1
Dự báo sự phát triển của công
nghệ sinh học trong những thập
niên đầu thế kỷ XXI
2
Lời nói đầu
Từ thập niên 90 của thế kỷ trước, nắm bắt được xu thế phát triển của thế giới, Đảng
và Nhà nước ta đã xác định công nghệ sinh học (CNSH) là một trong 4 lĩnh vực công
nghệ cao cần được ưu tiên phát triển. Song song với việc đào tạo nguồn nhân lực, hình
thành đội ngũ cán bộ CNSH gồm hơn 2000 người, việc xây dựng các phòng thí
Xin trân trọng giới thiệu cùng bạn đọc.
Trung tâm Thông tin KH&CN Quốc gi
3
Phần I
Thế kỷ XXI: Kỷ nguyên của sinh học và xã hội sinh học
1.1. Sự hình thành và phát triển của xã hội thông tin
Theo nhiều chuyên gia, thông qua những thuật ngữ và khái niệm khác nhau, thì sự
phát triển xã hội ở các nước công nghiệp tiên tiến đã dẫn tới hình thái XHTT, trong đó
động lực chủ chốt là sự phát triển của công nghệ thông tin và truyền thông (CNTT-
TT), việc sử dụng gia tăng nhanh chóng của các thiết bị mới và sự tăng trưởng của lĩnh
vực dịch vụ đặc thù. Theo Castells
1
, điểm bước ngoặt công nghệ quan trọng tạo nên xu
hướng này là sự phát minh ra các vi chip vào đầu thập kỷ 70. Kể từ đó, cốt lõi của
XHTT đã được hình thành, bao gồm các công nghệ xử lý thông tin và truyền thông.
Thông tin và tri thức đã trở thành nhân tố then chốt, có vai trò vừa là các nhân tố sản
xuất, vừa là các sản phẩm. Do vậy, không chỉ vai trò của thông tin thuần tuý, mà là
khả năng tự tích luỹ, năng suất và sức sáng tạo của nó mới là những phương diện công
nghệ trọng yếu của XHTT.
Động lực của XHTT chủ yếu dựa vào công nghệ với vai trò là một yếu tố vật chất.
Ví dụ, sự phát triển này đã nhấn mạnh đến năng lực gia tăng của các máy tính và sự
kết nối mạng lưới ngày càng hiệu quả hơn. Mannermaa
2
, một chuyên gia CNSH Phần
Lan, lập luận rằng hình thái XHTT bao gồm cả hình thái Xã hội Nông nghiệp lẫn hình
thái Xã hội Công nghiệp. Tuy nhiên, XHTT phức tạp hơn, do nó có thêm nhiều đặc
mục đích thoả mãn các nhu cầu cơ bản (ăn, mặc, nhà ở…). Làn sóng tiếp theo, Xã hội
Công nghiệp, đã phát triển và sử dụng công nghệ sản xuất hàng loạt. Điều này cho
thấy rằng ở hình thái xã hội này, không chỉ các nhu cầu cơ bản được thoả mãn, mà cả
các nhu cầu tinh thần. Xã hội Thông tin được mệnh danh như vậy là do thiên hướng
công nghệ chuyển sang CNTT-TT. ở XHTT, sự chú trọng đã đặt vào các nhu cầu tinh
thần, bao gồm truyền thông, văn hoá, học tập và giải trí.
Tiến tới XHSH, sự chú trọng chủ yếu cũng đặt vào các nhu cầu phi vật thể, nhưng
cơ sở công nghệ và năng lực công nghệ sẽ thay đổi. Thao tác và bắt chước các quá
trình sinh học sẽ là những nền tảng của XHSH. Theo Schwartz
3
, triết lý cơ bản của
CNSH như được trích dẫn ở dưới đây, chính là nhân tố đã dẫn tới sự thay đổi:
“CNSH là gì? Đó là công nghệ do con người sáng tạo ra nhằm bắt chước và nâng
cao các quá trình sinh học mà thiên nhiên đã hoàn thiện qua hàng triệu năm tiến hoá.
Thiên nhiên đã tiến hoá những hệ thống cực kỳ phức tạp và hoàn mỹ mà cho đến nay
vẫn vượt xa mọi thứ mà con người đã tạo ra và chúng ta mới chỉ bắt đầu học cách làm
theo chúng càng nhanh càng tốt”.
