Chúng ta biết rằng
Công nghệ sinh học
(Biotechnology) và
Công nghệ thông tin
(Informatic
technology) được coi
là làn sóng thứ năm
trong lịch sử phát
triển của khoa học
và công nghệ. Công nghệ sinh
học (CNSH) có 3 cấp
độ khác nhau:
CNSH truyền thống
như các hoạt động
chế biến thực phẩm
(rượu, giấm , sữa
chua, dưa chua, cà
muối, pho-mát,
tương, nước mắm, men
bánh mì...), ủ phân,
phơi ải đất, diệt
khuẩn và ức chế vi
sinh vật có hại...
CNSH cận đại
với việc sản xuất ở
quy mô công nghiệp
các sản phẩm của
công nghệ lên men,
công nghệ vi sinh
vật (cồn, bia, dung
môi hữu cơ, bột ngọt
và các acid amin
khác, acid citric và
các acid hữu cơ
khác, chất kháng
sinh, nhiều vitamin,
các loạin vaccin,
kháng độc tố, các
kit chẩn đoán
bệnh truyền nhiễm,
thuốc trừ sâu sinh
học, phân bón sinh
học...). CNSH
hiện đai chỉ
mới xuất hiện trong
vài thập kỷ gần đây.
CNSH hiện
đại
sử
dụng các kỹ thuật
trao đổi, sửa chữa,
tổ hợp hoặc cải tạo
vật chất di truyền ở
mức độ phân tử để
tạo ra những loại
vi sinh vật mới hoặc
bắt các sinh vật này
tạo ra các protein
hay các sản phẩm
khác mà vốn dĩ chúng
ta không tạo ra
được.
CNSH hiện đại bao
gồm các lĩnh vực
Công nghệ di truyền
(Genetic
engineering,
Công nghệ tế bào (Cell
engineering),
Công nghệ vi sinh
vật/Công nghệ lên
men (Microbial
engineering/Fermentation
engineering),
Công nghệ
enzym/protein (Enzym/Protein
engineering) và
CNSH môi trường (Environmental
biotechnology)
Cũng cần
phân biệt Công
nghệ sinh học
nói chung (Biotechnology)
với Công nghiệp
sinh học (Bioindustry).
Công nghiệp sinh
học đòi hỏi phải
tạo các sản phẩm
theo quy mô công
nghiệp. Quy mô này
có khi cần đến những
hệ thống nồi lên men
dung tích lớn ( Công
ty Vedan-Việt Nam
đang sử dụng 12 nồi
lên men, mỗi nồi có
dung tích tới 700
000 lít, các Công ty
bia cũng đang sử
dụng các nồi lên men
rất lớn), nhưng
cũng có khi chỉ cần
sử dụng những hệ
thống lên men trung
bình (như sản xuất
thuốc kháng sinh,
enzym, vaccin...),
thậm chí chỉ cần các
nồi lên men nhỏ
(dung tích 10-75
lít, để sản xuất một
số protein có giá
trị chữa bệnh hay
chẩn đoán bệnh...).
Nhìn sang
các nước khác chúng
ta thấy CNSH Việt
Nam còn đi sau một
khoảng cách khá xa.
Trung Quốc đã có
những giống lúa lai
cho sản lượng tới 15
tấn/ha/vụ (!), có
những giống ếch mỗi
năm đẻ trứng 8 lần,
mỗi lần có thể sinh
ra tới 40-60 nghìn
trứng (!). Đài Loan
có thể tạo ra những
giống hoa hồng trên
100 cánh hoa/1 hoa
và 350 hoa trên 1
gốc (!). Một Viện
nghiên cứu CNSH ở
Quảng Châu mà có thể
sản xuất tới 70 sản
phẩm khác nhau. Họ
không cần nhận quỹ
lương từ nhà nước mà
lại có thể trả lương
cao cho cán bộ, nhân
viên. Nhật Bản có
nền CNSH hiện đại và
tạo ra rất nhiều sản
phẩm có giá trị xuất
khẩu cao. Có lần đến
thăm Tập đoàn KAO
tôi không thể không
kinh ngạc khi thấy
các phòng nghiên cứu
của một tập đoàn tư
nhân mà to như
một...thị trấn (!).
