Công nghệ sinh học là một lĩnh vực công nghệ cao

Công nghệ Sinh học lĩnh vực Công nghệ Cao Công nghệ Sinh học lĩnh vực Công nghệ Cao Bởi: Nguyễn Lân Dũng Ngày 4-3-2005 Ban Bí thư Trung ương Đảng Chỉ thị số 50-CT/TƯ việc đẩy mạnh phát triển ứng dụng Công nghệ sinh học phục vụ nghiệp công nghiệp hoá, đại hoá đất nước Mở đầu Chỉ thị nhấn mạnh "Công nghệ sinh học lĩnh vực công nghệ cao dựa tảng khoa học sống, kết hợp với quy trình thiết bị kỹ thuật nhằm tạo công nghệ khai thác hoạt động sống vi sinh vật, tế bào thực vật động vât để sản xuất quy mô công nghiệp sản phẩm sinh học có chất lượng cao, phục vụ phát triển kinh tế - xã hội bảo vệ môi trường" Đó nhận định xác có tính đạo cao nghiệp phát triển Công nghệ sinh học nước ta Trong lần trao đổi gần với cán khoa học, Phó Thủ tướng Phạm Gia Khiêm cho rằng: cần đưa Công nghệ sinh học phát triển nhanh Công nghệ thông tin cao tốt Chúng ta biết Công nghệ sinh học (Biotechnology) Công nghệ thông tin (Informatic technology) coi sóng thứ năm lịch sử phát triển khoa học công nghệ Vậy mà nhận định nêu lên Chỉ thị 50 nói trên: Công nghệ sinh học đại nước ta tình trạng lạc hậu so với số nước khu vực nhiều nước giới, chưa đáp ứng nhu cầu ngày tăng phát triển kinh tế xã hội, bảo vệ môi trường nâng cao mức sống nhân dân Công nghiệp sinh học chậm phát triển, chưa tạo sản phẩm chủ lực cho kinh tế quốc dân Chúng ta cần nhớ Công nghệ sinh học (CNSH) có cấp độ khác nhau: CNSH truyền thống hoạt động chế biến thực phẩm (rượu, giấm , sữa chua, dưa chua, cà muối, pho-mát, tương, nước mắm, men bánh mỳ ),ủ phân , phơi ải đất, diệt khuẩn ức chế vi sinh vật có hại CNSH cận đại với việc sản xuất quy mô công nghiệp sản phẩm công nghệ lên men, công nghệ vi sinh vật (cồn, bia, dung môi hữu cơ, bột axít amin khác, axit xitric axit hữu khác, chất kháng sinh, nhiều vitamin, loại văcxin, kháng độc tố, kit chẩn đoán bệnh truyền nhiễm, thuốc trừ sâu sinh học, phân bón sinh học ) CNSH đại xuất vài thập kỷ gần CNSH đại sử dụng kỹ thuật trao đổi, sửa chữa, tổ hợp cải tạo vật 1/6 Công nghệ Sinh học lĩnh vực Công nghệ Cao chất di truyền mức độ phân tử để tạo loại sinh vật bắt sinh vật tạo protein hay sản phẩm khác mà chúng không tạo CNSH đại bao gồm lĩnh vực Công nghệ di truyền (Genetic engineering), Công nghệ tế bào (Cell engineering), Công nghệ vi sinh vật/Công nghệ lên men (Microbial engineering / Fermentation engineering), Công nghệ enzym/protein (Enzyme/Protein engineering) CNSH môi trường (Environmental biotechnology) Cũng cần phân biệt Công nghệ sinh học nói chung (Biotechnology) với Công nghiệp sinh học (Bioindustry) Công nghiệp sinh học đòi hỏi phải tạo sản phẩm theo quy mô công nghiệp Quy mô có cần đến hệ thống nồi lên men dung tích lớn (Công ty Vedan-Việt Nam sử dụng 12 nồi lên men, nồi có dung tích tới 700 000 lít, Công ty bia sử dụng nồi lên men lớn) , có cần sử dũng hệ thống lên men trung bình (như sản xuất thuốc kháng sinh, enzym, văcxin ), chí