Hơn 600.000 người tử vong vì sốt rét mỗi năm, và trận chiến sinh tử với muỗi vừa có bước ngoặt không tưởng khi các nhà khoa học chuyển hướng từ tiêu diệt muỗi sang sử dụng công nghệ dẫn truyền gene (gene drive) để ngăn chặn lây truyền bệnh. Theo trang tin Singularityhub, mỗi năm, bệnh sốt rét cướp đi sinh mạng của khoảng 600.000 người trên toàn cầu, phần lớn là trẻ em dưới 5 tuổi tại khu vực châu Phi gần sa mạc Sahara.
Thách thức từ các biện pháp truyền thống
Trong nhiều thập kỷ qua, các biện pháp như thuốc diệt côn trùng, thuốc điều trị sốt rét và màn chống muỗi đã đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát dịch bệnh, giúp cứu sống khoảng một triệu người chỉ riêng trong năm 2024. Tuy nhiên, hiệu quả của những giải pháp truyền thống đang suy giảm. Muỗi ngày càng kháng thuốc diệt côn trùng, trong khi ký sinh trùng sốt rét cũng dần thích nghi với các loại thuốc điều trị. Việc duy trì sử dụng màn chống muỗi và các biện pháp bảo vệ vật lý một cách liên tục trong nhiều năm cũng là thách thức lớn, đặc biệt đối với trẻ nhỏ.
Công nghệ thay đổi quy luật di truyền
Công nghệ dẫn truyền gene là một công nghệ di truyền có khả năng phá vỡ quy luật thừa kế thông thường của tự nhiên. Thông thường, mỗi gene chỉ có khoảng 50% khả năng được truyền từ bố hoặc mẹ sang con. Tuy nhiên, gene drive có thể nâng tỷ lệ này lên hơn 90%, thậm chí gần như chắc chắn. Nhờ đó, một đặc tính di truyền mong muốn có thể lan rộng rất nhanh trong toàn bộ quần thể chỉ sau vài thế hệ. Công nghệ này được xây dựng dựa trên hệ thống chỉnh sửa gene CRISPR. Các nhà khoa học đưa vào bộ gene của muỗi những chỉ dẫn tạo ra enzyme Cas9, công cụ có khả năng cắt ADN. Khi hoạt động, hệ thống dẫn truyền gene sẽ sao chép chính nó sang nhiễm sắc thể còn lại trong cặp nhiễm sắc thể tương đồng, khiến cả hai bản sao đều mang đặc tính mới và đảm bảo gene đó được truyền cho thế hệ tiếp theo.
Tính linh hoạt là một trong những ưu điểm lớn nhất của công nghệ dẫn truyền gene. Một số thiết kế hướng tới việc làm giảm khả năng sinh sản của muỗi cái nhằm thu hẹp quy mô quần thể. Các thiết kế khác giúp muỗi sản sinh kháng thể chống sốt rét hoặc lan truyền các gene bảo vệ có khả năng ngăn ký sinh trùng phát triển. Trong các thử nghiệm trước đây, những dòng muỗi mang công nghệ dẫn truyền gene làm suy giảm khả năng sinh sản của con giống cái đã khiến quần thể muỗi sụp đổ trong môi trường phòng thí nghiệm. Một số hệ thống khác cho thấy khả năng thay thế quần thể muỗi tự nhiên bằng những cá thể không còn khả năng mang ký sinh trùng sốt rét chỉ sau vài thế hệ.
Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu đều dựa trên các dòng muỗi nuôi trong phòng thí nghiệm cùng những mẫu ký sinh trùng sốt rét cũ được lưu trữ đông lạnh. Điều vẫn chưa được chứng minh là liệu công nghệ này có hiệu quả trước các chủng ký sinh trùng đang thực sự lưu hành ngoài tự nhiên hay không. Và nghiên cứu mới đã trực tiếp giải quyết câu hỏi đó.
Thử nghiệm thành công trên các chủng ký sinh trùng thực tế
Các nhà khoa học tại Tanzania đã tái tạo những dòng muỗi mang công nghệ dẫn truyền gene trong một cơ sở an toàn sinh học hiện đại được xây dựng riêng cho dự án. Sau đó, nhóm nghiên cứu cho những con muỗi này hút máu từ trẻ em địa phương đang nhiễm nhiều chủng ký sinh trùng sốt rét khác nhau. Kết quả cho thấy các ký sinh trùng gặp khó khăn đáng kể trong việc tiếp tục phát triển và nhân lên bên trong cơ thể muỗi đã được chỉnh sửa gene. Đây là thành tựu mới nhất của Transmission Zero, dự án do quốc gia Tanzania dẫn dắt với sự hỗ trợ quốc tế nhằm phát triển các giải pháp kiểm soát sốt rét dựa trên công nghệ di truyền. Theo hai tác giả nghiên cứu Alphaxard Manjurano thuộc Trung tâm Mwanza của Viện Nghiên cứu Y khoa Quốc gia Tanzania và Dickson Lwetoijera thuộc Viện Y tế Ifakara: “Muỗi mang công nghệ dẫn truyền gene... đem lại hy vọng chưa từng có”.
