II. Túm lược cỏc xu hướng
Cụng nghệ sinh học trong nụng, lõm, thủy sản
4.4. CNSH trong chăn nuụ
4.4.1. Sinh sản chọn lọc và tăng sản lượng
Những thực tiễn trước đõy trong việc cải thiện vật nuụi là dựa vào chọn giống, lựa lấy những con cú thể hỡnh vượt trội (lượng thịt, lụng, cơ bắp) để làm giống. Mức độ thành cụng của chiến lược này khỏc nhau rất nhiều tuỳ thuộc vào khả năng di truyền của đặc tớnh và bản chất của những ảnh hưởng khụng thuộc về gen.
Tuy nhiờn, hệ quả là cỏc quần thể vật nuụi chứa một loạt cỏc đột biến với những ảnh hưởng kiểu hỡnh (phenotype) đó được cố ý làm giàu trong quỏ trỡnh chọn giống. Việc lập được bản đồ hệ gen, cựng với những hiểu biết ban đầu về chức năng gen sẽ tạo khả năng hiểu được nhiều hơn bản chất gen của những đặc tớnh này. Trong tương lai, nụng dõn sẽ kiểm soỏt được nhiều hơn và xỏc định hơn để đưa vào những đặc tớnh di truyền cần thiết.
Một trong những ứng dụng đầu tiờn của CNSH hiện đại trong chăn nuụi là sử dụng hệ gen học trong tạo giống. Ngày càng gia tăng việc lựa chọn cú sử dụng cỏc phần tử đỏnh dấu là gen để quyết định chọn lựa những đặc tớnh sinh sản cần thiết và phức tạp hơn trước đõy và để duy trỡ tớnh đa dạng gen của đàn/bầy.
Đó nhận dạng được một số gen tạo ra những đặc tớnh cần thiết (như tăng độ nạc và độ bộo). Cỏc phộp xột nghiệm chẩn đoỏn ADN đối với một số đặc tớnh này hiện đó được ứng dụng trong thực tiễn tạo giống vật nuụi.
Về lý thuyết, vật nuụi cú thể được ỏp dụng kỹ thuật gen để biểu thị những đặc trưng mà cú thể giỳp làm tăng sản lượng. Đú là do việc biến đổi gen cung cấp phương phỏp để đưa nhanh cỏc gen vào dũng mầm (Germ Line) của con vật mà khụng cần phải đợi thời gian để lai chộo. Nhưng cũn phải giải quyết nhiều vấn đề về kỹ thuật, đạo đức, an toàn thực phẩm và quyền lợi động vật trước khi cụng nghệ GM cú tỏc động tới thực tiễn sản xuất nụng nghiệp chớnh thống.
4.4.2. Vật nuụi GM và nhõn bản vụ tớnh
Để tạo ra cỏc vật nuụi GM, nguời ta nạp ADN “lạ” (Foreign) vào phụi trước khi cấy. ADN này cú thể được biểu thị trong cỏc mụ của con vật sinh ra.
Hai phỏt triển cụng nghệ tương đối gần đõy sẽ cú tỏc động lớn nhất tới việc sử dụng cỏc cụng nghệ sinh sản biến gen ở vật nuụi, bao gồm:
Khả năng tỏch và duy trỡ trong ống nghiệm cỏc tế bào phụi và soma từ phụi, thai và cỏc bộ phận trưởng thành;
Khả năng sử dụng cỏc tế bào phụi và soma làm phõn tử chứa hạt nhõn trong cỏc cụng nghệ nhõn bản vụ tớnh bằng truyền hạt nhõn (Nuclear Transfer-NT).
