Công nghệ gene là gì?

Ngày nay, các cụm từ như "công nghệ gene", "công nghệ tế bào", "kỹ thuật di truyền"…  thường rất thu hút trên các tiêu đề báo chí. Chúng cũng là những chủ đề hấp dẫn của các bộ phim Hollywood. Nhưng thực sự các cụm từ này có nghĩa là gì, chúng đang ảnh hưởng như thế nào tới đời sống của chúng ta?

"Gene technology", "genetic engineering", "genetic modification" đều có nghĩa tương tự nhau và đều là một kỹ thuật trong công nghệ sinh học hiện đại.

"Gene technology" dịch sang tiếng Việt là công nghệ gen, là quy trình tạo ra những tế bào hoặc sinh vật có gen bị biến đổi hoặc có thêm gen mới. Kỹ thuật di truyền (genetic engineering) là các kỹ thuật sinh học phân tử có liên quan đến việc gây các biến đổi trên vật liệu di truyền nhằm đáp ứng một yêu cầu nào đó. 'Genetic modification' là kỹ thuật biến đổi gen bằng cách tạo ADN tái tổ hợp để chuyển gen từ tế bào này sang tế bào khác.

Về bản chất, công nghệ sinh học sử dụng các sinh vật (living things) để tạo ra hoặc biến đổi các sản phẩm, ví dụ như các loại thực phẩm mà con người ăn. Tên gọi thì nghe có vẻ hiện đại nhưng thực chất nó đã được con người áp dụng vào đời sống từ lâu, chẳng hạn như để nướng bánh mì thì người ta sử dụng men sống để ủ, giúp bột nở ra, hoặc khi làm pho mát thì người ta dùng men rennet (một dạng men dịch vị) có chứa các enzyme để giúp làm đông sữa.

Mãi cho đến những năm 1950, công nghệ sinh học truyền thống vẫn thường mang lại các kết quả không chính xác (phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm và không phải lần nào cũng thành công), và rất mất thời gian. Nếu bạn muốn sản xuất một loại lúa mì đặc biệt và muốn nó chín sớm, bạn sẽ phải trồng nhiều loại khác nhau và thực hiện lai giống chéo rồi theo dõi giống để duy trì loại giống tốt mà bạn muốn.

Các nhà khoa học phát hiện ra rằng, DNA nằm bên trong tế bào của mọi sinh vật, chứa trong một đơn vị gọi là nhiễm sắc thể và có tính di truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác.

DNA là viết tắt của từ DeoxyriboNucleic Acid, một phân tử hoá học có chứa những đoạn nhỏ gọi là gen, được tìm thấy ở hầu như mọi tế bào của sinh vật.

Mỗi gen sẽ thực thi một số mệnh lệnh được mã hoá với thông tin gen khiến cho mọi sinh vật đều mang những đặc điểm riêng của loài.

Chúng mang thông tin cần thiết để tạo ra các proteins – hay còn gọi là các phân tử "làm việc" – thực hiện các nhiệm vụ cụ thể trong cơ thể sinh vật. Nhà di truyền học David Suzuki nói: Một số protein đóng vai trò như là gạch và vữa dùng cho nhiệm vụ "xây dựng" nên cơ thể, gồm tóc, da, các khớp xương… và gần như toàn bộ mọi thứ đã gắn kết cơ thể con người. Những protein khác thì giống như những cỗ máy phân tử, xây dựng, lập trình, chia tách các gen, chúng xây dựng nên các bộ phận cơ thể, vận chuyển các thông điệp trao đổi của cơ thể từ đỉnh đầu tới ngón chân. Ví dụ một loại gen có thể mã hoá tạo nên đôi mắt xanh, một loại gen khác sẽ tạo nhên những chiếc lá màu đỏ, hay đôi chân có màng của loài ngan vịt... Rất nhiều đặc tính của sinh vật là kết quả một bộ sưu tập phức tạp các loại gen khác nhau.

Nhưng làm thế nào mà DNA có thể lưu trữ được tất cả thông tin mã hoá đã tạo ra thế giới sinh vật ngày nay?

Tất cả nằm ở cấu trúc của gen. Phát hiện này đã mang lại giải Nobel Y học cho James Watson và Francis năm 1962. Các chuỗi DNA có dạng xoắn đôi (mạch kép double-helix). Phần lớn các phân tử DNA được cấu tạo từ hai mạch polyme sinh học xoắn đều quanh một trục tưởng tượng tạo thành chuỗi xoắn kép.

Hai mạch DNA này được gọi là các polynucleotide vì thành phần của chúng bao gồm các đơn phân nucleotide. Mỗi nucleotide được cấu tạo từ một trong bốn loại nucleobase chứa nitơ—hoặc là cytosine (C), guanine (G), adenine (A), hay thymine (T)—liên kết với đường deoxyribose và một nhóm phosphat. Các nucleotide liên kết với nhau thành một mạch DNA bằng liên kết cộng hóa trị giữa phân tử đường của nucleotide với nhóm phosphat của nucleotide tiếp theo, tạo thành "khung xương sống" đường-phosphat luân phiên vững chắc. Mỗi chuỗi xoắn là một dạng mã hoá di truyền, dùng cho từng gen một.

Công nghệ sinh học hiện đại đã cất cánh kể từ khi phát hiện ra rằng tất cả sinh vật đều sử dụng cùng một cách mã hoá gen. Mục tiêu của các nhà di truyền học là đưa ra, tăng cường hoặc xoá bỏ một số đặc điểm đặc biệt của một sinh vật, dựa trên những tính chất họ muốn duy trì hay phá bỏ.

Công nghệ gen chỉ là một nhánh của công nghệ sinh học hiện đại. Nó là một loạt các kỹ thuật được sử dụng nhằm kiểm soát hoặc chỉnh sửa gen, và quan trọng hơn, là di chuyển chúng giữa các loài sinh vật vốn chẳng có gì liên quan đến nhau, chúng ta gọi là công nghệ tái tổ hợp DNA  (recombinant DNA technology). Chẳng hạn, gen từ một loài thực vật có thể được đưa vào cơ thể của một động vật, hoặc có thể chuyển gen từ động vật sang một thực vật, thậm chí đưa gen của các vi sinh vật (như virus, vi khuẩn) vào cơ thể của thực vật và ngược lại. Sinh vật mới được tạo ra theo cách này được gọi là sinh vật biến đổi gen.

Thường thì công nghệ gen liên quan đến việc vận dụng khả năng tạo ra protein của tế bào, từ đó tạo ra những protein mới nhằm thực hiện những chức năng mới. Những sinh vật đã bị biến đổi gen được gọi tên chung là Genetically Modified Organisms (GMOs). Những thực phẩm biến đổi gen mà chung ta nghe nói đến trên các phương tiện truyền thông chính là sản phẩm của công nghệ gen.

Công nghệ gen còn có các ứng dụng khác nữa. Trong y học, liệu pháp gen sẽ áp dụng cho những căn bệnh mà liên quan đến việc tạo thành gen. Nó cũng được sử dụng để tạo ra những loại vắc xin và thuốc mới, hoặc để vẽ bản đồ gen người nhằm cải tiến các kỹ thuật thử nghiệm và chẩn đoán bệnh. Công nghệ gen cũng nhằm tạo ra những động vật biến đổi gen như là một nguồn để cung cấp nội tạng và mô trong y tế.