Cùng với CNTT hiện nay, sự phát triển này sẽ đem lại những cơ hội to lớn cho
nghiên cứu y học, cũng như khả năng thao tác những yếu tố cốt lõi của bản thân sự
sống. Fukuyama và Stock lập luận rằng sẽ có nhiều cơ hội mở ra thông qua nghiên cứu
cơ bản do những động lực chung của các nguồn vốn đầu tư cho nghiên cứu CNSH.
Quả thực, hoạt động nghiên cứu và phát triển (R&D) trong lĩnh vực CNSH đang được
thực hiện rất mạnh mẽ ở các xã hội phát triển.
1.3. Sau XHSH sẽ là Xã hội Tổng hợp (Fusion Society)?
Trong bối cảnh của lý thuyết làn sóng xã hội, có thể vạch ra được những triển vọng
xã hội dài hạn, nhưng để mô tả đặc trưng của các làn sóng xã hội một cách rõ ràng và
dứt khoát là một việc rất khó, thậm chí là không thể. Tuy nhiên, ta vẫn có khả năng
vạch ra một cái gì đó quan trọng, có vẻ có lý trong những làn sóng xã hội đang tiến
đến. Đoạn trích dẫn sau đây trong quá trình phỏng vấn các chuyên gia minh hoạ cho
điều đó: “Tôi cho rằng XHSH là một phương án của XHTT. Nó đang làm say đắm
nghén”. Sau khi nghiên cứu sâu về quan điểm kết hợp công nghệ, Mannermaa đưa ra
giả định về hình thái xã hội sẽ nổi lên sau XHSH, đó là “Xã hội Tổng hợp”. ở hình thái
xã hội này, các công nghệ đặc thù hội tụ lại với nhau thành những công nghệ tổng thể,
mang tính hệ thống, trong đó có sự hoà trộn và kết hợp các loại hình và ranh giới của
các công nghệ tách biệt trước đây. Xã hội Tổng hợp sẽ có những đặc trưng chính đã
từng gắn liền với những làn sóng công nghệ trước đó như XHSH, XHTT và Xã hội
Công nghiệp, nhưng đặc trưng rõ rệt nhất của nó là sự kết hợp các mối tương tác phức
tạp giữa công nghệ, môi trường, kinh tế và xã hội với nhau. Tuy nhiên, còn phải cần
đến rất nhiều công trình nghiên cứu công phu nữa mới có thể vạch chi tiết hơn về nội
dung của làn sóng xã hội này (hình vẽ).
Sinh học 25
năm
Kỷ nguyên Tổng
hợp
Hình vẽ: Sự tiến triển của các hình thái xã hội
(chú thích: BCE - Trước công nguyên) 7
1.4. Một vài nét phác họa về XHSH
Các công nghệ then chốt
Dựa vào phương pháp Delphi, các nhóm công nghệ dưới đây có triển vọng sẽ đóng
vai trò then chốt ở XHSH:
Công nghệ thông tin và truyền
thông
Công nghệ sinh học
Công nghệ nanô
Trí tuệ nhân tạo
Tin học hoá lĩnh vực
chăm sóc sức khoẻ
Học tập từ xa
Giấy điện tử
Giao diện người-máy
Phần mềm môđun
Mạng nơron
Máy tính quang học
Tác tử thông minh
Công nghệ
Khả năng trở
thành chính
thống (Điểm
được tính 1-5)
Thời gian
dự báo
1. Vật liệu photonic (vật liệu dùng để sản xuất, thu
nhận, xử lý ánh sáng, sẽ thay đổi vật liệu đồng ở
nhiều thiết bị).
3,8
2006
2. Vật liệu thông minh (loại vật liệu có khả năng tự
theo dõi và sửa chỉnh bản thân, giảm nhẹ công sức
cho con người).
3,7
2010
3. Vật liệu y sinh (vật liệu cấy ghép và các bộ phận
phụ của con người được làm từ vật liệu y sinh sẽ
được dùng cho da và bộ phận cấy ghép).
3,8
2006
4. Vật liệu không bị phá hủy (có thể dùng để chế
tạo những chi tiết/bộ phận nhất định trong sản
phẩm để nâng cao tuổi thọ).
2,8
2008
5. Các polyme mới (được dùng trong công nghiệp
để dẫn và tích trữ điện năng, giúp tăng hiệu quả sản
xuất).
3,4
2010
11. Dược phẩm tác dụng đúng mục tiêu.
4,1
2009
12, Công nghệ tế bào
Có thể dùng phương pháp nhân bản để chữa trị
bệnh vô sinh.
2,7
2006
13. Các sản phẩm sinh học
Dùng để làm sạch đất và nước.
