Bạn có bao giờ tưởng tượng đến một viễn cảnh tương lai giống như trong các bộ phim cyberpunk? Hãy cùng khám phá với mình về một công nghệ sinh học đầy hứa hẹn có tên là PROTEUS, viết tắt của "PROTein Evolution Using Selection". Đây là một sản phẩm trí tuệ của nhà sinh học phân tử Christopher Denes, thuộc Đại học Sydney, cùng với nhóm nghiên cứu của mình. Mục tiêu của Denes là tạo ra một nền tảng sinh học cho phép phát triển các phân tử trong tế bào động vật có vú, thay vì chỉ giới hạn ở các tế bào vi khuẩn như những phương pháp phát triển hướng dẫn trước đây.
PROTEUS thực sự là một bước tiến vượt bậc, khi nó có khả năng tăng tốc quá trình tiến hóa, có thể nhanh hơn hàng chục năm. Điều này có thể mang lại hy vọng trong việc loại bỏ các căn bệnh di truyền. Hơn nữa, công nghệ này còn có tiềm năng ứng dụng trong việc phát triển các "nanobodies", những mảnh kháng thể có kích thước nano, có thể được dùng cho mục đích chẩn đoán. Những nanobodies này có khả năng phát hiện tổn thương DNA dẫn đến ung thư, và việc chẩn đoán sớm thường giúp tăng cơ hội sống sót cho bệnh nhân.
Denes chia sẻ: "PROTEUS có thể được sử dụng để phát triển hoạt động của protein trong bối cảnh tế bào động vật có vú." Ông tin rằng công nghệ này sẽ giúp cộng đồng nghiên cứu tạo ra hoặc tối ưu hóa các phân tử sinh học đa dạng, được thiết kế để hoạt động trong các hệ thống động vật có vú phức tạp.
Công nghệ PROTEUS đã bắt đầu phát triển từ giữa những năm 1990, khi mà một nhóm nghiên cứu đã giành giải Nobel Hóa học năm 2018 nhờ vào những đóng góp cho sự phát triển của tiến hóa hướng dẫn. Phương pháp này bao gồm việc tạo ra nhiều đột biến khác nhau của một thực thể sinh học, chẳng hạn như tế bào, và xác định đột biến nào cho hiệu suất tối ưu. Sau đó, những đột biến hiệu quả nhất sẽ được sử dụng làm tiêu chuẩn cho các vòng lựa chọn tiếp theo cho đến khi đạt được kết quả mong muốn.
Trong quá trình nghiên cứu, Denes và nhóm của ông nhận ra rằng việc tiến hóa protein trực tiếp trong tế bào động vật có vú gặp nhiều khó khăn do sự nhạy cảm của các tế bào này với những đột biến trong bộ gen của chúng qua nhiều vòng tiến hóa. Giải pháp của họ là phát triển protein trong bộ gen virus, với các tế bào mới được sử dụng cho mỗi vòng.
"[PROTEUS] sử dụng các bọc virus-like chimeric (VLVs) để thực hiện các chương trình tiến hóa hướng dẫn kéo dài mà không làm mất đi tính toàn vẹn của hệ thống," Denes cho biết. Công nghệ này không chỉ nhanh chóng tạo ra những sản phẩm tiến hóa thực sự với chức năng ưu việt, mà còn có khả năng ứng dụng rộng rãi trong việc phát triển protein cho các tế bào động vật có vú.
Bằng cách sử dụng vỏ ngoài của một loại virus và bộ gen của một loại khác, Denes đã tạo ra một biến thể chimera, từ đó cho phép các tế bào phát triển nhiều giải pháp protein khả thi cùng một lúc. Sự tiến hóa này sẽ diễn ra theo cách tự nhiên, với những giải pháp kém hiệu quả sẽ bị loại bỏ, trong khi những giải pháp hiệu quả hơn sẽ tiếp tục phát triển và chiếm ưu thế.
Đây chỉ mới là khởi đầu cho một loạt các khả năng. Việc tối ưu hóa protein trong tế bào người có thể giúp bệnh nhân cải thiện khả năng dung nạp và xử lý các phương pháp điều trị y tế. Đồng thời, nó cũng có thể hợp tác với công nghệ CRISPR để nâng cao khả năng chỉnh sửa gen. Dù còn nhiều điều cần cải thiện, PROTEUS chính là một ranh giới mới trong tiến hóa và chắc chắn sẽ còn tiến xa hơn nữa.
