Phần IIBối cảnh phát triển của công nghệ sinh học

bắt nguồn từ phương pháp mà các nhà phân tích sử dụng để có được những hiểu biết

về lịch sử vĩ mô, khảo cổ học và sinh thái. Bảng dưới đây nêu ra các cột mốc đáng chú

ý trong quá trình phát triển của CNSH.

Các cột mốc lịch sử trong quá trình phát triển của CNSH

Phát minh khoa học

ứng dụng

ứng dụng

ứng dụng

ứng dụng

trong ngành

trong sản

trong Công

trong An

Y tế

xuất Nông,

nghiệp và

ninh/quốc

lâm, thủy sản môi trường

phòng

1985-Mendel

phát

minh ra các định luật

di truyền

1900-Phát hiện lại các

công

trình

của

Mendel

1928-Fleming

phát

minh ra tính chất tiêu

diệt mầm bệnh của

Penecilin

1944-Lần đầu tiên 1942-Sản

thực hiện thành công xuất penicilin

thụ tinh trong ống quy mô lớn.

nghiệm

1952-Nhân bản vô

1950-Thụ

1950-Sử

tính tế bào phôi ếch

tinh nhân tạo dụng enzym

bằng truyền hạt nhân,

vật nuôi bằng để sản xuất

tạo thành nòng nọc

tinh

trùng chất tẩy rửa.

1953-Watson

và

đông lạnh.

Crick mô tả cấu trúc

chuỗi xoắn kép của

ADN

1960-Phát minh ra

ARN

thông

tin

(mRNA)

1972-Lần đầu tiên sản 1976-Công ty Thập kỷ 70xuất được ARN tái tổ CNSH thương R&D

về

hợp

mại đầu tiên nhân giống

1976-77-Phát

triển được thành lập trai, cá trích

các phương pháp lập (Genetech)

đã tạo cơ sở

chuỗi ADN

1978-Dược

cho

ngành

phẩm ADN thuỷ sản Niu

tái tổ hợp đầu Dilân.

tiên được tiếp

thị:

Insulin

cho

người.

Đứa trẻ được

thụ tinh trong

ống nghiệm

12



đã được sinh

tại Anh.

1985-Sáng chế ra Thập kỷ 80phản

ứng

chuỗi Văcxin ADN

polyme (PCR)

tái tổ hợp

được

phép

dùng

cho

người.



1986-Lần đầu tiên

phát triển được công

cụ lập chuỗi ADN tự

động



1989-Lần đầu

tiên thực hiện

phép

chẩn

đoán

gen

trước khi cấy

ghép (PGD)

để nhận dạng

các bệnh liên

quan

đến

nhiễm sắc thể

X.



1990-Bắt đầu thực

hiện Dự án Hệ gen

Người

1998-Nuôi cấy trong

phòng thí nghiệm tế

bào gốc từ phôi người

1999-Hoàn thành việc

lập chuỗi nhiễm sắc

thể người



1992-Đã phát

triển phương

pháp

bơm

tinh trùng vào

noãn để khắc

phục trường

hợp vô sinh.

1998-Sự nổi

lên của các

liệu pháp dựa

vào

gen:

Thuốc chữa

ung thư vú

Herceptin đã

được

FDA

chuẩn y sử

dụng.



1984-Cừu

được

nhân

bản từ phôi

non: lần đầu

tiên

kiểm

định

việc

nhân bản vô

tính ở động

vật có vú.

Thập kỷ 80Văcxin ADN

tái tổ hợp

được

phép

dùng

cho

động vật

1985-86-Lần

đầu tiên thử

nghiệm trên

thực địa thực

vật biến đổi

gen

(GM)

chống được

virus,

sâu

bệnh và vi

khuẩn.

1994-Loại cà

chua

GM

(FLAVRSV

R) lần đầu

tiên được đưa

ra thị trườngKết cục bị

người

tiêu

dùng

tẩy

chay

1996-Các sản

phẩm CNSH

thực vật của

Monsanto

được

gieo

trồng

để

thương mại

1996-nhân

bản vô tính

thành công

cừu

13



Thập kỷ 80Sản

xuất

etanon sinh

học quy mô

lớn

tại

Braxin.



