Vào tháng 11 năm 2017, ấn phẩm Internet của Anh The Independent đã đăng một bài báo về chương trình sinh học tổng hợp mới của Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ (DARPA), Advanced Plant Technologies (APT). Bộ quân sự có kế hoạch tạo ra loại tảo biến đổi gen có thể hoạt động như cảm biến tự duy trì để thu thập thông tin trong điều kiện không thể sử dụng các công nghệ truyền thống. Điều này thực tế như thế nào và nó đe dọa nhân loại như thế nào?
Giả định rằng các khả năng tự nhiên của thực vật có thể được sử dụng để phát hiện các hóa chất liên quan, vi sinh vật có hại, các tín hiệu bức xạ và điện từ. Đồng thời, việc thay đổi bộ gen của họ sẽ cho phép quân đội kiểm soát tình trạng của môi trường và không chỉ. Điều này sẽ giúp bạn có thể theo dõi từ xa phản ứng của cây trồng bằng các phương tiện kỹ thuật hiện có.
Vi rút ngoan ngoãn
Theo Blake Bextine, Giám đốc Chương trình APT, mục tiêu của DARPA trong trường hợp này là phát triển một hệ thống có thể tái sử dụng hiệu quả để thiết kế, trực tiếp tạo và thử nghiệm các nền tảng sinh học khác nhau với khả năng thích ứng cao có thể được áp dụng cho nhiều tình huống.
Chúng ta hãy tri ân các nhà khoa học Mỹ và bộ quân sự Mỹ, những cơ quan tích cực thúc đẩy sự phát triển của sinh học tổng hợp. Đồng thời, chúng tôi lưu ý rằng những tiến bộ đáng kể trong những năm gần đây, những kết quả mong đợi cần hướng đến lợi ích của con người, đã tạo ra một vấn đề hoàn toàn mới, hậu quả của nó là khó lường và khó lường. Hóa ra là Hoa Kỳ hiện có khả năng kỹ thuật để thiết kế các vi sinh vật nhân tạo (tổng hợp) không có trong điều kiện tự nhiên. Điều này có nghĩa là chúng ta đang nói về một thế hệ vũ khí sinh học mới (BW).
Nếu bạn nhớ lại, trong thế kỷ trước, nghiên cứu chuyên sâu của Hoa Kỳ về sự phát triển của BW nhằm mục đích thu được các chủng tác nhân gây bệnh truyền nhiễm nguy hiểm ở người với các đặc tính bị thay đổi (vượt qua khả năng miễn dịch đặc hiệu, kháng đa kháng sinh, tăng khả năng gây bệnh) và phát triển phương tiện nhận dạng và các biện pháp bảo vệ của chúng. Kết quả là, các phương pháp chỉ thị và xác định vi sinh vật biến đổi gen đã được cải thiện. Các kế hoạch phòng ngừa và điều trị các bệnh nhiễm trùng do các dạng vi khuẩn tự nhiên và biến đổi đã được phát triển.
Các thí nghiệm đầu tiên về việc sử dụng các kỹ thuật và công nghệ của DNA tái tổ hợp đã được thực hiện vào những năm 70 và được dành để sửa đổi mã di truyền của các chủng tự nhiên bằng cách đưa các gen đơn vào bộ gen của chúng có thể thay đổi các đặc tính của vi khuẩn. Điều này đã mở ra cơ hội cho các nhà khoa học giải quyết các vấn đề quan trọng như sản xuất nhiên liệu sinh học, điện vi khuẩn, thuốc, thuốc chẩn đoán và nền tảng đa chẩn đoán, vắc xin tổng hợp, v.v. Một ví dụ về việc thực hiện thành công các mục tiêu đó là việc tạo ra vi khuẩn chứa DNA tái tổ hợp và sản xuất insulin tổng hợp …
Nhưng cũng có một mặt khác. Năm 2002, các loại vi rút bại liệt có thể sống được đã được tổng hợp nhân tạo, bao gồm cả những vi rút tương tự như mầm bệnh của bệnh cúm Tây Ban Nha, đã cướp đi sinh mạng của hàng chục triệu người vào năm 1918. Mặc dù những nỗ lực đang được thực hiện để tạo ra vắc-xin hiệu quả dựa trên các chủng nhân tạo như vậy.
