Đây không phải là lần đầu tiên các nhà khoa học tạo ra chuột con từ hai cá thể bố. Trước đó, vào năm 2023, một nhóm nghiên cứu tại Nhật Bản cũng đã đạt được thành tựu này nhưng bằng một phương pháp khác. Tuy nhiên, nghiên cứu mới, được công bố trên tạp chí Cell Stem Cell vào ngày 28/1, không chỉ chứng minh chuột con có thể sống đến trưởng thành mà còn giúp khám phá sâu hơn về một nhóm gen phức tạp liên quan đến cơ chế di truyền đặc biệt – các gen in dấu (imprinting genes). Khi xảy ra vấn đề với nhóm gen này, con người có thể mắc các rối loạn di truyền như hội chứng Angelman.
Giáo sư Keith Latham, chuyên gia về khoa học động vật và sinh sản tại Đại học Bang Michigan, nhận xét: "Tôi rất ấn tượng với nghiên cứu này. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc hiểu rõ hơn về cơ chế di truyền in dấu."
Cách chỉnh sửa gen giúp tạo ra chuột con từ hai bố
Trong nghiên cứu năm 2023, các nhà khoa học Nhật Bản đã thu thập tế bào da từ chuột đực trưởng thành, sau đó biến đổi chúng thành tế bào gốc có khả năng phát triển thành trứng. Họ sử dụng một kỹ thuật đặc biệt để đảm bảo các tế bào trứng này có hai nhiễm sắc thể X – đặc điểm thường có ở cá thể cái. Sau đó, những trứng này được thụ tinh bằng tinh trùng của chuột đực, tạo ra chuột con chỉ có gen từ bố.
Trong nghiên cứu mới tại Trung Quốc, nhóm nghiên cứu áp dụng một phương pháp khác. Họ bắt đầu bằng cách loại bỏ ADN của một tế bào trứng chưa trưởng thành (oocyte) lấy từ chuột cái. Tiếp theo, họ đưa tinh trùng vào trứng để tạo ra một loại tế bào gốc đặc biệt, chỉ xuất hiện trong phôi thai. Những tế bào gốc này, cùng với tinh trùng của chuột đực, tiếp tục được tiêm vào một tế bào trứng thứ hai, tạo ra hợp tử có ADN từ hai cá thể bố.
Một bước quan trọng trong nghiên cứu là nhóm khoa học đã chỉnh sửa 20 gen in dấu trong ADN của tế bào gốc. Các gen in dấu có đặc điểm đặc biệt: mỗi cá thể nhận hai bản sao – một từ bố và một từ mẹ – nhưng chỉ cần một bản sao hoạt động. Trong mỗi tế bào, một bản sao sẽ bị "tắt" đi, trong khi bản sao còn lại vẫn hoạt động. Nếu quá trình này bị lỗi, có thể gây ra các rối loạn phát triển nghiêm trọng.
Khi thử nghiệm tạo phôi từ hai bố, vấn đề lớn xảy ra là quá nhiều gen từ bố hoạt động đồng thời, trong khi không có gen từ mẹ để cân bằng. Điều này dẫn đến những bất thường trong sự phát triển. "Phương pháp của chúng tôi nhắm trực tiếp vào các gen in dấu, vì chúng được cho là nguyên nhân chính tạo ra rào cản sinh sản ở cặp bố-bố," tiến sĩ Zhi-kun Li, đồng tác giả nghiên cứu, cho biết.
Bước tiến lớn nhưng vẫn còn nhiều thách thức
Trước đây, nhóm của Li từng thử nghiệm chỉnh sửa chỉ 7 vị trí gen in dấu, nhưng chuột con sinh ra bị dị tật và không thể sống sau khi chào đời. Những con chuột này gặp các vấn đề như thoát vị rốn, lưỡi phì đại và nội tạng phát triển quá mức. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã dần xác định nguyên nhân của từng vấn đề và tăng số lượng chỉnh sửa gen lên 18. Kết quả, chuột con có thể sống nhưng cần được hỗ trợ bú mẹ trong giai đoạn sơ sinh. Khi tăng lên 19 chỉnh sửa, chúng gặp vấn đề trong quá trình hình thành nhau thai nhưng vẫn có thể phát triển sau khi sinh. Cuối cùng, với 20 chỉnh sửa gen, vấn đề nhau thai được giải quyết hoàn toàn, giúp chuột con phát triển tương đối bình thường.
Điều thú vị là quá trình tạo ra chuột từ hai mẹ (bimaternal) lại ít gặp rào cản hơn so với từ hai bố. Trong các nghiên cứu trước đó, chuột con từ hai mẹ có thể phát triển khỏe mạnh với ít chỉnh sửa gen hơn. Ngoài ra, hiện tượng sinh sản đơn tính (parthenogenesis) – khi trứng có thể tự phát triển thành phôi mà không cần tinh trùng – cũng đã được quan sát thấy ở một số loài động vật trong tự nhiên.
Dù đạt được thành công đáng kể, các nhà nghiên cứu vẫn thừa nhận chuột con từ hai bố chưa hoàn toàn khỏe mạnh. Theo giáo sư Kotaro Sasaki từ Đại học Pennsylvania, mặc dù chỉ cần chỉnh sửa 20 gen trong hàng trăm gen in dấu để giúp chuột phát triển tương đối bình thường, nhưng chúng vẫn có tuổi thọ ngắn hơn chuột bình thường và đặc biệt là bị vô sinh. Trong khi đó, những con chuột con từ hai bố do nhóm Nhật Bản tạo ra lại có khả năng sinh sản.
Triển vọng tương lai
Tiến sĩ Li cho biết nhóm nghiên cứu đang tiếp tục cải tiến kỹ thuật chỉnh sửa gen để tạo ra những con chuột khỏe mạnh hơn. Ông tin rằng nếu điều chỉnh thêm một số gen in dấu, có thể giải quyết hoàn toàn các vấn đề còn tồn đọng. Nhóm cũng dự định thử nghiệm phương pháp này trên các loài động vật khác để đánh giá mức độ hiệu quả.
Về mặt ứng dụng, nghiên cứu này có thể giúp con người hiểu rõ hơn về các rối loạn in dấu, từ đó phát triển phương pháp điều trị bằng chỉnh sửa gen. Theo giáo sư Latham, ngoài việc hỗ trợ y học, nghiên cứu này còn có thể được áp dụng trong ngành chăn nuôi để cải thiện chất lượng vật nuôi.
Tuy nhiên, đối với con người, các chuyên gia cho rằng còn quá sớm để áp dụng kỹ thuật này. "Chúng ta cần hiểu rõ hơn về lợi ích và rủi ro trước khi thử nghiệm trên người," giáo sư Latham nhấn mạnh. Giáo sư Sasaki cũng cho biết hiện vẫn còn nhiều rào cản công nghệ và đạo đức cần được giải quyết trước khi có thể tiến xa hơn trong ứng dụng lâm sàng.
Biên dịch: Thu Hoài