Thập kỷ 90tạo ra quy

trình sản xuất

bằng phương

pháp lên men

một khâu



1984-Phát

triển kỹ thuật

“vân

tay”

AND.



2000-Hoàn

thành

phiên bản dự thảo

bản đồ Hệ gen Người

2001-Nhận dạng được

giao

thoa

ARN

(RNAi).

- Lần đầu tiên nhân

bản vô tính phôi

người từ tế bào cơ thể

2003-Công bố phiên

bản hoàn thiện của hệ

gen người.

- Tổng hợp được hệ

gen virus từ A-Z.



2001-FDA

chuẩn y liệu

pháp dựa vào

gen để chữa

bệnh bạch cầu

2003-ứng

dụng đầu tiên

của gen dược

học trên thị

trường

(xét

nghiệm bằng

chip gen đối

với

enzym

trao đổi chất

dược phẩm.

1997-200416% các dược

phẩm

mới

được sản xuất

là dựa vào

CNSH.



Dolly từ tế

bào trưởng

thành (nhận

được nhờ quá

trình truyền

hạt nhân).

2002-Nhân

bản vô tính

trâu bò phục

vụ

thương

mại.



2003-Cargill

Dow đưa ra

thị

trường

sản

phẩm

chất dẻo sinh

học 100% tái

tạo, được sản

xuất

bằng

thiết bị tinh

chế sinh học

nguyên mẫu.



2001-Hệ

thống nhận

dạng

sinh

trắc cho ga

sân bay và

kiểm

soát

biên giới.



Có 4 loại thay đổi mà ta có thể nhận dạng thấy ở lịch sử và tương lai của CNSH.

 Những đổi mới ở trong phạm vi một hệ thống

Những loại hình thay đổi này xảy ra nhờ có sự tiến bộ hoặc sự tăng tốc diễn ra

trong phạm vi một hệ thống. Mặc dù có sự quảng cáo rùm beng về bản chất cách

mạng của CNSH, nhưng trên thực tế phần lớn những thay đổi đều thông qua quá

trình phát triển gia tăng (Incremental). Ví dụ, dữ liệu về hệ gen, cứ sau 18 tháng

lại tăng lên gấp đôi.

 Những thay đổi về khuôn mẫu (Paradigm)

Dựa trên cơ sở này cũng có thể thấy được sự thay đổi ngẫu nhiên, xảy ra dưới

hình thức những thay đổi khuôn mẫu. Những thay đổi này có xu hướng trở thành

các sự kiện biến đổi. Chúng không nhất thiết diễn ra với tốc độ nhanh, nhưng có

những ảnh hưởng sâu rộng, mang tính hệ thống và chính vì vậy mà nó có ý nghĩa

quan trọng đối với Chính phủ. Một ví dụ về sự thay đổi khuôn mẫu có liên quan

đến CNSH, đó là có thể sẽ nổi lên một đạo lý môi trường, phản ánh những giá trị,

theo đó con người là một bộ phận của tự nhiên, chứ không phải là trung tâm của

tự nhiên như vẫn lầm tưởng trước đây.

 Sự phá vỡ hệ thống

Những thay đổi này bao gồm sự đổ vỡ/phá vỡ/tiêu huỷ đối với hệ thống. Những

phần tử quan trọng của hệ thống bị phá vỡ, hoặc bị xoá sổ, không có gì bổ sung vào

14



cho hệ thống. Ví dụ, sự ngăn chặn phát triển các cây trồng GM ở châu Âu do mối lo

ngại của người dân về những tác động tiêu cực của chúng.

 Những thay đổi ở sự phụ thuộc lẫn nhau

Biểu thị sự thay đổi trong mối quan hệ giữa các phần tử của hệ thống. Ví dụ, xu

hướng tiến tới việc thử nghiệm dược phẩm thông qua các kỹ thuật dựa vào hoá chất và

máy tính, chứ không dùng cơ thể động vật và người. Tương tự như những thay đổi

khuôn mẫu, loại hình thay đổi này có thể có những hàm ý quan trọng đối với Chính

phủ.

