Có nên dùng kỹ thuật di truyền làm công cụ bảo tồn?

Ảnh: Luisia Rivera/Yale E360

Đây là một câu hỏi lớn đang được giới chuyên gia tranh luận và chưa đi tới hồi kết. Sinh học tổng hợp đang được cân nhắc ứng dụng cho các mục đích bảo tồn như xóa sổ loài xâm hại hoặc phục hồi các rạn san hô nguy cấp. Tuy nhiên, các nhà môi trường học lại quan ngại về tính nhân văn và những hậu quả không mong muốn của công nghệ biến đổi gen mới này. Dưới đây là những tranh luận nổi bật về chủ đề này của giới khoa học toàn cầu.

Thế giới đang nỗ lực khôi phục sự sống nguyên sơ trên các hòn đảo bằng cách tiêu diệt chuột, lợn và các loài xâm lấn khác. Hàng trăm hòn đảo đang được hồi sinh; nhiều loài từng có nguy cơ tuyệt chủng đang sinh sôi trở lại trên những vùng đất cũ.

Tuy nhiên, những chiến dịch phục hồi này lại thường tốn kém và các nhà bảo tồn còn quan ngại việc vô tình đầu độc các loài hoang dã bản địa. Hoạt động này cũng vấp phải sự phản đối mạnh mẽ của những nhà hoạt động vì quyền động vật. Vậy chuyện gì sẽ xảy ra nếu có thể loại bỏ những loài xâm lấn mà không sát sinh trong khi chi phí chỉ bằng một phần nhỏ chi phí hiện tại?

Mặc dù còn nhiều băn khoăn, công nghệ sinh học tổng hợp được coi là hứa hẹn hấp dẫn để áp dụng cho các loài và các hệ thống sinh học. Đây thực tế là kỹ thuật di truyền nhưng được thực hiện dễ dàng hơn và chính xác hơn bởi công nghệ chỉnh sửa gen mới mang tên CRISPR, công cụ có thể giúp các nhà sinh thái học ghép nối các chuỗi DNA nhằm hạn chế sự xâm lấn của một loài hoặc giúp một loài bản địa thích ứng với biến đổi khí hậu. Gene Drive (kiểm soát gen) cũng là một công cụ mới khác có thể di truyền một đặc điểm thông qua một quần thể với tốc độ nhanh hơn nhiều so với di truyền học Mendel thông thường.

Sinh học tổng hợp, còn được gọi là synbio, là thị trường có trị giá nhiều tỷ USD, dùng trong quy trình sản xuất dược phẩm, hóa chất, nhiên liệu sinh học và nông nghiệp. Tuy nhiên, nhiều nhà bảo tồn nghi ngại về triển vọng sử dụng các phương pháp synbio như một công cụ bảo vệ thế giới tự nhiên đang bị đe dọa.

Năm 2016, nhà linh trưởng học Jane Goodall, nhà sinh học và hoạt động môi trường David Suzuki cùng nhiều nhà bảo tồn khác đã ký thư cảnh báo rằng việc sử dụng công nghệ kiểm soát gen sẽ cho phép “các kỹ thuật viên can thiệp vào quá trình tiến hóa, kiểm soát số phận của toàn bộ loài, làm biến đổi đáng kể hệ sinh thái và gây ra sự thay đổi môi trường trên diện rộng mà con người khó có thể hình dung được”. Các nhà khoa học này cho rằng đây là “công nghệ mạnh và nguy hiểm … không nên được quảng bá như một công cụ bảo tồn.”

Trái lại với quan điểm trên, trong nghiên cứu đăng trên Tạp chí Ecology and Evolution hồi đầu năm nay, một nhóm các nhà sinh vật học đã đưa ra một loạt các ứng dụng sinh học tổng hợp đầy hứa hẹn cho giới tự nhiên ngoài việc phục hồi các đảo như: Biến đổi gen để đề kháng với hội chứng mũi trắng ở dơi và nấm chytrid ở ếch và các loài lưỡng cư khác; Cung cấp cho các rạn san hô dễ bị tẩy trắng các gen được lựa chọn cẩn thận có thể thích nghi với nhiệt độ và độ acid; Dùng vi sinh vật nhân tạo để phục hồi đất bị hư hỏng do khai thác mỏ hoặc ô nhiễm; Loại bỏ các quần thể loài chó mèo hoang nhưng không gây thương tích hoặc phẫu thuật can thiệp bằng cách tạo ra các thế hệ được gen di truyền để trở thành vô tính hoặc bị nghiêng về giống đực; Diệt muỗi mà không sử dụng thuốc diệt côn trùng ở các hòn đảo.

Ông Kent Redford, một nhà tư vấn về bảo tồn, đồng tác giả nghiên cứu trên cho rằng các nhà bảo tồn và các kỹ sư sinh học tổng hợp cần phải giải quyết các vấn đề còn tranh cãi.

Trong nghiên cứu đăng trên Ecology and Evolution, Redford và các đồng nghiệp khẳng định nếu các nhà bảo tồn không ứng dụng khoa học và suy nghĩ về vấn đề này thì sẽ là một hành động phá hoại mục tiêu bảo tồn đa dạng và cho rằng các nhà sinh vật học bảo tồn cần thích nghi với sự thay đổi nhanh chóng của thực tế – bao gồm cả những ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và sự xuất hiện các loại dịch bệnh mới. Nhóm nghiên cứu kết luận các nhà bảo tồn nên bám sát vào khái niệm sinh học tổng hợp, kết hợp tìm kiếm các giải pháp tổng hợp thích hợp để hỗ trợ đa dạng sinh học.

