Sử dụng công nghệ CRISPR-Cas9, các nhà khoa học tại Đại học Bayreuth ở Đức đã tạo ra thành công loài nhện biến đổi gen đầu tiên trên thế giới có thể dệt ra loại tơ có màu đỏ rực.
"Giáo sư Tiến sĩ Thomas Scheibel và nhóm của ông đã thực hiện chỉnh sửa gen trên loài nhện nhà thông thường (Parasteatoda tepidariorum) bằng cách đưa vào một gen mã hóa protein huỳnh quang đỏ."
Để đạt được điều này, họ đã tiêm phức hợp CRISPR-Cas9 cùng với loại gen mong muốn vào trứng nhện chưa thụ tinh. Những con nhện được gây mê bằng carbon dioxide trong quá trình này.
"Kết quả là, con cái của chúng bắt đầu sản xuất tơ phát huỳnh quang đỏ khi tiếp xúc với ánh sáng cụ thể, khẳng định sự thành công của quá trình biến đổi gen. Thành tựu này không chỉ đại diện cho một bước tiến quan trọng trong kỹ thuật di truyền của loài nhện mà còn mở ra những triển vọng mới đầy hứa hẹn cho nghiên cứu vật liệu sinh học. Cụ thể, nó có thể dẫn đến việc sản xuất tơ tùy chỉnh cho nhiều ứng dụng đa dạng như trong y tế, dệt may hay công nghiệp."
Tiến trình nghiên cứu:
Mục tiêu của nghiên cứu là tích hợp gen mã hóa protein huỳnh quang màu đỏ (mCherry) vào bộ gen của nhện. Khi gen này được biểu hiện, nó sẽ khiến tơ nhện phát sáng màu đỏ.
Các nhà khoa học đã sử dụng CRISPR-Cas9 để nhắm mục tiêu chính xác vào vị trí mong muốn trong bộ gen của phôi nhện và chèn gen mCherry vào đó.
Kết quả thu được là họ đã thành công trong việc tạo ra một số lượng nhỏ nhện biến đổi gen có khả năng sản xuất tơ màu đỏ rực, có thể nhìn thấy được dưới ánh sáng thường. Phân tích di truyền xác nhận rằng gen mCherry đã được tích hợp thành công vào bộ gen của nhện và được truyền lại cho thế hệ con cháu.
Ý nghĩa và Tiềm năng của Nghiên cứu
Nghiên cứu đột phá này không chỉ là một thành tựu khoa học mà còn mở ra những chân trời mới đầy hứa hẹn.
Mở rộng khả năng của sinh học tổng hợp: Việc sử dụng CRISPR-Cas9 để chỉnh sửa gen ở nhện – một loài vật vốn được coi là cực kỳ khó thao tác di truyền – là một bước tiến lớn. Điều này không chỉ giúp chúng ta hiểu sâu hơn về sinh học của nhện mà còn mở ra cơ hội khai thác tối đa khả năng tạo tơ siêu việt của chúng.
Ứng dụng đột phá trong công nghệ vật liệu: Tơ nhện nổi tiếng với độ bền vượt trội, độ đàn hồi đáng kinh ngạc và khả năng phân hủy sinh học thân thiện với môi trường. Giờ đây, với khả năng tạo ra tơ nhện có màu sắc hoặc các đặc tính chức năng mới (như phát quang, dẫn điện hay kháng khuẩn) thông qua kỹ thuật di truyền, chúng ta có thể tạo ra các vật liệu đột phá cho nhiều lĩnh vực. Hãy hình dung những ứng dụng trong y sinh học (ví dụ: chỉ khâu tự tiêu, khung nâng đỡ tế bào), dệt may thông minh hay các vật liệu công nghiệp tiên tiến.
Thúc đẩy nghiên cứu cơ bản về tơ nhện: Khả năng chỉnh sửa gen trực tiếp trên nhện cho phép các nhà khoa học đi sâu vào nghiên cứu các gen và quy trình sinh học phức tạp liên quan đến việc sản xuất và cấu trúc tơ. Điều này sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cách thức tự nhiên tạo ra một vật liệu hoàn hảo đến vậy.
Bên cạnh Triển vọng Tương lai vẫn còn các thách thức đáng kể
Mặc dù đầy hứa hẹn, nghiên cứu này vẫn đối mặt với một số thách thức cần được giải quyết để hiện thực hóa tiềm năng to lớn của nó.
Tối ưu hóa hiệu quả biến đổi gen: Hiện tại, tỷ lệ biến đổi gen thành công trong nghiên cứu này còn tương đối thấp. Để ứng dụng rộng rãi, các nhà khoa học cần tìm cách tối ưu hóa phương pháp nhằm tạo ra số lượng lớn nhện biến đổi gen một cách hiệu quả hơn.
Đảm bảo biểu hiện gen và tính ổn định: Việc gen mCherry biểu hiện ổn định và tơ đỏ được sản xuất nhất quán qua nhiều thế hệ nhện là yếu tố then chốt. Cần có thêm nghiên cứu để đảm bảo tính ổn định và di truyền của đặc tính này.
Đẩy mạnh ứng dụng thực tế: Để tơ nhện biến đổi gen có thể được đưa vào ứng dụng thương mại, cần có những nghiên cứu và phát triển sâu rộng hơn về quy trình sản xuất, đồng thời tìm cách mở rộng quy mô sản xuất một cách kinh tế.
Tuy nhiên, bất chấp những thách thức này, thành tựu của các nhà khoa học tại Đại học Bayreuth là một bước tiến vô cùng quan trọng. Nó đã chứng minh rõ ràng tiềm năng to lớn của công nghệ chỉnh sửa gen trong việc tạo ra các vật liệu sinh học mới với những đặc tính độc đáo. Đây chính là tiền đề vững chắc cho những phát triển thú vị trong tương lai, nơi sinh học và kỹ thuật vật liệu sẽ cùng nhau tạo nên những đổi mới mang tính cách mạng.
