Con người có thể tự khám phá mình qua bản đồ gien

LTS: Việc các nhà khoa học thuộc Dự án lập bản đồ gien con người - một dự án đa quốc gia do Anh, Mỹ tài trợ - và Công ty Celera Genomics của Craig Venter cũng công bố bản đồ gien con người vào ngày 26-6-2000 được đánh giá có tầm mức thành tựu khoa học quan trọng tương đương với việc nhà du hành vũ trụ Mỹ Neil Amstrong đặt bước chân đầu tiên lên Mặt trăng vào năm 1969, ngang bằng với kết quả tìm ra thuốc kháng sinh, cứu sống nhân loại. Đó là một trong những thành tựu lớn nhất trong lịch sử ngành di truyền học, sinh học phân tử và y học phân tử kể từ khi Watson và Crick công bố cấu trúc xoắn kép của phần tử AND năm 1953. Trước đó, các nhà khoa học ước tính ít nhất phải đến năm 2005 mới thiết lập được bản đồ gien cho khoảng 80% các gien trong hệ gien người với kinh phí ít nhất 3 tỉ đôla.

Hợp đồng đầu tiên sau khi công bố bản đồ gien người

Năm 1986, Craig Venter - lúc đó còn làm việc cho Viện Y tế quốc gia Mỹ - công bố giải mã được khoảng 100.000 ký tự trên tồng số khoảng 3,5 tỉ ký tự hợp thành hệ gien người. Chỉ một năm sau đó, Craig Venter tuyên bố đã vẽ xong bản đồ gien của Haemophilus influenzae - loại vi khuẩn có gần 2 triệu ký tự gien. Năm 1998, sau khi thành lập Công ty Celera Genomics với số vốn 300 triệu đôla, Craig Venter lập tức đưa ra tuyên bố chấn động: sẽ hoàn thành bản đồ gien vào năm 2001 với kinh phí 200 triệu đôla. Công việc giải mã trình tự bộ gien người của Celera Genomics được bắt đầu chính thức thực hiện vào năm 1999, dựa trên kết quả các nghiên cứu đầu tiên của các nhà khoa học tại Viện Nghiên cứu gien (TIGR), một đơn vị do Craig thành lập trước khi thành lập Công ty Celera Genomics. Trên thực tế, Celera Genomics đã thu được kết quả sớm hơn dự tính (đã giải mã được 99% bộ gien người) sau hơn 20.000 giờ xử lý số liệu trên máy “siêu tính” về thông tin di truyền của 5 người thuộc các chủng tộc khác nhau được tuyển dụng để tham gia vào quá trình thử nghiệm.

Ngày 29-6 vừa qua, Công ty Celera Genomics đã ký hợp đồng với Cơ quan Nghiên cứu y tế quốc gia của chính phủ Úc với những điều khoản cho phép các công ty nghiên cứu khoa học hoặc các tổ chức nghiên cứu phi vụ lợi của Úc được phép các thông tin trong ngân hàng dữ liệu của Celera Genomics về các kết quả nghiên cứu liên quan đến bộ gien người và hai đối tượng nghiên cứu khác - ruồi dấm, chuột. Chỉ 1 ngày sau khi Celera Genomics công bố việc sắp hoàn thành bản đồ gien người, giá trị cổ phiếu của công ty đã tăng vọt.

Đối thủ “nặng ký” của CG và sự khác biệt giữa hai “đại gia”

