Công nghệ sinh học
những cơ hội và thách thức
Hơn 6 tỉ người trên hành tinh chúng ta đang sống trong
những năm đầu của thế kỷ XXI. Theo dự báo, 25 năm tới trên
hành tinh giới hạn này, sẽ có thêm 2,3 tỉ người nữa. Có người
đã nói một cách hình tượng rằng, trong thế kỷ XXI dân số thế
giới sẽ tăng với tốc độ mỗi ngày một thành phố New york,
mỗi năm một nước Mexico, và có thể mỗi thập kỷ một nước
Trung hoa.
Việt Nam, theo số liệu tổng điều tra dân số 1/4/1999 có
76,325 triệu người và đang cố gắng để đến giữa thế kỷ 21
dân số Việt Nam vẫn chỉ vào khoảng 120-125 triệu người.
Làm thế nào để có đủ nước sạch, đủ lương thực thực
phẩm, đủ thuốc chữa bệnh, đủ năng lượng để thoả mãn
những nhu cầu sống tối thiểu của toàn nhân loại trên toàn
hành tinh chúng ta ?
Công nghệ Sinh học có thể góp phần đáng kể để giải
quyết vấn đề đã nêu. Vậy Công nghệ Sinh học là gì ?
Danh từ Công nghệ Sinh học lần đầu tiên được một nhà
kinh tế nông nghiệp Hungary Kark Ereky sử dụng năm 1919, để chỉ tất cả các quá trình sản
xuất các sản phẩm bằng cách bổ sung các cơ thể sống (vi sinh vật) vào các nguyên liệu thô.
Với quan niệm trên, Công nghệ Sinh học không phải chỉ là những qui trình hiện đại, mà
bao gồm cả những qui trình đã có từ hàng nghìn năm trước công nguyên (làm bia, rượu, bánh
mì, phomat v.v...). Tuy nhiên thời bấy giờ chỉ nhờ kinh nghiệm thuần tuý, người ta thường gọi
đó là CNSH cổ điển hoặc CNSH truyền thống.
Trong ba thập kỷ qua, nhờ những thành tựu to lớn của Sinh học phân tử (SHPT), Di
truyền học, Hoá sinh học, Vi sinh vật học, Tế bào học, nhân loại đã đạt được những bước tiến
nhảy vọt trong việc hiểu biết cơ chế phân tử của các quá trình sống. Nhờ vậy đã có thể khai
thác hệ thống sống theo một cách đặc biệt với phạm vi và đối tượng mở rộng hơn nhiều, đã tạo
ra CNSH hiện đại, sau đây sẽ được gọi tắt là CNSH. Có nhiều quan niệm, định nghĩa khác nhau
về CNSH, ở đây chúng tôi chỉ nêu một số quan niệm phổ biến:

truyền (GMO) và các sản phẩm của chúng. Đây là một vấn đề nổi cộm mà cả công chúng, cũng
như các nhà quản lý ở nhiều nước đang quan tâm, cả về mặt lợi ích cũng như vấn đề an toàn
sinh học, an toàn thực phẩm.
I. Những lợi ích và cơ hội mới
CNSH hiện đại sử dụng ở qui mô lớn, các kỹ thuật mới của Sinh học phân tử, Di truyền
học, Hoá sinh học, Vi sinh vật học, Tế bào học, nên đã có nhanh chóng tạo ra một lượng lớn
các sinh vật và sản phẩm mới, có những đặc tính quí giá phục vụ y học, nông lâm ngư nghiệp,
công nghiệp, các ngành công nghệ cao, nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm thiểu ô nhiễm môi
trường, cải thiện điều kiện lao động. Vì vậy giá trị tổng sản phẩm CNSH trên thị trường thế
giới tăng lên nhanh chóng: năm 1998 vào khoảng 16 tỉ đôla Mỹ và theo dự báo thì đến năm
2008 sẽ là 56 tỉ đôla Mỹ. Phần lớn các sản phẩm mới của CNSH có liên quan đến việc điều trị
và chẩn đoán bệnh cho người (hiện có khoảng 80 sản phẩm đã hoặc sắp đưa ra thị trường), rồi
đến các sản phẩm dùng trong nông nghiệp. Sản phẩm CNSH của Mỹ chiếm phần lớn trên thị
trường thế giới, năm 1998 là 12,4 tỉ đôla, chiếm 75%. Theo dự báo (6/1998) tổng giá trị các sản
phẩm CNSH của Mỹ bán trên thị trường thuộc các lĩnh vực khác nhau như sau:
I. Năm
1998 2003 2008
Lĩnh vực
(Triệu USD)
Điều trị bệnh cho người 9120 17900 31100
Chẩn đoán bệnh cho người 2100 3200 4500
Nông nghiệp 520 1500 3800
Các lĩnh vực khác 660 1400 2600
Tổng cộng 12400 24000 42000
Lợi ích to lớn dễ thấy của CNSH là đã tạo được các vi sinh vật có khả năng sinh tổng
hợp các chất (đặc biệt là các protein, enzim
(1)
) vốn chỉ có ở người và động vật. Do đó có thể sản
xuất nhanh chóng với giá thành hạ và có độ an toàn cao một số thuốc đặc trị, một số enzim
dùng trong y tế và công nghiệp.