Elizabeth Rayne là một nhà văn đã có nhiều bài viết được xuất hiện trên các tạp chí nổi tiếng như Popular Mechanics, Ars Technica và nhiều tờ báo khác. Hiện cô đang sống gần New York, cùng với chú vẹt của mình, Lestat. Ngoài việc viết lách, Elizabeth còn thích vẽ, chơi piano và có sở thích hóa thân thành nhiều hình dạng khác nhau.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/a65347070/proteus-directed-evolution-cells/
PROTEUS thực sự là một bước tiến vượt bậc, khi nó có khả năng tăng tốc quá trình tiến hóa, có thể nhanh hơn hàng chục năm. Điều này có thể mang lại hy vọng trong việc loại bỏ các căn bệnh di truyền. Hơn nữa, công nghệ này còn có tiềm năng ứng dụng trong việc phát triển các "nanobodies", những mảnh kháng thể có kích thước nano, có thể được dùng cho mục đích chẩn đoán. Những nanobodies này có khả năng phát hiện tổn thương DNA dẫn đến ung thư, và việc chẩn đoán sớm thường giúp tăng cơ hội sống sót cho bệnh nhân.
Denes chia sẻ: "PROTEUS có thể được sử dụng để phát triển hoạt động của protein trong bối cảnh tế bào động vật có vú." Ông tin rằng công nghệ này sẽ giúp cộng đồng nghiên cứu tạo ra hoặc tối ưu hóa các phân tử sinh học đa dạng, được thiết kế để hoạt động trong các hệ thống động vật có vú phức tạp.
Công nghệ PROTEUS đã bắt đầu phát triển từ giữa những năm 1990, khi mà một nhóm nghiên cứu đã giành giải Nobel Hóa học năm 2018 nhờ vào những đóng góp cho sự phát triển của tiến hóa hướng dẫn. Phương pháp này bao gồm việc tạo ra nhiều đột biến khác nhau của một thực thể sinh học, chẳng hạn như tế bào, và xác định đột biến nào cho hiệu suất tối ưu. Sau đó, những đột biến hiệu quả nhất sẽ được sử dụng làm tiêu chuẩn cho các vòng lựa chọn tiếp theo cho đến khi đạt được kết quả mong muốn.
Trong quá trình nghiên cứu, Denes và nhóm của ông nhận ra rằng việc tiến hóa protein trực tiếp trong tế bào động vật có vú gặp nhiều khó khăn do sự nhạy cảm của các tế bào này với những đột biến trong bộ gen của chúng qua nhiều vòng tiến hóa. Giải pháp của họ là phát triển protein trong bộ gen virus, với các tế bào mới được sử dụng cho mỗi vòng.
"[PROTEUS] sử dụng các bọc virus-like chimeric (VLVs) để thực hiện các chương trình tiến hóa hướng dẫn kéo dài mà không làm mất đi tính toàn vẹn của hệ thống," Denes cho biết. Công nghệ này không chỉ nhanh chóng tạo ra những sản phẩm tiến hóa thực sự với chức năng ưu việt, mà còn có khả năng ứng dụng rộng rãi trong việc phát triển protein cho các tế bào động vật có vú.
Bằng cách sử dụng vỏ ngoài của một loại virus và bộ gen của một loại khác, Denes đã tạo ra một biến thể chimera, từ đó cho phép các tế bào phát triển nhiều giải pháp protein khả thi cùng một lúc. Sự tiến hóa này sẽ diễn ra theo cách tự nhiên, với những giải pháp kém hiệu quả sẽ bị loại bỏ, trong khi những giải pháp hiệu quả hơn sẽ tiếp tục phát triển và chiếm ưu thế.
Đây chỉ mới là khởi đầu cho một loạt các khả năng. Việc tối ưu hóa protein trong tế bào người có thể giúp bệnh nhân cải thiện khả năng dung nạp và xử lý các phương pháp điều trị y tế. Đồng thời, nó cũng có thể hợp tác với công nghệ CRISPR để nâng cao khả năng chỉnh sửa gen. Dù còn nhiều điều cần cải thiện, PROTEUS chính là một ranh giới mới trong tiến hóa và chắc chắn sẽ còn tiến xa hơn nữa.
Elizabeth Rayne là một nhà văn đã có nhiều bài viết được xuất hiện trên các tạp chí nổi tiếng như Popular Mechanics, Ars Technica và nhiều tờ báo khác. Hiện cô đang sống gần New York, cùng với chú vẹt của mình, Lestat. Ngoài việc viết lách, Elizabeth còn thích vẽ, chơi piano và có sở thích hóa thân thành nhiều hình dạng khác nhau.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/a65347070/proteus-directed-evolution-cells/