Năm 2007, các nhà khoa học thuộc Viện nghiên cứu J. Craig Venter (JCVI, Mỹ) lần đầu tiên có thể vận chuyển toàn bộ bộ gen của một loài vi khuẩn (Mycoplasma mycoides) sang loài khác (Mycoplasma capricolum) và chứng minh khả năng tồn tại của một loài vi sinh vật mới.. Để xác định nguồn gốc tổng hợp của những vi khuẩn như vậy, các chất đánh dấu, cái gọi là hình mờ, thường được đưa vào bộ gen của chúng.
Sinh học tổng hợp là một lĩnh vực đang phát triển mạnh mẽ, thể hiện một bước tiến mới về chất trong sự phát triển của công nghệ gen. Từ việc chuyển một số gen giữa các sinh vật đến thiết kế và xây dựng các hệ thống sinh học độc đáo không tồn tại trong tự nhiên với các chức năng và đặc tính được "lập trình". Hơn nữa, giải trình tự bộ gen và tạo cơ sở dữ liệu về bộ gen hoàn chỉnh của các vi sinh vật khác nhau sẽ giúp cho việc phát triển các chiến lược hiện đại để tổng hợp DNA của bất kỳ vi khuẩn nào trong phòng thí nghiệm có thể được phát triển.
Như bạn đã biết, DNA bao gồm bốn bazơ, trình tự và thành phần của chúng quyết định các đặc tính sinh học của cơ thể sống. Khoa học hiện đại cho phép đưa các bazơ "phi tự nhiên" vào bộ gen tổng hợp, hoạt động của chúng trong tế bào rất khó lập trình trước. Và những thí nghiệm như vậy về việc "chèn" vào bộ gen nhân tạo các chuỗi DNA chưa biết với chức năng chưa biết đã được thực hiện ở nước ngoài. Tại Hoa Kỳ, Anh và Nhật Bản, các trung tâm đa ngành về sinh học tổng hợp đã được thành lập; các nhà nghiên cứu thuộc nhiều chuyên ngành khác nhau làm việc ở đó.
Đồng thời, rõ ràng là việc sử dụng các kỹ thuật phương pháp hiện đại làm tăng khả năng sản xuất "ngẫu nhiên" hoặc có chủ ý của các tác nhân gây bệnh của vũ khí sinh học mà nhân loại chưa biết đến với một tập hợp các yếu tố gây bệnh hoàn toàn mới. Về vấn đề này, một khía cạnh quan trọng nảy sinh - đảm bảo an toàn sinh học của các nghiên cứu như vậy. Theo một số chuyên gia, sinh học tổng hợp thuộc lĩnh vực hoạt động có nhiều rủi ro liên quan đến việc xây dựng các vi sinh vật sống mới. Không thể loại trừ rằng các dạng sống được tạo ra trong phòng thí nghiệm có thể thoát ra khỏi ống nghiệm, biến thành vũ khí sinh học, và điều này sẽ đe dọa sự đa dạng tự nhiên hiện có.
Cần đặc biệt chú ý đến thực tế là rất tiếc, một vấn đề quan trọng khác vẫn chưa được phản ánh trong các ấn phẩm về sinh học tổng hợp, đó là việc duy trì sự ổn định của hệ gen vi khuẩn được tạo ra nhân tạo. Các nhà vi sinh vật học đã biết rõ về hiện tượng đột biến tự phát do sự thay đổi hoặc mất (xóa) của một gen trong hệ gen của vi khuẩn và vi rút, dẫn đến sự thay đổi các đặc tính của tế bào. Tuy nhiên, trong điều kiện tự nhiên, tần suất xuất hiện của các đột biến này thấp và bộ gen của vi sinh vật được đặc trưng bởi tính ổn định tương đối.
