Biến đổi gen là gì?

Biến đổi gen là gì? Biến đổi gen là quá trình thay đổi cấu trúc di truyền của một sinh vật. Điều này đã được thực hiện gián tiếp trong hàng ngàn năm bằng cách kiểm soát, hoặc chọn lọc, nhân giống cây trồng và động vật. Công nghệ sinh học hiện đại thông qua kỹ thuật di truyền dễ dàng hơn và nhanh hơn đã giúp việc nhắm mục tiêu một gen cụ thể để thay đổi sinh vật chính xác hơn.

Các thuật ngữ “sửa đổi” và “thiết kế” thường được sử dụng thay thế cho nhau trong ghi nhãn thực phẩm biến đổi gen hoặc “GMO”. Trong lĩnh vực công nghệ sinh học, GMO là viết tắt của sinh vật biến đổi gen, trong khi trong ngành công nghiệp thực phẩm, thuật ngữ này chỉ dành riêng cho thực phẩm được chế tạo có chủ đích và không được chọn lọc sinh vật. Sự khác biệt này dẫn đến sự nhầm lẫn giữa người tiêu dùng và do đó, Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) chọn thuật ngữ biến đổi gen (GE) cho thực phẩm.

Sơ lược về lịch sử biến đổi gen

Theo một bài báo của Gabriel Rangel, một nhà khoa học y tế công cộng tại Đại học Harvard, việc biến đổi gen bắt nguồn từ thời cổ đại, khi con người ảnh hưởng đến di truyền. Khi lặp đi lặp lại qua nhiều thế hệ, quá trình này dẫn đến những thay đổi mạnh mẽ trong loài.

Chó có khả năng là động vật đầu tiên được biến đổi gen một cách có chủ đích, với sự khởi đầu của nỗ lực đó có niên đại khoảng 32.000 năm, theo Rangel. Những con sói hoang dã đã gia nhập tổ tiên săn bắn hái lượm của chúng ta ở Đông Á, nơi những chiếc răng nanh được thuần hóa và được nhân giống để chúng ngoan ngoãn hơn. Trải qua hàng ngàn năm, con người lai tạo những chú chó với những đặc điểm và tính cách mong muốn khác nhau, cuối cùng dẫn đến nhiều loại chó mà chúng ta thấy ngày nay.

Cây biến đổi gen được biết đến sớm nhất là lúa mì. Cây trồng có giá trị này được cho là có nguồn gốc ở Trung Đông và Bắc Phi trong khu vực được gọi là Lưỡi liềm Màu mỡ, theo một bài báo năm 2015 được công bố trên Tạp chí Y học Cổ truyền và Bổ sung Mỹ. Nông dân cổ đại chọn lọc cỏ lúa mì bắt đầu khoảng 9000 trước Công nguyên. để tạo ra các giống thuần hóa với hạt lớn hơn và hạt cứng hơn. Đến năm 8000 trước Công nguyên, việc trồng lúa mì thuần hóa đã lan rộng khắp châu Âu và châu Á. Việc nhân giống lúa mì tiếp tục chọn lọc dẫn đến hàng ngàn giống được trồng ngày nay.

Ngô cũng đã trải qua một số thay đổi di truyền mạnh mẽ nhất trong vài nghìn năm qua. Cây trồng chủ lực này được lấy từ một loại cỏ được gọi là teosinte, một loại cỏ hoang dã với đôi tai nhỏ chỉ có một vài hạt nhân. Theo thời gian, nông dân chọn lọc nhân giống cỏ teosinte để tạo ra ngô có nhiều hạt.

Ngoài những cây trồng đó, phần lớn sản phẩm chúng ta ăn ngày nay – bao gồm chuối, táo và cà chua – đã trải qua nhiều thế hệ nhân giống chọn lọc, theo Rangel.

Công nghệ cắt và chuyển một đoạn DNA tái tổ hợp (rDNA) từ sinh vật này sang sinh vật khác được phát triển vào năm 1973 bởi Herbert Boyer và Stanley Cohen, các nhà nghiên cứu lần lượt tại Đại học California, San Francisco và Đại học Stanford. Hai nhà khoa học đã chuyển một đoạn DNA từ một chủng vi khuẩn sang một chủng khác, cho phép kháng kháng sinh ở vi khuẩn biến đổi. Năm sau, hai nhà sinh học phân tử người Mỹ, Beatrice Mintz và Rudolf Jaenisch, đã đưa vật liệu di truyền nước ngoài vào phôi chuột trong thí nghiệm đầu tiên để biến đổi động vật bằng kỹ thuật di truyền.