3,4
2007
14. Các công nghệ tổng hợp
Nhà ở, văn phòng và các môi trường khác được hội
nhập thông qua ICT và tạo khả năng truyền thông
nhanh chóng.
4,99
2005
15. Thực tế ảo
Tạo khả năng làm việc từ xa, chăm sóc sức khoẻ từ
xa và các dịch vụ khác, giúp cho các dịch vụ được
tiếp cận nhanh và rẻ hơn.
3,6
2008
16. Công nghệ thông tin di động thế hệ ba (3-G)
3,7
2006
17. ICT
Các nhà thiết kế điện tử sinh học (các thiết
bị kết hợp CNSH với điện tử học).
3,3
2008
4
Các nhà Tin sinh học (chuyên về thông tin
và dữ liệu gen và làm cầu nối giữa các nhà
khoa học với những chuyên gia phát triển
dược phẩm và kỹ thuật y tế).
4,2
2007
5
Các nhà dự báo xu thế.
3,3
2005
6
Các nhà quản trị Internet (đang ngày càng
mở rộng quy mô).
3,3
2005
7
Các nhà tư vấn liệu pháp gen (Thiết kế các
biện pháp điều trị gen thích hợp với từng
cá nhân).
3,2
2008
8
Các nhà Tin địa học (Các chuyên gia về
ứng dụng số đối với các thông tin địa lý,
chẳng hạn như các hệ thống định vị cho
14
Các chuyên gia về hiển thị hoá (chuyên về
hiển thị hoá dữ liệu và các giao diện hiển
thị).
3,8
2006
15
Các chuyên gia bảo trì và phát triển
website.
3,4
2004 10
Chú thích: điểm số nói lên mức độ có thể xảy ra như sau:
Điểm 5: Rất có thể; Điểm 4: Có thể;Điểm 3: Khó phán đoán; Điểm 2: Khó có thể.
Điểm 1: Rất không có thể.
11
Phần II
Bối cảnh phát triển của công nghệ sinh học
Tương lai của CNSH sẽ như thế nào? CNSH sẽ được kết hợp với các công nghệ
khác, ví dụ CNTT-TT, theo những phương thức mới như thế nào, hoặc sẽ được phát
triển để sử dụng cho các ứng dụng mới ra sao? Khung cảnh chính trị và xã hội toàn
cầu sẽ tác động tới những phát triển này như thế nào? Và điều quan trọng nhất là
chúng có ý nghĩa gì đối với từng quốc gia. Mỗi quốc gia sẽ phải làm gì để lợi dụng
được ưu thế của CNSH và chuẩn bị cho công cuộc đó như thế nào?
Tổng luận này xem xét một cách tổng quát các xu hướng toàn cầu trong CNSH. Do
khuôn khổ có hạn, ở đây chỉ đề cập đến hướng phát triển của CNSH trong các lĩnh vực
quan trọng, hoặc thậm chí cả những gì không bị thay đổi.
Việc nghiên cứu quá khứ để xác định các mô thức biến đổi có thể xảy ra trong
tương lai là một cách tiếp cận hữu ích để phát hiện các mô thức thay đổi. Kỹ thuật này
CNSH
Nông, lâm và
thuỷ sản
Công nghiệp và
môi trường Y tế
An ninh và
quốc phòng
An ninh
và quốc
phũng
Y học
tái sinh
Y học
sinh sản
di truyền
1900-Phát hiện lại các
công trình của
Mendel
1928-Fleming phát
minh ra tính chất tiêu
diệt mầm bệnh của
Penecilin
1944-Lần đầu tiên
thực hiện thành công
thụ tinh trong ống
nghiệm
1942-Sản
xuất penicilin
quy mô lớn.
các phương pháp lập
chuỗi ADN
1976-Công ty
CNSH thương
mại đầu tiên
được thành lập
(Genetech)
1978-Dược
phẩm ADN
tái tổ hợp đầu
tiên được tiếp
thị: Insulin
cho người.
Đứa trẻ được
thụ tinh trong
ống nghiệm
Thập kỷ 70-
R&D về
nhân giống
trai, cá trích
đã tạo cơ sở
cho ngành
thuỷ sản Niu
Dilân.
13
đã được sinh
tại Anh.
cụ lập chuỗi ADN tự
động
1989-Lần đầu
tiên thực hiện
phép chẩn
đoán gen
trước khi cấy
ghép (PGD)
để nhận dạng
các bệnh liên
quan đến
nhiễm sắc thể
X.
Thập kỷ 80-
Văcxin ADN
tái tổ hợp
được phép
dùng cho
động vật
1985-86-Lần
đầu tiên thử
nghiệm trên
thực địa thực
vật biến đổi
gen (GM)
chống được
virus, sâu
bệnh và vi
khuẩn.
