Các nhà khoa học Mỹ vừa công bố SpudCell - tế bào tổng hợp đầu tiên được tạo hoàn toàn từ các hóa chất vô sinh nhưng có thể hoàn thành một vòng đời giống tế bào sống.
Các nhà khoa học tại Đại học Minnesota đã tạo ra SpudCell, tế bào tổng hợp đầu tiên hoàn thành một chu kỳ sống đầy đủ. Ảnh: Phòng thí nghiệm Adamala
Đây là kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học tại Đại học Minnesota (Mỹ), được đánh giá là tạo ra cột mốc quan trọng trong lĩnh vực sinh học tổng hợp.
Theo Straits Times, điểm nổi bật của SpudCell là tế bào tổng hợp đầu tiên được tạo dựng hoàn toàn theo phương pháp "từ dưới lên", tức được lắp ráp từ các thành phần hóa học thay vì cải biến từ tế bào tự nhiên, đồng thời hoàn thành trọn vẹn một vòng đời từ khi hình thành đến khi phân chia thành các tế bào con. Thành tựu này được xem là bước tiến quan trọng trong lĩnh vực sinh học tổng hợp, giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn những thành phần tối thiểu cần thiết để duy trì sự sống.
Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu không khẳng định SpudCell là một dạng sống mới. Theo họ, hiện vẫn chưa có định nghĩa thống nhất về khái niệm "sự sống". Mặc dù SpudCell có thể thực hiện nhiều hoạt động vốn được xem là đặc trưng của sinh vật sống như hấp thụ chất dinh dưỡng, phát triển, sao chép bộ gen, phân chia và trải qua quá trình chọn lọc, hệ thống này vẫn đơn giản hơn nhiều so với tế bào tự nhiên và được lắp ráp hoàn toàn bằng phương pháp nhân tạo.
So với các tế bào sống, SpudCell còn tồn tại nhiều hạn chế. Tế bào này chưa thể tự tạo ribosome - bộ phận chịu trách nhiệm tổng hợp protein, nên vẫn phải phụ thuộc vào các protein và enzyme do các nhà nghiên cứu cung cấp. Vì vậy, mỗi dòng SpudCell chỉ có thể duy trì từ 5-10 thế hệ trước khi ngừng hoạt động.
Bộ gen của SpudCell cũng có quy mô rất nhỏ, chỉ khoảng 90.000 cặp bazơ, trong khi bộ gen của con người có khoảng 3 tỷ cặp bazơ. Ngoài ra, vật chất di truyền của SpudCell được phân tán trên bảy phân tử DNA thay vì tập trung thành một bộ gen hoàn chỉnh, khiến thông tin di truyền không phải lúc nào cũng được truyền đầy đủ cho các thế hệ sau.
Theo các nhà khoa học, SpudCell là kết quả của nhiều thập kỷ nghiên cứu về "tế bào tối thiểu" - những tế bào nhân tạo chỉ chứa các thành phần cơ bản nhất cần thiết để thực hiện các chức năng thiết yếu của sự sống. Việc xây dựng thành công những mô hình như vậy sẽ giúp làm sáng tỏ cơ chế vận hành của tế bào, từ đó hỗ trợ nghiên cứu y học, công nghệ sinh học, khám phá vũ trụ và nhiều lĩnh vực khoa học khác.
Nỗ lực tạo ra các hệ thống giống tế bào đã được tiến hành từ hơn một thế kỷ trước. Năm 1957, nhà vật lý kiêm nhà phát minh người Canada Thomas Ming Swi Chang chế tạo "tế bào" nhân tạo đầu tiên trên thế giới. Dù chưa có đầy đủ chức năng của tế bào sinh học, công trình này đã tạo nền tảng cho nhiều ứng dụng y học liên quan đến vận chuyển vật liệu sinh học trong cơ thể.
Đến năm 2010, các nhà nghiên cứu tại Viện J. Craig Venter (Mỹ) tạo ra một "tế bào tối thiểu" có bộ gen tổng hợp và khả năng tự phân chia, nhưng vẫn dựa trên nền tảng của tế bào tự nhiên đã được tinh giản. Trong khi đó, SpudCell đánh dấu hướng tiếp cận mới khi được xây dựng hoàn toàn từ các thành phần hóa học.
Đánh giá về thành tựu này, ông John Glass, người đứng đầu chương trình nghiên cứu tế bào tổng hợp tại Viện J. Craig Venter, cho rằng nhóm nghiên cứu của nhà khoa học Kate Adamala đã chế tạo được một tế bào tổng hợp có mức độ tương đồng với sự sống cao hơn bất kỳ hệ thống tế bào tổng hợp nào từng được phát triển.
Trong giai đoạn tiếp theo, nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu giúp SpudCell tự tạo ribosome để không còn phụ thuộc vào các tế bào sống trong quá trình phát triển. Các nhà khoa học cũng muốn cải thiện khả năng truyền đầy đủ thông tin di truyền sang các thế hệ tiếp theo, đồng thời giảm nhu cầu bổ sung các enzyme từ bên ngoài, qua đó đưa SpudCell tiến gần hơn đến đặc tính của tế bào tự nhiên.
Sự phát triển của các tế bào tổng hợp cũng làm dấy lên những tranh luận lâu nay về đạo đức và an ninh sinh học. Tuy nhiên, theo các chuyên gia, SpudCell hiện chưa tạo ra mối đe dọa đáng kể. Để có thể được ứng dụng, dù vì mục đích tích cực hay tiêu cực, hệ thống này vẫn cần trải qua quá trình nghiên cứu và phát triển trong thời gian dài.