Ngân hàng Gene hoạt động như thế nào

Rất khó để giới thiệu ý tưởng về ngân hàng gen mà không nhắc đến câu chuyện kinh thánh về Noah. Hình tượng trong Cựu ước đã dồn hai con vật trong số mỗi con vật lên một chiếc thuyền gỗ khổng lồ để vượt qua một trận lụt thảm khốc . Những cơn mưa ập đến, con thuyền chở hàng hóa quý giá của nó vượt lên trên sóng và mọi thứ khác chìm trong vực sâu. Sau khi nước rút đi, các loài động vật lên tàu để tái tạo lại một Trái đất bị tàn phá, ngập nước .

Cho dù bạn coi câu chuyện này là sự thật hay huyền thoại, cam kết của Noah có nhiều điểm tương đồng nổi bật với những nỗ lực hiện tại để thiết lập ngân hàng gen . Không có con tàu gỗ khổng lồ nào vào thời điểm này, và phạm vi còn vượt xa việc chở gia súc và động vật kỳ lạ. Thay vào đó, các nhà nghiên cứu đang bận rộn với việc thu thập các mẫu gen từ hàng nghìn loài động thực vật và cất giữ chúng trong các hầm đông lạnh.

Các gen của một sinh vật về cơ bản là các bản thiết kế của nó, là các chuỗi DNA được chăm chút tỉ mỉ trong mỗi tế bào sống . Bằng cách đông lạnh đúng cách vật liệu di truyền này, chúng ta có thể bảo tồn các bản thiết kế cho các thời đại sau này.

Mặt khác, những nỗ lực này rất phù hợp với Nô-ê. Hiện có hơn 900 loài động vật có nguy cơ tuyệt chủng trên hành tinh, theo Cơ quan Cá và Động vật Hoang dã Hoa Kỳ. Thay vì phải đối mặt với lũ lụt từ Chúa, chúng phần lớn bị đe dọa bởi các điều kiện do con người mở rộng, khai thác và ô nhiễm hàng thế kỷ gây ra. Nếu chúng ta bảo tồn gen của chúng ngay bây giờ, các nhà khoa học nghĩ rằng chúng ta sẽ có thể giới thiệu lại chúng thông qua nhân bản sau này. Tương tự như vậy, nhiều loài cây trồng cũng bị đe dọa.

Nhưng ngân hàng gen không chỉ là một hệ thống sao lưu toàn cầu cho lần tiếp theo loài người vô tình xóa một tập tin quan trọng. Bằng cách thu thập các kế hoạch tổng thể về gen cho thực vật và động vật trên hành tinh, chúng ta có thể nghiên cứu tốt hơn các hoạt động bên trong của thế giới tự nhiên.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét những nỗ lực hiện tại để thu thập và lưu trữ gen của các sinh vật sống trên Trái đất, từ cây lương thực và động vật hoang dã đã tuyệt chủng cho đến cấu hình DNA của toàn bộ quần thể con người . Bạn có thể nói rằng chúng tôi đang tiết kiệm cho một ngày mưa.

Nếu bạn dừng lại và nhìn vào nền văn minh xung quanh mình, bạn có thể phát hiện ra một số điểm tham quan thực sự đáng kinh ngạc: máy bay và các tòa nhà chọc trời chạm vào những đám mây , lưới điện và hệ thống đường sá chằng chịt trên đất liền và các mạng lưới liên lạc vô hình bao phủ phần lớn hành tinh. Tuy nhiên, tất cả những thành tựu lớn nhất của chúng ta trong khoa học, nghệ thuật và triết học đều quay trở lại một bước đột phá quan trọng: nông nghiệp trong nước. Khi con người đầu tiên cuối cùng bắt đầu từ bỏ lối sống săn bắt và hái lượm để sống lâu dài và canh tác cây trồng, họ cuối cùng đã có thời gian để cống hiến cho phần lớn những gì chúng ta biết đến như văn hóa loài người.

Trong khi con người ban đầu phụ thuộc vào nhiều loại tài nguyên thực vật và động vật nhặt được, chúng ta đã đạt đến thời điểm mà những cánh đồng khổng lồ chỉ hỗ trợ một loại cây lương thực duy nhất nuôi sống hàng triệu người. Điều này đặt nguồn cung cấp thực phẩm của chúng tôi trong một tình huống rất mong manh. Điều gì sẽ xảy ra nếu biến đổi khí hậu làm xuất hiện các loài gây hại mới hoặc khiến một khu vực không thích hợp với một loại cây trồng bùng nổ trước đây? Điều gì sẽ xảy ra nếu bệnh tật hoặc thảm họa tự nhiên và nhân tạo quét sạch nó? Bằng cách lưu trữ các gen đằng sau những cây trồng này, chúng tôi cung cấp cho mình một khoản dự phòng - có thể nói là tiền trong ngân hàng .