2.2. Những nhân tố ảnh hưởng tới tốc độ phát triển của CNSH

2.2.1. Khái quát

Có thể xếp các nhân tố có ảnh hưởng tới sự phát triển của CNSH thành 2 nhóm:

(1) Những động lực toàn cầu

Đây là những nhân tố quan trọng đem lại sự thay đổi. Những nhân tố này bao gồm:

toàn cầu hoá, những thay đổi về nhân khẩu học, tính bền vững của môi trường và

những sự kiện có tác động lớn chưa lường trước được, chẳng hạn sự nổi lên của virus

SARS;

(2) Hoàn cảnh môi trường xung quanh

Bao gồm những nhân tố đặc thù hơn đối với CNSH, chẳng hạn như quan điểm của

quần chúng đối với công nghệ GM, cơ chế quản lý đối với CNSH, thị trường vốn để

kinh doanh CNSH.

Những nhân tố ảnh hưởng tới sự phát triển của CNSH

Các yếu tố đạo đức,

văn hoá, tinh thần

Các yếu tố liên

quan đến Chính

phủ và chính trị



Tiến bộ khoa học



CNSH

Các luật định trong

nước và quốc tế



Kinh doanh

và đầu tư

Thị trường

và thương mại



CNSH đang trở thành một bộ phận cấu thành của đời sống hàng ngày trong xã hội

đương đại, được sử dụng ngày càng nhiều trong công tác chăm sóc sức khoẻ, sản xuất

lương thực và hỗ trợ các ngành nông, lâm, thuỷ sản. Nhưng mối liên quan xã hội của

nó còn sâu sắc hơn. Vì CNSH có quan hệ với các quá trình cơ bản của sự sống và là

15



một loạt các công cụ có những tiềm năng to lớn nên nó thường động chạm đến những

giá trị cốt lõi, có ý nghĩa đối với nhân loại và thế giới.

Khi xem xét về những giá trị và quan điểm có tác động tới sự phát triển của CNSH,

điều đầu tiên mọi người nghĩ đến là những mối lo ngại ở mức độ khác nhau của người

dân đối với GM và việc ứng dụng nó trong sản xuất lương thực/thực phẩm. Tuy nhiên,

có một khung cảnh rộng lớn hơn. Những giá trị và niềm tin cũng được biểu hiện ở

động lực của các nhà khoa học nhằm phát minh ra tri thức mới, của các nhà phát triển

nhằm tìm ra giải pháp cho các vấn đề và mở rộng kinh doanh, sự cấp bách phải tìm ra

các biện pháp điều trị, nhu cầu khám phá về di sản gen và tinh thần trách nhiệm đối

với môi trường và quyền lợi của động vật. Tập hợp các yếu tố này có ảnh hưởng mạnh

mẽ tới CNSH: Đôi khi nó là tác nhân tăng tốc, đôi khi nó kìm hãm và đôi khi nó chỉ ra

những hướng đi mới.

 Các nhân tố liên quan tới chính trị và Chính phủ

Ví dụ về một xu hướng

Các Chính phủ có quan điểm dân chủ xã hội đã vươn tới phương thức quản lý cởi

mở hơn đối với CNSH, không như thái độ trước đây đối với những phát minh khoa

học và công nghệ (KH&CN) mới nổi lên. ở cách tiếp cận này, Chính phủ coi vai trò

của mình là thúc đẩy việc học tập liên tục, điều chỉnh các lợi ích và giảm bớt những

nguy cơ có khả năng xảy đến khi mọi thứ còn ở tình trạng bất định. Ví dụ, Chính phủ

T. Blair đã áp dụng cách tiếp cận “Con đường thứ ba” (Third Way), kết quả là sự hình

thành một số Ban, Hội đồng và các diễn đàn tranh luận, nhằm thu hút sự tham gia của

tất cả các đối tượng hữu quan. Những cách tiếp cận tương tự đang được tiến hành ở

châu Âu, Canađa, Ôxtrâylia và Niu Dilân.

Một đặc điểm quan trọng của xu hướng này là sự liên kết chặt chẽ giữa các quốc gia

và hệ tư tưởng xã hội và chính trị của họ. Mối bất đồng giữa châu Âu và Mỹ trong

quan điểm đối với cây trồng GM là một lĩnh vực mà sự khác biệt này biểu lộ rất rõ nét:

châu Âu ủng hộ cách tiếp cận thận trọng và bao hàm, còn Mỹ ủng hộ những quyết

định dựa chủ yếu vào khoa học.