Chỉ cần sản xuất
được men
cellulase
và đưa vào bột giặt
(làm bung lớp mỏng
bên ngoài mỗi sợi
vải để giải phóng
các chất bẩn) đã đủ
làm cho bột giặt KAO
nổi tiếng thế giới.
Mặc dầu đã có một
nền CNSH rất phát
triển vậy mà để tạo
sức bật cho tương
lai Nhà nước và các
Công ty tư nhân Nhật
Bản đã xây dựng cả
một khu nghiên cứu
CNSH hiện đại tại
một thị trấn hoàn
toàn mới ở gần
Chiba. Viện nghiên
cứu NITE của trung
tâm này có một kho
lưu giữ nguồn gen vi
sinh vật lớn đến vài
chục vạn chủng. ATCC
(Bảo tàng giống
chuẩn vi sinh vật
Mỹ) cũng làm tôi
sửng sốt khi thấy có
tới các Phòng thí
nghiệm hiện đại rộng
tới 9000m2
trên một không gian
gần 32000m2
và với một đội ngũ
các nhà khoa học rất
lành nghề. Vậy mà
ATCC lại là một tổ
chức phi lợi nhuận
tư nhân (nonprofit
privately-held
company). Tiền bán
giống và các chế
phẩm sinh học được
dùng để trang trải
cho mọi chi phí và
cho sự phát triển
nhanh chóng của
ATCC.. Hiện tại ATCC
đang bảo quản trong
điều kiện siêu lạnh
(trong nitơ lỏng) và
trong đông khô vài
vạn chủng vi sinh
vật , ngoài ra còn
có 75 dòng tế bào và
400 loại hạt giống
đã đăng ký sáng chế.
Các nhà khoa học tại
ATCC đang lưu giữ
các nguồn gen quý
giá không chỉ cho
nước Mỹ mà cho toàn
nhân loại, vì bất kỳ
ai muốn đăng ký mua
chủng nào, hạt
giống nào cũng được
(qua E-mail: news
@ atcc.org).
Công
nghệ gen
Công nghệ gen
CN di truyền còn
gọi là CN gen,
Kỹ thuật tái tổ
hợp ADN (DNA
recombination )
thực hiện việc
chuyển gen để
tạo ra các tế
bào hoặc cá thể
mang các gen mới
nhằm tạo ra
những vật chất
cần thiết cho
con người.
Đó là
những thành tựu
kỳ diệu nhằm
giúp chẩn đoán,
cứu chữa hoặc
phòng ngừa các
bệnh hiểm nghèo,
chẳng hạn như
việc sản xuất ở
quy mô công
nghiệp insulin (
dùng cho bệnh
nhân tiểu đường
), kích tố sinh
trưởng người (BN
lùn bẩm sinh ),
các loại
interferon
(chống virus và
ung thư ), các
nhân tố kích
thích tập lạc tế
bào (CSF), giới
tố bạch cầu
(IL), nhân tố
gây chết khối u
(TNF), nhân tố
sinh trưởng biểu
bì (EGF), nhân
tố sinh trưởng
tế bào nội bì
mạch máu (PDGF),
nhân tố sinh
trưởng chuyển
hoá (TGF), các
chemokin (C, CC,
CXC, CX3C), nhân
tố kích hoạt
plasminogen tổ
chức ( tPA ),
men urokinase
(UK),
pro-urokinase
(pro-UK ),
calcitonin, nhân
tố sinh trưởng
thần kinh (
NGF), enkephalin
(chữa bệnh thần
kinh), thymosin
(tăng cường miễn
dịch ),
hemopoietin
(chữa thiếu máu)
, protein huyết
tương (PP) ,
relaxin (hỗ trợ
sản phụ), nhân
tố đông tụ máu
(BCF), các loại
vaccin tái tổ
hợp ( phòng
chống viêm gan
B, viêm não Nhật
Bản, dịch tả,
sởi, bại liệt,
dại, sốt rét, lở
mồm long
móng...)