Nhưng các loại cây trồng chính không phải là loài duy nhất mà các nhà nghiên cứu thu thập được trong ngân hàng gen. Lấy ví dụ về khoai tây thông thường. Đây không phải là thứ duy nhất trong tủ đông - các nhà nghiên cứu lưu trữ hàng nghìn củ từ các nơi khác nhau trên thế giới để bảo vệ khoai tây chiên và Tater Tots của tương lai. Nếu một loại bệnh xuất hiện nhắm vào một loài thực phẩm chính là củ, có lẽ một loài khác ít được biết đến hơn sẽ đóng vai trò thay thế thích hợp hoặc chứa thông tin di truyền cần thiết để tạo ra một loài kháng thuốc.

Tất nhiên, thực vật lấp đầy các hiệu thuốc cũng như đĩa ăn tối của chúng tôi. Ngân hàng gen cho phép chúng ta chuẩn bị cho những ẩn số trong tương lai bằng cách bảo vệ an toàn các loài thực vật mà một ngày nào đó có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển các loại thuốc mới. Đây chỉ là một lý do nữa để bảo vệ không chỉ thực vật chúng ta sử dụng mà còn bảo vệ đa dạng sinh học toàn cầu bằng cách bảo tồn phần còn lại. Điều này bao gồm hơn 500 loài thực vật từ khắp nơi trên thế giới được Cơ quan Cá và Động vật Hoang dã Hoa Kỳ liệt vào danh sách có nguy cơ tuyệt chủng. Ai biết loại thuốc kỳ diệu nào đang tồn tại ngoài kia, chưa được phát hiện trong một khu vực có nguy cơ tuyệt chủng của rừng mưa Amazon?

Khái niệm dự trữ gen thực vật không có gì mới. Nông dân đã cất giữ hạt giống để đảm bảo thu hoạch trong tương lai trong hàng nghìn năm. Ngày nay, các ngân hàng hạt giống trên khắp thế giới làm việc để biên niên sử và lưu trữ các bản thiết kế gen của các loại cây trồng, đặc biệt là những cây lương thực quan trọng. Một số trong số này thuộc sở hữu của chính phủ, số khác được điều hành bởi các tổ chức tư nhân và quốc tế. Để có cái nhìn chi tiết về các hoạt động này, hãy đọc Cách hoạt động của các ngân hàng hạt giống .

Các nhà thực vật học có thể bảo tồn vật chất di truyền theo hai cách. Một phương pháp bao gồm làm khô và đông lạnh hạt ở nhiệt độ ít nhiều ngang bằng với mùa đông điển hình. Một số hạt có thể tồn tại ở trạng thái này trong nhiều thập kỷ, nhưng cuối cùng cần phải rã đông và mọc lại để cung cấp hạt tươi, quan trọng. Tuy nhiên, nếu hạt bị đông lạnh ở nhiệt độ lạnh hơn, thấp hơn , tất cả chuyển động của phân tử sẽ dừng lại. Mặc dù phương pháp thứ hai này đắt hơn nhiều so với phương pháp đông lạnh thông thường, nhưng nó làm tăng đáng kể thời hạn sử dụng của vật liệu di truyền thực vật.

Hiện tại hơn 1.400 ngân hàng gen trên toàn thế giới lưu trữ hạt giống và mẫu gen từ hàng trăm loại cây khác nhau [nguồn: Popular Science ].

Nhưng cuộc sống động vật trên hành tinh thì sao? Ở trang tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét một số nỗ lực của mình để bảo vệ các loài động vật có nguy cơ tuyệt chủng và hồi sinh những loài đã tuyệt chủng.

Trong khi các ngân hàng hạt giống thường ưu tiên các loại cây trồng được trồng rộng rãi, các nhà khoa học đang tìm cách dự trữ gen động vật lại tập trung vào một hướng khác: các loài trên bờ vực tuyệt chủng. Nếu điều này nghe có vẻ là một nhiệm vụ tương đối nhỏ, hãy xem xét rằng Cơ quan Cá và Động vật Hoang dã Hoa Kỳ hiện đang liệt kê hơn 900 loài là có nguy cơ tuyệt chủng. Nếu các xu hướng hiện tại tiếp tục, các nhà khoa học dự đoán hơn 1.000 loài động vật có vú sẽ đối mặt với nguy cơ tuyệt chủng trong 30 năm tới [nguồn: The Frozen Ark Project ].

Một số chương trình đang làm việc để bảo tồn gen của các loài động vật có nguy cơ tuyệt chủng. Cơ sở nghiên cứu về nhân giống gấu trúc khổng lồ ở Thành Đô của Trung Quốc giữ trứng, tinh trùng và các mẫu mô khác của gấu trúc và các loài bản địa khác được bảo quản trong kho lạnh. Dự án Frozen Ark của Vương quốc Anh đã thực hiện sứ mệnh tạo ra một mạng lưới các ngân hàng gen tương tự trên khắp thế giới dành cho các loài động vật có nguy cơ tuyệt chủng.

