Công nghệ giải trình tự gen – từ canh tác cần sa cho tới dược phẩm cá nhân hóa

Trong những năm trở lại đây, khoa học đã có những bước đột phá lớn trong công nghệ giải trình tự gen. Quá trình giải trình tự gen ngày càng nhanh hơn, rẻ hơn và đã có nhiều ứng dụng to lớn trong các ngành công nghiệp khác nhau.

Vậy còn ngành công nghiệp cần sa và lĩnh vực cần sa y tế thì sao?

Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về gen, công nghệ giải trình tự gen, và tiềm năng to lớn của nó trong vấn đề canh tác và dược phẩm cần sa.

Khải quát về gen

Di truyền

Đã bao giờ bạn tự hỏi, màu mắt của bạn là do đâu, chiều cao của bạn phụ thuộc những nhân tố quyết định nào?

Câu trả lời đơn giản là, có hai loại nhân tố quyết định bất kỳ đặc điểm nào trên cơ thể chúng ta: di truyền và môi trường. Chúng ta đều hiểu về nhân tố môi trường. Ví dụ, nếu bạn chơi thể thao đều đặn, bạn sẽ có thân hình thon gọn hơn và rất có thể sẽ cải thiện được chiều cao. Vậy còn di truyền là gì? Di truyền nghĩa là những đặc điểm mà bạn được truyền lại từ bố mẹ. Con cái giống với bố mẹ là do tính di truyền. Cây cối cũng giống động vật, cũng thừa hưởng các đặc tính của cây thế hệ trước đó.

Do vậy, mỗi đặc điểm trên cơ thể của bạn đều chịu ảnh hưởng của hai yếu tố đó. Nhưng, mức độ ảnh hưởng của từng nhân tố đến đâu thì còn tùy thuộc. Có những đặc điểm, như màu mắt, chịu ảnh hưởng từ di truyền là chủ yếu, nhưng có những đặc điểm khác, như tính cách hay sự thông thạo một kỹ năng nào đó, thì môi trường có lẽ đóng vai trò quan trọng hơn.

Vậy, câu hỏi tiếp theo là, điều gì quyết định yếu tố di truyền?

Chính là gen, hay DNA

Gen là gì

Gen chính là đơn vị vật chất di truyền nhỏ bé, thường nằm gọn trong nhân tế bào, nhưng chứa đựng tất cả các thông tin cần thiết cho việc hình thành nên một cá thể và các hoạt động của cá thể đó.

Nói một cách đơn giản, thì tưởng tượng bạn là một ngôi nhà. Để xây được ngôi nhà, bạn sẽ cần một bản vẽ. Và rồi, từ bản vẽ này, bạn sẽ tạo được ra sàn nhà, tường nhà, mái nhà, theo đúng như những gì đã định sẵn!

Do đó, việc giải trình tự gen cũng giống hệt với việc bạn đọc bản vẽ của một căn nhà. Bạn có thể không nhìn thấy được ngôi nhà đó trông như thế nào, có thể do nó chưa được xây chẳng hạn, nhưng nhờ việc đọc bản vẽ đó mà bạn đã tự hình dung trước được.

Gen được cấu tạo như thế nào?

Một gen sẽ tương ứng với một đoạn DNA. Cơ thể người hay bất kỳ động vật nào đều được cấu tạo từ bốn nhóm đại phân tử: protein, carbonhydrate, lipid và nucleic acid. DNA thuộc nhóm nucleic acid, và sẽ hoạt động như một khuôn mẫu cho việc tổng hợp RNA và sau cùng là protein.

Protein chính là phân tử tham gia cấu tạo nên hầu như tất cả các cấu trúc tế bào, tham gia tất cả các quá trình sinh lý, sinh học trong cơ thể của sinh vật. Do vậy, khi có sự thay đổi về cấu trúc gen, hoặc mức độ biểu hiện gen, thì nhiều cấu trúc, đặc điểm cơ thể hoặc quá trình sinh lý trong cơ thể cũng sẽ thay đổi theo.