Cụng nghệ NT đó tạo ra loài bũ phẩm chất cao ở ễxtrõylia, Niu Dilõn và Mỹ. Do chi phớ lớn nờn cụng nghệ này chỉ ỏp dụng hạn chế đối với cỏc con vật cú giỏ trị gia tăng cao. Cụng ty Clone International đặt ở ễxtrõylia đó nhõn bản Donor- một loại bũ sữa số một ở ễxtrõylia, tạo thành 2 bờ con là Alpha Donor và Beta Donor. Hai bờ con này được bỏn sang Trung Quốc nhằm mục đớch nõng cao chất lượng đàn bũ sữa. Bởi vậy, Trung Quốc cú thể là quốc gia đầu tiờn cho phộp nhõn bản vật nuụi để cung cấp thực phẩm. Thỏng 10/2003, Cục Dược phẩm và Thực phẩm Mỹ (FDA) thụng bỏo rằng khụng cú bằng chứng khoa học cho thấy tỏc hại của thịt và sữa lấy từ cỏc vật nuụi nhõn bản khoẻ mạnh. Tuy nhiờn, FDA muốn nhận được phản ứng của cụng chỳng về sự đỏnh giỏ này trước khi quyết định xem cú cần sự chuẩn y của Chớnh phủ đối với việc lưu thụng cỏc loại thực phẩm đú khụng. Quyết định này cú thể được đưa ra trong năm 2005.
Kết hợp cụng nghệ GM và NT cú khả năng đem lại nhiều ứng dụng CNSH tiềm năng như sản xuất protein trị liệu, sản xuất cỏc bộ phận/mụ động vật thớch hợp để cấy ghộp vào cơ thể người, thỳ y, nghiờn cứu bệnh ở người, cải thiện gen của vật nuụi. Mức độ thành cụng của cỏc kỹ thuật này cho đến nay vẫn cũn ớt ỏi. Theo Bỏo cỏo 2002 của Anh, chỉ gần 10% số phụi GM của vật nuụi là sống được cho đến khi sinh đẻ và chỉ cú 10% những con vật sinh ra được biến tớnh gen.
Nhiều điểm yếu kỹ thuật trong sản xuất vật nuụi GM là cú liờn quan đến bản thõn việc biến tớnh gen, chỗ kết hợp, số bản sao và biểu hiện biến tớnh gen, chỳng bao gồm:
Sự biểu hiện khụng được điều chỉnh của cỏc gen, dẫn tới việc sản ra quỏ mức hoặc dưới mức cỏc sản phẩm gen;
Những tỏc dụng phụ cú khả năng xảy ra, vớ dụ những con lợn biến tớnh gen hoocmon tăng trưởng đó bị viờm khớp, bộ xương chậm lớn, viờm da, loột dạ dày và bệnh thận;
Những đột biến được nạp vào đó gõy ra thay đổi một số quỏ trỡnh sinh học quan trọng;
Biểu hiện biến tớnh gen chỉ truyền sang cho một số con vật sinh ra;
Sự kết hợp biến tớnh gen vào nhiễm sắc thể Y, khiến cho chỉ cú giống cỏi được biến tớnh gen.
Việc nhõn bản vụ tớnh cũng khụng đạt được hiệu quả, với tỷ lệ tử vong cao, hoặc khú sinh, hoặc cú những bất bỡnh thường sau khi sinh. Nhiều vấn đề liờn quan đến nhõn bản vụ tớnh là do cỏc ảnh hưởng biểu sinh (Epigenetic Effect), theo đú những ADN giống nhau cú thể tạo ra cỏc kết quả khỏc nhau.
Tỷ lệ thành cụng cú khả năng sẽ được cải thiện nhờ những nỗ lực nghiờn cứu đỏng kể hiện nay nhằm hiểu được bản chất và nguyờn nhõn của cỏc vấn đề (Mặc dự đó lưu ý rằng khụng cú cải thiện nào đỏng kể trong 20 năm kể từ khi ra đời cỏc động vật GM đầu tiờn, hoặc trong 4 năm sau khi thực hiện nhõn bản vụ tớnh).
Bởi vậy, ngay cả khi khụng tớnh đến trở ngại do sự khụng chấp nhận của cụng chỳng thỡ vẫn cũn những khú khăn đặt ra để biến đổi gen vật nuụi trở thành ngành sản xuất chớnh thống. Những khú khăn đú bao gồm chi phớ cao của quỏ trỡnh vỡ tỷ lệ sống sút của phụi rất nhỏ; kiến thức chưa đầy đủ về hệ gen của vật nuụi, chu kỳ sinh sản dài làm hạn chế tốc độ nghiờn cứu.