cần nồi lên men nhỏ (dung tích 10-75 lít, để sản xuất số protein có giá trị chữa bệnh hay chẩn đoán bệnh ) Nhìn sang nước khác thấy CNSH Việt Nam sau khoảng cách xa Trung Quốc có giống lúa lai cho sản lượng tới 15 tấn/ha/vụ (!), có giống ếch năm đẻ trứng lần, lần sinh tới 40-60 nghìn trứng (!) Đài Loan tạo giống hoa hồng 100 cánh hoa/1 hoa 350 hoa gốc (!) Một Viện nghiên cứu CNSH Quảng Châu mà sản xuất tới 70 sản phẩm khác Họ không cần nhận quỹ lương từ nhà nước mà lại trả lương cao cho cán bộ, nhân viên Nhật Bản có CNSH đại tạo nhiều sản phẩm có giá trị xuất cao Có lần đến thăm Tập đoàn KAO không kinh ngạc thấy phòng nghiên cứu tập đoàn tư nhân mà to thị trấn (!) Chỉ cần sản xuất men xenlulaza đưa vào bột giặt (làm bung lớp mỏng bên sợi vải để giải phóng chất bẩn) đủ làm cho bột giặt KAO tiếng giới Mặc dầu có CNSH phát triển mà để tạo sức bật cho tương lai Nhà nước Công ty tư nhân Nhật Bản xây dựng khu nghiên cứu CNSH đại thị trấn hoàn toàn gần Chiba Viện nghiên cứu NITE trung tâm có kho lưu giữ nguồn gen vi sinh vật lớn đến vài chục vạn chủng ATCC (Bảo tàng giống chuẩn vi sinh vật Mỹ) làm sửng sốt thấy có tới Phòng thí nghiệm đại rộng tới 9000m2 không gian gần 32000m2 với đội ngũ nhà khoa học lành nghề Vậy mà ATCC lại tổ chức phi lợi nhuận tư nhân (nonprofit privately-held company) Tiền bán giống chế phẩm sinh học dùng để trang trải cho chi phí cho phát triển nhanh chóng ATCC Hiện ATCC bảo quản điều kiện siêu lạnh (trong nitơ lỏng) đông khô vài vạn chủng vi sinh vật , có 75 dòng tế bào 400 loại hạt giống đăng ký sáng chế Các nhà khoa học ATCC lưu giữ nguồn gen quý giá không cho nước Mỹ mà cho toàn nhân loại, muốn đăng ký mua chủng nào, hạt giống (qua E-mail: news@atcc.org) 2/6 Công nghệ Sinh học lĩnh vực Công nghệ Cao CN di truyền gọi CN gen, Kỹ thuật tái tổ hợp ADN (DNA recombination) thực việc chuyển gen để tạo tế bào cá thể mang gen nhằm tạo vật chất cần thiết cho người Đó thành tựu kỳ diệu nhằm giúp chẩn đoán, cứu chữa phòng ngừa bệnh hiểm nghèo, chẳng hạn việc sản xuất quy mô công nghiệp insulin (dùng cho bệnh nhân tiểu đường), kích tố sinh trưởng người (BN lùn bẩm sinh), loại interferon (chống virut ung thư), nhân tố kích thích tập lạc tế bào (CSF), giới tố bạch cầu (IL), nhân tố gây chết khối u (TNF), nhân tố sinh trưởng biểu bì (EGF), nhân tố sinh trưởng tế bào nội bì mạch máu (PDGF), nhân tố sinh trưởng chuyển hoá (TGF), chemokin (C, CC, CXC, CX3C), nhân tố kích hoạt plasminogen tổ chức (tPA), men urokinase (UK), pro-urokinase (pro-UK ), calcitonin, nhân tố sinh trưởng thần kinh ( NGF), enkephalin (chữa bệnh thần kinh), thymosin (tăng cường miễn dịch ), hemopoietin (chữa thiếu máu) , protein huyết tương (PP) , relaxin (hỗ trợ sản phụ), nhân tố đông tụ máu (BCF), loại vắc xin tái tổ hợp (phòng chống viêm gan B, viêm não Nhật Bản, dịch tả, sởi, bại liệt, dại, sốt rét, lở mồm long móng ) CN gen tạo sở điều trị bệnh di truyền mà trước hoàn toàn chịu bó tay: