Nhân bản động vật là quá trình tạo ra một số động vật giống hệt nhau về mặt di truyền mà không cần phải trải qua quá trình thụ tinh thông thường. Việc tạo thành công động vật nhân bản đã mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong nghiên cứu cơ bản, y học và nông nghiệp. Hiện nay, trên thế giới có hai phương pháp nhân bản động vật được sử dụng: nhân bản động vật sử dụng phôi có nguồn gốc từ tế bào phôi và nhân bản động vật bằng kỹ thuật cấy chuyển nhân tế bào soma (SCNT). So với nhân bản động vật sử dụng phôi có nguồn gốc từ tế bào phôi thì SCNT có nhiều thuân lợi hơn. SCNT có thể ứng dụng cho các động vật đã biết kiểu hình; nguồn tế bào cho dồi dào dễ sử dụng qua đó làm tăng số lượng phôi và động vật nhân bản được tạo ra.

Kỹ thuật cấy chuyển nhân tế bào soma là quá trình chuyển một nhân từ một tế bào cho vào bên trong tế bào trứng nhận đã được loại nhân. Cừu Dolly là động vật nhân bản đầu tiên ra đời bằng SCNT. Tiếp nối sự thành công này, cho đến nay có rất nhiều báo cáo nói về sự thành công tạo động vật nhân bản bằng SCNT ở một số loài vật nuôi khác như: bò, dê, lợn….

Công nghệ SCNT đã tạo ra hướng đi mới cho cả nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng như: tạo động vật biến đổi gen, bảo tồn và duy trì những loài động vật quý hiếm, tạo động vật có các cơ quan nội tạng tương thích để cấy ghép cho người. SCNT hiện nay còn là một trong những phương pháp đang được ứng dụng nhằm lai tạo các loài động vật có chất lượng tốt và bảo tồn các loài động vật có nguy cơ biến mất.

Nhân bản động vật bằng kỹ thuật cấy chuyển nhân tế bào soma tại Việt Nam

Những nghiên cứu đầu tiên về kỹ thuật cấy chuyển nhân tế bào soma được thực hiện vào năm 1998 tại Viện Công nghệ sinh học. Nhóm nghiên cứu của Phòng Công nghệ sinh sản, Viện Công nghệ sinh học của TS. Bùi Xuân Nguyên đã triển khai các nghiên cứu về cấy chuyển nhân tế bào soma trên một số loài động vật như: bò (2000), khỉ (2005), sao la (2005), lợn (2006). Tuy nhiên các kết quả nghiên cứu về SCNT trên động vật của Viện Công nghệ sinh học cũng chỉ dừng ở giai đoạn tạo được phôi nhân bản.

Phòng Thí nghiệm trọng điểm Công nghệ tế bào động vật-Viện Chăn nuôi bắt đầu tiến hành nghiên cứu kỹ thuật tạo phôi và động vật nhân bản bằng SCNT từ năm 2015. Năm 2018, lần đầu tiên tại Việt Nam, Phòng TNTĐ Công nghệ tế bào động vật đã công bố về việc tạo thành công phôi bò nhân bản không có màng sáng bằng SCNT. Tạo phôi động vật nhân bản không có màng sáng bằng SCNT hiện nay là một phương pháp tạo phôi động vật nhân bản đang được thay thế cho phương pháp tạo phôi SCNT truyền thống (phôi nhân bản có màng sáng) bởi những ưu điểm như: đơn giản, dễ thao tác, độ chính xác và hiệu quả cao, không đòi hỏi các thiết bị đắt tiền…Đến tháng 3/2021, Phòng TNTĐ Công nghệ tế bào động vật đã thành công trong việc tạo được lợn Ỉ đực nhân bản từ kỹ thuật cấy chuyển nhân tế bào soma.

Lợn Ỉ con được sinh ra từ lợn Ỉ cái nhân bản sau TTNT bằng tinh trùng lợn Ỉ đực nhân bản đông lạnh-giải đông

Đây là những động vật nhân bản đầu tiên tại Việt Nam được tạo ra từ phôi lợn SCNT không có màng sáng. Sự thành công này là một bước tiến vượt bậc về Khoa học công nghệ của Việt Nam trong lĩnh vực nhân bản động vật. Cho đến nay Phòng TNTĐ Công nghệ tế bào động vật đã tạo ra được thêm nhiều lợn Ỉ cái nhân bản cũng bằng kỹ thuật SCNT. Lợn Ỉ đực và cái nhân bản được tạo ra bằng SCNT đều sinh trưởng và có khả năng sinh sản bình thường.

