Jennifer Doudna là cái tên quen thuộc nhất trong thế giới CRISPR, và có lý do chính đáng - bà được ghi nhận là người đồng phát minh ra Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR). Bà sinh ngày 19/2/1964 là một nhà hóa sinh người Mỹ nổi tiếng với công trình tiên phong trong lĩnh vực chỉnh sửa gen CRISPR. Doudna là một trong những nhà khoa học đầu tiên đề xuất rằng cơ chế miễn dịch của vi khuẩn này có thể được khai thác để chỉnh sửa bộ gen có thể lập trình. Công cụ này có hiệu quả thay đổi cấu tạo di truyền của bất kỳ sinh vật nào và khắc phục vô số vấn đề.
Emmanuelle Charpentier là người đồng phát minh ra CRISPR. Bà tham gia vào quá trình mô tả đặc tính sinh hóa của RNA hướng dẫn và quá trình cắt DNA qua trung gian enzyme Cas9. Chuyên môn của bà trong các lĩnh vực vi sinh học, hóa sinh và di truyền học đã giúp mở đường cho việc khám phá ra CRISPR. Bà bất ngờ khám phá ra điều sẽ hình thành nên cơ sở của công nghệ trong hệ thống miễn dịch của Streptococcus pyogenes, một trong những loại vi khuẩn gây hại nhất cho con người, khi bà nhận thấy rằng một phân tử trong hệ thống miễn dịch của nó có khả năng vô hiệu hóa virus bằng cách cắt nhỏ DNA của chúng.
Sau khi công bố phát hiện của mình vào năm 2012, Charpentier tiếp tục hợp tác với Nhà sinh hóa học Hoa Kỳ Jennifer A. Doudna. Họ đã có thể tái tạo kéo di truyền của vi khuẩn trong phòng thí nghiệm, đơn giản hóa các thành phần phân tử.
Các nhà khoa học khác đã làm việc trên hệ thống CRISPR/Cas:
Francisco Mojica là người phát hiện ra sự tồn tại của trình tự CRISPR trong vi khuẩn, Matthew Porteus tiên phong trong liệu pháp CRISPR dựa trên tế bào, David Liu giới thiệu về enzyme chỉnh sửa cơ sở, Stephen Tsangtiên phong trong các lựa chọn phẫu thuật bộ gen nhãn khoa, Kevin Esvelt thay đổi cuộc chơi bằng các ổ gene có trách nhiệm, Prashant Mali áp dụng phương pháp tiếp cận đa ngành, Stanley Qi phát triển giai đoạn tiếp theo của công nghệ CRISPR, Patrick Hsu mở rộng bộ công cụ CRISPR sang RNA, Michel Sadelain liệu pháp mới nhắm mục tiêu vào ung thư, Jacob Corn giao điểm giữa chỉnh sửa bộ gen và sửa chữa DNA, Alison Van Eenennaamsử dụng CRISPR để chỉnh sửa gia súc.
Phát triển công cụ chỉnh sửa bộ gen CRISPR:
CRISPR là các trình tự DNA lặp lại trong bộ gen của vi khuẩn và vi khuẩn cổ và sinh vật nhân sơ từ lâu đã sử dụng CRISPR như một chiến lược phòng thủ mạnh mẽ chống lại các tác nhân xâm lược virus. CRISPR lần đầu tiên được xác định trong E. coli vào năm 1987 bởi một nhà khoa học người Nhật Bản, Yoshizumi Ishino, người đã vô tình nhân bản một loạt các trình tự lặp lại bất thường xen kẽ với các trình tự giãn cách trong khi phân tích một gen chịu trách nhiệm chuyển đổi phosphatase kiềm. Tuy nhiên, chức năng của các trình tự này vẫn chưa rõ ràng, vì dữ liệu DNA không đủ.
Phân nhóm được sử dụng thường xuyên nhất của hệ thống CRISPR là hệ thống CRISPR/Cas9 loại II, phụ thuộc vào một protein Cas duy nhất từ Streptococcus pyogenes (SpCas9)
Ứng dụng CRISPR:
Các nhà khoa học sử dụng khả năng nhắm mục tiêu của CRISPR để thực hiện các sửa đổi tại các vị trí cụ thể, bao gồm:
- Loại bỏ một gen cụ thể (do cơ chế NHEJ gây ra).
- Sửa chữa các đột biến gây bệnh (được sửa chữa bằng cơ chế HDR).
- Kích hoạt hoặc ức chế một gen cụ thể, dCas9 kết hợp với chất kích hoạt hoặc chất ức chế phiên mã có thể điều chỉnh phiên mã theo cách có thể đảo ngược.
- Di truyền học biểu sinh, dCas9 kết hợp với các chất điều chỉnh biểu sinh có thể điều chỉnh phiên mã và tạo ra các dấu hiệu biểu sinh có thể di truyền.
- Hình dung: Các dCas9 hoặc gRNA được gắn nhãn huỳnh quang liên kết với protein huỳnh quang có thể được sử dụng để chụp ảnh các vị trí gen trong tế bào sống.
Tương lai của CRISPR:
CRISPR/Cas9 đã nổi lên như một công cụ cực kỳ mạnh mẽ trong nhiều lĩnh vực. Các ứng dụng của công nghệ này là vô hạn. Các nhà nghiên cứu đang nghiên cứu những cách mới để chữa trị nhiều bệnh như Ung thư, Bệnh về mắt di truyền, Bệnh tim mạch, Bệnh chuyển hóa, chẩn đoán và điều trị các bệnh truyền nhiễm như nhiễm HIV và COVID-19 (công nghệ CRISPR như một liệu pháp kháng virus toàn diện mới nổi), các rối loạn thoái hóa thần kinh như Huntington (HD), Alzheimer và Parkinson, Các bệnh về huyết học như bệnh máu khó đông, Thiếu máu hình liềm, β-thalassemia và loạn dưỡng cơ Duchenne (DMD).
Mặc dù công nghệ CRISPR là một công cụ mạnh mẽ cho các nghiên cứu di truyền, nhưng nó lại có những thách thức trong phương pháp điều trị, do đó, các nhà khoa học nên cân nhắc nhiều khía cạnh của công nghệ mới này, đặc biệt là đối với việc chỉnh sửa bộ gen người, bao gồm tăng tính đặc hiệu của việc sửa gen, cải thiện hiệu quả chỉnh sửa nuclease, tối ưu hóa hệ thống phân phối.
Nguồn: Dariush D. FARHUD, Marjan ZARIF-YEGANEH (2020), Những người tiên phong về CRISPR giành giải Nobel Hóa học năm 2020, Tạp chí Y tế Công cộng Iran.