CN gen
tạo cơ sở điều
trị các bệnh di
truyền mà trước
đây hoàn toàn
chịu bó tay:
bệnh nhiễm sắc
thể thường, bệnh
NST giới tính,
hội chứng đa bội
thể, bệnh đa
gen, bệnh phân
tử, một số bệnh
ung thư...
CN gen
hỗ trợ hữu hiệu
cho việc chọn
giống cây trồng:
chọn giống đơn
bội, chọn giống
đa bội, tạo dưa
hấu không hạt,
chọn giống có
hiệu suất quang
hợp cao, chọn
giống mang gen
cố định đạm
(không cần phân
đạm), chọn giống
mang gen diệt
sâu hại ( hạn
chế sử dụng
thuốc trừ sâu),
chọn giống kháng
virus, chọn
giống giàu dinh
dưỡng, chọn
giống đề kháng
thuốc trừ cỏ...
GMO
CN gen
mở ra tiền đồ to
lớn trong việc
tạo ra các cây
trồng chuyển gen
( GMC=
Genetic
Modification
Containment hay
GMO
= Genetically
Modified
Organism):
Cây thuốc lá là
cây chuyển gen
đầu tiên được
đưa vào ứng dụng
(1983). Sau đó
là cây bông
kháng sâu và
kháng cỏ dại
(1986). Khi đó
chỉ mới có 5
loại GMC được
đưa ra thử
nghiệm. Đến năm
1992 số GMC đã
tăng lên đến 675
loại. Trong vòng
12 năm
(1987-1999)
riêng Hoa Kỳ đã
đưa vào thí
nghiệm đồng
ruộng 4779 loại
GMC (!). Diện
tích gieo trồng
GMC trên thế
giới vào năm
1995 là 1,2
triệu ha, năm
1996 là 2,84
triệu ha, năm
1997 là 12,55
triệu ha, năm
1998 là 27,80
triệu ha, năm
1999 là 39,9
triệu ha. Trong
tổng số diện
tích gieo trồng
GMC (1998) thì
Hoa Kỳ chiếm
72,8%,
Argentina-
15,3%; Canađa-
9,9%; Trung
Quốc- 0,7%;
Australia- o,4%;
Mexico- 0,4%;
các nước khác-
0,5%. Trong các
loại GMC thì đậu
tương chiếm
51,7%, ngô-
30,1%; bông-
9,1%; cải dầu-
8,7%; khoai tây-
0,3%. Về đặc
tính chuyển gen
thì chủ yếu nhằm
mục tiêu đề
kháng với thuốc
trừ cỏ- 71,0%;
đề kháng với sâu
hại- 27,6%; đề
kháng với cả
hai- 1,1%; chỉ
có 0,3% là nhằm
mục tiêu nâng
cao chất lượng
sản phẩm.
Các
nước hiện có
cách nhìn không
thống nhất về
GMC. Hoa Kỳ mở
rộng rất nhanh
chủng loại và
diện tích gieo
trồng GMC. Trung
Quốc thận trọng
hơn nhưng riêng
loại bông kháng
sâu hại cũng đã
được đưa ra diện
tích tới 5 triệu
mẫu TQ (15 mẫu
TQ = 1ha). Nhiều
nước Châu Âu
chống lại chủ
trương phát
triển các loại
GMC. Cũng có thể
còn do có cả các
lý do cạnh tranh
thị trường.
Chúng ta chủ
trương tôn trọng
các quy ước quốc
tế về an toàn
sinh học nhưng
mặt khác cũng
cần đẩy mạnh các
nghiên cứu và
ứng dụng trong
phạm vi có thể
kiểm soát được.