Định hướng nghiên cứu và ứng dụng công nghệ SCNT trong lĩnh vực chăn nuôi

Trong việc bảo tồn và phát triển các giống vật nuôi có giá trị: Hiện nay, việc duy trì, khai thác và phát triển các giống vật nuôi bản địa, các giống vật nuôi có giá trị một cách hiệu quả, bền vững vừa phục vụ cho phát triển kinh tế, vừa bảo tồn các nguồn gen quý, bảo đảm sự đa dạng sinh học đang là xu hướng chung của nhiều quốc gia trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Trong nhiều năm qua, nhiều giống vật nuôi bản địa tại Việt Nam bị suy thoái, mai một, thậm chí có nguy cơ bị biến mất hoặc đã bị biến mất như: lợn Ỉ mỡ, lợn Thuộc Nhiêu, gà Sơn Vi.... Nhiều công trình nghiên cứu khoa học cho thấy, nếu được chọn lọc, nhân giống, chăn nuôi theo đúng quy trình kỹ thuật, các giống địa phương cũng có năng suất sinh sản và sinh trưởng khá, có thể đưa vào thành sản xuất hàng hóa dạng đặc sản địa phương đặc trưng cho từng vùng sinh thái trong cả nước, đáp ứng được yêu cầu tiêu dùng trong bối cảnh cần phải có sự hội nhập sâu rộng với nền kinh tế thế giới hiện nay.

Tế bào soma là nguồn vật liệu di truyền đã và đang được nhiều nước trên thế giới sử dụng để bảo tồn giống vật nuôi. Các cá thể vật nuôi ưu tú được bảo tồn và nhân rộng nhanh chóng các đặc tính di truyền tốt như: năng suất sữa cao, tăng trưởng nhanh, kháng bệnh tốt…. Bên cạnh đó việc ứng dụng công nghệ nhân bản động vật bằng SCNT để bảo tồn giống vật nuôi quý hiếm giúp chúng ta lưu giữ được các nguồn gen quý đang bị suy giảm về mặt số lượng do biến đổi khí hậu, dịch bệnh hoặc lai tạp không kiểm soát. Việc ứng dụng công nghệ nhân bản động vật bằng kỹ thuật cấy chuyển nhân tế bào soma còn giúp duy trì, gìn giữ và phát triển vật nuôi có giá trị ngay cả khi chúng đã bị chết đi. Đây là một trong những ưu điểm của công nghệ nhân bản động vật và bảo tồn dạng ex situ (bảo tồn dưới dạng nguồn gen in vitro động vật) mà bảo tồn dạng in situ (bảo tồn dưới dạng các quần thể động vật nuôi ) không có được. Trên cơ sở đó, cần thiết phải có chiến lược xây dựng và phát triển ngân hàng gen đông lạnh bảo tồn nguồn vật liệu di truyền dưới dạng tế bào soma của các giống vật nuôi bản địa hoặc có giá trị, đặc biệt là những giống vật nuôi bản địa có nguy cơ tuyệt chủng tại Việt Nam. Ngân hàng tế bào soma đông lạnh sẽ là nguồn vật liệu quý, sử dụng cho quá trình tái tạo lại các động vật nuôi quý hiếm hoặc có giá trị cao bằng công nghệ nhân bản động vật khi có nhu cầu.

Định hướng nghiên cứu và ứng dụng công nghệ nhân bản động vật kết hợp với công nghệ chỉnh sửa gen trong chọn tạo giống vật nuôi: Trong những năm gần đây, công nghệ chỉnh sửa gen nổi lên như một công nghệ cải thiện tiềm năng di truyền của vật nuôi khi nó cho phép xóa bỏ, bổ sung hay thay đổi alen tại các vị trí cụ thể trong hệ gen vật nuôi. Những thay đổi này nếu được tạo ra trong các hợp tử hoặc các tế bào mầm, có thể ổn định và di truyền cho thế hệ sau. Các thế hệ vật nuôi được chỉnh sửa gen với các đặc điểm di truyền được cải thiện đã được chứng minh là khả thi và có giá trị khoa học cũng như giá trị kinh tế cao. Công nghệ chỉnh sửa gen có thể được tích hợp vào các chương trình chọn lọc di truyền nhằm thay đổi các biến dị di truyền và khoảng cách thế hệ để cải thiện lợi ích di truyền. Hiện nay trên thế giới, các nghiên cứu ứng dụng công nghệ chỉnh sửa gen trong Chăn nuôi đang tập trung vào việc tạo ra các vật nuôi chỉnh sửa gen có khả năng kháng bệnh cao, hoặc có sức sản xuất tốt như: tăng trưởng cơ bắp ở bò, dê, cừu; tăng chiều dài và số lượng sợi lông ở cừu, tăng giảm thành phần sữa, tăng hiệu suất sinh sản ...