Hiện tại, chưa cú cỏc sản phẩm động vật GM trờn thị trường toàn cầu. Tuy nhiờn, sản xuất dược phẩm từ cỏc động vật GM cú tiềm năng sẽ nằm trong làn súng ứng dụng thứ nhất, vỡ giảm được rất nhiều chi phớ sản xuất (ước tớnh chỉ bằng 1/1000 chi phớ của cỏc phương phỏp thụng thường).
4.4.3. Đúng gúp của động vật vào việc bảo vệ và nõng cao sức khoẻ con người
Cỏc động vật cú tiềm năng đúng gúp theo những cỏch sau:
Sản xuất protein trị liệu;
Cung cấp tế bào, mụ và phủ tạng cho bệnh nhõn cần cấy ghộp;
Sản xuất cỏc peptide khỏng khuẩn.
4.4.3.1. Sản xuất protein trị liệu (Biopharming)
Biopharming là lĩnh vực sản xuất cỏc protein hiếm, phục vụ trị liệu cho người ở cỏc động vật GM. Gần đõy, ngành cụng nghiệp CNSH cực kỳ thiếu hụt về năng lực sản xuất protein trị liệu hiếm: việc sản xuất thụng thường từ mỏu hoặc chiết suất từ mụ tỏ ra là khụng hiệu quả và cần nhiều vốn, cũn thị trường đối với cỏc sản phẩm cỏ nhõn lại rất nhỏ. Do cỏc động vật GM cú thể sản xuất hiệu quả những protein này nờn đó thu hỳt được nhiều chỳ ý. Việc sử dụng cỏc động vật như trõu bũ, cừu, dờ và lợn làm lũ phản ứng sinh học cú một số ưu điểm, bao gồm tiềm năng mở rộng sản xuất, chi phớ vận hành thấp và độ ổn định của biểu hiện cao. Nơi hứa hẹn nhất để nhận được cỏc protein tỏi tổ hợp là tuyến vỳ (vỡ sản xuất ra nhiều protein và
chỳng tương đối dễ phục hồi). Những dịch khỏc như mỏu, nước tiểu và huyết thanh cũng đang được tỡm cỏch khai thỏc.
Hiện cú một số sản phẩm đang ở những giai đoạn khỏc nhau của quỏ trỡnh thử nghiệm lõm sàng. Nếu thành cụng, chỳng cú thể được đưa ra thị trường sau đõy một vài năm và được ỏp dụng theo những phương thức như sau:
ứng dụng trị liệu Loài cho sản phẩm Thời gian đưa ra thị trường
Bệnh khụng đụng mỏu di truyền Dờ 2006 Làm tan cỏc cục gõy tắc nghẽn trong mạch mỏu Dờ 2006 Phổi Dờ/cừu 2006
Viờm gan A Cừu 2008
Thay thế mỏu Trõu bũ 2008
4.4.3. 2. Cỏc nhúm khỏng sinh mới
Peptide khỏng khuẩn (AMP) cú thể là một phương ỏn đỏng quan tõm để thay thế cỏc loại khỏng sinh hoỏ chất. Một trong những động lực then chốt của lĩnh vực này là do khả năng khỏng thuốc của cỏc loài vi khuẩn ngày càng gia tăng và do đú cần phải phỏt triển cỏc nhúm thuốc khỏng khuẩn mới. APM là một cơ chế quan trọng của tớnh miễn dịch bẩm sinh ở thực vật và động vật. APM tỏc dụng bằng cỏch tấn cụng vào màng tế bào vi khuẩn, trong khi đú vi khuẩn khụng cú khả năng chống cự lại được với APM từ hàng thiờn niờn kỷ nay.