R) lần đầu
tiên được đưa
ra thị trường-
Kết cục bị
người tiêu
dùng tẩy
chay
1996-Các sản
phẩm CNSH
thực vật của
Monsanto
được gieo
trồng để
thương mại
1996-nhân
bản vô tính
thành công
cừu
Thập kỷ 90-
tạo ra quy
trình sản xuất
bằng phương
pháp lên men
một khâu 14
Dolly từ tế
bào trưởng
thành (nhận
trao đổi chất
dược phẩm.
1997-2004-
16% các dược
phẩm mới
được sản xuất
là dựa vào
CNSH.
2002-Nhân
bản vô tính
trâu bò phục
vụ thương
mại.
2003-Cargill
Dow đưa ra
thị trường
sản phẩm
chất dẻo sinh
học 100% tái
tạo, được sản
xuất bằng
thiết bị tinh
chế sinh học
nguyên mẫu.
2001-Hệ
thống nhận
dạng sinh
trắc cho ga
sân bay và
kiểm soát
phủ.
2.2. Những nhân tố ảnh hưởng tới tốc độ phát triển của CNSH
2.2.1. Khái quát
Có thể xếp các nhân tố có ảnh hưởng tới sự phát triển của CNSH thành 2 nhóm:
(1) Những động lực toàn cầu
Đây là những nhân tố quan trọng đem lại sự thay đổi. Những nhân tố này bao gồm:
toàn cầu hoá, những thay đổi về nhân khẩu học, tính bền vững của môi trường và
những sự kiện có tác động lớn chưa lường trước được, chẳng hạn sự nổi lên của virus
SARS;
(2) Hoàn cảnh môi trường xung quanh
Bao gồm những nhân tố đặc thù hơn đối với CNSH, chẳng hạn như quan điểm của
quần chúng đối với công nghệ GM, cơ chế quản lý đối với CNSH, thị trường vốn để
kinh doanh CNSH.
16
một loạt các công cụ có những tiềm năng to lớn nên nó thường động chạm đến những
giá trị cốt lõi, có ý nghĩa đối với nhân loại và thế giới.
Khi xem xét về những giá trị và quan điểm có tác động tới sự phát triển của CNSH,
điều đầu tiên mọi người nghĩ đến là những mối lo ngại ở mức độ khác nhau của người
dân đối với GM và việc ứng dụng nó trong sản xuất lương thực/thực phẩm. Tuy nhiên,
có một khung cảnh rộng lớn hơn. Những giá trị và niềm tin cũng được biểu hiện ở
động lực của các nhà khoa học nhằm phát minh ra tri thức mới, của các nhà phát triển
nhằm tìm ra giải pháp cho các vấn đề và mở rộng kinh doanh, sự cấp bách phải tìm ra
các biện pháp điều trị, nhu cầu khám phá về di sản gen và tinh thần trách nhiệm đối
với môi trường và quyền lợi của động vật. Tập hợp các yếu tố này có ảnh hưởng mạnh
mẽ tới CNSH: Đôi khi nó là tác nhân tăng tốc, đôi khi nó kìm hãm và đôi khi nó chỉ ra
những hướng đi mới.
Các nhân tố liên quan tới chính trị và Chính phủ
Ví dụ về một xu hướng
Các Chính phủ có quan điểm dân chủ xã hội đã vươn tới phương thức quản lý cởi
mở hơn đối với CNSH, không như thái độ trước đây đối với những phát minh khoa
học và công nghệ (KH&CN) mới nổi lên. ở cách tiếp cận này, Chính phủ coi vai trò
của mình là thúc đẩy việc học tập liên tục, điều chỉnh các lợi ích và giảm bớt những
nguy cơ có khả năng xảy đến khi mọi thứ còn ở tình trạng bất định. Ví dụ, Chính phủ
T. Blair đã áp dụng cách tiếp cận “Con đường thứ ba” (Third Way), kết quả là sự hình
thành một số Ban, Hội đồng và các diễn đàn tranh luận, nhằm thu hút sự tham gia của
tất cả các đối tượng hữu quan. Những cách tiếp cận tương tự đang được tiến hành ở
châu Âu, Canađa, Ôxtrâylia và Niu Dilân.