Kỹ thuật chỉnh sửa gen CRISPR/Cas9 đã được thực hiện ở trên nguyên bào sợi (tế bào soma) tại một số phòng thí nghiệm trên thế giới. Nguyên bào sợi sau chỉnh sửa gen được tiếp tục nuôi cấy để tạo thành dòng tế bào chỉnh sửa gen và sử dụng như nguồn tế bào cho tạo động vật nhân bản bằng kỹ thuật cấy chuyển nhân tế bào soma. Các động vật nhân bản chỉnh sửa gen mang những đặc điểm sinh sản, sinh trưởng hoặc khả năng kháng bệnh có giá trị khoa học và kinh tế cao. Ưu điểm chính của kỹ thuật nhân bản-chỉnh sửa gen so với chỉnh sửa gen trực tiếp trên phôi là có thể dự đoán được kiểu gen của động vật chỉnh sửa gen. Chính vì vậy, việc nghiên cứu kỹ thuật nhân bản động vật kết hợp với chỉnh sửa gen nhằm tạo ra các động vật nuôi có giá trị theo mục đích sử dụng là một trong những định hướng chiến lược cho sự phát triển bền vững của ngành Chăn nuôi Việt Nam trong tương lai.

Cho các nghiên cứu y sinh, y dược: Bản chất của nhân bản động vật là tạo được hai hay nhiều cá thể vật nuôi có kiểu gen và kiểu hình đồng nhất. Động vật nhân bản có bản chất di truyền hoàn toàn giống nhau là dạng mô hình lý tưởng để sử dụng cho các nghiên cứu cơ bản về động vật như: nghiên cứu chính xác ảnh hưởng của kiểu gen hoặc một yếu tố nào đó của ngoại cảnh tới năng suất hay kiểu hình của vật nuôi. Đồng thời, chúng cũng là nguồn động vật lý tưởng để sử dụng cho các nghiên cứu về thuốc, bệnh học, công nghệ sinh học. Thêm vào đó chí phí sử dụng cho các mô hình nghiên cứu trên các động vật đồng nhất về kiểu hình và bản chất di truyền sẽ giảm đi rất nhiều so với việc nghiên cứu trên các động vật bình thường khác. Chẳng hạn hai bê nhân bản có giá trị bằng cả nhóm đối chứng (10-25 con) hoặc nhiều hơn các bê bình thường khác.

Công nghệ chỉnh sửa gen có thể tạo ra các dòng tế bào tiềm năng mang các gen sản sinh được protein y học, kháng thể, enzyme…Các dòng tế bào này sau khi cấy chuyển vào tế bào trứng đã loại nhân sẽ tiếp tục được hoạt hóa để tạo ra các động vật nhân bản chỉnh sửa gen có khả năng sản sinh được protein y học, kháng thể, enzyme…Ví dụ: bò nhân bản chỉnh sửa gen sản xuất được sữa có chứa insulin hoặc dê nhân bản chỉnh sửa gen có khả năng sản xuất protein điều trị máu khó đông. Việc tạo được những động vật nhân bản như trên có ý nghĩa quan trọng trong các nghiên cứu về y dược.

TS. Phạm Doãn Lân

Phó Viện trưởng,Viện Chăn nuôi

          Nguồn: Hội nghị toàn quốc
triển khai “Kế hoạch hành động thực hiện Nghị quyết số 57-NQ/TW ngày
24/12/2024 của Bộ Chính trị về đột phá phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới
sáng tạo và chuyển đổi số quốc gia trong Ngành Nông nghiệp và Môi trường”