Các nhà khoa học ở Ấn Độ đã đưa ý tưởng này đi một bước xa hơn bằng cách làm việc để cuối cùng đưa loài báo Ấn Độ trở lại môi trường hoang dã, hơn nửa thế kỷ sau khi nó bị tuyên bố tuyệt chủng. Trong khi các nhà nghiên cứu thiếu mô được bảo quản bằng phương pháp đông lạnh, họ vẫn có thể thu thập các mô da và xương từ các viện bảo tàng và vườn thú. Họ hy vọng sẽ lấp đầy khoảng trống di truyền bằng cách nghiên cứu gen của các quần thể báo gêpa tương tự ở Iran ngày nay.

Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn chưa hoàn toàn bỏ qua các loài động vật nuôi trong nhà. Một số ngân hàng gen đã thiết lập để lập hồ sơ và lưu trữ DNA từ các giống vật nuôi chính. Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn của Vương quốc Anh đã thành lập một kho lưu trữ tinh dịch để bảo vệ hồ sơ di truyền của chó đực giống ở Vương quốc Anh và Bắc Ireland.

Để bảo tồn thông tin di truyền cho động vật, các nhà khoa học phải đông lạnh bằng đông lạnh các mẫu tinh trùng, trứng, tóc, da và máu đa dạng từ các loài mục tiêu để tạo cơ hội tốt nhất cho việc nhân bản trong tương lai. Để đạt được điều này, các nhà khoa học sẽ sử dụng một con cái từ một loài có liên quan làm mẹ thay thế. Họ sẽ lấy một trong những quả trứng của người thay thế và kết hợp nó với một tế bào của động vật cần nhân bản. Thực tế, người mẹ sẽ sinh ra một loài khác - biến nó thành một người mẹ sinh học, nhưng không phải là một loài di truyền. Để biết thêm thông tin về quy trình này, hãy đọc Cách hoạt động của nhân bản .

Quá trình này có hoạt động không? Các nhà khoa học đã chứng minh rằng nó có thể. Vào ngày 8 tháng 1 năm 2001, các nhà khoa học Hoa Kỳ đã công bố sự ra đời của một con bò tót con , một loài bò lớn có nguy cơ tuyệt chủng có nguồn gốc từ Ấn Độ và Châu Á. Mẹ của bò tót, tuy nhiên, là một con bò cái bình thường.

Việc sử dụng rộng rãi kỹ thuật này để phục hồi hành tinh với các loài động vật đã tuyệt chủng và có nguy cơ tuyệt chủng vẫn còn nhiều năm nữa. Trong ngắn hạn, các ngân hàng gen như vậy cho phép các nhà khoa học nghiên cứu các loài có nguy cơ tuyệt chủng và tìm hiểu cách tốt nhất để duy trì chúng trong tương lai.

Nhưng những gì về loài chịu trách nhiệm cho rất nhiều loài gần như tuyệt chủng này? Không có gì ngạc nhiên khi các nhà khoa học cũng đang bảo tồn các vật liệu di truyền của con người. Ngân hàng tinh trùng trong đó các bác sĩ đông lạnh tinh dịch để sử dụng trong thụ tinh nhân tạo là một ví dụ điển hình.

Các ngân hàng gen khác, chẳng hạn như dự án deCODE của Iceland, lưu trữ vật liệu di truyền của con người để nghiên cứu y học. Trung Quốc hiện đang làm việc để thu thập và lưu trữ dữ liệu di truyền của các cư dân ở thành phố Taizhau. Các nhà nghiên cứu đã thu thập mẫu từ 10.000 cá thể và hy vọng sẽ thu thập được tổng cộng 5 triệu [nguồn: BBC News ].

Ổn định, con người đang tải những chiếc hòm đông lạnh của họ. Chúng tôi đã giấu chúng trong những ngọn núi băng giá của Na Uy, chôn chúng trong các hầm ngầm - thậm chí còn có cuộc nói chuyện về việc gửi ngân hàng gen lên mặt trăng . Liệu một ngày nào đó, liệu chúng ta có cần những hồ chứa gen này để xây dựng lại một hành tinh bị phế thải bởi thảm họa tự nhiên hay nhân tạo?

Hy vọng rằng chúng ta sẽ không bao giờ phải tìm ra. Khám phá các liên kết trên trang tiếp theo để tìm hiểu thêm về những điều kỳ diệu về gen đằng sau sự sống.

Những bài viết liên quan

Các liên kết tuyệt vời hơn

Nguồn

­