Về
công nghệ tế bào
các nước đều đã
sử dụng rộng rãi
kỹ thuật nuôi
cấy mô (tissue
culture) để tạo
ra các dòng cây
sạch bệnh (ví dụ
khoai tây sạch
virus) hoặc nhân
nhanh các giống
quý hiếm hay là
có giá trị kinh
tế cao (ví dụ
cây hông, cây
sung Mỹ , nhân
sâm, tam
thất...). Việc
nuôi cấy tế bào
(cell culture)
có thể dùng làm
nơi lưu giữ
nguồn gen, có
thể gây đột biến
để dùng trong
chọn giống. Việc
nuôi cấy tế bào
động vật còn để
dùng làm môi
trường sản xuất
nhiều loại
vaccin virus. Để
nuôi cấy tế bào
có thể dùng
phương pháp nuôi
cấy bề mặt, nuôi
cấy chìm, nuôi
cấy lắc, nuôi
cấy huyền phù,
nuôi cấy phân
đợt, nuôi cấy
liên tục, nuôi
cấy phân đoạn-
liên tục, nuôi
cấy fedbatch...
Sử
dụng kỹ thuật
dung hợp tế bào
(cell fusion) có
thể tạo ra một
tế bào lai,
thông qua kỹ
thuật nuôi cấy
mô có thể tạo ra
một cây lai khác
loài, ví dụ cây
khoai-cà
(pomate) trên
mặt đất cho quả
cà chua, dưới
mặt đất cho củ
khoai tây (!).
Trong
công nghệ tế bào
cần chú ý đến
thành quả đột
xuất về chuyển
nhân (nuclear
transplantation)
và
sự ra đời con
cừu Dolly của
Wilmut vào năm
1997. Đó là
thành công mở
đầu của việc
sinh sản vô tính
(cloning) một
động vật có vú.
Về sau các nhà
khoa học khác đã
liên tiếp tạo ra
bằng phương pháp
sinh sản vô tính
này các con
chuột, dê, cừu,
bò, lợn…
Nếu
thành công trong
việc chuyển vào
lợn những gen
của người để
chống lại sự đào
thải sau khi
ghép phủ tạng
rồi cho sinh sản
vô tính để tạo
ra hàng loạt các
con lợn quý giá
này thì hoàn
toàn có thể mở
ra một tiền đồ
rộng lớn trong
việc dùng phủ
tạng của lợn
(thận, gan,
tim...) để ghép
cho người bệnh.
Người
ta cũng đã thành
công trong việc
nuôi cấy các tế
bào gốc của phôi
thai (embryonic
stem cell) và
dùng chúng vào
các mục tiêu
điều trị các
bệnh hiểm nghèo
, kể cả các bệnh
di truyền.
Công nghệ
enzym/protein
Về
công nghệ
enzym/protein
người ta đã sử
dụng thành công
kỹ thuật
enzym
bất động
(immobilized
ezyme) hoặc tế
bào bất động (immobilized
cell) để sản
xuất ở quy mô
công nghiệp các
sản phẩm được
tạo thành nhờ
hoạt động xúc
tác của enzym.
Nhờ sử dụng công
nghệ gen người
tacó thể tạo ra
khả năng sản
sinh một enzym
mới nhờ vi khuẩn
hoặc nấm men
hoặc là nâng cao
thêm lên nhiều
lần hoạt tính
sản sinh enzym
của chúng.
Sản
phẩm CNSH có giá
trị thực tiễn
rất lớn và vì
vậy đã đem lại
những nguồn
doanh thu khổng
lồ cho các Công
ty CNSH ở nhiều
nước. Sau khi
sản xuất thành
công insulin vào
năm 1982 đến nay
cơ quan FDA của
Hoa Kỳ đã cho
phép sản xuất
mới trên 50 loại
dược phẩm tái tổ
hợp gen. Hiện
nay ở Hoa Kỳ đã
có trên 1300
Công ty CNSH,
Châu Âu có 700
Công ty CNSH.
Năm 1996 doanh
thu chỉ riêng về
các dược phẩm
tái tổ hợp gen ở
Hoa Kỳ đã đạt
tới 8 tỷ USD,
mõi năm bình
quân tăng 13% và
dự kiến doanh
thu vào năm 2006
là 25 tỷ USD
(!). Nhật Bản
vào thời điểm
1996 doanh thu
về các dược phẩm
tái tổ hợp gen
đã đạt đến 489,1
tỷ Yen, chiếm
25% tổng doanh
thu về các sản
phẩm CNSH. Tại
Hoa Kỳ năm 2000
doanh thu chỉ
riêng các sản
phẩm CNSH nông
nghiệp đã đạt
đến 11-15 tỷ USD
(!)
