Chỉnh sửa gen tạo ra những lứa chuột toàn đực hoặc toàn cái

Trong thế giới nông nghiệp lý tưởng, bò chỉ sinh con cái và tất cả gà con đều là gà mái. Như vậy nông dân sẽ chỉ cần duy trì một số lượng con đực nhất định để tiếp tục sinh sản, còn tất cả các lứa gia súc gia cầm sinh ra đều cho lợi ích tối ưu vì vừa có thể thể lấy thịt, vừa sản xuất trứng hoặc sữa.

Viễn cảnh này sắp thành hiện thực. Các nhà nghiên cứu đã khai thác công cụ chỉnh sửa gen CRISPR để tạo ra những lứa chuột chỉ có một giới tính. Kỹ thuật này tiềm ẩn nhiều lợi ích cho nông nghiệp trong tương lai, và mang lại lợi ích tức thì hơn trong nghiên cứu khoa học - tạo ra động vật thí nghiệm với giới tính đúng như mong muốn.

Tác động đối với động vật thí nghiệm sẽ rất lớn. “Trong 5 năm qua, khoảng 25.000 bài báo đã được xuất bản dựa trên thí nghiệm trên chuột với một giới tính cụ thể," đồng tác giả nghiên cứu mới, James Turner, nhà di truyền học phân tử tại Viện Francis Crick, cho biết. Có nghĩa là khi những con chuột thí nghiệm sinh ra không đúng giới tính như người thực hiện thí nghiệm cần, chúng sẽ bị tiêu hủy. "Nếu có thể kiểm soát giới tính, sẽ cứu được hàng trăm nghìn động vật thí nghiệm,” Turner nói.

Nhóm Turner sử dụng CRISPR để nhắm mục tiêu vào gen Topoisomerase 1 (TOP 1), là chìa khóa cho quá trình phân chia tế bào; khi TOP 1 bị vô hiệu hóa, phôi thai mang giới tính không mong muốn sẽ chết rất sớm.

Nhưng họ không sử dụng ngay toàn bộ CRISPR, mà tách ra thành hai phần riêng lẻ: đưa ARN dẫn đường (nhắm mục tiêu gen TOP 1) vào bộ gen chuột cái, và đưa phức hợp enzyme vào nhiễm sắc thể Y của chuột đực. Khi tinh trùng có nhiễm sắc thể Y thụ tinh với trứng của con cái, tạo thành nhiễm sắc thể XY - phôi thai đực - enzyme và ARN dẫn đường sẽ tái hợp thành CRISPR hoàn chỉnh, vô hiệu hóa gen TOP 1 và phôi thai đực sẽ chết.

Mỗi lần phôi thai đực hình thành, CRISPR sẽ được kích hoạt và loại bỏ nó khi mới chỉ phát triển được vài chục tế bào; chỉ phôi cái có thể sống sót. Kết quả, không có con chuột đực nào được sinh ra, theo nhóm nghiên cứu báo cáo trên tạp chí Nature Communications. Nếu muốn không có con chuột cái nào được sinh ra, họ sẽ gắn phức hợp enzyme vào nhiễm sắc thể X của con đực, và CRISPR sẽ kích hoạt mỗi khi xuất hiện phôi XX - phôi thai cái - và tiêu diệt phôi này.

Việc sửa đổi cũng có lợi cho chuột mẹ. Khi phôi mang giới tính không mong muốn chết trước khi làm tổ, chuột mẹ phải duy trì ít phôi hơn, và phôi “đúng giới tính” sẽ phát triển mạnh hơn.

Gen TOP 1 có mặt ở nhiều loài động vật, vì vậy kỹ thuật này sẽ phù hợp với cả các loài khác - thích hợp nhất là những loài đẻ nhiều con và thời gian mang thai ngắn (chuột sinh ra hàng chục con 3 tuần sau khi giao phối). “Có thể mở rộng kỹ thuật này sang các loài động vật khác, bao gồm chim và cá," Michael Wiles, nhà di truyền học phân tử tại Phòng thí nghiệm Jackson, người không tham gia nghiên cứu, cho biết, thậm chí có thể giúp phục hồi các loài có nguy cơ tuyệt chủng bằng cách tăng tốc sinh sản giới tính đang bị thiếu hụt trong loài.

Kỹ thuật chỉnh sửa gen cụ thể này không khả thi ở người.

Một số nhà nghiên cứu nói rằng kỹ thuật này có thể làm giảm bớt các tình huống khó xử về đạo đức. Tak Mak, nhà di truyền học tại Trung tâm Ung thư Princess Margaret ở Toronto, cho biết: “Chúng ta lựa chọn trước khi con vật được sinh ra." Trong các nghiên cứu về bệnh ung thư vú của mình, Mak chỉ sử dụng chuột cái và vì vậy đã phải hy sinh tất cả những con đực được sinh ra.

Mặc dù cho rằng kỹ thuật mới sẽ sớm trở thành thường quy trong các phòng thí nghiệm để tiết kiệm lượng động vật cần sử dụng, nhưng Wiles nói kỹ thuật này sẽ “chết từ trong trứng nước trong lĩnh vực sản xuất thực phẩm vì thế giới lo ngại GMO [sinh vật biến đổi gen].”