 Những nhân tố đạo đức, văn hoá và tinh thần

Ví dụ về một xu hướng: Mở rộng phạm vi các vấn đề đạo đức

10-15 năm trước, mối lo ngại về đạo đức liên quan đến CNSH thường chỉ bó hẹp ở

những vấn đề xoay quanh các cá nhân, chẳng hạn như những bệnh nhân được điều trị

bằng CNSH, các động vật và phúc lợi của chúng, các nhà khoa học và đạo đức nghiên

cứu. Ngày nay, phạm vi của các vấn đề đạo đức CNSH trở nên rộng hơn, không chỉ là

phúc lợi và quyền của từng cá nhân, mà của cả cộng đồng và môi trường.

Xét ở phương diện nào đó, sự mở rộng phạm vi các vấn đề đạo đức như trên là hết

sức tự nhiên, khi CNSH hiện đại có vai trò và ảnh hưởng to lớn hơn nhiều. Nếu như

trước đây, CNSH chủ yếu là công cụ ở các phòng thí nghiệm, thì ngày nay, nó đã vươn

ra các sản phẩm và dịch vụ của đời sống hàng ngày. Có thể, nó cũng là biểu hiện của

sự thay đổi quan điểm đạo đức xã hội, hoặc là sự mở rộng các nguyên tắc đạo đức hiện

hành (lấy con người làm trung tâm) hoặc như một cách tiếp cận mới, lấy môi trường

làm tâm điểm.



16



 Những nhân tố thị trường và thương mại

Ví dụ về một xu hướng

Mối lo ngại về tác động tới sức khoẻ và môi trường của công nghệ GM (đặc biệt là các loại

lương thực/thực phẩm GM) đã nổi lên mạnh mẽ ở châu Âu vào thập kỷ 90 (song song với

việc sản xuất các loại cây trồng GM). Kể từ đó, nó đã phát triển thành quan điểm chung của

phần lớn các quốc gia phát triển. Quan điểm này thể hiện mạnh nhất là ở châu Âu và Nhật

Bản, còn ở các nước khác ở mức độ thấp hơn, chẳng hạn như Mỹ.

Quan điểm của công chúng đối với bộ phận CNSH không liên quan đến GM chưa

được khảo sát nhiều, nhưng nhìn chung cũng theo mô thức tương tự. Những ứng dụng

có quan hệ tới vấn đề an toàn cho con người và giá trị đạo đức cũng tạo ra mối lo ngại

trong xã hội. Một cuộc khảo sát ý kiến công chúng được tiến hành gần đây ở Mỹ cho

thấy rằng đa số mọi người tin tưởng CNSH sẽ đem lại các lợi ích trong tương lai,

nhưng phần lớn trong số họ cũng lo ngại về những ảnh hưởng có hại tiềm ẩn của nó.

 Nhân tố kinh doanh và đầu tư

Ví dụ về một xu hướng

Kể từ khi “quả bong bóng” CNSH nổ vỡ vào năm 2000, sự đầu tư của khu vực tư

nhân đã bị giảm sút. ở châu Âu, việc đầu tư chỉ tập trung cho những công ty sáng giá

nhất; ít có các quỹ đầu tư chuyên về CNSH ở khu vực này; sự cạnh tranh để giành

được sự tài trợ cho giai đoạn đầu diễn ra khốc liệt. Ngành CNSH châu Âu mang tính

chắp vá, thiếu hệ thống, với nhiều công ty nhỏ không có đủ tiềm lực để hoạt động kinh

doanh. Đây là môi trường không thuận lợi để hội nhập hoặc thu nạp các doanh nghiệp

nhằm tạo dựng sức mạnh, tăng cường quy mô. Trái lại, ở Mỹ có những nguồn vốn đa

dạng và thị trường rất phát triển; đã có những dấu hiệu cho thấy niềm tin của nhà đầu

tư đang bắt đầu khôi phục trở lại.