động của các gen khác. Để khắc phục vấn đề này người ta đang nghiên cứu cách đưa gen “khoẻ
mạnh” vào như thế nào virut là đối tượng được lựa chọn để mang gen,sử dụng virut để đưa các
bản sao đã được biến đổi vào tế bào người, các thí nghệm ban đầu cho thấy có thể sửa chữa
được gen khuyết tật trong tế bào người.
ứng dụng CNSH trong sản xuất vác xin cũng đưa đến những bước đột phá mới, thay vì sử
dụng vi khuẩn hoặc virut bất hoạt hoặc chết, có thể sử dụng chỉ một hay một nhóm protein của
bề mặt vi khuẩn hay virut như là kháng nguyên. Tách gen mã hoá các protein này, đưa vào tế
bào vi sinh vật tạo các tế bào, vi sinh vật tái tổ hợp mang gen tổng hợp các protein ấy và có thể
sản xuất mộtlượng lớn protein kháng nguyên, bằng công nghệ lên men.
Đã thành công trong việc tạo các vi sinh vật sản xuất một số dược phẩm có bản chất
protein. Ví dụ: insulin để điều trị bệnh tiểu đường
(2)
(bắt đầu sử dụng cho người vào năm 1982);
intelơkin (interleukin - 4) và eritơropoietin (erythropoietin) trong điều trị bệnh ung thư ; interon
(interferon) kháng virút ; chất kháng tripxin (α
1
- antitrypsin) điều trị bệnh tràn khí.... Ngoài α
1
-
antitrypsin, một số protein ức chế proteinaz (PPI) khác đang được thế giới quan tâm để phát
triển thuốc mới, vì các chất này có triển vọng điều trị đặc hiệu nhiều bệnh hiểm nghèo kể cả
ung thư, AIDS.
Một số enzim trước đây được tách từ các mô động vật để điều trị bệnh, hiện nay cũng đã
được sản xuất ở qui mô công nghiệp nhờ các vi sinh vật đã được cải biến gen như: pepxin,
renin, catepxin-D, trombin, elastaz, v.v... .
(2)
B nh ti u ng (T ) l b nh khá ph bi n có th có nhi u bi n ch ng nguy hi mệ ể đườ Đ à ệ ổ ế ể ề ế ứ ể
d n n t vong. Trên th gi i c tính có kho ng h n 300 tri u ng i b T , có s li uẫ đế ử ế ớ ướ ả ơ ệ ườ ị Đ ố ệ
còn nêu con s l 2-4%. Theo c tính, s ng i b T M n 5-10% dân s ; ố à ướ ố ườ ị Đ ở ỹ đế ố ở
Canada v các n c Châu Âu v o kho ng 2-5% ; các n c Châu Phi, n , Indonesia t là ướ à ả ướ ấ Độ ỉ ệ

a/ Mô hình cấu trúc không gian của một
protein (MCoTI-II) tách từ hạt gấc Việt Nam,
có triển vọng ứng dụng trong y học và nông
nghiệp (Biochemistry 2000,
Vol 39: 5722-5730)
b/ Mô hình cấu trúc không gian của một
protein (MCoTI-II) tách từ hạt gấc Việt Nam,
có triển vọng ứng dụng trong y học và nông
nghiệp (Biochemistry 2001,
Vol 40: 7973-7983)
2. Trong công nghiệp
Sử dụng các kỹ thuật CNSH để sản xuất hàng loạt các chất vốn có trong thực phẩm tự
nhiên hoặc cải biến chúng (tinh bột không có amiloz, chất béo, nhiều axít béo không no v.v..)
theo hướng hấp dẫn hơn về mầu sắc, hương vị và đặc biệt là phù hợp với quan điểm dinh
dưỡng hiện đại cho từng đối tượng. CNSH có thể tạo các nguồn protein mới, thức ăn mới. Ví
dụ: sản xuất protein từ các tảo đơn bào và đặc biệt gần đây nhất đã sản xuất “thịt mới” không
phải từ động vật, mà bằng cách sử dụng protein của một loại nấm nhỏ (fungi) Fusarium
graminearum (lên men nấm này, tách protein của chúng) và chế biến thành sản phẩm trông
giống như thịt.
CNSH cũng đã sản xuất được nhiều enzim dùng trong các ngành công nghiệp khác nhau,
như công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm, công nghiệp da, công nghiệp dệt, công
nghiệp mỹ phẩm v.v.. . Các enzim này thường có những đặc tính mới, quí như độ bền cao (chịu
được nhiệt độ cao, chịu được môi trường kiềm, axít mạnh v.v..), giá thành thấp hơn khi tách
enzim từ mô động vật hoặc thực vật. Do đó có khả năng cạnh tranh lớn trên thị trường, mở rộng
phạm vi sử dụng và nâng cao hiệu quả ứng dụng enzim trong thực tế.
Đến nay có khoảng hơn 10 enzim được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, đặc biệt quan
trọng là các enzim thuộc nhóm proteinaz (phân giải protein), glucosidaz (phân giải tinh bột và
các xacarit khác) và lipaz (phân giải lipit như dầu, mỡ ăn). Các proteinaz và lipaz chịu được
môi trường kiềm có nhu cầu lớn vì được dùng trong công nghiệp sản xuất bột giặt và các chất
tẩy rửa khác (làm sạch nhanh các vết bẩn máu mủ, dầu mỡ v.v..). Do đó proteinaz chiếm thị