phản hồi của cộng đồng vào năm 2021 và các quy tắc mới đối với cây chỉnh sửa gene có thể sẽ bắt đầu được áp dụng vào mùa thu năm nay.

Ở Na Uy, một cuộc tham vấn cộng đồng về các sửa đổi được đề xuất đối với Đạo luật Công nghệ gene của nước này đã dẫn đến khuyến nghị giảm bớt các quy định đối với cây trồng chỉnh sửa gene.

Vào tháng 3/2022, Quốc hội Thụy Sĩ đã quyết định cho phép miễn trừ chỉnh sửa gene trong chọn tạo giống cây trồng, với điều kiện đem lại lợi ích rõ ràng cho nông dân, người tiêu dùng và môi trường so với phương pháp chọn tạo giống truyền thống. Theo các quy tắc mới, các dòng được chỉnh sửa không có gene chuyển sẽ không thuộc phạm vi điều chỉnh của luật kỹ thuật di truyền và sẽ không được xử lý như hoặc tuyên bố là GMO. Tuy nhiên, các quy định chi tiết vẫn đang được xây dựng và dự kiến sẽ có hiệu lực vào giữa năm 2024.

Tháng 9/2021, Vương quốc Anh đã công bố các kế hoạch mới “để mở khóa sức mạnh của chỉnh sửa gene, giúp nông dân trồng các loại cây kháng bệnh tốt hơn, giàu dinh dưỡng hơn và năng suất cao hơn”. Kế hoạch này được chia thành nhiều bước. Trong bước đầu tiên, các thử nghiệm trên đồng ruộng đối với cây chỉnh sửa gene không có nghĩa vụ phải đánh giá rủi ro mở rộng như đối với cây chuyển gene GMO. Các nhà khoa học chỉ cần thông báo cho Bộ Môi trường, Thực phẩm và Nông thôn (DEFRA) về các thử nghiệm của mình. Ở bước thứ hai, cây chỉnh sửa gene được miễn trừ khỏi định nghĩa là GMO. Các biện pháp phù hợp để đưa sản phẩm chỉnh sửa gene ra thị trường, bao gồm cả sự lựa chọn của người tiêu dùng và truy xuất nguồn gốc, sẽ được xem xét trong tương lai gần.

Ở Nga, năm 2019, Tổng thống Putin đã ký quyết định thành lập quỹ tài trợ cho chỉnh sửa gene và phân loại cây trồng chỉnh sửa không gene chuyển tương đương với cây trồng được tạo ra bằng phương pháp chọn tạo giống truyền thống.

Tại Việt Nam, các dự án ứng dụng công nghệ chỉnh sửa gene đầu tiên đã được tiến hành từ năm 2017, như dự án sử dụng công nghệ chỉnh sửa gene để phát triển giống lúa Bắc thơm 7 kháng bệnh bạc lá và giống lúa OM5451 có mùi thơm do Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tài trợ kinh phí. Cùng thời gian này, Viện Di truyền Nông nghiệp cũng lần đầu sử dụng công nghệ chỉnh sửa gene như một công cụ để xác định và nghiên cứu đặc điểm của một số gene mới liên quan đến sự hình thành cấu trúc bông lúa và phát triển bộ rễ ở lúa.

Từ năm 2019 đến nay, Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam, đã có nhiều thành công về chỉnh sửa gene trên các đối tượng cây trồng khác nhau như đậu tương, cà chua, thuốc lá, dưa chuột… Đây cũng là đơn vị có những công bố quốc tế đầu tiên ở Việt Nam về chỉnh sửa gene (trên cây đậu tương).

Tuy nhiên, hiện nay Việt Nam vẫn chưa có những quy định cụ thể về quản lý và sử dụng cây trồng chỉnh sửa gene.