Chặn đứng hiểm họa vũ khí sinh học

95

Vắc-xin DNA nhanh là vũ khí mới nhất để ngăn chặn các cuộc tấn công sinh học. Trong trường hợp xảy ra thảm họa đó, các nhà khoa học có thể phát triển vắc-xin mới và sản xuất trong ngày để hạn chế sự lây lan của virus.

John Nelson (áo khoác xanh) là nhà sinh vật học phân tử thuộc phòng thí nghiệm GE. Nguồn ảnh: GE Global Research.

 

Tổ chức Y tế Thế giới tuyên bố bệnh đậu mùa đã bị xóa sổ vào năm 1979. Tuy nhiên, giới quân sự và các nhà hoạch định y tế công cộng vẫn lo ngại về khả năng variola – loại virus gây ra căn bệnh chết người này – có thể tồn tại dưới dạng vũ khí sinh học được sản xuất từ các phòng thí nghiệm. Phiên bản vũ khí hóa của virus này có thể kháng các loại vắc-xin hiện có và sẽ gây nguy hiểm cho hàng tỷ người. Nếu có tấn công sinh học bằng loại vũ khí này, các nhà khoa học sẽ chỉ có vài giờ đồng hồ để tìm ra thuốc mới và sản xuất với số lượng lớn. Phương pháp sản xuất vắc-xin truyền thống dựa trên loại virus đã bị vô hiệu hóa và sinh sôi trong tế bào động vật sẽ cần nhiều tháng. Với thời gian dài như vậy, phương pháp này không hiệu quả trước các cuộc tấn công bất ngờ.

Nhờ có những thành tựu khoa học tiên tiến, các nhà nghiên cứu nay đã có thêm nhiều công cụ mới để phản ứng nhanh nhạy hơn. Một trong số đó là vắc-xin DNA, phương pháp sử dụng các mẩu nguyên liệu gen để báo động và chỉ điểm thể sinh bệnh cho hệ thống miễn dịch của cơ thể. Quá trình sản xuất vắc-xin này nhanh tới mức các nhà khoa học cho rằng họ có thể sản xuất kịp để tiêm cho binh lính. Thậm chí, họ đã phát triển cả loại “súng gen” để “bắn” vắc-xin DNA vào cơ thể binh lính mà không gây đau đớn.

Tốc độ phát triển và sản xuất vắc-xin này là kết quả của công nghệ xác định trình tự gen nhanh, giúp phân tích đoạn gen thay thế – DNA hoặc RNA – của virus, làm rõ trình tự đoạn gen để hệ miễn dịch xác định và vô hiệu hóa virus. Cách làm này được coi như cách bắn thẳng vào “hồng tâm” của virus.

Các đoạn gen nói trên thường mã hóa nên bề mặt protein tạo nên vỏ bảo vệ virus. Virus đậu mùa được biết đến với vỏ protein cực kỳ bền vững. Quân đội sẽ được tiêm vắc-xin với các đoạn nguyên liệu gen và chỉ vài ngày sau, hệ miễn dịch của họ sẽ học được cách tấn công bề mặt protein của loại virus mới.

“Tôi tự hỏi: Có thể dùng kỹ thuật enzyme kiểu gì cho một mẫu DNA để sao chép nó?” John Nelson nói. Nguồn ảnh: GE Global Research

 

Trong kịch bản bị tấn công sinh học như vậy, một bước then chốt vẫn cần được nghiên cứu là cách sản xuất từ số lượng nhỏ mẫu của các đoạn gen đến khối lượng đủ lớn để phục vụ điều chế hàng loạt; con số đó có thể lên đến hàng tỷ liều. Hiện nay, sản xuất DNA trong môi trường vi sinh phải mất hàng tuần đến hàng tháng. Tháng Một năm nay, Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đã cấp US$4,7 triệu cho GE Global Research Center ở Niskayuna, New York để nghiên cứu phương pháp điều chế nhanh hơn.

Bộ Quốc phòng rất quan tâm tới chuyên môn của GE trong việc “khuếch đại” DNA: tăng số lượng DNA trong một mẫu bằng cách tổng hợp, giúp thực hiện nhiều thí nghiệm trên chính mẫu đó. John Nelson, nhà sinh vật học phân tử thuộc phòng thí nghiệm GE, đã phát triển một kỹ thuật chủ chốt để khuếch đại số lượng DNA hồi cuối thập niên 1990. Lúc đó, ông và một số nhà sinh vật khác đang làm việc cho Dự án Bản đồ gen Người (Human Genome Project), nghiên cứu cách đơn giản hóa quá trình nuôi cấy tế bào trong môi trường vi sinh, phân mở chúng để lấy được khối lượng gen nhằm xác định trình tự DNA. Khi đó quá trình này vẫn còn rất phức tạp, đòi hỏi phải tách riêng các đoạn DNA cần nghiên cứu với phần còn lại của nhân vi sinh trước khi xác định trình tự.

Nelson tự hỏi, thay vì nuôi tế bào để sao chép dải DNA, tại sao không sử dụng quá trình sao chép DNA bên trong tế bào rồi đưa ra ống nghiệm? Có thể dùng kỹ thuật enzyme kiểu gì cho một mẫu DNA để sao chép nó? Sau nhiều thử nghiệm, Nelson cuối cùng đã có được một loại DNA dày đặc đến mức nó không còn là chất lỏng mà có dạng như silicon dẻo. Phương pháp của ông đã tạo ra “rất nhiều DNA” đến mức “không thể hút hết chúng bằng ống nghiệm”.

Đó là một trong những trải nghiệm “eureka” đầu tiên trong sự nghiệp của Nelson. Theo ông, “là một nhà khoa học, bạn sống cho những khoảnh khắc như vậy”.

Nelson đã nhận được bằng sáng chế cho kỹ thuật “in nén” gen này. Kỹ thuật này được gọi như vậy bởi nó giúp việc sao chép DNA dễ dàng và nhanh gọn như việc bấm tổ hợp control-P trên bàn phím máy tính. Kỹ thuật này đang được ứng dụng trong vô số dự án của GE và khách hàng.

Trong dự án của Bộ Quốc phòng, GE sẽ chứng minh rằng việc nhanh chóng điều chế số lượng lớn DNA cho vắc-xin phòng bệnh là hoàn toàn khả thi. Nhóm nghiên cứu sẽ đo lường và so sánh chất lượng DNA sản xuất bằng phương pháp in nén của GE với DNA sản xuất bằng phương pháp cổ điển.

Nelson nói: “Mục tiêu của dự án là chứng minh với Bộ Quốc phòng rằng DNA tổng hợp có chất lượng không kém gì, thậm chí còn tốt hơn loại của Bộ và có thể được điều chế chỉ trong một ngày”.

Theo Fred Guterl

BÌNH LUẬN CỦA BẠN