bệnh nhiễm sắc thể thường, bệnh NST giới tính, hội chứng đa bội thể, bệnh đa gen, bệnh phân tử, số bệnh ung thư CN gen hỗ trợ hữu hiệu cho việc chọn giống trồng: chọn giống đơn bội, chọn giống đa bội, tạo dưa hấu không hạt, chọn giống có hiệu suất quang hợp cao, chọn giống mang gen cố định đạm (không cần phân đạm), chọn giống mang gen diệt sâu hại ( hạn chế sử dụng thuốc trừ sâu), chọn giống kháng virut, chọn giống giàu dinh dưỡng, chọn giống đề kháng thuốc trừ cỏ CN gen mở tiền đồ to lớn việc tạo trồng chuyển gen (GMC hay GMO): Cây thuốc chuyển gen đưa vào ứng dụng (1983) Sau kháng sâu kháng cỏ dại (1986) Khi có loại GMC đưa thử nghiệm Đến năm 1992 số GMC tăng lên đến 675 loại Trong vòng 12 năm (1987-1999) riêng Hoa Kỳ đưa vào thí nghiệm đồng ruộng 4779 loại GMC (!) Diện tích gieo trồng GMC giới vào năm 1995 la 1,2 triệu ha, năm 1996 2,84 triệu ha, năm 1997 12,55 triệu ha, năm 1998 27,80 triệu ha, năm 1999 39,9 triệu Trong tổng số diện tích gieo trồng GMC (1998) Hoa Kỳ chiếm 72,8%, Argentina15,3%; Canađa- 9,9%; Trung Quốc- 0,7%; Australia- o,4%; Mexico- 0,4%; nước khác- 0,5% Trong loại GMC đậu tương chiếm 51,7%, ngô- 30,1%; bông- 9,1%; cải dầu- 8,7%; khoai tây- 0,3% Về đặc tính chuyển gen chủ yếu nhằm mục tiêu đề kháng với thuốc trừ cỏ- 71,0%; đề kháng với sâu hại- 27,6%; đề kháng với hai- 1,1%; có 0,3% nhằm mục tiêu nâng cao chất lượng sản phẩm Các nước có cách nhìn không thống GMC Hoa Kỳ mở rộng nhanh chủng loại diện tích gieo trồng GMC Trung Quốc thận trọng riêng loại kháng sâu hại đưa diện tích tới triệu mẫu TQ (15 mẫu TQ = 1ha) Nhiều nước Châu Âu chống lại chủ trương phát triển loại GMC Cũng 3/6 Công nghệ Sinh học lĩnh vực Công nghệ Cao có lý cạnh tranh thị trường Chúng ta chủ trương tôn trọng quy ước quốc tế an toàn sinh học mặt khác cần đẩy mạnh nghiên cứu ứng dụng phạm vi kiểm soát Về công nghệ tế bào nước sử dụng rộng rãi kỹ thuật nuôi cấy mô (tissue culture) để tạo dòng bệnh (ví dụ khoai tây virut) nhân nhanh giống quý có giá trị kinh tế cao (ví dụ hông, sung Mỹ , nhân sâm, tam thất ) Việc nuôi cấy tế bào (cell culture) dùng làm nơi lưu giữ nguồn gen, gây đột biến để dùng chọn giống Việc nuôi cấy tế bào động vật để dùng làm môi trường sản xuất nhiều loại vacxin virut Để nuôi cấy tế bào dùng phương pháp nuôi cấy bề mặt, nuôi cấy chìm, nuôi cấy lắc, nuôi cấy huyền phù, nuôi cấy phân đợt, nuôi cấy liên tục, nuôi cấy phân đoạn- liên tục, nuôi cấy fedbatch Sử dụng kỹ thuật dung hợp tế bào (cell fusion) tạo tế bào lai, thông qua kỹ thuật nuôi cấy mô tạo lai khác loài, ví dụ khoai-cà (pomate) mặt đất cho cà chua, mặt đất cho củ khoai tây (!) Trong công nghệ tế bào cần ý đến thành đột xuất chuyển nhân (nuclear transplantation) đời cừu Dolly Wilmut vào năm 1997 Đó thành công mở đầu việc sinh sản vô tính (cloning) động vật có vú Về sau nhà khoa học khác liên tiếp tạo phương pháp sinh sản vô tính chuột, dê, cừu, bò, lợn… Nếu thành công việc chuyển vào lợn gen