Một đặc điểm quan trọng của xu hướng này là sự liên kết chặt chẽ giữa các quốc gia
và hệ tư tưởng xã hội và chính trị của họ. Mối bất đồng giữa châu Âu và Mỹ trong
quan điểm đối với cây trồng GM là một lĩnh vực mà sự khác biệt này biểu lộ rất rõ nét:
châu Âu ủng hộ cách tiếp cận thận trọng và bao hàm, còn Mỹ ủng hộ những quyết
định dựa chủ yếu vào khoa học.
Những nhân tố đạo đức, văn hoá và tinh thần
Nhân tố kinh doanh và đầu tư
Ví dụ về một xu hướng
Kể từ khi “quả bong bóng” CNSH nổ vỡ vào năm 2000, sự đầu tư của khu vực tư
nhân đã bị giảm sút. ở châu Âu, việc đầu tư chỉ tập trung cho những công ty sáng giá
nhất; ít có các quỹ đầu tư chuyên về CNSH ở khu vực này; sự cạnh tranh để giành
được sự tài trợ cho giai đoạn đầu diễn ra khốc liệt. Ngành CNSH châu Âu mang tính
chắp vá, thiếu hệ thống, với nhiều công ty nhỏ không có đủ tiềm lực để hoạt động kinh
doanh. Đây là môi trường không thuận lợi để hội nhập hoặc thu nạp các doanh nghiệp
nhằm tạo dựng sức mạnh, tăng cường quy mô. Trái lại, ở Mỹ có những nguồn vốn đa
dạng và thị trường rất phát triển; đã có những dấu hiệu cho thấy niềm tin của nhà đầu
tư đang bắt đầu khôi phục trở lại.
Các doanh nghiệp CNSH đặt ra thách thức riêng cho các nhà đầu tư, vì họ cần phải
có nhiều thời gian mới có thể đem lại lợi nhuận. Vào thời điểm họ tìm kiếm đầu tư, tài
sản đáng kể duy nhất của họ là các bằng sáng chế. Bởi vậy, không thể đánh giá doanh
nghiệp bằng các tiêu chí truyền thống. Để khắc phục tình trạng này, hiện đang có mối
quan tâm ngày càng tăng đối với việc tìm ra các kỹ thuật đánh giá đặc thù cho CNSH,
ví dụ, có tính đến mức độ rủi ro ở mỗi giai đoạn phát triển công nghệ.
2.3. ảnh hưởng của tiến bộ khoa học tới sự phát triển của CNSH
Phần lớn các bộ môn sinh học hiện nay đều ít nhiều liên quan đến CNSH. Tương tự
như vậy, phát kiến khoa học ở những lĩnh vực không thuộc CNSH cũng sẽ có ảnh
hưởng quan trọng tới CNSH. Bởi vậy, để xác định xu hướng của CNSH cần phải theo
dõi tình hình phát triển ở nhiều lĩnh vực.
2.3.1. Bối cảnh
Một trong những lĩnh vực nghiên cứu lớn nhất của sinh học ở nửa đầu của thế
kỷ trước là tìm hiểu cơ sở sinh học của di truyền. Sau khi phát hiện ra ADN là
vật liệu di truyền, nhiều nỗ lực đã được thực hiện để đi sâu vào quá trình này và
tìm hiểu cách thức mà thông tin di truyền chuyển hoá thành protein và cách thức
tế bào và cơ thể thực hiện chức năng ở cấp phân tử. Mảng nghiên cứu này vẫn
đang được tiến hành và sẽ tiếp tục là nguồn phát minh ở những thập kỷ tới. Gần
chuyên ngành sẽ được phân tích hàng loạt, ngay tại chỗ và tức thời (chẳng hạn như
“vân tay” ARN, tình trạng bệnh tật của từng cá nhân, và các môi trường đa dạng (hệ
thống tiêu hoá động vật, đất và nguồn nước, các chất ô nhiễm và khu vực ô nhiễm).
Các thiết bị sàng lọc (Screening) năng suất cao, rôbôt học, kính hiển vi tự động, các
công nghệ chụp ảnh tiên tiến, thiết bị xử lý dữ liệu quy mô lớn sẽ được sử dụng rộng
rãi. Những dụng cụ đó có vai trò quan trọng để khám phá cách thức thực hiện chức
năng của tế bào và cơ thể. Người ta gọi đó là khuôn mẫu dàn hàng (Array Paradigm).
Cách tiếp cận này hiện đã được áp dụng ở những lĩnh vực khác, chẳng hạn như
trong việc phát triển ADN hoặc các chip gen và trong tinh thể học protein, đem lại
những phương thức nhanh hơn và rẻ hơn để thực hiện các công trình khoa học đòi hỏi
phải làm đi làm lại. Có nhiều khả năng là cách tiếp cận này sẽ được áp dụng cả ở
những lĩnh vực khác nữa, như việc kết hợp các loại dược phẩm hiện hành để tìm ra
cách chữa trị tốt hơn cho những bệnh đặc thù và tìm ra điều kiện tăng trưởng thích hợp
cho những vi khuẩn hiện vẫn chưa nuôi cấy được.
