Nhà sinh học tổng hợp Tom Knight từng nói: "Thế kỷ 21 sẽ là thế kỷ của kỹ thuật sinh học." Ông là một trong những người sáng lập ngành sinh học tổng hợp và là một trong năm nhà sáng lập của Ginkgo Bioworks, một công ty hàng đầu trong lĩnh vực này. Công ty đã được niêm yết trên Sở giao dịch chứng khoán New York vào ngày 18 tháng 9 và giá trị vốn hóa thị trường đạt 15 tỷ đô la Mỹ.
Lĩnh vực nghiên cứu của Tom Knight đã chuyển từ máy tính sang sinh học. Từ thời trung học, ông đã dành kỳ nghỉ hè để học máy tính và lập trình tại MIT, và sau đó cũng theo học tại MIT trong suốt thời gian học đại học và sau đại học.
Nhận thấy định luật Moore đã dự đoán giới hạn khả năng thao tác của con người đối với các nguyên tử silic, Tom Knight chuyển sự chú ý sang các sinh vật sống. "Chúng ta cần một cách khác để đặt các nguyên tử vào đúng vị trí… Hóa học phức tạp nhất là gì? Đó là hóa sinh. Tôi hình dung rằng bạn có thể sử dụng các phân tử sinh học, chẳng hạn như protein, có khả năng tự lắp ráp và kết tinh trong phạm vi cần thiết."
Việc sử dụng tư duy định lượng và định tính trong kỹ thuật để thiết kế các sản phẩm sinh học độc đáo đã trở thành một phương pháp nghiên cứu mới. Sinh học tổng hợp giống như một bước nhảy vọt trong tri thức nhân loại. Là một lĩnh vực liên ngành bao gồm kỹ thuật, khoa học máy tính, sinh học, v.v., năm khởi đầu của sinh học tổng hợp được xác định là năm 2000.
Trong hai nghiên cứu được công bố năm nay, ý tưởng thiết kế mạch điện dành cho các nhà sinh học đã giúp kiểm soát được sự biểu hiện gen.
Các nhà khoa học tại Đại học Boston đã chế tạo một công tắc chuyển đổi gen trong vi khuẩn E. coli. Mô hình này chỉ sử dụng hai mô-đun gen. Bằng cách điều chỉnh các tác động bên ngoài, sự biểu hiện gen có thể được bật hoặc tắt.
Cũng trong năm đó, các nhà khoa học tại Đại học Princeton đã sử dụng ba mô-đun gen để đạt được chế độ "dao động" trong tín hiệu mạch bằng cách sử dụng sự ức chế và giải phóng ức chế lẫn nhau giữa chúng.
Sơ đồ công tắc chuyển đổi gen
Hội thảo tế bào
Tại cuộc họp, tôi nghe mọi người bàn luận về "thịt nhân tạo".
Theo mô hình hội nghị trực tuyến, "hội nghị tự tổ chức" nhằm tạo điều kiện giao tiếp tự do, một số người vừa uống bia vừa trò chuyện: Có những sản phẩm thành công nào trong lĩnh vực "Sinh học tổng hợp"? Có người nhắc đến "thịt nhân tạo" thuộc Impossible Food.
Impossible Food chưa bao giờ tự gọi mình là một công ty "sinh học tổng hợp", nhưng điểm bán hàng cốt lõi phân biệt nó với các sản phẩm thịt nhân tạo khác - hemoglobin tạo nên mùi "thịt" đặc trưng của thịt chay - xuất phát từ công ty này khoảng 20 năm trước. Đây là một trong những lĩnh vực mới nổi.
Công nghệ được sử dụng là kỹ thuật chỉnh sửa gen đơn giản để cho phép nấm men sản xuất "hemoglobin". Theo thuật ngữ của sinh học tổng hợp, nấm men trở thành một "nhà máy tế bào" sản xuất các chất theo ý muốn của con người.
Điều gì khiến thịt có màu đỏ tươi và hương thơm đặc biệt khi ăn? Impossible Food cho rằng đó là do lượng "hemoglobin" dồi dào trong thịt. Hemoglobin có trong nhiều loại thực phẩm, nhưng hàm lượng đặc biệt cao trong cơ bắp động vật.
Do đó, hemoglobin được nhà sáng lập kiêm nhà hóa sinh Patrick O. Brown của công ty lựa chọn làm "gia vị chính" để mô phỏng thịt động vật. Để chiết xuất "gia vị" này từ thực vật, Brown đã chọn đậu nành vì rễ của chúng giàu hemoglobin.
Phương pháp sản xuất truyền thống đòi hỏi phải chiết xuất trực tiếp "hemoglobin" từ rễ đậu nành. Một kilogram "hemoglobin" cần đến 6 mẫu đất trồng đậu nành. Việc chiết xuất từ thực vật rất tốn kém, và Impossible Food đã phát triển một phương pháp mới: cấy gen có khả năng tổng hợp hemoglobin vào nấm men, và khi nấm men phát triển và sinh sản, lượng hemoglobin cũng sẽ tăng lên. Để dễ hình dung, điều này giống như việc để ngỗng đẻ trứng ở quy mô vi sinh vật.
Heme, một chất được chiết xuất từ thực vật, được sử dụng trong các loại bánh mì kẹp "thịt nhân tạo".