Gen, hoặc DNA, được cấu tạo từ 4 loại nucleotide khác nhau, có thể được gắn với 4 chữ cái A,T,G,C. Cũng như cách mà các chữ cái khác nhau trong bảng chữ cái sắp xếp lại thành các từ khác nhau, 4 loại chữ cái của bảng chữ cái di truyền này cũng sẽ sắp xếp để quy định các phân tử amino acid nào sẽ được tổng hợp, và sự sắp xếp của các phân tử này trong protein ra sao.

Quá trình từ DNA để tổng hợp ra protein thực chất còn khá phức tạp nữa, nhưng bạn chỉ cần hiểu được bản chất của nó:

Trình tự Gen/DNA -> Trình tự Protein -> Tính trạng/ đặc điểm/ hoạt động sinh lý.

Nhờ vậy, như đã nói ở phía trên, khi bạn biết được trình tự gen của cây cần sa, bạn sẽ có thể tiên đoán được các đặc điểm của cây đó lúc trưởng thành ngay từ khi nó còn là cây con.

Gen được giải trình tự như thế nào?

Một bộ gen hoàn chỉnh có thể bao gồm hàng tỉ nucleotide khác nhau. Đúng như cái tên đã định nghĩa, giải trình tự gen chính là việc đọc từng chữ cái một tương ứng với nucleotide đấy, và sắp xếp chúng sao cho đúng với cách mà chúng được sắp xếp trong hệ gen.

Để làm được điều này trên cây cần sa, các nhà khoa học sẽ đục một lỗ bé tí tẹo trên lá của cây cần sa để lấy mẫu mô. Điều này có thể được thực hiện ngay từ khi có lá mầm đầu tiên. Họ sau đó sẽ phải loại bỏ protein, lipid, carbohydrate để chỉ lấy nucleic acid.  Thêm một số bước xử lý nữa để loại bỏ tạp chất, tăng độ tinh khiết cho mẫu, rồi nhân bản các mẫu đó lên. Cuối cùng thì mẫu, giờ chỉ còn toàn là DNA, sẽ được đưa vào máy để giải trình tự.

Công nghệ giải trình tự gen và canh tác cần sa

Bạn đã biết những điều cơ bản về gen và việc giải trình tự gen. Vậy, nó có ứng dụng gì trong canh tác cần sa?

Xác định gen nào quy định tính trạng nào

Các nhà khoa học hiện đã giải được trình tự các gen mã hóa enzyme tham gia tổng hợp các cannabinoid, như THCA, CBDA, CBGA… (cannabinoid ở cây cần sa tồn tại dưới dạng acid). Họ cũng bắt đầu hiểu được một số biến đổi trong các gen này có thể gây ra hiện tượng gì. Ví dụ, biến đổi nhỏ trong gen của quá trình tổng hợp THC có thể làm tăng hoặc giảm, thậm chí bất hoạt sự tổng hợp THC của cây.

Ngoài cannabinoid ra, các gen khác được quan tâm là các gen tổng hợp terpene, flavonoid. Đối với cây gai dầu thì là hàm lượng protein, tốc độ phát triển, chống chịu, hoặc kích thước hạt.

Tiên đoán kiểu hình cây ngay từ khi bé

Bạn sẽ không cần phải đợi cây trưởng thành, ra hoa rồi mới biết là nó sẽ cho ra những búp cần sa như thế nào. Hàm lượng THC, CBD, mọi loại cannabinoid, thậm chí cả terpene và flavonoid đều có những gen quy định về sự tổng hợp chúng. Điều này là vô cùng có lợi cho grower, đặc biệt là những người lai giống cần sa đang muốn biết về thế hệ cây con của mình sẽ như thế nào. Họ sẽ không phải mất công trồng cây, rồi đợi một thời gian dài để cây trưởng thành mới có thể đánh giá.