Những tiến bộ thực sự sẽ được tạo ra bởi những nơi có nhiều năng lực nhất trong
việc rút lấy tri thức từ những mảng dữ liệu liên quan. Khoa học là mang tính kết năng
và sự phát triển ở những lĩnh vực khoa học khác sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng đối
với CNSH và ngược lại. Ví dụ hùng hồn cho thấy tính kết năng này là những kết quả
nhận được nhờ sự tham gia của toán học và thống kê học vào quá trình phân tích thông
19
tin hệ gen, hoặc việc các phần tử đánh dấu gen và lập chuỗi gen đã được áp dụng để
nghiên cứu khả năng bùng phát bệnh tật.
2.3.4. Những thách thức trong tương lai
Hướng chú trọng của tương lai đặt ra những thách thức. CNSH có thể áp dụng rất nhanh
chóng các công cụ và công nghệ mới để đem lại hoặc phân tích thông tin, nhưng người sử
dụng phải ý thức được những giới hạn và giả định của các kỹ thuật này, nếu không chúng sẽ
kìm hãm sự tiến bộ trên thực tế của R&D. Một ví dụ minh hoạ cho hiện tượng này là có
một số kết quả ban đầu nhận được nhờ sử dụng cách tiếp cận dàn hàng đã không có khả
năng lặp lại, hoặc rất khó diễn giải thông tin. Một congxoocxiom của các nhà nghiên cứu
các ứng dụng CNSH.
2.3.5.1. Sự gia tăng tính phức tạp
Sinh học là một bộ môn phức tạp. Có khả năng là sinh học phân tử và sinh học tế
bào sẽ đi theo tiến trình tương tự như các bộ môn thực vật và động vật ở thế kỷ trước.
20
Các bộ môn này đi từ mức đơn giản là nhận dạng và mô tả các loài rồi tiến tới các cách
tiếp cận sinh thái, bao hàm việc nghiên cứu mối tương tác giữa các loài và môi trường.
Cách tiếp cận như vậy chắc chắn sẽ cho ta thấy chức năng tế bào thực sự phức tạp đến
thế nào. Giống như cách tiếp cận sinh thái, cách tiếp cận các hệ phân tử sẽ giải đáp
được một số câu hỏi, nhưng cũng đưa lại nhiều câu hỏi hơn. Tuy nhiên, nó cũng giúp
phát triển hoặc hoàn thiện các ứng dụng CNSH.
Một vấn đề then chốt đối với sinh học ở thế kỷ XXI là hiểu được sự điều chỉnh phân
tử ở cấp mạng lưới. Giống như trường hợp dữ liệu chuỗi hệ gen đã cho thấy, những dữ
liệu lớn đang nhanh chóng được đưa ra. Tuy nhiên, tìm ra được ý nghĩa của tất cả
những loại thông tin này là một vấn đề lớn. Gen không mấy khi là sản phẩm cuối cùng
mà CNSH quan tâm, chính protein và các sản phẩm khác do gen tạo dựng nên mới là
quan trọng. Protein hoạt động ở các mạng lưới cực kỳ phức tạp, bởi vậy nếu thuần tuý
áp dụng phương thức quy giản thì chưa chắc hiểu được chúng. Sinh học hệ thống (sẽ
đề cập sau) bổ sung một cách hiệu quả (chứ không thay thế) cho phương thức này.
Mức đơn vị của nghiên cứu sinh học cũng đang thay đổi; càng ngày càng chú trọng vào
mô hoặc sinh vật cũng như các cấu phần tế bào. Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF, Mỹ) đã đề
ra một sáng kiến lớn có tên là “Biocomplexity”-Tính phức tạp sinh học-để khuyến khích
các nhà nghiên cứu liên ngành đi sâu khám phá, tìm hiểu những cấu trúc phức tạp của sinh
học. Họat động này có khả năng sẽ ảnh hưởng tới một số nghiên cứu liên quan đến CNSH.
Việc tìm hiểu tính phức tạp của tế bào sẽ liên quan đến sự phát triển những công cụ
và kỹ thuật mới để phân tích tỷ mỷ những tuyến gen và tế bào, cũng như những
phương pháp mới để tổng hợp thông tin đó.