Các công nghệ mới giúp tăng hiệu quả sản xuất đồng thời giảm thiểu lượng tài nguyên thiên nhiên tiêu thụ trong quá trình trồng trọt. Vì nguyên liệu sản xuất chính là men, đường và khoáng chất, nên lượng chất thải hóa học rất ít. Xét cho cùng, đây thực sự là một công nghệ "làm cho tương lai tốt đẹp hơn".
Khi mọi người nói về công nghệ này, tôi cảm thấy đó chỉ là một công nghệ đơn giản. Trong mắt họ, có quá nhiều vật liệu có thể được thiết kế ở cấp độ gen theo cách này. Nhựa phân hủy sinh học, gia vị, thuốc và vắc-xin mới, thuốc trừ sâu cho các bệnh cụ thể, và thậm chí cả việc sử dụng carbon dioxide để tổng hợp tinh bột… Tôi bắt đầu hình dung ra những khả năng cụ thể mà công nghệ sinh học mang lại.
Đọc, viết và chỉnh sửa gen
ADN mang tất cả thông tin về sự sống từ nguồn gốc, và nó cũng là nguồn gốc của hàng ngàn đặc điểm của sự sống.
Ngày nay, con người có thể dễ dàng đọc trình tự DNA và tổng hợp trình tự DNA theo thiết kế. Tại hội nghị, tôi đã nghe nhiều người nói về công nghệ CRISPR, công nghệ đã đoạt giải Nobel Hóa học năm 2020. Công nghệ này, được gọi là "Kéo thần kỳ di truyền", có thể định vị và cắt DNA một cách chính xác, từ đó thực hiện chỉnh sửa gen.
Dựa trên công nghệ chỉnh sửa gen này, nhiều công ty khởi nghiệp đã ra đời. Một số sử dụng nó để giải quyết liệu pháp gen cho các bệnh khó chữa như ung thư và các bệnh di truyền, một số khác sử dụng nó để nuôi cấy nội tạng cho cấy ghép ở người và phát hiện bệnh tật.
Công nghệ chỉnh sửa gen đã nhanh chóng được ứng dụng thương mại, cho thấy triển vọng to lớn của công nghệ sinh học. Từ góc độ logic phát triển của chính công nghệ sinh học, sau khi việc đọc, tổng hợp và chỉnh sửa trình tự gen đã hoàn thiện, giai đoạn tiếp theo đương nhiên là thiết kế từ cấp độ gen để sản xuất các vật liệu đáp ứng nhu cầu của con người. Công nghệ sinh học tổng hợp cũng có thể được hiểu là giai đoạn tiếp theo trong sự phát triển của công nghệ gen.
Hai nhà khoa học Emmanuelle Charpentier và Jennifer A. Doudna đã giành giải Nobel Hóa học năm 2020 nhờ công nghệ CRISPR.
"Nhiều người đã bị ám ảnh bởi định nghĩa về sinh học tổng hợp… Một sự xung đột kiểu này đã xảy ra giữa kỹ thuật và sinh học. Tôi nghĩ rằng bất cứ điều gì phát sinh từ sự xung đột này đều bắt đầu được gọi là sinh học tổng hợp," Tom Knight nói.
Nếu nhìn trên trục thời gian, từ thuở sơ khai của xã hội nông nghiệp, con người đã sàng lọc và giữ lại những đặc điểm của động vật và thực vật mà họ mong muốn thông qua quá trình lai tạo và chọn lọc lâu dài. Sinh học tổng hợp bắt đầu trực tiếp từ cấp độ gen để tạo ra những đặc điểm mà con người mong muốn. Hiện nay, các nhà khoa học đã sử dụng công nghệ CRISPR để trồng lúa trong phòng thí nghiệm.
Một trong những người tổ chức hội nghị, nhà sáng lập Qiji, Lu Qi, đã nói trong video khai mạc rằng công nghệ sinh học có thể mang lại những thay đổi sâu rộng cho thế giới giống như công nghệ Internet trước đây. Điều này dường như xác nhận rằng tất cả các CEO Internet đều bày tỏ sự quan tâm đến khoa học sự sống khi họ từ chức.
Những ông trùm internet đều đang chú ý. Phải chăng xu hướng kinh doanh trong lĩnh vực khoa học sự sống cuối cùng cũng đã thành hiện thực?
Tom Knight (người đầu tiên từ trái sang) và bốn nhà sáng lập khác của Ginkgo Bioworks | Ginkgo Bioworks
Trong lúc ăn trưa, tôi nghe được một tin tức: Unilever tuyên bố vào ngày 2 tháng 9 rằng họ sẽ đầu tư 1 tỷ euro để loại bỏ dần nhiên liệu hóa thạch trong nguyên liệu thô sản xuất các sản phẩm sạch vào năm 2030.
Trong vòng 10 năm, các sản phẩm bột giặt, xà phòng và chất tẩy rửa quần áo do Procter & Gamble sản xuất sẽ dần dần áp dụng nguyên liệu thô từ thực vật hoặc công nghệ thu giữ carbon. Công ty cũng dành thêm 1 tỷ euro để thành lập một quỹ tài trợ nghiên cứu về công nghệ sinh học, carbon dioxide và các công nghệ khác nhằm giảm lượng khí thải carbon.
Những người báo tin cho tôi, cũng như tôi khi nghe tin, đều hơi ngạc nhiên về thời hạn chưa đến 10 năm: Liệu nghiên cứu và phát triển công nghệ có thể được hiện thực hóa hoàn toàn trong thời gian ngắn như vậy không?
Nhưng tôi hy vọng điều đó sẽ trở thành sự thật.
Thời gian đăng bài: 31/12/2021