Mặc dù chất lượng của hoa cần sa còn phụ thuộc nhiều yếu tố khác nữa, chẳng hạn như kỹ thuật trồng của bạn hay môi trường có thuận lợi hay không, nhưng việc biết trước được về thông tin di truyền của cây có thể giúp các grower, nhà lai tạo có những quyết định hợp lý hơn, khi biết được thứ mà họ mong đợi là gì.

Hỗ trợ cho việc sàng lọc và lai tạo

Bạn có một giống giàu THC, và giờ muốn đưa thêm một chút CBD vào? Hoặc bạn muốn cho thêm limonene hoặc pinene để tạo nên các mùi hương, hiệu ứng mà bạn mong muốn?

Các nhà lai giống về cơ bản là sẽ lai giữa những giống cây cần sa với các đặc điểm mong muốn để có được cây con mang đặc điểm tốt từ cả hai bố mẹ. Thế nhưng, vấn đề nằm ở chỗ, việc phân chia vật chất di truyền từ bố mẹ sang con là ngẫu nhiên. Ví dụ, người con muốn có đôi mắt giống bố, nhưng nhỡ đâu lại nhận được đôi mắt giống mẹ?

Tương tự, nhà lai giống sẽ phải trồng hàng trăm cây con, đợi chúng trưởng thành, rồi mới có thể đánh giá và tìm cây con hoàn hảo. Đây quả là một công đoạn tốn quá nhiều thời gian, tiền bạc lẫn công sức. Do vậy, nếu có sự hỗ trợ của công nghệ giải trình tự gen, họ sẽ rút ngắn được quá trình này đi rất nhiều!

Tạo ra những giống cây cần sa đặc biệt

Như đã đề cập ở trên, một số đột biến trong các gen quy định enzyme trong quá trình tổng hợp THCA, CBDA… có thể tăng cường hoặc làm giảm, hoặc tắt hoàn toàn các quá trình đó.

Do vậy, các nhà khoa học có thể nhân cơ hội đó mà tạo ra các biến đổi theo mong muốn. Ví dụ, bạn muốn một giống giàu CBD và không có THC? Đơn giản, hãy tăng cường gen quy định CBDA, và tắt gen quy định THCA,

Cung cấp thông tin về giống cần sa

Có hàng ngàn giống cần sa khác nhau, và các nhà lai tạo sẽ tạo ra hàng ngàn giống nữa. Thị trường cần sa từ trước đến nay đa phần hoạt động bất hợp pháp, với hình thức chợ đen. Điều này khiến cho việc quản lý và đánh giá chất lượng hạt giống gặp rất nhiều khó khăn.

Lấy một ví dụ, bạn mua hạt giống hoặc búp cần sa của giống cần sa Blueberry, một giống vô cùng nổi tiếng đã vô địch Cúp cần sa năm 2000 cho danh mục giống Indica tuyệt nhất. Hàng đã đến tay bạn. Nhưng, câu hỏi là, điều gì khiến bạn chắc chắn là bạn đang có trong tay Blueberry chứ không phải một giống cần sa nào khác? Hạt Blueberry bạn mua ở ngân hàng này có giống với hạt Blueberry bạn mua ở ngân hàng khác không? Bạn có thực sự có thể tin tưởng? Điều gì sẽ đảm bảo cho bạn?

Và điều quan trọng nhất, những tiêu chí nào khiến cho một hạt giống hoặc một búp cần sa được gọi là Blueberry?

Hơn thế nữa, nếu bạn là một bệnh nhân cần sa y tế, bạn sẽ muốn đảm bảo rằng thứ bạn có được chính xác là thứ bạn đang tìm.