2.3.5.2. Sự hội tụ các bộ môn khoa học
Sự hội tụ và liên kết giữa các bộ môn khoa học vẫn tiếp tục diễn ra. Điều này không
và SARS). Để phát hiện và nhận dạng chúng cần phải có các phương pháp chẩn đoán tốt
hơn, khả năng tầm soát mạnh hơn, cũng như cần tăng cường nghiên cứu phân loại học và
sinh thái học để hỗ trợ khả năng nắm bắt và nhận dạng bệnh và các loài lan truyền chúng.
Các phương pháp chẩn đoán tầm soát ở quy mô lớn cũng cần phải xây dựng để đối phó với
những nguy cơ xảy đến cho nền nông nghiệp.
2.4. Một số lĩnh vực khoa học cần quan tâm theo dõi
2.4.1. Sinh học tế bào
Sinh học tế bào sẽ tiếp tục đóng vai trò trụ cột cho CNSH. Bộ môn này nghiên cứu
hoạt động của các phân tử trong tế bào, chúng chuyển động trong đó ra sao, thâm nhập
và ra khỏi tế bào như thế nào; cách thức các tế bào vận động và tương tác với các tế
bào khác; cách thức tế bào hiểu và phản ứng với thông tin từ môi trường; cách thức tế
bào và các cấu phần của nó được tạo thành và phá huỷ ra sao?
Ta đã hiểu được một số cấu trúc tế bào và các đường hoá sinh, nhưng vẫn còn nhiều thứ
nữa chưa được biết. Có vô số thông tin về các cấu phần tế bào và về tổ chức của chúng,
nhưng cho dù đã trải qua trên 100 năm nghiên cứu nhưng ta vẫn chưa hiểu được chi tiết
cách thức hoạt động của tế bào ở phương diện tổng thể, thậm chí chỉ đơn giản là trường hợp
của vi khuẩn. Việc hoàn thiện kiến thức về hoạt động của tế bào sẽ đóng vai trò quan trọng
để phát triển các CNSH mới và những ứng dụng tinh tế hơn.
Những phát minh trong sinh học tế bào tiếp tục cung cấp những khả năng mới để
phát triển thành CNSH, ví dụ:
Việc hiểu được cách thức tế bào nhận biết những vi sinh vật tấn công nó sẽ đem
lại các liệu pháp mới, chẳng hạn như kháng sinh;
Việc hiểu được cách thức tế bào tạo ra số lượng nhiều hơn những tế bào cần
thiết và làm thế nào để kiểm soát sẽ giúp hoàn thiện liệu pháp chống ung thư;
Việc hiểu được nhân tố nào kiểm soát sự tăng trưởng và chuyên biệt hoá của tế
bào gốc có thể đem lại những ứng dụng trị liệu quan trọng;
Việc hiểu được cách thức điều chỉnh của gen và các đường hoá sinh sẽ giúp
đem lại các kỹ thuật GM tiên tiến hơn;
Việc hiểu được cách thức tế bào cảm nhận môi trường và cách thức sử dụng các
khác nhau.
Tiềm năng ứng dụng
Việc hiểu biết rõ hơn về quá trình biểu sinh sẽ đem lại những ứng dụng thực tiễn.
Một số căn bệnh ở người nguyên do là có sự sai sót trong di truyền, bởi vậy nếu hiểu
được quá trình này thì sẽ tìm ra biện pháp chữa trị. Liệu pháp tế bào gốc và việc tạo ra
các động vật nhân bản vô tính hiện vẫn còn hạn chế, một phần là do thiếu kiến thức và
khả năng kiểm soát biểu sinh học. Do vậy, nếu nắm vững hơn về biểu sinh học thì sẽ
có khả năng kiểm soát tốt hơn và phát triển được các phần tử đánh dấu để lựa chọn các
tế bào ở trạng thái biểu sinh cần thiết.
2.4.3. Sinh học hệ thống
Đây là bộ môn mới, đang nổi, có triển vọng tăng trưởng ở thập kỷ tới để phục vụ
CNSH. Như đã đề cập ở trên, tính phức tạp và sự hội tụ của các bộ môn khoa học ngày
càng gia tăng. Chúng ta đã có trong tay khối lượng dữ liệu khổng lồ, nhưng việc giải
nghĩa chúng hiện đang là vấn đề và đó là hạn chế then chốt để ứng dụng các kiến thức
sinh học. Hiện đang có một trào lưu ngày càng mạnh mẽ trong các lĩnh vực phân tử để
vận dụng cách tiếp cận “từ trên xuống”, nhằm nghiên cứu tế bào và sinh vật. Lĩnh vực
nghiên cứu này được gọi là sinh học hệ thống.