Việc nghiên cứu xác định bản đồ gien thực tế không chỉ được thực hiện bởi Công ty Celera Genomics. Khác với chương trình nghiên cứu này, Chương trình nghiên cứu về hệ gien người (HGP - Human Genome Project) là một chương trình quốc tế do Bộ Năng lượng và Viện Y tế quốc gia Mỹ khởi xướng vào năm 1990 với hai đơn vị chịu trách nhiệm hỗ trợ chính là Viện Y Tế quốc gia Mỹ (NIH) và Wellcome Trust, một tổ chức từ thiện có trụ sở chính tại Luân Đôn (Anh). Sau khi thành lập, chương trình HGP đã nhận được sự hợp tác từ hơn 50 nước trên thế giới và hiện nay đang được thực hiện tại 16 trung tâm nghiên cứu đặt tại nhiều nước như Anh, Mỹ, Trung Quốc, Đức, Nhật, HGP lại khôg nhằm mục đích vụ lợi nhiều như Celera Genomics và chủ trương cho phép mọi đơn vị trên toàn cầu có thể sử dụng các thông tin này vào việc nghiên cứu phục vụ cho y học. Nhưng cho đế nay, HGP vẫn chưa đưa ra các công bố chính thức về các công trình của mình, chỉ cho biết đã giải mã được khoảng 97% bộ gien người và thông tin thật sự dựa theo các báo cáo của HGP cho biết đã giải mã chính xác được khoảng 85% bộ gien người. Trong suốt quá trình nghiên cứu, đặc biệt là từ tháng 7-1999, nhiều cuộc tranh cãi gay gắt đã diễn ra vì bất đồng quan điểm và phương pháp nghiên cứu giữa hai người đứng đầu hai nhóm nghiên cứu - Tiến sĩ Ferancis Collin - giám đốc Viện Nghiên cứu quốc gia Mỹ về gien người và Craig Venter, người sáng lập Công ty Celera Genomics, cũng như các nhà khoa học tham gia trong các chương trình nghiên cứu. Cuộc đối đầu này có lúc dữ dội đến nỗi hồi ấy Tổng thống Mỹ Bill Clinton phải ra lệnh can thiệp vào tháng 4 và tháng 5-2000, trước khi hai bên đi đến một tuyên bố chung về công trình nghiên cứu vào ngày 26-6-2000.

Cả hai đơn vị - HGP và Celera Genomics - tuy có cùng mục đích là xác định bản đồ gien của con người nhưng cách làm việc, phương pháp nghiên cứu và mục đích sử dụng các thành quả của mình lại hoàn toàn theo hai hướng khác nhau. Trong quá trình nghiên cứu, HGP đã sử dụng phương pháp lấy các đoạn ADN của một cá nhân từ những vị trí đã biết, phân chia chúng thành những đoạn nhỏ, sau đó sắp xếp lại bằng cách ghép các đoạn theo chuỗi gối lên nhau. Còn Celera Genomics sử dụng toàn bộ gien của 5 người thuộc 5 chủng tộc, chia chúng thành những đoạn nhỏ và sau đó ghép nối nhau lại thành chuỗi chứ không theo những vị trí đặc biệt. Đơn giản hơn, có thể xem công việc của HGP như cắt rời các chương sách ra khỏi một quyển sách, xé chúng ra và sau đó xếp lại đúng theo trật tự của từng chương. Còn Celera Genomics thì xé toàn bộ quyển sách ra và xếp các trang lại mà không biết vị trí các chương sách. Từ nghiên cứu này, Celera Genomics khẳng định sự khác biệt của các chủng tộc không bắt nguồn từ gien. Trong quá trình tìm kiếm các dữ liệu để thành lập bản đồ gien, các nhà khoa học còn đi ra một kết luận lý thú khác: khác biệt về di truyền loài người khá nhỏ bé và ADN của hai người bất kỳ lại tương đồng đến 99,9%.

