Mã vạch DNA - Cuộc cách mạng trong phân loại sinh vật?

Mã vạch của sản phẩm tiêu dùng là một dải mã nhỏ nhưng giúp truy xuất thông tin về sản phẩm với độ chính xác gần như tuyệt đối. Trong khoa học, sự sống cũng tồn tại một khái niệm tương tự - mã vạch DNA, được xây dựng từ vật chất cơ bản nhất của sự sống là DNA.

Đơn giản, nhưng nhiều ứng dụng

Khái niệm mã vạch DNA được biết đến rộng rãi từ những năm đầu thế kỷ 21, khi các nhà khoa học Canada trình bày nghiên cứu sử dụng một đoạn gene dài 648 nucleotid từ bộ gene ti thể - gọi là Co1 - để định loại 260 loài chim và đề xuất dùng nó như một "mã vạch" để lưu trữ, chuẩn hóa thông tin các loài động vật.

Việc sử dụng DNA trong nghiên cứu định loại không phải ý tưởng quá mới, bởi loài người đã biết đến DNA từ năm 1953. Đột phá của mã vạch DNA nằm ở tính chuẩn hóa và đồng bộ của nó. Nghĩa là với một sinh vật bất kỳ, chỉ cần giải mã đoạn gene Co1 (hoặc một số lượng gene rất ít và xác định trước), so sánh với các thư viện DNA hiện có là có thể xác định danh tính loài và xác định loài mới.

Phân loại học truyền thống sẽ được thay thế bằng mã vạch DNA. (Ảnh: Jewishgenetichealth).

Mã vạch DNA được giới khoa học hưởng ứng rất nhiệt tình. Nhiều người cho rằng công cụ này sẽ đánh dấu sự "phục hưng" của lĩnh vực phân loại sinh vật truyền thống. Nó được kỳ vọng sẽ giúp hiện thực hóa việc định loại sinh vật từ các giai đoạn khác nhau trong vòng đời hoặc từ các bộ phận cơ thể riêng lẻ, tạo thuận lợi cho việc phát hiện loài mới, thúc đẩy hình thành công nghệ giải trình tự DNA cầm tay ứng dụng trong lĩnh vực đa dạng sinh học và giúp nghiên cứu sâu hơn về sự đa dạng của sự sống.

Tháng 2/2005, tại hội nghị về xây dựng mã vạch sự sống ở Bảo tàng Lịch sử tự nhiên London, Anh, các nhà khoa học đã thống nhất thực hiện dự án "Sáng kiến xây dựng mã vạch sự sống" với tham vọng nhanh chóng lưu trữ thông tin của khoảng 10 triệu loài sinh vật trên Trái đất bằng mã vạch DNA.

Mã vạch DNA đã trở thành mảng nghiên cứu thu được nguồn tài trợ rất lớn và được thực hiện rộng khắp. Có thể chứng kiến sự phát triển của "ngành công nghiệp" này qua sự ra đời của Liên đoàn Xây dựng mã vạch sự sống (CBOL), Liên hiệp quốc tế về Mã vạch sự sống (iBOL) và Cơ sở dữ liệu về mã vạch sự sống (BOLD). Trong giai đoạn 2003-2010, có tới 411 bài báo khoa học chứa "mã vạch DNA" trong tiêu đề và công cụ này được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực, từ xác định các giai đoạn trong vòng đời côn trùng cho đến kiểm tra giám sát cá bán trong chợ.

Quyền năng lớn đến đâu?

Theo nhiều nhà khoa học, mã vạch DNA không hẳn là chiếc chìa khóa vạn năng. Một số tác giả nhấn mạnh mã vạch DNA không thể cung cấp thông tin đủ tin cậy để phân loại ở mức độ cao hơn loài. Ngược lại, một số khác cho rằng nó không sử dụng được cho cấp độ loài, nhưng vẫn sử dụng được cho các nhóm phân loại cao hơn.

Nhiều người khẳng định mã vạch DNA đã đơn giản hóa quá mức công việc của nhà phân loại. Thậm chí, có tác giả nói thẳng rằng ý tưởng thay thế phân loại học truyền thống bằng mã vạch DNA đem lại "nhiều cái xấu hơn cái tốt". Những chỉ trích nặng lời như vậy vốn cực kỳ hiếm gặp trong đời sống khoa học.

Về mặt kỹ thuật, một số ý kiến nghi ngờ tính chính xác và khả năng áp dụng bao trùm của những trình tự DNA được chọn làm "mã vạch". Nhiều nghiên cứu cho thấy trình tự gene Co1 không cho kết quả khả quan khi xây dựng bộ mã vạch trên nấm và đề xuất một đoạn DNA khác - ITS - cho nhóm này. Đáng quan tâm là trước sự xuất hiện của mã vạch DNA, các nhà nghiên cứu đã có hàng thập kỷ tập trung vào định loại bằng các trình tự DNA ngắn trên nấm.

Mã vạch DNA đã đơn giản hóa quá mức công việc của nhà phân loại.

Giá trị của thư viện trình tự DNA sẽ là điểm yếu của ý tưởng mã vạch DNA thời gian tới. Một trình tự mới giải mã chỉ có ý nghĩa khi được so sánh với ngân hàng chứa các trình tự đã có, đủ hợp lệ để có thể so sánh một cách tin cậy và đủ lớn để đối chiếu.

Trong khi chờ đợi ngân hàng dữ liệu đó, các nỗ lực xây dựng mã vạch chỉ đơn thuần là bổ sung dữ liệu mà không có nhiều ứng dụng thuyết phục. Mặt khác, dữ liệu của BOLD cho thấy đến 2011 mới có 145.298 loài được mô tả mã vạch hợp lệ, so với 1.493.132 dữ liệu mã vạch được tải lên cơ sở dữ liệu, chứng tỏ sự phân bố nguồn lực không tối ưu.

Hiệu suất của ý tưởng "công nghiệp hóa" việc phân loại sinh vật bằng mã vạch cũng là điểm gây tranh cãi. Đối với rất nhiều nhà khoa học, do đa dạng sinh học trên thế giới phần lớn chưa được biết rõ, mã vạch DNA chỉ nêu ra sự tồn tại của một loài hay nhóm mới chứ không đủ quyền năng mô tả loài mới hoặc phân tích về định loại. Do đó, thay vì đẩy nhanh tiến trình nghiên cứu đa dạng sinh học, công cụ này chỉ làm tăng lượng công việc cho các nhà nghiên cứu.

Cho dù bị chỉ trích, mã vạch DNA vẫn là một trọng điểm nghiên cứu với số công bố ngày càng nhiều, không ít trong số đó có giá trị quan trọng.