Khai thác “vũ khí tự nhiên” chống ký sinh trùng
Nền tảng của nghiên cứu mới được xây dựng dựa trên công trình trước đó của giáo sư George Christophides, trưởng nhóm nghiên cứu tại Đại học Hoàng gia Luân Đôn (Imperial College London). Thông thường, ký sinh trùng sốt rét cần khoảng 10 ngày để phát triển bên trong cơ thể muỗi. Sau khi trưởng thành, chúng di chuyển vào tuyến nước bọt và sẵn sàng lây nhiễm sang người thông qua vết đốt. Nhóm nghiên cứu nhận ra rằng chỉ cần làm chậm quá trình phát triển này thêm vài ngày cũng có thể tạo ra khác biệt lớn. Nguyên nhân là vòng đời của muỗi khá ngắn; nếu ký sinh trùng phát triển chậm hơn, nhiều cá thể muỗi sẽ chết tự nhiên trước khi kịp truyền bệnh.
Để hiện thực hóa ý tưởng này, các nhà khoa học đã tận dụng hai loại protein tự nhiên có khả năng cản trở sự phát triển của ký sinh trùng. Một protein được phát hiện ở loài ếch châu Phi, trong khi protein còn lại có nguồn gốc từ ong mật. Khi những protein này được tích hợp vào hệ thống công nghệ dẫn truyền gene, ký sinh trùng trong cơ thể muỗi cần thêm vài ngày để trưởng thành. Khoảng thời gian tưởng như ngắn ngủi đó lại đủ để làm suy yếu đáng kể chu trình lây truyền bệnh. Quan trọng hơn, hiệu quả này không chỉ xuất hiện với các chủng ký sinh trùng nuôi trong phòng thí nghiệm mà còn được xác nhận trên nhiều chủng đang lưu hành trong cộng đồng tại quốc gia Tanzania.
Châu Phi làm chủ công nghệ
Một trong những điểm đáng chú ý nhất của nghiên cứu là vai trò trung tâm của các nhà khoa học châu Phi. Tiến sĩ Dickson Wilson Lwetoijera, nhà côn trùng học y tế cho rằng: “Đây là lần đầu tiên một dòng muỗi biến đổi gene tương thích với công nghệ dẫn truyền gene được phát triển tại châu Phi, bởi các nhà khoa học châu Phi, nhằm vào các chủng ký sinh trùng sốt rét đang lưu hành trong cộng đồng địa phương”. Bên cạnh khía cạnh khoa học, dự án còn tập trung xây dựng năng lực nghiên cứu tại địa phương. Trong điều kiện nguồn lực hạn chế, cơ sở hạ tầng nghiên cứu còn thiếu và khung pháp lý chưa hoàn thiện, việc xây dựng một chương trình nghiên cứu an toàn từ đầu được xem là ưu tiên hàng đầu. Nhờ đó, Tanzania hiện sở hữu một cơ sở nghiên cứu an toàn sinh học hiện đại phục vụ riêng cho các nghiên cứu về công nghệ dẫn truyền gene, đồng thời tạo nền tảng để các nhà khoa học địa phương dẫn dắt những dự án kỹ thuật di truyền trong tương lai.
Giai đoạn tiếp theo: Thử nghiệm thực địa
Giai đoạn tiếp theo của dự án sẽ là một thử nghiệm táo bạo hơn, đó là thả các cá thể muỗi chỉnh sửa gene lên một hòn đảo thuộc hồ Victoria. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng quá trình này sẽ được triển khai thận trọng. Trong nhiều năm qua, chương trình nghiên cứu quốc tế nhằm xoá sổ bệnh sốt rét Transmission Zero đã làm việc với các cộng đồng địa phương nhằm xây dựng sự tin tưởng đối với công nghệ dẫn truyền gene, một lĩnh vực vẫn còn xa lạ với nhiều người. Trước khi bất kỳ thử nghiệm thực địa nào được tiến hành, hàng loạt yêu cầu phải được đáp ứng, bao gồm đánh giá rủi ro sinh thái, cơ chế giám sát quản lý từ các cơ quan chức năng cũng như tiếp tục nâng cao năng lực chuyên môn cho đội ngũ nghiên cứu. Các tác giả cũng lưu ý rằng việc theo dõi lâu dài là điều bắt buộc nhằm đảm bảo ký sinh trùng sốt rét không phát triển khả năng kháng lại hệ thống dẫn truyền gene trong tương lai.
Nhiều nhà nghiên cứu cho rằng, vai trò lãnh đạo của châu Phi cần tiếp tục được duy trì trong toàn bộ quá trình phát triển và triển khai công nghệ, nhằm đảm bảo các giải pháp mới phù hợp với ưu tiên cũng như các tiêu chuẩn đạo đức của địa phương. Có thể nói rằng, nếu thành công trong các giai đoạn tiếp theo, công nghệ dẫn truyền gene có thể mở ra một hướng đi hoàn toàn mới trong cuộc chiến chống sốt rét, đó là không cần tiêu diệt muỗi, nhưng vẫn có thể cắt đứt chuỗi lây truyền của một trong những căn bệnh nguy hiểm nhất hành tinh.