Quá trình tiến hóa đã định hình nên sự đa dạng của thế giới vi sinh vật trong nhiều thiên niên kỷ. Ngày nay, toàn bộ việc phân loại họ, chi, loài vi khuẩn và vi rút đều dựa trên sự ổn định của trình tự gen, cho phép xác định chúng và xác định các đặc tính sinh học cụ thể. Chúng là điểm khởi đầu cho việc tạo ra các phương pháp chẩn đoán hiện đại như xác định cấu hình protein hoặc axit béo của vi sinh vật bằng phương pháp khối phổ MALDI-ToF hoặc khối phổ sắc ký, xác định trình tự DNA cụ thể cho từng vi khuẩn bằng phân tích PCR, v.v. Đồng thời, sự ổn định của bộ gen tổng hợp của vi khuẩn "chimeric" hiện vẫn chưa được xác định, và không thể đoán được chúng ta đã có thể "đánh lừa" thiên nhiên và sự tiến hóa ở mức độ nào. Do đó, rất khó dự đoán hậu quả của sự xâm nhập vô tình hoặc cố ý của các vi sinh vật nhân tạo đó bên ngoài phòng thí nghiệm. Ngay cả với sự "vô hại" của vi sinh vật được tạo ra, việc phóng thích nó "ra ánh sáng" với các điều kiện hoàn toàn khác với phòng thí nghiệm có thể dẫn đến tăng khả năng đột biến và hình thành các biến thể mới với các đặc tính hung hãn chưa được biết đến. Một minh họa sinh động cho quan điểm này là việc tạo ra một vi khuẩn nhân tạo cynthia.
Chết trên chai
Cynthia (Mycoplasma labratorium) là một chủng mycoplasma tổng hợp có nguồn gốc từ phòng thí nghiệm. Theo các phương tiện truyền thông nước ngoài, nó có khả năng tái tạo độc lập và được dự định để loại bỏ hậu quả của thảm họa dầu ở vùng biển Vịnh Mexico bằng cách hấp thụ ô nhiễm.
Năm 2011, vi khuẩn đã được phóng vào các đại dương để tiêu diệt các vết dầu loang gây ra mối đe dọa cho hệ sinh thái của Trái đất. Quyết định hấp tấp và thiếu tính toán này nhanh chóng biến thành hậu quả thảm khốc - các vi sinh vật vượt khỏi tầm kiểm soát. Có những báo cáo về một căn bệnh khủng khiếp, được các nhà báo gọi là bệnh dịch hạch xanh và gây ra sự tuyệt chủng của động vật ở Vịnh Mexico. Đồng thời, tất cả các ấn phẩm gây hoang mang trong dân chúng đều thuộc về các ấn phẩm định kỳ, trong khi các ấn phẩm khoa học lại thích giữ im lặng. Hiện tại, không có bằng chứng khoa học trực tiếp (hoặc họ cố tình che giấu) rằng căn bệnh chết người không rõ nguyên nhân là do Cynthia gây ra. Tuy nhiên, không có khói mà không có lửa, do đó, các phiên bản đã nêu của thảm họa sinh thái ở Vịnh Mexico cần được quan tâm và nghiên cứu chặt chẽ.
Giả định rằng trong quá trình hấp thụ các sản phẩm dầu mỏ, cynthia đã thay đổi và mở rộng các yêu cầu dinh dưỡng bằng cách đưa protein động vật vào "chế độ ăn uống". Đi vào những vết thương cực nhỏ trên cơ thể cá và các động vật biển khác, nó lây lan theo đường máu đến tất cả các cơ quan và hệ thống, ăn mòn mọi thứ trên đường đi của nó trong thời gian ngắn. Chỉ trong vài ngày, da của hải cẩu bị lở loét, chảy máu liên tục, rồi thối rữa hoàn toàn. Than ôi, đã có báo cáo về những trường hợp tử vong do căn bệnh này (với cùng một phức hợp triệu chứng) và những người đang bơi ở Vịnh Mexico.
Một điểm quan trọng là thực tế là trong trường hợp của synthia, căn bệnh này không thể được điều trị bằng các loại kháng sinh đã biết, vì ngoài "hình mờ", các gen kháng thuốc kháng khuẩn đã được đưa vào bộ gen của vi khuẩn. Điều sau đặt ra câu hỏi và bất ngờ. Tại sao vi khuẩn sống hoại sinh nguyên thủy, không có khả năng gây bệnh cho người và động vật lại cần gen kháng thuốc kháng sinh?