Các doanh nghiệp CNSH đặt ra thách thức riêng cho các nhà đầu tư, vì họ cần phải

có nhiều thời gian mới có thể đem lại lợi nhuận. Vào thời điểm họ tìm kiếm đầu tư, tài

sản đáng kể duy nhất của họ là các bằng sáng chế. Bởi vậy, không thể đánh giá doanh

nghiệp bằng các tiêu chí truyền thống. Để khắc phục tình trạng này, hiện đang có mối

quan tâm ngày càng tăng đối với việc tìm ra các kỹ thuật đánh giá đặc thù cho CNSH,

ví dụ, có tính đến mức độ rủi ro ở mỗi giai đoạn phát triển công nghệ.

2.3. ảnh hưởng của tiến bộ khoa học tới sự phát triển của CNSH

Phần lớn các bộ môn sinh học hiện nay đều ít nhiều liên quan đến CNSH. Tương tự

như vậy, phát kiến khoa học ở những lĩnh vực không thuộc CNSH cũng sẽ có ảnh

hưởng quan trọng tới CNSH. Bởi vậy, để xác định xu hướng của CNSH cần phải theo

dõi tình hình phát triển ở nhiều lĩnh vực.

2.3.1. Bối cảnh

Một trong những lĩnh vực nghiên cứu lớn nhất của sinh học ở nửa đầu của thế

kỷ trước là tìm hiểu cơ sở sinh học của di truyền. Sau khi phát hiện ra ADN là

vật liệu di truyền, nhiều nỗ lực đã được thực hiện để đi sâu vào quá trình này và

tìm hiểu cách thức mà thông tin di truyền chuyển hoá thành protein và cách thức

tế bào và cơ thể thực hiện chức năng ở cấp phân tử. Mảng nghiên cứu này vẫn

đang được tiến hành và sẽ tiếp tục là nguồn phát minh ở những thập kỷ tới. Gần

đây, các công ty tư nhân đã ý thức được giá trị trước mắt của CNSH và đã có

ảnh hưởng lớn đến phương thức tiến hành và tài trợ cho một số bộ môn khoa

17



học. Điều này được minh hoạ hùng hồn bằng việc hoàn thành nhanh chóng Dự

án Hệ gen Người.

Hệ gen Người và các dự án tương tự đã đem lại một khối lượng dữ liệu khổng lồ, sự

hoà nhập các bộ môn khoa học truyền thống và sự phát triển các kỹ thuật và công nghệ

mới. Những yếu tố này giúp đẩy nhanh quá trình phát triển, nhưng cũng tạo ra những

vấn đề liên quan đến phương pháp để phân tích và diễn giải một cách hiệu quả toàn bộ

lượng thông tin thu được.

2.3.2. Động lực

Động lực then chốt trong khoa học là những nhà khoa học. Có vô số nhân tố tạo

động lực cho họ, nhưng quan trọng nhất là khát vọng hiểu biết hoạt động của tự nhiên

bằng cách đề ra những câu hỏi đầy thách thức và tìm cách giải đáp chúng. Những loại

câu hỏi này và cách thức mọi người tìm kiếm lời giải đáp hình thành nên quá trình

phát minh.

Sinh học phân tử trước đây đã áp dụng cách tiếp cận quy giản (Reductionist)-tức là

nhận dạng những cấu phần sinh học cơ bản của tế bào rồi từ đó tạo dựng nên những

kiến thức mới. Điều này đã giúp đem lại sự hiểu biết phong phú, nhưng cũng làm bật

lên những khiếm khuyết lớn trong kiến thức, chẳng hạn như vẫn chưa biết được có bao

nhiêu cấu phần tương tác với nhau. Những bước phát triển công nghệ gần đây đã giúp

các nhà nghiên cứu thu thập nhanh chóng một khối lượng thông tin to lớn về gen,

protein, sự biến đổi tế bào v.v… Nhiệm vụ đặt ra bây giờ là làm thế nào để tích hợp tốt

nhất toàn bộ những dữ liệu đó và tìm ra ý nghĩa ẩn chứa của chúng.