Tiếc rằng, nhiều AMP trong tự nhiờn lại cú tớnh độc hại. Tuy nhiờn APM mà được chiết suất từ vật nuụi thỡ ớt gõy hại cho sức khoẻ con người. Hiện cú một số AMP chiết suất từ vật nuụi đang trong quỏ trỡnh thử nghiệm lõm sàng. Những peptide này được mó hoỏ bởi những gen nhỏ, làm cho việc nhõn bản chỳng được dễ dàng. Nếu như chỳng khẳng định được thành cụng qua thử nghiệm lõm sàng thỡ điều này cú thể cho phộp dễ dàng biểu thị và tinh chế ở quy mụ lớn.
4.4.3.3. Cấy ghộp ngoại chủng
Cấy ghộp ngoại chủng là phương phỏp cấy ghộp cỏc bộ phận, mụ hoặc tế bào lấy từ cỏc loài khỏc. Động lực then chốt thỳc đẩy sự phỏt triển lĩnh vực này là sự tương đối khan hiếm cỏc bộ phận hiến tặng và chi phớ cao. Cỏc vật nuụi, đặc biệt là lợn, được coi là cú tiềm năng nhất, xột cả về cấu trỳc lẫn chức năng để làm loài cung cấp cỏc bộ phận cấy ghộp cho người.
Tuy nhiờn, từ trước đến nay rất ớt thành cụng trong việc cấy ghộp mụ và bộ phận của loài này sang loài khỏc. Mụ và bộ phận của động vật đó chứng tỏ là khụng thớch hợp đối với con người. Nhiều trường hợp, việc cấy ghộp đó nhanh chúng gõy ra phản ứng của hệ miễn dịch. Nhưng gần đõy, mối quan tõm lại được dấy lờn, phần lớn là do việc biến đổi gen lợn đó ngăn chặn được nguy cơ xảy ra phản ứng miễn dịch.
Một số thử nghiệm lõm sàng đang chỳ trọng đến phộp điều trị dựa vào thiết bị bờn ngoài, được tiến hành ở Mỹ và chõu Âu. Trường hợp thành cụng nhất là một thiết bị cú
chứa cỏc tế bào gan động vật để chữa bệnh viờm gan cấp. Phương phỏp này đạt được một số thành cụng, được lấy làm phương tiện để kộo dài thời gian cho bệnh nhõn trong khi chờ đợi được cấy ghộp.
Dự bỏo rằng đến 2007-2014, liệu phỏp sử dụng tế bào động vật (chẳng hạn như tế bào nóo và tụy) và cỏc liệu phỏp dựng thiết bị ngoài sẽ được sử dụng phổ biến ở cỏc bệnh viện, do giảm được nguy cơ gõy ra phản ứng miễn dịch.
Sự chối bỏ của hệ miễn dịch vẫn là một trong những trở ngại chủ yếu đối với sự phỏt triển lĩnh vực cấy ghộp ngoại chủng. Ngoài ra, cũn cú sự lo ngại khả năng lõy nhiễm virus từ động vật sang người.
Cỏc quốc gia khỏc nhau đó đưa ra cỏc quy định ở mức khỏc nhau để ứng phú với những nguy cơ này: cú quốc gia ngăn cấp toàn bộ, cú quốc gia khụng bày tỏ thỏi độ gỡ. Cú thể sẽ được chứng kiến một số những phỏt triển nhanh nhất ở Hàn Quốc. Thỏng 6/2004, quốc gia này đó thụng bỏo về Kế hoạch 10 năm, với khoản đầu tư 72,66 đụla ễxtrõylia để sản xuất đại trà cỏc phủ tạng của lợn GM nhằm cấy ghộp cho bệnh nhõn.
Tương tự như những ứng dụng đối với ngành y tế, những tiến bộ trong CNSH hiện đại cũng đem lại nhiều cơ hội để phỏt triển sản phẩm thỳ y. Tuy nhiờn, thị trường của ngành thỳ y tương đối nhỏ so với ngành y tế (quy mụ của thị trường ngành y tế lớn gấp 35 lần). Cú 2 hệ quả xảy ra. Thứ nhất, ngành thỳ y sẽ được hưởng lợi từ những phỏt triển của ngành y tế, trong đú cỏc cụng ty CNSH cũng đồng thời sản xuất cỏc sản phẩm thỳ y bờn cạnh cỏc sản phẩm y tế phục vụ sức khoẻ con người. Tuy nhiờn, do thị trường ngành thỳ y tương đối nhỏ nờn kộm hấp dẫn đối với cỏc nhà kinh doanh vốn mạo hiểm. Tương tự như ngành dược phẩm, cỏc hóng CNSH quy mụ nhỏ ở thị trường ngành này thường cú xu hướng tỡm quan hệ đối tỏc với những cụng ty lõu năm hơn ở ngành thỳ y để dựa vào đú mà phỏt triển lờn.