Các nhà nghiên cứu cũng đã sửa đổi vi khuẩn được sử dụng làm thuốc. Năm 1982, insulin người được tổng hợp từ vi khuẩn E.coli biến đổi gen, trở thành loại thuốc biến đổi gen người đầu tiên được FDA phê chuẩn, theo Rangel.

Thực phẩm biến đổi gen

Có bốn phương pháp chính của cây trồng biến đổi gen, theo Đại học bang Ohio:

1. Nhân giống chọn lọc: Hai chủng thực vật được giới thiệu và nhân giống để tạo ra con cái với các tính năng cụ thể. Từ 10.000 đến 300.000 gen có thể bị ảnh hưởng. Đây là phương pháp biến đổi gen lâu đời nhất và thường không được bao gồm trong danh mục thực phẩm GMO.
2. Đột biến: Hạt giống thực vật tiếp xúc với hóa chất hoặc phóng xạ nhằm làm biến đổi các sinh vật. Con cái có các tính trạng mong muốn được giữ và nhân giống thêm. Mutagenesis cũng thường không được bao gồm trong danh mục thực phẩm GMO.
3. Sự can thiệp RNA: Các gen không mong muốn riêng lẻ trong thực vật bị bất hoạt để loại bỏ bất kỳ đặc điểm không mong muốn nào.
4. Chuyển gen: Một gen được lấy từ một loài và được cấy vào một loài khác để giới thiệu một đặc điểm mong muốn.

Hai phương pháp cuối cùng được liệt kê được coi là các loại kỹ thuật di truyền. Ngày nay, một số cây trồng đã trải qua kỹ thuật di truyền để cải thiện năng suất cây trồng, khả năng chống lại sự phá hủy của côn trùng và khả năng miễn dịch đối với các bệnh thực vật, cũng như tăng giá trị dinh dưỡng, theo FDA. Trên thị trường, chúng được gọi là cây trồng biến đổi gen, hoặc biến đổi gen.

“Cây trồng biến đổi gen đã hứa hẹn rất nhiều trong việc giải quyết các vấn đề nông nghiệp”, Nitya Jacob, nhà khoa học cây trồng tại Đại học Oxford, Đại học Emory, Georgia, cho biết.

Cây trồng biến đổi gen đầu tiên được chấp thuận canh tác ở Mỹ là cà chua Flavr Savr vào năm 1994. (Để được trồng ở Mỹ, thực phẩm biến đổi gen phải được cả Cơ quan bảo vệ môi trường (EPA) và FDA chấp nhận). Cà chua mới có thời hạn sử dụng lâu hơn nhờ vào việc vô hiệu hóa gen khiến cà chua bắt đầu trở nên mềm hơn ngay khi chúng được hái. Cà chua cũng được hứa hẹn sẽ có hương vị tăng lên.

Ngày nay, bông, ngô và đậu nành là những cây trồng phổ biến nhất được trồng ở Hoa Kỳ, gần 93% đậu nành và 88% cây ngô được biến đổi gen, theo FDA. Nhiều loại cây trồng biến đổi gen, chẳng hạn như bông biến đổi, đã được thiết kế để chống côn trùng, giảm đáng kể nhu cầu thuốc trừ sâu có thể gây ô nhiễm nước ngầm và môi trường xung quanh, theo Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA).

Trong những năm gần đây, việc canh tác rộng rãi các loại cây trồng biến đổi gen đã ngày càng gây tranh cãi.

“Một mối quan tâm là tác động của GMO đến môi trường”, Jacob nói. “Ví dụ, phấn hoa từ cây trồng biến đổi gen có thể trôi dạt vào các cánh đồng của cây trồng không biến đổi gen cũng như vào quần thể cỏ dại, điều này có thể dẫn đến những sinh vật không biến đổi gen có được đặc điểm biến đổi gen do thụ phấn chéo.”

Một số ít các công ty công nghệ sinh học lớn đã độc quyền ngành công nghiệp cây trồng biến đổi gen gây khó khăn cho các nông dân quy mô nhỏ. Tuy nhiên, trong khi một số nông dân có thể mất việc, những người làm việc cho các công ty công nghệ sinh học có thể gặt hái những lợi ích kinh tế của việc tăng năng suất cây trồng và giảm chi phí thuốc trừ sâu, USDA cho biết.

Ghi nhãn thực phẩm GMO rất quan trọng đối với đa số người dân ở Hoa Kỳ. Những người rất ủng hộ việc dán nhãn GMO tin rằng người tiêu dùng sẽ có thể quyết định xem họ có muốn mua thực phẩm biến đổi gen hay không.