Do vậy, công nghệ gen có thể là một giải pháp tuyệt vời cho vấn đề này. Hhoàn toàn có thể phân loại, nhóm và đặt tên các giống cần sa dựa vào trình tự gen thay vì bằng cách ước lượng như hiện nay. Một khi công nghệ giải trình tự gen trở nên nhanh và rẻ hơn, hoàn toàn có thể tiến hành điều này một cách đại trà. Do vậy, trong một tương lai không xa, bạn có thể sẽ nhận được hạt giống đi kèm với chứng nhận về trình tự gen mỗi khi mua hàng. Bạn sẽ hoàn toàn yên tâm về chất lượng, xuất xứ của nó.

Công nghệ giải trình tự gen và dược phẩm cá nhân hóa

Ở một khía cạnh khác, có thể ứng dụng công nghệ này không phải lên cây cần sa, mà lên chính người sử dụng. Biết được trình tự gen của bệnh nhân có thể là bước quan trọng cho quá trình trị liệu bằng cần sa.

Có quá nhiều thứ phải đoán

Sự đa dạng của cần sa là một điểm mạnh và cũng là một điểm yếu. Điểm mạnh ở chỗ bạn có thể giải quyết được rất nhiều vấn đề một cách hiệu quả nếu bạn tìm được loại cần sa phù hợp với bạn. Nhưng, điểm yếu là, làm sao để tìm được loại cần sa phù hợp đó? Trong hàng ngàn hàng vạn lựa chọn về giống và liều lượng khác nhau?

Một trở ngại lớn trong việc sử dụng cần sa cho mục đích y tế là bạn phải thử nghiệm và thăm dò mọi thứ. Cần sa khác với đa phần các loại thuốc tân dược. Trong khi phản ứng của bạn và tôi với Aspirin là giống nhau, thì phản ứng với cần sa của bạn chắc chắn sẽ khác với phản ứng với cần sa của tôi. Hiệu ứng của giống cần sa nọ cũng chắc chắn khác giống cần sa kia. Liều lượng của bệnh nhân này chắc chắn cũng sẽ khác với bệnh nhân khác.

Giống cần sa, liều lượng, tỉ lệ THC:CBD, Indica hay Sativa, cách sử dụng… có quá nhiều nhân tố ngẫu nhiên trong bài toán chữa bệnh bằng cần sa của bạn. Chính vì lý do này, nhiều người không đạt được hiệu quả như mong muốn khi thử cần sa y tế. Không phải là cần sa không có tác dụng, mà là họ chưa thể tìm được đâu là loại thuốc phù hợp, và liều lượng bao nhiêu.

Trình tự gen là chìa khóa cho chữa lành

Trong cuộc phỏng vấn với Project CBD, Tiến sĩ McKernan đã đưa ra ví dụ về một số bệnh điển hình:

Đau mãn tính

Trong bệnh đau mãn tính, cơn đau của bạn có thể là do liên quan đến thụ thể TRP, còn cơn đau của tôi là do một biến thể gen TRAP1, khiến cho cơ thể không loại bỏ được gốc tự do. Bác sĩ kê đơn thuốc opiate cho cả bạn và tôi, những sẽ chỉ có bạn là opiate giải quyết được vấn đề, còn vấn đề về gốc tự do của tôi vẫn không được động tới. Đây là một trong những lý do gây nên đại nạn opioid ở Mỹ, khi mà việc sử dụng thuốc này bị lạm dụng quá mức. Nếu bác sĩ biết về những bệnh nhân nào đau mãn tính do biến thể gen TRAP1, họ có thể sẽ có hướng đi khác, sử dụng các chất chống oxy hóa thay vì chỉ cố gắng làm dịu triệu chứng đau. Thật vậy, cannabinoid là những chất chống oxy hóa mạnh mẽ, do đó nhiều người đã có được kết quả khả quan khi sử dụng thuốc cannabinoid thay cho opioid trong bệnh đau mãn tính.