Về vấn đề này, sự im lặng của các quan chức và tác giả của sự lây nhiễm này ít nhất có vẻ kỳ lạ. Theo một số chuyên gia, có sự che giấu về quy mô thực sự của thảm kịch ở cấp chính phủ. Cũng có ý kiến cho rằng trong trường hợp sử dụng synthia, chúng ta đang nói về việc sử dụng vũ khí vi khuẩn học có phạm vi hoạt động rộng, gây ra mối đe dọa về sự xuất hiện của đại dịch xuyên lục địa. Đồng thời, để xua tan hoang mang và tin đồn, Hoa Kỳ có trong tay cả kho các phương pháp hiện đại để xác định vi sinh vật, và không khó để xác định tác nhân gây bệnh của bệnh nhiễm trùng chưa được biết đến này. Tất nhiên, không thể loại trừ rằng đây là kết quả của tác động trực tiếp của dầu lên cơ thể sống, mặc dù các triệu chứng của bệnh cho thấy rõ hơn tính chất lây nhiễm của nó. Tuy nhiên, câu hỏi, chúng tôi nhắc lại, đòi hỏi sự rõ ràng.
Tự nhiên lo ngại về việc nghiên cứu không kiểm soát của nhiều nhà khoa học Nga và nước ngoài. Để giảm thiểu rủi ro, một số hướng được đề xuất - đưa ra trách nhiệm cá nhân đối với những phát triển có kết quả không thể lập trình được, nâng cao trình độ hiểu biết khoa học ở cấp độ đào tạo chuyên nghiệp và nhận thức rộng rãi của công chúng về những thành tựu của sinh học tổng hợp thông qua các phương tiện truyền thông. Nhưng cộng đồng đã sẵn sàng tuân theo các quy tắc này chưa? Ví dụ, lấy bào tử bệnh than từ một phòng thí nghiệm ở Hoa Kỳ và gửi chúng trong phong bì khiến nghi ngờ về hiệu quả của việc kiểm soát. Hơn nữa, có tính đến các khả năng hiện đại, sự sẵn có của cơ sở dữ liệu về trình tự di truyền của vi khuẩn, bao gồm các tác nhân gây ra các bệnh nhiễm trùng đặc biệt nguy hiểm, các kỹ thuật tổng hợp DNA, các phương pháp tạo vi khuẩn nhân tạo, được tạo điều kiện thuận lợi. Không thể loại trừ việc tin tặc có quyền truy cập trái phép vào thông tin này với việc bán cho các bên quan tâm sau đó.
Như kinh nghiệm “phóng” Cynthia vào điều kiện tự nhiên cho thấy, tất cả các biện pháp đề xuất đều không hiệu quả và không đảm bảo an toàn sinh học cho môi trường. Ngoài ra, không thể loại trừ khả năng có thể có những hậu quả lâu dài về mặt sinh thái của việc đưa một vi sinh vật nhân tạo vào tự nhiên.
Các biện pháp kiểm soát được đề xuất - nâng cao nhận thức của phương tiện truyền thông và tăng cường trách nhiệm đạo đức của các nhà nghiên cứu trong việc tạo ra các dạng vi sinh vật nhân tạo - vẫn chưa được khuyến khích. Hiệu quả nhất là quy định pháp lý về an toàn sinh học của các dạng sống tổng hợp và hệ thống giám sát chúng ở cấp quốc tế và quốc gia theo hệ thống đánh giá rủi ro mới, bao gồm một nghiên cứu toàn diện, dựa trên bằng chứng thực nghiệm về các hậu quả trong lĩnh vực sinh học tổng hợp. Một giải pháp khả thi cũng có thể là thành lập một hội đồng chuyên gia quốc tế để đánh giá rủi ro khi sử dụng sản phẩm của mình.
Phân tích cho thấy rằng khoa học đã đạt đến những biên giới hoàn toàn mới và đặt ra những vấn đề bất ngờ. Cho đến nay, các kế hoạch chỉ định và xác định các tác nhân nguy hiểm đều nhằm mục đích phát hiện chúng dựa trên việc xác định các dấu hiệu kháng nguyên hoặc di truyền cụ thể. Nhưng khi tạo ra các vi sinh vật chimeric với các yếu tố gây bệnh khác nhau, các cách tiếp cận này không hiệu quả.
Hơn nữa, các chương trình được phát triển hiện nay để điều trị dự phòng khẩn cấp và cụ thể, liệu pháp điều trị căn nguyên đối với các bệnh nhiễm trùng nguy hiểm cũng có thể trở nên vô dụng, vì chúng được tính toán, ngay cả trong trường hợp sử dụng các phương án đã sửa đổi, đối với một mầm bệnh đã biết.
Nhân loại, vô tình, đã bước vào con đường chiến tranh sinh học với những hậu quả chưa rõ. Có thể không có bất kỳ người chiến thắng trong cuộc chiến này.