Công nghệ sinh học
nano
Công nghệ sinh học
còn cần sớm tiếp cận
với Công nghệ
sinh học nano
(Nanobiotechnology)
. Đó là việc tạo ra
các thiết bị hiển vi
có thể đưa vào mọi
nơi trong cơ thể để
tiêu diệt virus và
các tế bào ung thư,
tạo ra hàng trăm các
dược phẩm mới từ các
vi sinh vật mang ADN
tái tổ hợp
(recombinant ADN),
tạo ra các protein
truyền cảm (sensor)
có thể tiếp nhận các
tín hiệu của môi
trường sống, tạo ra
các động cơ sinh học
mà phần di động được
chỉ có kích cỡ phân
tử protein, tạo ra
các chip sinh học
(biochip) và tiến
tới khả năng tạo ra
các máy tính sinh
học (biocomputer)
với tốc độ truyền
đạt thông tin như
não bộ (!). Riêng
thị phần Công nghệ
sinh học nano đến
năm 2010 vào khoảng
300 tỷ USD (theo Ian
J.Mehr, 2002).
Nước ta có
nguồn gen sinh học
đa dạng vào loại
nhất thế giới; có
rất nhiều tiềm năng
để phát huy thế mạnh
của nghề nông, nghề
rừng, nghề biển; có
phong phú các nguồn
nguyên liệu cho công
nghệ lên men (rỉ
đường, tinh bột,
cellulose và
lignin...). Chúng ta
có trí thông minh
chẳng thua kém ai
nhưng nếu được tổ
chức lại thì trí
thông minh ấy mới có
thể biến thành sức
mạnh.
Đề
nghị:
Tôi xin mạnh dạn đề
xuất 5 kiến nghị cụ
thể sau đây:
-Cần coi các Trường
Đại học Quốc gia và
các Trường Đại học
trọng điểm là nguồn
đào tạo chủ yếu cán
bộ có trình độ Đại
học và trên Đại học
về CNSH. Cần nâng
cao chất lượng các
giáo trình và điều
kiện thực hành cho
sinh viên chuyên
ngành CNSH. Cần ưu
tiên các học bổng du
học cho CNSH.
-Chấn chỉnh lại các
Phòng thí nghiệm
trọng điểm theo
hướng tách khỏi hoạt
động của các Viện
lớn và thu hút về
đây nhiều nhân tài
đã được đào tạo sâu
ở nước ngoài nhưng
đang tản mát tại các
cơ quan khác. Có chế
độ hợp tác mật thiết
với các Trường Đại
học trong nghiên cứu
khoa học và trong
việc đào tạo sinh
viên , nghiên cứu
sinh tại các Phòng
thí nghiệm này.
-Nhà nước giao trách
nhiệm cụ thể về từng
vấn đề ưu tiên trong
CNSH cho từng đơn vị
và tạo đủ điều kiện
để hoàn thành trong
một thời hạn nhất
định. Cần có biện
pháp dân chủ để lựa
chọn đúng vấn đề và
đúng đối tượng được
giao trách nhiệm.
- Về các nghiên cứu
ứng dụng và triển
khai CNSH cần áp
dụng chế độ cho vay
kinh phí và nếu sau
thời hạn đăng ký mà
không thành công
phải xuất toán 100%,
ngược lại nếu thành
công sẽ được thưởng
thêm một cách tương
xứng.
-Đề nghị cho thành
lập Viện Vi sinh vật
học, trong đó có Bảo
tàng Quốc gia lưu
giữ nguồn gen vi
sinh vật.
GS.TS.
Nguyễn Lân
Dũng
PCT thường trực
Hội Các ngành Sinh
học VN
Tổng thư ký Hội Vi
sinh vật học VN sinh vật học VN sinh vật học VN
Bài
đọc thêm
|