Động kinh

Còn trong bệnh động kinh kháng trị ở trẻ em, việc sử dụng thuốc CBD tuy đã có nhiều kết quả khả quan, nhưng nhiều trường hợp thuốc không có hiệu quả, thậm chí bệnh tình còn nặng hơn! Tại sao lại vậy? Tiến sĩ Mc Kernan đã phát hiện ra khi giải trình tự gen các bệnh nhân động kinh trong các thử nghiệm lâm sàng rằng, có ít nhất bốn biến thể gen trong bệnh lý này. Một biến thể mã hóa gen tham gia sự chuyển hóa CBD, gọi là gen CYP2C9. Ba biến thể gen khác liên quan tới kênh sodium, nơi mà anandamide tác động tới. Do đó, đối với một loại biến thể, thứ các bé cần là CBD, nhưng một số khác, thứ cần dùng lại là THC. Đây có lẽ chính là lý do mà một số trẻ không có sự cải thiện khi dùng CBD, nhưng đã tốt hơn rất nhiều khi có THC thêm vào.

Đây chỉ là hai ví dụ điển hình của các biến thể gen khác nhau ảnh hưởng đến quá trình điều trị của cùng một bệnh. Tiến sĩ McKernan còn nhắc đến nhiều chứng bệnh khác nữa mà họ đang tìm hiểu. Rất có thể điều tương tự sẽ được áp dụng trong Alzheimer, Parkinson, tự kỷ, thậm chí là ung thư!

Do vậy, nếu chúng ta có thể thực hiện kết hợp hai lĩnh vực: giải trình tự hệ gen của bệnh nhân và giải trình tự gen cần sa, chúng ta sẽ hoàn toàn có thể thiết kế được một loại thuốc cần sa hoàn hảo cho một trường hợp bệnh nhất định. Điều này có nghĩa là, bạn sẽ chỉ cần lấy mẫu DNA rồi gửi đến phòng thí nghiệm, tiệm thuốc sẽ gửi lại bạn cần sa ngay trong ngày hôm sau. Đúng giống cần sa và tỉ lệ THC: CBD bạn cần, liều lượng phù hợp với bạn, không cần phải mất thời gian và công sức để dò tìm như bây giờ nữa.

Kết luận

Công nghệ giải trình tự gen thật có nhiều hứa hẹn. Chính vì những điều đã phân tích ở này, tôi tin rằng, công nghệ này kết hợp với ngành dược phẩm cần sa sẽ tạo nên một hệ thống y tế được cá nhân hóa, là một bước đột phá lớn trong ngành y tế của tương lai.

Tác giả: Express

Bài viết được xem nhiều nhất

Bài viết liên quan

# Cần sa y tế

Bệnh nhân đủ điều kiện đăng ký ở bang Connecticut có thể bắt đầu trồng cần sa tại nhà vào tuần sau

Những bệnh nhân đã đăng ký với chương trình tiếp cận cần sa y tế của tiểu bang Connecticut có thể bắt đầu trồng cần sa tại nhà để sử dụng cho mục đích cá nhân của họ vào Thứ 6, ngày 1 tháng 10.

Đọc thêm
# Cần sa y tế

Những kết quả nghiên cứu đầu tiên tại Cơ quan đăng ký cần sa y tế tại Anh Quốc

Kết quả lâm sàng của nhóm bệnh nhân đầu tiên được ghi nhận tại Cơ quan đăng ký Cần sa y tế Anh Quốc là rất đáng khích lệ. Một trong những lập luận chống lại cần sa y tế là việc thiếu các bằng chứng thuyết phục để ủng hộ cho tác dụng của […]

Đọc thêm
# Cần sa y tế

Tổng quan về Terpene

TERPENE LÀ GÌ GIẢI THÍCH ĐƠN GIẢN Terpene là một nhóm lớn các hợp chất hữu cơ đa dạng, được tạo ra bởi nhiều loại thực vật. Terpene là thứ mang lại cho mỗi loài hoa, loại thảo mộc và trái cây những mùi hương và hương vị đặc trưng riêng. Hàng ngày, ở khắp […]

Đọc thêm