Hy vọng của liệu pháp điều trị gien

Tuy điều trị gien là ngành khoa học tương đối mới, nhưng đến nay đã hình thành một số khuynh hướng về liệu pháp gien trong chữa bệnh cho người như liệu pháp antigene, đưa một gien mới vào bù đắp cho gien bị hỏng, đưa một gien mới vào đẻ sản xuất ra chất cần thiết để tiêu huỷ tế bào bệnh, cấy gien vào các vi khuẩn, nấm mem để sản xuất dược phẩm điều trị bệnh, tái tổ hợp gien trong tạo vắc xin thế hệ mới, vắc xin phân tử, vắc xin ADN, sử dụng công nghệ gien trong cấy ghép các cơ quan để thay thế cho các cơ quan bệnh, thay phẫu thuật bằng liệu pháp gien... Việc xác định được bản đồ gien sẽ là tiền đề cho việc nghiên cứu sâu hơn và tìm ra căn nguyên về gien để chữa trị cho khoảng hơn 5.000 loại bệnh có liên quan đến gien và phòng ngừa bệnh chưa xảy ra bằng các test tiền triệu chứng khi có các đột biến gien, cũngn hư cảnh baó cho các bệnh nhân về nguy cơ một loại bệnh họ có thể sẽ mắc phải. Sau khi Celera Genomics công bố việc phát hiện bản đồ gien, một nhóm nghiên cứu hỗn hợp quốc tế tại Nhật thuộc HGP cũng vừa đưa ra những công bố đầu tiên trong việc nghiên cứu thông tin di truyền chứa trong nhiễm sắc thể (NST) 21. NST này trong trường hợp đột biến sẽ gây ra hội chứng Down - chậm pháp triển tâm thần ở trẻ em với tỉ lệ 1/700. Theo các nhà nghiên cứu, việc xác định rõ cấu trúc và các thông tin di truyền của NST 21 sẽ giúp chế ngự và tìm ra phương thức trị liệu tốt nhất cho bệnh Down trong vòng 5 năm tới. Việc xác định được bản đồ gien và cấu trúc di truyền của gien không chỉ đơn thuần dừng lại ở việc đi sâu vào nghiên cứu căn nguyên và cách chữa trị nhiều bệnh như bệnh tim bẩm sinh và nguy cơ mắc bệnh bạch cầu, cũng như một số hy vọng khác về việc phát hiện sớm và điều trị không chỉ bệnh Down mà còn một số các bệnh khác do rối loạn gien được xác định do đột biến trên NST 21, bao gồm các bệnh hiểm nghèo như Alzheimer, Lou Gehrig. Theo công bố, tài khóa của chính phủ Nhật dành cho chương trình nghiên cứu này trong năm 2000 sẽ lên đến 566 triệu đôla.

Con đường còn dài?

Tuy nhiên, việc xác định trình tự các gien cũng chỉ mới là thành tựu đầu tiên sau một thời gian dài nghiên cứu. Vấn đề còn lại - xác định xem bộ gien người bao gồm bao nhiêu gien - cũng là một vấn đề nan giải. Thực tế cho đến nay, các nhà khoa học vẫn chưa xác định rõ số lượng gien và vị trí các gien người như thế nào. Đó là công việc đòi hỏi sự cố gắng rất cao của nhiều nhà khoa học trong nhiều năm sắp đến. Điển hình như trong việc nghiên cứu NST 21: lúc đầu, các nhà nghiên cứu tiên đoán NST 21 mang khoảng 800 gien, nhưng kết quả nghiên cứu cho thấy số lượng thực ít hơn nhiều - chỉ có 225 ghien. Điều này đã dẫn các nhà khoa học đến giả thuyết bộ gien người chỉ chứa khoảng 40.000 gien thay vì số lượng khổng lồ 100.000 gien như từng ước tính. Thực tế, cho dù Celera Genomics tuyên bố là đã giải mã được 99% bộ gien người, thì vẫn còn lại 1% chưa được giải mã. Đó sẽ là công trình hoặc đi rất nhanh, hoặc sẽ đòi hỏi rất nhiều thời gian, chi phí, công sức của các nhà khoa học, cũng như có khả năng không bao giờ hoàn thành. Hơn nữa, việc giải mã được bộ gien chỉ có nghĩa là biết được vật liệu di truyền của con người. Còn để cơ thể sống hoạt động được lại là kết quả hoạt động của các phân tử thông tin được mã hóa trong các phân tử di truyền ấy. Đó mới thực sự là vấn đề quyết định!

Các nhà khoa học nhận xét và hy vọng gì?

Hầu hết các nhà khoa học đều tỏ ý lạc quan và mặc nhiên công nhận việc lập được bản đồ gien sẽ mở ra một thời đại mới:

