Chỉnh sửa gen: Khái niệm và lợi ích mà nó có thể mang lại cho ngành chăn nuôi heo là gì?

Joaquín Gadea Mateos
17-Th1-2025 (Trước đó 3 ngày)

Chỉnh sửa gen là gì?

Chỉnh sửa gen cho phép thực hiện những thay đổi chính xác đối với bộ gen của sinh vật. Quá trình này bao gồm việc thực hiện các sửa đổi bằng cách thêm, thay đổi hoặc loại bỏ chính xác các nucleotide khỏi trình tự DNA. Trong số các kỹ thuật có sẵn, công nghệ CRISPR-Cas9 đã trở nên rất phổ biến nhờ hiệu quả cao, độ chính xác và tương đối đơn giản khi sử dụng.

CRISPR-Cas9 hoạt động như thế nào?

Hãy nhớ rằng protein được cấu tạo từ các chuỗi dài axit amin, là đơn vị cơ bản của protein. Có 20 loại axit amin khác nhau, mỗi loại được mã hóa bởi một trình tự cụ thể gồm ba bazơ nitơ trong DNA, được gọi là bộ ba mã hóa hoặc codon. Các bazơ này bao gồm adenine, cytosine, thymine hoặc guanine.

Khi khung đọc của DNA (tức là cách các bazơ được nhóm thành từng bộ ba) bị thay đổi, trình tự codon cũng sẽ thay đổi theo. Điều này có thể dẫn đến việc gắn nhầm các axit amin trong quá trình tổng hợp protein hoặc thậm chí gây ra sự xuất hiện của một codon kết thúc, gây gián đoạn quá trình tổng hợp protein (Hình 2).

Gene editing using the CRISPR-Cas9 system

Example of a nucleotide insertion that involves a change in the reading frame

Động vật biến đổi gen (knock-out): khi những thay đổi trong DNA làm mất chức năng một protein

Một động vật được coi là biến đổi gen (knock-out) đối với một gen cụ thể khi các thay đổi di truyền làm mất chức năng của một protein. Những thay đổi này tương tự như các đột biến có thể xảy ra tự nhiên thông qua các quá trình ngẫu nhiên, nhưng trong trường hợp này, chúng được thực hiện theo cách có kiểm soát và có định hướng. Do đó, không thể phân biệt được liệu một đột biến ở động vật xảy ra tự nhiên hay được tạo ra trong phòng thí nghiệm.

Điều quan trọng cần lưu ý là vật liệu di truyền từ các loài khác KHÔNG được đưa vào trong quá trình này, do đó động vật knock-out được tạo ra bằng kỹ thuật này không được coi là động vật chuyển gen.

Một ví dụ điển hình về động vật knock-out là heo có khả năng kháng virus PRRS. Để virus PRRS (PRRSV) có thể xâm nhập vào cơ thể heo, nó phải gắn vào một thụ thể đặc hiệu nằm trên các đại thực bào phế nang trong phổi. Thụ thể này được mã hóa bởi miền SRCR5 của gen CD163. Khi thụ thể này bị chỉnh sửa hoặc xóa thông qua kỹ thuật chỉnh sửa gen, virus không thể gắn vào tế bào, từ đó ngăn ngừa sự xâm nhiễm và giúp heo hoàn toàn kháng với virus PRRS. Khả năng kháng bệnh di truyền này có thể truyền sang thế hệ con, đảm bảo rằng các thế hệ sau cũng có khả năng kháng lại virus PRRS.

Động vật chuyển gen: Đưa các sợi DNA mới và gen mới vào bộ gen

Một lựa chọn thay thế trong chỉnh sửa gen là tận dụng quá trình DNA bị cắt bởi enzyme Cas9 để đưa một đoạn DNA mới vào. Khi thực hiện điều này, tế bào có thể tích hợp vật liệu di truyền mới thông qua một quá trình gọi là sửa chữa theo trình tự tương đồng (Homology-Directed Repair - HDR, Hình 1). Nhờ đó, các đoạn DNA bị lỗi có thể được thay thế bằng các trình tự chức năng, giúp chỉnh sửa gen trở lại trạng thái hoạt động bình thường hoặc thay đổi khung đọc để tạo ra động vật biến đổi gen (KO), trong đó một gen đã bị vô hiệu hóa. Ngoài ra, kỹ thuật này cũng cho phép chèn thêm một gen mới vào bộ gen mà trước đây sinh vật không có, được gọi là knock-in (KI) hoặc chuyển gen (transgenic).