Tuy nhiên, Jacob cho biết, không có bằng chứng khoa học rõ ràng nào cho thấy GMO nguy hiểm cho sức khỏe con người.

Động vật và con người biến đổi gen

Ngày nay, vật nuôi thường được chọn lọc để cải thiện tốc độ tăng trưởng, khối lượng cơ bắp và khuyến khích kháng bệnh. Ví dụ, một số dòng gà được nuôi để lấy thịt đã được nhân giống để tăng nhanh hơn 300 phần trăm so với những năm 1960, theo một bài báo năm 2010 được công bố trên Tạp chí Giải phẫu Mỹ. Hiện tại, không có sản phẩm động vật nào trên thị trường ở Hoa Kỳ, bao gồm thịt gà hoặc thịt bò, được biến đổi gen, và do đó, không có sản phẩm nào được phân loại là sản phẩm thực phẩm GMO hoặc GE.

Trong nhiều thập kỷ qua, các nhà nghiên cứu đã biến đổi gen động vật trong phòng thí nghiệm để xác định cách thức mà công nghệ sinh học một ngày nào đó có thể giúp điều trị bệnh ở người và sửa chữa tổn thương mô ở người. Một trong những hình thức mới nhất của công nghệ này được gọi là CRISPR.

Công nghệ này dựa trên khả năng hệ thống miễn dịch của vi khuẩn sử dụng các vùng CRISPR và enzyme Cas9 để vô hiệu hóa DNA ngoại lai xâm nhập vào tế bào vi khuẩn. Kỹ thuật tương tự giúp các nhà khoa học có thể nhắm mục tiêu một gen hoặc nhóm gen cụ thể để sửa đổi.

Các nhà nghiên cứu đang sử dụng công nghệ CRISPR để tìm kiếm các phương pháp chữa trị ung thư và tìm và chỉnh sửa các đoạn DNA đơn lẻ có thể dẫn đến các bệnh trong tương lai ở một cá nhân. Liệu pháp tế bào gốc cũng có thể sử dụng kỹ thuật di truyền.

Trong một nghiên cứu gây tranh cãi, ít nhất một nhà nghiên cứu tuyên bố đã thử nghiệm công nghệ CRISPR trên phôi người với mục tiêu loại bỏ khả năng mắc một số bệnh nhất định (AIDS). Nhà khoa học đó đã phải đối mặt với sự giám sát khắc nghiệt và bị quản thúc tại quê nhà Trung Quốc trong một thời gian.

Tình trạng khó xử về đạo đức

Công nghệ có thể có sẵn, nhưng các nhà khoa học có nên theo đuổi các nghiên cứu chỉnh sửa gen ở người? Câu trả lời là tùy thuộc, Rivka Weinberg, giáo sư triết học tại Scripps College, nói.

“Khi nói đến một thứ như công nghệ [mới], bạn phải suy nghĩ về ý định và cách sử dụng khác nhau của nó”, Weinberg nói.

Phần lớn các thử nghiệm y tế cho các phương pháp điều trị sử dụng kỹ thuật di truyền được thực hiện với sự chấp nhận của bệnh nhân. Tuy nhiên, kỹ thuật di truyền trên thai nhi là một câu chuyện khác.

“Thử nghiệm trên các đối tượng của con người mà không có sự đồng ý của họ vốn đã có vấn đề”, Weinberg nói. “Không chỉ có rủi ro, [mà còn] những rủi ro không được vạch ra. Chúng ta thậm chí không biết mình đang gặp rủi ro gì”.

Nếu công nghệ thế hệ tiếp theo đã có sẵn và được chứng minh là an toàn, thì sự phản đối đối với việc thử nghiệm nó ở người sẽ là tối thiểu, Weinberg nói. Nhưng đó không phải là tất cả.

“Vấn đề lớn với tất cả các công nghệ thử nghiệm này là chúng là thử nghiệm”, Weinberg nói. “Một trong những lý do chính khiến mọi người kinh hoàng bởi nhà khoa học Trung Quốc đã sử dụng công nghệ CRISPR trên phôi là vì đây là giai đoạn thử nghiệm đầu tiên. Đây không phải là kỹ thuật di truyền. Bạn chỉ đang thử nghiệm chúng.”

Đại đa số những người đề xuất kỹ thuật di truyền nhận ra rằng công nghệ này chưa sẵn sàng để thử nghiệm trên người và nói rằng quy trình này sẽ được sử dụng tốt. Mục tiêu của chỉnh sửa gen, Jacob nói, “luôn luôn là để giải quyết các vấn đề hiện đang đối mặt với xã hội loài người”.