4.4.4. Chẩn đoỏn và liệu phỏp
Bờn cạnh việc xột nghiệm gen để nhận dạng những đặc điểm động vật cần thiết nhằm hỗ trợ cho những quyết định nhõn giống vật nuụi và quản lý sản xuất, việc xột nghiệm gen để chẩn đoỏn bệnh tật sẽ trở thành một cụng cụ mạnh cho cụng tỏc thỳ y. Số lượng ngày càng tăng những bộ xột nghiệm gen thương mại là một trong những lợi ớch trực tiếp của khối lượng tri thức gia tăng về hệ gen và dịch tễ học. Tuy nhiờn, vẫn cũn ớt những xột nghiệm gen được kết hợp vào cỏc kit chẩn đoỏn nhanh cho vật nuụi và thuỷ sản dựa vào xột nghiệm gen.
Việc dựng vacxin cho động vật đó được thực hiện nhiều năm nay và đó chứng tỏ là phương phỏp hữu hiệu đó ngăn ngừa bệnh truyền nhiễm. Ngoài ra, vacxin cũng được sử dụng rộng rói để kớch thớch tăng trưởng. Vớ dụ, việc làm tăng gấp đụi cơ bắp ở trõu bũ là cú liờn quan đến việc biến đổi gen.
4.5. Thuỷ sản
Nhu cầu toàn cầu đối với cỏc loại hải sản chưa chắc đó đỏp ứng được, do sự cạn kiệt cỏc nguồn cỏ tự nhiờn, cú sẵn ở cỏc đại dương trờn thế giới. Để khắc phục khả năng này, ngành nuụi cỏ/hải sản đang tăng trưởng nhanh chúng.
Cho đến nay, CNSH hải sản chủ yếu quan tõm đến vấn đề nõng cao năng lực sản xuất của cỏc doanh nghiệp. R&D cỏc loài cỏ GM thoạt đầu chỳ trọng vào đẩy mạnh tốc độ tăng trưởng; kết quả đó cú được những giống cỏ cú tốc độ tăng trưởng nhanh gấp 2-11 lần so với cỏc giống cỏ bỡnh thường, nhờ ỏp dụng cỏc gen hoocmụn tăng trưởng. Cỏc nhà khoa học đó tạo ra nhiều giống cỏ GM cú tốc độ tăng trưởng nhanh, đúng vai trũ quan trọng trong ngành hải sản toàn cầu.
Một cụng trỡnh phõn tớch năm 2003 của Pew Initiative on Food and Biotech cho biết, hiện FDA đang trong quỏ trỡnh xem xột để chuẩn y việc lưu thụng ra thị trường chủng loại cỏ hồi Atlantic. Chủng loại cỏ này được biến đổi gen để nõng cao tốc độ tăng trưởng và cỏc nhõn tố biến đổi thức ăn. Mặc dự cũn nhiều điều bất định liờn quan đến thời hạn đưa ra chuẩn y này, do mối lo ngại của người tiờu dựng và mụi trường, nhưng nếu kết cục được chuẩn y, thỡ đõy sẽ là loài cỏ GM đầu tiờn được đưa vào nguồn cung cấp thực phẩm cho con người.
Cỏc nghiờn cứu vẫn cũn trong giai đoạn thực hiện ở phũng thớ nghiệm đang tập trung vào nõng cao khả năng chịu đựng khớ hậu, khả năng đề khỏng và tốc độ tăng trưởng của một số loài cỏ/hải sản.
Phần V