Khi gen được đưa vào đến từ một loài khác, một sự kết hợp di truyền được tạo ra mà không xảy ra tự nhiên. Loại sinh vật này được gọi là động vật chuyển gen vì nó mang gen từ một loài khác được tích hợp vào DNA của mình.

Một ví dụ về heo chuyển gen là những con heo đã được cấy gen UPC1, vốn không tồn tại tự nhiên trong loài này. Gen này giúp chúng điều chỉnh nhiệt độ cơ thể tốt hơn, từ đó giúp chúng thích nghi tốt hơn với nhiệt độ thấp. Kết quả là, heo tích tụ ít mỡ dưới da hơn để duy trì nhiệt độ cơ thể, qua đó tăng tỷ lệ mô nạc (Hình 3).

Backfat thickness in 20-kg piglets

Trình chỉnh sửa Bazơ: một công cụ chính xác trong chỉnh sửa gen

Một lựa chọn thay thế mới hơn trong chỉnh sửa gen là việc sử dụng các trình chỉnh sửa bazơ, là những enzyme chuyên biệt không cắt DNA mà thay vào đó, các enzyme này trao đổi chính xác một cặp bazơ tại một vị trí cụ thể trong bộ gen. Quá trình này giúp thực hiện những thay đổi có định hướng đối với DNA mà không làm đứt gãy chuỗi gen.

Kiểu thay thế này có thể gây ra một số ảnh hưởng khác nhau. Trong một số trường hợp, sự thay đổi này tạo ra một codon kết thúc, làm gián đoạn quá trình sản xuất protein, khiến protein không hoàn chỉnh và có thể mất chức năng. Trong những trường hợp khác, sự thay đổi này làm thay đổi một axit amin trong protein (được gọi là đột biến sai nghĩa), có thể làm thay đổi cấu trúc và ảnh hưởng đến chức năng của protein. Dù là trường hợp nào, những thay đổi này đều có thể làm suy giảm chức năng của protein.

Use of base editors to generate point mutations in the genome.

Tất cả heo chỉnh sửa gen đều giống nhau? Quy định tiêu chuẩn so với Phát triển kỹ thuật

Việc hiểu rõ về các loại chỉnh sửa gen khác nhau là rất quan trọng, bởi các quy định áp dụng – hoặc cần áp dụng – sẽ khác nhau tùy vào từng trường hợp cụ thể. Hiện nay, hầu hết luật pháp trên thế giới đều có những hạn chế nghiêm ngặt đối với việc sử dụng động vật chuyển gen và việc thương mại hóa sản phẩm từ chúng. Tuy nhiên, đang có tiến bộ trong việc phân biệt giữa động vật chỉnh sửa gen và động vật chuyển gen, điều này có thể dẫn đến các quy định phân biệt giữa hai nhóm này. Về mặt kỹ thuật, hai hình thức chỉnh sửa gen này hoàn toàn khác nhau.

Các quy định tại Liên minh Châu Âu liên quan đến các sản phẩm thực vật được chỉnh sửa gen, được gọi là các kỹ thuật di truyền mới (NGT), hiện đang được xem xét lại. Điều này có thể cho phép các loại thực vật này được miễn trừ khỏi các luật quy định đối với các sinh vật chuyển gen được gọi là sinh vật biến đổi gen (GMO). Tuy nhiên, cho đến nay, động vật được chỉnh sửa gen vẫn phải tuân theo các quy định về GMO, điều này hạn chế sự phát triển và khả năng thương mại hóa của chúng trong tương lai.

Dự án được tài trợ bởi Fundación Seneca 22065/PI/22.