Thời đại của công nghệ sinh học. Lần đầu tiên, con người có thể “nhìn” được vật liệu di truyền của chính mình. Việc xác lập được bản đồ gien người xác định trình tự của các nucleotid trên bộ gien sẽ mở ra nhiều hướng mới giúp ích trong vấn đề “trị liệu gien”, một trong những vấn đề mà y học thế giới đã chú tâm từ những năm 1950 để xác định căn nguyên của một loạt bệnh có liên quan đến gien. Việc xác định được bản đồ gien cũng sẽ giúp xác định vị trí của các gien bệnh, giúp các thầy thuốc thực hiện các chẩn đoán phân biệt cho các loại bệnh, xác định bệnh gây ra do chịu tác động của môi trường hay do các khiếm khuyết về gien, thay vì chẩn đoán qua phả hệ như hiện nay, với tỉ lệ sai lệch cao hơn trong nhiều trường hợp. Như vậy, các thầy thuốc có thể tìm ra những biện pháp can thiệp mới bằng “liệu pháp gien” - tìm cách ngăn chặn sự phát triển của gien bệnh hoặc đưa hẳn một gien lành mạnh vào thay thế gien bệnh, cũng như áp dụng phương pháp điều trị chuyên biệt cho từng bệnh nhân, tùy theo hệ gien của từng người. Các hãng dược phẩm cũng sẽ sử dụng được những thành tựu này vào công tác nghiên cứu tìm ra những loại thuốc chữa bệnh mới phù hợp với cơ địa của từng bệnh nhân dựa trên những thông tin về bộ mã di truyền, góp phần ngăn chặn những tai biến và dị ứng có thể xảy ra do việc sử dụng thuốc.

Nỗi lo về tính pháp lý khi dùng bản đồ gen người và hậu quả của nó

Vấn đề có nên công khai rộng rãi các thông tin về bản đồ gien của con người hay không cũng đã gây ra một làn sóng tranh cãi khá rộng rãi tại nhiều nước khác nhau. Trong lúc chính phủ Anh tỏ ra ủng hộ chủ trương này thì các nước như Mỹ, Pháp, Đức hiện nay lại nghiêng về quan điểm phải giới hạn việc sử dụng thông tin một cách tự do và có thể sẽ đưa ra những đaọ luật nhằm kiểm soát chặt chẽ các thông tin trong lĩnh vực nghiên cứu nói trên.

Cả Tổng thống Mỹ Bill Clinton lẫn Thủ Tướng Anh Tony Blair đều thừa nhận rằng thành tựu khoa học nói trên cũng sẽ tạo ra nhiều vấn đề nan giải về y đức, đạo lý và pháp lý. Các nhà khoa học cũng tỏ ra lo ngại về việc sử dụng những thành tựu này vào việc tạo ra những con người theo ý muốn, thay tạo hóa tạo ra những siêu sinh vật được “hướng gien” cho trở thành cực kỳ thông minh hay cực kỳ khỏe mạnh để phục vụ cho những mục đích đưọc tính toán trước. Trong quá khứ, Đức Quốc xã với thuyết “ưu sinh” về việc tạo ra một giống nòi Aryens thượng đẳng đã bất chấp các nguyên tắc về y đức và đạo lý. Ngày nay, việc xác định được bản đồ gien ngoài việc giúp con người tìm ra căn nguyên của bệnh tật, lại có thể mang một tác dụng trái ngược. Sẽ có những công ty đòi hỏi phải xét nghiệm ADN khi tuyển dụng lao động, hoặc bán bảo hiểm. Nghiêm trọng hơn, các công ty dược phẩm có thể chị tập trung vào việc tạo ra các loại thuốc phục vụ việc chữa bệnh cho người giàu như béo phì, hói đầu, mà bỏ qua các nghiên cứu bào chế các thuốc chữa bệnh cho người nghèo. Như thế lại càng đào sâu thêm cái hố ngăn cách về y tế giữa các nước giàu và các nước nghèo.

Trong khi đó điều không thể quên là bài toán tiếp theo của ngành sinh học trong tương lai cũng cần có lời giải sớm. Đó là một khi bản đồ gien người đã được giải mã, thì con người lại đứng trước một bài toán khác của công nghệ di truyền: ngành proteomics - ngành nghiên cứu về việc tìm hiểu cách thức các gien sản sinh và điều hành các protein, hệ thống hóa và phân tích mọi protein trong cơ thể người. Sau khi tuyên bố sắp hoàn thành xong bản đồ gien người, Craig Venter đang tiếp tục xây dựng chương trình nghiên cứu proteomics thông qua việc hình thành các nhóm nghiên cứu cấu trúc protein, xác định nơi chúng được sản sinh trong cơ thể và cách thức chúng được quản lý.

(st)