Quan điểm về hiểu biết ở cấp hệ thống trong sinh học đã tồn tại một số năm gần
đây. Sinh thái học và dịch tễ học đều ứng dụng cách tiếp cận này, nhưng “sinh học hệ
thống” là một bước phát triển mới để nghiên cứu phân tử và tế bào. Nó là sự hội tụ của
các bộ môn khoa học mới và hiện có (ví dụ, hệ gen học, hệ gen chức năng học, biến
dưỡng học, toán học, tính toán và thiết kế sinh học), nhằm tích hợp toàn bộ các loại
hình thông tin sinh học (ADN, ARN, protein, mạng, tế bào, mô v.v…). Sinh học hệ
23
thống tích hợp các thông tin này dưới dạng các “môđun phân hệ”, trong đó các nhân tố
quan trọng nằm ở giao diện giữa các môđun.
Sinh học hệ thống không phải là mục đích tự thân mà là phương tiện tổng hợp thông
tin và đề ra giả định về hoạt động của các quá trình tế bào. Những giả định này vẫn cần
được kiểm định bằng thực nghiệm. Tuy nhiên, sinh học hệ thống giúp các nhà sinh học
Phương pháp cung cấp/dẫn nạp vectơ này vào cơ thể;
Kiểm soát tình hình biểu hiện của vật liệu gen đưa vào.
Sự lựa chọn các cấu phần này phụ thuộc vào sinh vật mục tiêu và bản chất của việc biến
đổi; rõ ràng, nó có ảnh hưởng tới mức độ thành công của sự biến đổi. Công nghệ GM hiện
nay thường không hiệu quả do không được kiểm soát và không chính xác, nền công nghệ này
có thể đem lại những kết quả không mong muốn. Hiện đang có những công trình nghiên cứu:
(1) Đưa một cách hiệu quả, chính xác, an toàn và ổn định các cải biến gen vào tế bào hoặc cấu
trúc tế bào; (2) Đưa các phức thể gen chứ không chỉ một gen. Theo dự báo, không lâu nữa, sẽ
hoàn thiện được các công nghệ cung cấp và kiểm soát biểu hiện của vật liệu gen.
24
Khả năng đưa những phức thể gen vào sinh vật giúp nạp thêm những đường hoá sinh
mới, chứ không chỉ một đặc điểm gen duy nhất. Điều này có thể giúp đem lại rất nhiều ứng
dụng mới, vì nhiều đặc tính được quan tâm trong nông nghiệp và y học là do nhiều gen tạo
thành.
Một lĩnh vực nghiên cứu đang nổi trong GM là giao thoa ARN (RNAi). Lĩnh vực
này bao gồm việc sử dụng những mẩu ARN nhỏ, có khả năng làm tê liệt chức năng
hoặc giảm mức biểu hiện của gen đặc thù. Nhờ RNAi, các gen được phá vỡ nhanh hơn
và đỡ tốn kém hơn so với phương pháp truyền thống, ngoài ra còn thích hợp với những
ứng dụng năng suất cao, tạo khả năng phân tích mạng gen.
RNAi cũng cho thấy một sự thay đổi khuôn mẫu. Chỉ cách đây vài năm, mọi người
đều cho rằng ARN không tham gia vào chức năng điều chỉnh gen, nhưng hiện nay
RNAi đang được sử dụng rất nhiều để nghiên cứu quá trình điều chỉnh gen. Trong
tương lai, phương pháp này sẽ được dùng trong liệu pháp và các ứng dụng khác.
2.4.4.2. Gen học hoá chất
Gen học hoá chất bao hàm việc sản xuất một số lượng lớn hoá chất có thể gắn kết
với protein; trong quá trình thực hiện việc đó, chúng thể hiện chức năng của protein.
Đây là một bộ môn mới nổi lên nhờ kết quả của Dự án Hệ gen Người. Mục đích của
Gen học hoá chất là sản xuất các hợp chất chỉ gắn kết duy nhất với một protein và làm
tê liệt (“Knock out”), nghĩa là phá vỡ chức năng của nó, đồng thời quan sát được ảnh
phát triển đáng lưu ý nhất là lần đầu tiên trong lịch sử, trường Đại học Harvard và
Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã thành lập một Viện kết hợp (Broad Institute)
để nghiên cứu Gen học hoá chất, với tổng vốn hoạt động ban đầu là 300 triệu USD.
Copyright: Tài liệu đại học ©