người để chống lại đào thải sau ghép phủ tạng cho sinh sản vô tính để tạo hàng loạt lợn quý giá hoàn toàn mở tiền đồ rộng lớn việc dùng phủ tạng lợn (thận, gan, tim ) để ghép cho người bệnh Người ta thành công việc nuôi cấy tế bào g?c phôi thai (embryonic stem cell) dùng chúng vào mục tiêu điều trị bệnh hiểm nghèo , kể bệnh di truyền Về công nghệ enzym/protein người ta sử dụng thành công kỹ thuật enzym bất động (immobilized ezyme) tế bào bất động (immobilized cell) sản xuất quy mô công nghiệp sản phẩm tạo thành nhờ hoạt động xúc tác enzym Nhờ sử dụng công nghệ gen người tacó thể tạo khả sản sinh enzym nhờ vi khuẩn nấm men nâng cao thêm lên nhiều lần hoạt tính sản sinh enzym chúng Sản phẩm CNSH có giá trị thực tiễn lớn đem lại nguồn doanh thu khổng lồ cho Công ty CNSH nhiều nước Sau sản xuất thành công insulin vào năm 1982 đến quan FDA Hoa Kỳ cho phép sản xuất 50 loại dược phẩm tái tổ hợp gen Hiện Hoa Kỳ có 1300 Công ty CNSH, Châu Âu có 700 Công ty CNSH Năm 1996 doanh thu riêng dược phẩm tái tổ hợp gen Hoa Kỳ đạt tới tỷ USD, mõi năm bình quân tăng 13% dự kiến doanh thu vào 4/6 Công nghệ Sinh học lĩnh vực Công nghệ Cao năm 2006 25 tỷ USD (!) Nhật Bản vào thời điểm 1996 doanh thu dược phẩm tái tổ hợp gen đạt đến 489,1 tỷ Yen, chiếm 25% tổng doanh thu sản phẩm CNSH Tại Hoa Kỳ năm 2000 doanh thu riêng sản phẩm CNSH nông nghiệp đạt đến 11-15 tỷ USD (!) Công nghệ sinh học cần sớm tiếp cận với Công nghệ sinh học nanô (Nanobiotechnology) Đó việc tạo thiết bị hiển vi đưa vào nơi thể để tiêu diệt virút tế bào ung thư, tạo hàng trăm dược phẩm từ vi sinh vật mang ADN tái tổ hợp (recombinant DNA), tạo protein truyền cảm (protein sensor) tiếp nhận tín hiệu môi trường sống, tạo động sinh học mà phần di động có kích cỡ phân tử protein, tạo chip sinh học (biochip) tiến tới khả tạo máy tính sinh học (biocomputer) với tốc độ truyền đạt thông tin não (!) Riêng thị phần Công nghệ sinh học nano đến năm 2010 vào khoảng 300 tỷ USD (theo Ian J.Mehr, 2002) Chỉ thị 50 Ban Bí thư Trung ương Đảng đề mục tiêu cụ thể thời gian tới Đó là: Phát triển CNSH đạt trình đôn công nghệ tiên tiến khu vực, xây dựng CNSH thành ngành kinh tế- kỹ thuật công nghệ cao, sản xuất số sản phẩm chủ lực có đóng góp quan trọng cho tăng trưởng kinh tế Tạo phong trào ứng dụng CNSH rộng rãi nông nghiệp nông thôn Để đạt tới mục tiêu Chỉ thị 50 nêu lên nhiệm vụ cụ thể lĩnh vực nông-lâm-ngư nghiệp, bảo quản-chế biến, y-dược, bảo vệ môi trường Những nhiệm vụ chắn Bộ Khoa học & Công nghệ bàn bạc với ngành, Trường Đại học, Viện nghiên cứu để cụ thể hoá Chương trình mục tiêu Quốc gia Để đảm bảo cho việc xây dựng tiềm lực khoa học công nghệ cho CNSH Chỉ thị nhấn mạnh đến việc mở rộng nâng cao chất lượng đào tạo nguồn nhân lực, tăng cường đầu tư hoàn thiện mạng lưới phòng thí nghiệm CNSH, tập trung đầu tư dứt điểm đưa vào sử dụng phòng thí nghiệm trọng điểm, xây dựng miền trung tâm mạnh CNSH, nhanh chóng làm chủ công nghệ tiên tiến