Xoay quanh chủ đề “bảo tồn dựa vào kỹ thuật sinh học tổng hợp”, trong một nghiên cứu đăng trên Ecology and Evolution năm 2003, nhà di truyền học tiến hóa Austin Burt, Imperial College London, đã đề xuất một công cụ về kỹ thuật di truyền kiểm soát tới 99% đặc điểm thế hệ tiếp thay vì 50% như thông thường. Ông Burt nghĩ rằng có thể sử dụng những gen “siêu Mendelian” này như yếu tố chính, nhanh chóng phân phối ADN bị biến đổi để di truyền các quần thể tự nhiên. Điều này khi đó bị cho là ảo tưởng. Tới nay, công nghệ CRISPR đã đưa ra ý tưởng gần với thực tế và các nhà nghiên cứu đã chứng minh được hiệu quả của “kiểm soát gen” trong phòng thí nghiệm với các loài muỗi sốt rét, ruồi giấm, nấm men và phôi người.

Trong nghiên cứu từ năm 2003 của mình, ông Austin Burt cũng đề cập đến một vấn đề đáng lo ngại của kiểm soát gen rằng: “Trong điều kiện nhất định, với một lượng gen di truyền vừa đủ nếu bị lạm dụng có thể ảnh hưởng đến 20 thế hệ sau.” Thực tế, CRISPR có thể coi là ứng dụng có tính thực tế đầu tiên để bảo tồn đa dạng sinh học tổng hợp trong thực địa. Xoá bỏ các quần thể xâm lấn chính là bước đầu tiên cần làm trong các dự án tái thiết các hòn đảo.

Kỹ thuật loại trừ gen được đề xuất chủ yếu tập trung vào sử dụng gen để phân phát ADN xác định giới tính của thế hệ sau. Bởi vì gen này được di truyền hoàn toàn đến các thế hệ sau nên nó nhanh chóng làm biến đổi thành quần thể thành toàn giống đực, khiến quần thể dễ bị tiêu diệt. Kết quả, ít nhất về mặt lý thuyết, là loại được bỏ chuột và các loài xâm lấn khác mà không sát hại bất cứ sinh vật nào.

Một nhóm các tổ chức phi lợi nhuận, trường đại học và cơ quan chính phủ ở Úc, New Zealand và Hoa Kỳ cũng đang nghiên cứu đánh giá tính thực tiễn của phương pháp này, trong đó có cân nhắc tới cả các vấn đề đạo đức, tôn giáo và pháp lý.

Hiện tại, Đại học North Carolina State đã bắt đầu tiến hành một số thí nghiệm với các loài chuột xâm lấn trên một hòn đảo để xác định xem quần thể loài trong tự nhiên chấp nhận những con chuột biến đổi gen như thế nào. Theo nhà nghiên cứu kiểm soát gen Megan Serr, Đại học North Carolina State, sự thành công của ý tưởng này phụ thuộc nhiều vào sự biến đổi gen nghiêng về giống đực và cũng cần xác định số lượng chuột biến đổi gen cần thiết để diệt trừ cả quần thể xâm lấn trên một diện tích nhất định.

Với quan điểm trái chiều, nhà sinh học tiến hóa Kevin Esvelt, Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) cho rằng công nghệ kiểm soát gen dựa trên CRISPR không phù hợp cho việc bảo tồn vì nguy cơ lây lan cao. Ngay cả khi một hệ thống kiểm soát gen được áp dụng để xóa bỏ các quần thể xác định thì vẫn phải mất hơn một năm để loài đó biến khỏi đảo. Nếu loài này có khả năng lan sang nơi nào khác, đó lại là một vấn đề lớn.

Ông Heath Packard, công tác tại Tổ chức Island Conservation, đơn vị thực hiện rất nhiều dự án khôi phục đảo và hiện đang là thành viên của liên minh nghiên cứu, cho hay 80% sự tuyệt chủng trong vòng 500 năm trở lại đây là xảy ra trên các hòn đảo, các đảo cũng là nơi trú ngụ của 40% loài đang có nguy cơ tuyệt chủng. Điều đó làm cho việc nghiên cứu tiềm năng của bảo tồn đa dạng sinh học trên các hòn đảo có ý nghĩa vô cùng quan trọng.

Trong khi các nhà bảo tồn vẫn đang băn khoăn, sinh học tổng hợp đã được ứng dụng cho mục đích thương mại. Điển hình như, một nhà nghiên cứu Đại học bang Pennsylvania đã tìm ra cách ứng dụng CRISPR để loại bỏ các gen khiến các loại nấm trong siêu thị bị chuyển thành màu nâu. Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ năm ngoái đã quy định rằng những loại nấm kiểu này không bị liệt vào danh sách loài biến đổi gen vì chúng không chứa gen mẫu từ các loài khác.

Theo ông Redford, trong bối cảnh nhiều thay đổi hiện nay, các nhà bảo tồn học cần liên hệ chặt chẽ với cộng đồng sinh học tổng hợp, nếu không sẽ gặp nhiều bất lợi. Sinh học tổng hợp trong bảo tồn là một vấn đề lớn chưa được chú ý đầy đủ.

Theo ThienNhien.Net (Nguyễn Sen/ Theo Yale Environment 360)