Hack cơ thể

Trong một viễn cảnh hứa hẹn có thể sớm hack được cơ thể người, các nhà khoa học đã sử dụng mật mã máy tính để thay đổi cách thức các tế bào sống thể hiện.

ADN nhân tạo có thể được chèn vào vi khuẩn sống để phục vụ cho mục đích của con người – Ảnh: Shutterstock

Nỗ lực nhằm khai thác năng lượng của tế bào sống vừa tiến thêm một bước dài nhờ vào một phương pháp mới có thể cách mạng hoá ngành sinh học nhân tạo. Trong đó, sinh học nhân tạo là lĩnh vực nghiên cứu, theo đó các sinh vật sống có thể được thiết kế để thay đổi các chức năng, chẳng hạn như các dự án tạo ra siêu vật liệu, các sản phẩm “ăn” rác, hoặc thậm chí còn có thể “bơm” thuốc vào đúng nơi.

“Mạch điện” ADN

Theo báo cáo trên chuyên san uy tín Science, các chuyên gia của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT, Mỹ) đã có thể hack một tế bào sống nhờ vào việc sử dụng ngôn ngữ lập trình máy tính đơn giản, cho phép ngắt các chức năng của tế bào. Bằng cách xây dựng “mạch điện” ADN, bắt chước các mạch điện tử bình thường, các kỹ sư sinh học Mỹ đã có thể viết lại mật mã của vi khuẩn, thay đổi chức năng của chúng theo các ám hiệu của môi trường.

Cũng giống như viết phần mềm máy tính, họ đã có thể đặt mật mã những chức năng mới cho các tế bào dựa trên ngôn ngữ phần mềm đơn giản và biên dịch lại để biến chúng thành đoạn mã gien trước khi chuyển vào ADN của tế bào, theo Giáo sư Christopher Voigt thuộc MIT. Với việc thiết lập các “mạch điện” ADN, các kỹ sư sinh học có thể tạo ra những tế bào sẽ triển khai đúng các bước phù hợp với những tín hiệu từ môi trường. Ví dụ, nếu độ pH giảm qua một ngưỡng nào đó, công tắc gien sẽ được kích hoạt, từ đó kích thích việc sản xuất một protein cụ thể, như insulin. Trong thực tế, điều này có nghĩa là việc tiết ra insulin có thể được tắt/mở chỉ bằng thao tác thay đổi tính a xít của môi trường bên trong tế bào.

Điều khiển tế bào

Trong cuộc nghiên cứu mới, với việc dùng ngôn ngữ lập trình có sẵn gọi là Verilog, nhóm của MIT đã thiết kế các mạch logic và kế đến biến chúng thành những vòng lặp ADN gọi là plasmid, nhờ vào một hệ thống tên Cello. Các plasmid nhân tạo tiếp tục được chèn vào vi khuẩn E.coli, cũng tương tự như quy trình bổ sung thêm gien mới vào các vi sinh vật. Cách tiếp cận này đơn giản đến nỗi thậm chí những lập trình viên chưa hề có kinh nghiệm nào về gien di truyền vẫn có thể thiết kế mạch nhân tạo, tạo ra những chức năng mới cho tế bào chỉ bằng việc thiết kế mạch dựa trên chương trình có sẵn trên web, với chức năng chuyển đổi mật mã máy tính thành mã gien di truyền chức năng.

Khi thí nghiệm, đội ngũ chuyên gia MIT đã có thể thiết kế một chuỗi các cổng logic tạo những đường dẫn theo sau các tác động cụ thể, và sau đó chèn thành công vào ADN và chuyển sang vi khuẩn E.coli. Những mạch này có thể phát hiện các hợp chất khác nhau, chẳng hạn oxygen hoặc đường glucose, cũng như ánh sáng, nhiệt độ, độ a xít và những điều kiện môi trường.

Thêm vào đó, toàn bộ quá trình có thể được tùy chỉnh theo ý muốn của nhóm, có nghĩa là người dùng có thể bổ sung những chức năng khác. Một trong các mạch do nhóm MIT thiết kế bao gồm đến 7 công đoạn, được xem là mạch sinh học lớn nhất từng tạo ra trong điều kiện phòng thí nghiệm. Giáo sư Voigt cho hay thách thức chính khi thiết kế “mạch điện” ADN là làm sao không làm lập lại các mệnh lệnh một khi chèn vào tế bào, trong quá trình tế bào tiếp nhận cùng lúc nhiều dữ liệu khác nhau.

Phát hiện mới đã thiết lập nền tảng cho chuyên gia có thể dễ dàng viết những chức năng mới cho các tế bào sống, buộc chúng phải thực hiện những nhiệm vụ theo yêu cầu.

Phi Yến