lĩnh vực CNSH, quy hoạch đầu tư phát triển Công nghiệp sinh học Chỉ thị 50 đề giải pháp hữu hiệu nhằm tạo chuyển biến mạnh mẽ nhận thức vai trò, vị trí tầm quân trọng CNSH; hoàn thiện hệ thống pháp luật chế sách, tăng cường quản lý nhà nước nghiên cứu, ứng dụng, phát triển CNSH; có sách thu hút đa dạng hoá nguồn đầu tư cho sản phẩm CNSH thiết yếu; xây dựng áp dụng sách ưu đãi với doanh nghiệp CNSH vừa nhỏ; khuyến khích hỗ trợ hoạt động phổ biến, chuyển giao, ứng dụng tiến CNSH; mở rộng hợp tác quốc tế, tranh thủ hội để đào tạo đội ngũ cán đầu đàn, chuyên gia giỏi Đảng quan tâm đến phát triển CNSH cách cụ thể đến điều vô đáng phấn khởi đội ngũ đông đảo cán hoạt động tất 5/6 Công nghệ Sinh học lĩnh vực Công nghệ Cao ngành có liên quan đến CNSH (sinh học, hoá học, công nghệ, nông lâm ngư nghiêp, y dược, chế biến, bảo quản, xử lý môi trường ) Chúng ta có bước khởi đầu tốt đẹp Công nghệ thông tin Mong với thị CNSH có bứt phá nhanh chóng có hiệu cao Nước ta có nguồn gen sinh học đa dạng vào loại giới; có nhiều tiềm để phát huy mạnh nghề nông, nghề rừng, nghề biển; có phong phú nguồn nguyên liệu cho công nghệ lên men (rỉ đường, tinh bột, xenluloza lignin ) Chúng ta có trí thông minh chẳng thua tổ chức lại trí thông minh biến thành sức mạnh Để hưởng ứng Chỉ thị 50 Ban Bí thư Trung ương Đảng xin mạnh dạn đề xuất kiến nghị cụ thể sau đây: Cần coi Trường Đại học Quốc gia Trường Đại học trọng điểm nguồn đào tạo chủ yếu cán có trình độ Đại học Đại học CNSH Cần nâng cao chất lượng giáo trình điều kiện thực hành cho sinh viên chuyên ngành CNSH Cần ưu tiên học bổng du học cho CNSH Chấn chỉnh lại Phòng thí nghiệm trọng điểm theo hướng tách khỏi hoạt động Viện lớn thu hút nhiều nhân tài đào tạo sâu nước tản mát quan khác Có chế độ hợp tác mật thiết với Trường Đại học nghiên cứu khoa học việc đào tạo sinh viên , nghiên cứu sinh Phòng thí nghiệm Nhà nước giao trách nhiệm cụ thể vấn đề ưu tiên CNSH cho đơn vị tạo đủ điều kiện để hoàn thành thời hạn định Cần có biện pháp dân chủ để lựa chọn vấn đề đối tượng giao trách nhiệm Về nghiên cứu ứng dụng triển khai CNSH cần áp dụng chế độ cho vay kinh phí sau thời hạn đăng ký mà không thành công phải xuất toán 100%, ngược lại thành công thưởng thêm cách tương xứng Đề nghị cho thành lập Viện Vi sinh vật học, có Bảo tàng Quốc gia lưu giữ nguồn gen vi sinh vật 6/6 .. .Công nghệ Sinh học lĩnh vực Công nghệ Cao chất di truyền mức độ phân tử để tạo loại sinh vật bắt sinh vật tạo protein hay sản phẩm khác mà chúng không tạo CNSH đại bao gồm lĩnh vực Công nghệ. .. phấn khởi đội ngũ đông đảo cán hoạt động tất 5/6 Công nghệ Sinh học lĩnh vực Công nghệ Cao ngành có liên quan đến CNSH (sinh học, hoá học, công nghệ, nông lâm ngư nghiêp, y dược, chế biến, bảo... trương phát triển loại GMC Cũng 3/6 Công nghệ Sinh học lĩnh vực Công nghệ Cao có lý cạnh tranh thị trường Chúng ta chủ trương tôn trọng quy ước quốc tế an toàn sinh học mặt khác cần đẩy mạnh nghiên