Từ E. coli quen thuộc đến sinh vật tổng hợp Syn57

Chủng vi khuẩn mới được đặt tên là Syn57, vốn là một biến thể được "tái thiết kế" từ vi khuẩn E. coli - loài vi khuẩn nổi tiếng có thể gây ngộ độc thực phẩm khi chúng ta ăn phải đồ ăn chưa được nấu chín kỹ. Tuy nhiên, điểm đặc biệt ở Syn57 là hệ gen của nó đã được tinh chỉnh để loại bỏ bảy “mã lệnh” di truyền vốn tồn tại trong mọi dạng sống khác trên hành tinh.

Trong sinh học, những mã lệnh này được gọi là codon. Nó là các chuỗi gồm ba ký tự ADN hoặc ARN, đóng vai trò truyền đạt thông tin về cách sắp xếp axit amin, những “viên gạch” cơ bản cấu thành nên protein và sự sống.

Kể từ khi sự sống xuất hiện trên Trái đất, tất cả sinh vật đều sử dụng 64 codon chuẩn. Từ năm 1966, các nhà khoa học đã giải mã được cách mà từng codon tương ứng với tổng cộng 20 loại axit amin. Tuy nhiên, điểm thú vị là trong số 64 codon này, có nhiều cái mang tính dư thừa, lặp lại và không thực sự cần thiết. Điều này khiến giới nghiên cứu từ lâu đã đặt câu hỏi: Liệu chúng ta có thể tinh gọn lại hệ mã di truyền, tạo ra một dạng sống hiệu quả hơn?

Những bước tiến trong cuộc đua tái tạo sự sống

Câu chuyện này bắt đầu từ năm 2010, khi một nhóm 24 nhà nghiên cứu công bố đã chế tạo được tế bào vi khuẩn tổng hợp đầu tiên. Dù đây là bước ngoặt lịch sử, nhưng cấu trúc tế bào đó vẫn giữ nguyên toàn bộ 64 codon truyền thống.

Đến năm 2019, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Cambridge gây chấn động khi thành công giảm số lượng codon xuống còn 61 mà sự sống vẫn hoạt động bình thường. Thành tựu này được xem là “nỗ lực táo bạo nhất trong việc tạo ra một dạng sống tổng hợp hoàn toàn” cho đến lúc bấy giờ.

Nhưng Cambridge chưa dừng lại. Bằng việc áp dụng công nghệ tổng hợp ADN hiện đại, nhóm đã thực hiện hàng trăm nghìn chỉnh sửa trong hệ gen (chính xác là hơn 101.000 thay đổi) để khai sinh ra Syn57 với chỉ 57 codon. Với khả năng thiết kế hệ gen từ đầu, họ đã loại bỏ hoàn toàn những codon thừa, mở ra khả năng tạo ra những mã di truyền thay thế.

“Chúng tôi từng tự hỏi: Liệu đây có phải là ngõ cụt?”

Quá trình tạo ra Syn57 không hề đơn giản. Nhà nghiên cứu Wesley Robertson, đồng tác giả công trình tại Cambridge, kể lại rằng nhóm đã trải qua vô số lần hoài nghi, thậm chí tự hỏi liệu toàn bộ dự án có rơi vào bế tắc. Nhưng sau nhiều năm miệt mài, thành quả cuối cùng đã chứng minh một điều giản dị mà chấn động:

Syn57 đã tồn tại, phát triển và vận hành bình thường dù đã mất đi bảy codon vốn gắn liền với sự sống trong suốt hàng tỷ năm tiến hóa.

Ý nghĩa vượt ra ngoài phòng thí nghiệm

Việc chứng minh sự sống có thể thích nghi với bộ mã di truyền tinh gọn không chỉ là chiến thắng của công nghệ sinh học. Nó còn đặt ra hàng loạt câu hỏi mới:

• Liệu chúng ta có thể tiếp tục giảm bớt codon để tạo ra một dạng sống “tối giản” nhất?
• Liệu những sinh vật này có thể được ứng dụng trong y học, sản xuất thuốc, hoặc xử lý môi trường?
• Và sâu xa hơn, nếu sự sống có thể được viết lại bằng bộ mã khác, đâu sẽ là ranh giới giữa “tự nhiên” và “nhân tạo”?

Một số nhà khoa học cho rằng đây có thể là bước khởi đầu cho việc phát triển những dạng vi khuẩn được thiết kế riêng, có khả năng sản xuất protein mới, bền vững và hiệu quả hơn so với tự nhiên. Những protein này có thể mở đường cho các loại thuốc kháng sinh, vaccine hay vật liệu sinh học hoàn toàn mới.

Khi con người viết lại “ngôn ngữ của sự sống”

Từ góc nhìn triết học, Syn57 còn gợi nhắc đến một điều sâu sắc hơn: sự sống không phải bất biến, mà có thể được viết lại. Suốt hàng tỷ năm, tự nhiên đã phát triển một hệ thống di truyền “đủ tốt để tồn tại”. Nhưng giờ đây, con người đang thử nghiệm với khái niệm mới, “tốt hơn”.

“

Chúng tôi đã chứng minh rằng sự sống có thể hoạt động theo những cách mà tự nhiên chưa từng thử.

Tuyên bố chung của nhóm nghiên cứu đến từ ĐH Cambridge

Syn57 không chỉ là một vi khuẩn, mà là minh chứng cho khả năng của khoa học hiện đại: khả năng chạm vào nền tảng sâu thẳm nhất của sự sống và tái thiết kế nó.

Đó vừa là cơ hội, vừa là thách thức, khi nhân loại đứng trước câu hỏi lớn: Liệu chúng ta có nên - và sẽ đi bao xa - trong việc viết lại chính bản chất của sự sống?