2.3.3. Hướng chú trọng của tương lai

Xem ra, đã có sự đồng thuận rằng xu hướng hiện tại trong việc tạo công nghệ cơ sở

sẽ đẩy nhanh hơn quá trình thu thập dữ liệu. Các dụng cụ phân tích trong CNSH sẽ

ngày càng được tăng cường sử dụng ở các thiết bị hoạt động song song và lưu động.

Những xét nghiệm có thể được thực hiện với tốc độ chậm hiện nay ở phòng thí nghiệm

chuyên ngành sẽ được phân tích hàng loạt, ngay tại chỗ và tức thời (chẳng hạn như

“vân tay” ARN, tình trạng bệnh tật của từng cá nhân, và các môi trường đa dạng (hệ

thống tiêu hoá động vật, đất và nguồn nước, các chất ô nhiễm và khu vực ô nhiễm).

Các thiết bị sàng lọc (Screening) năng suất cao, rôbôt học, kính hiển vi tự động, các

công nghệ chụp ảnh tiên tiến, thiết bị xử lý dữ liệu quy mô lớn sẽ được sử dụng rộng

rãi. Những dụng cụ đó có vai trò quan trọng để khám phá cách thức thực hiện chức

năng của tế bào và cơ thể. Người ta gọi đó là khuôn mẫu dàn hàng (Array Paradigm).

Cách tiếp cận này hiện đã được áp dụng ở những lĩnh vực khác, chẳng hạn như

trong việc phát triển ADN hoặc các chip gen và trong tinh thể học protein, đem lại

những phương thức nhanh hơn và rẻ hơn để thực hiện các công trình khoa học đòi hỏi

phải làm đi làm lại. Có nhiều khả năng là cách tiếp cận này sẽ được áp dụng cả ở

những lĩnh vực khác nữa, như việc kết hợp các loại dược phẩm hiện hành để tìm ra

cách chữa trị tốt hơn cho những bệnh đặc thù và tìm ra điều kiện tăng trưởng thích hợp

cho những vi khuẩn hiện vẫn chưa nuôi cấy được.

Những tiến bộ thực sự sẽ được tạo ra bởi những nơi có nhiều năng lực nhất trong

việc rút lấy tri thức từ những mảng dữ liệu liên quan. Khoa học là mang tính kết năng

và sự phát triển ở những lĩnh vực khoa học khác sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng đối

với CNSH và ngược lại. Ví dụ hùng hồn cho thấy tính kết năng này là những kết quả

nhận được nhờ sự tham gia của toán học và thống kê học vào quá trình phân tích thông

18



tin hệ gen, hoặc việc các phần tử đánh dấu gen và lập chuỗi gen đã được áp dụng để

nghiên cứu khả năng bùng phát bệnh tật.

2.3.4. Những thách thức trong tương lai

Hướng chú trọng của tương lai đặt ra những thách thức. CNSH có thể áp dụng rất nhanh

chóng các công cụ và công nghệ mới để đem lại hoặc phân tích thông tin, nhưng người sử

dụng phải ý thức được những giới hạn và giả định của các kỹ thuật này, nếu không chúng sẽ

kìm hãm sự tiến bộ trên thực tế của R&D. Một ví dụ minh hoạ cho hiện tượng này là có

một số kết quả ban đầu nhận được nhờ sử dụng cách tiếp cận dàn hàng đã không có khả

năng lặp lại, hoặc rất khó diễn giải thông tin. Một congxoocxiom của các nhà nghiên cứu

hiện đang phát triển những thủ tục tiêu chuẩn để hướng dẫn thiết kế các thử nghiệm và diễn

giải dữ liệu. Lưu ý này cũng cần được xem xét cho các phát triển công nghệ khác.

Có vô số bài toán hóc búa đặt ra cho sinh học, nhưng có một số bài toán quan trọng

đang có khả năng giải được trong vòng 15 năm tới, bao gồm:

 Bộ não người hoạt động như thế nào? Đây được coi là thách thức lớn cho sinh

học ở thế kỷ XXI. Do tính phức tạp của bộ não người nên bài toán này sẽ chưa

giải được trong vòng 15 năm tới, nhưng dự đoán sẽ có được những bước tiến

lớn trong hiểu biết về nó;

 Làm thế nào mà một loài thú có vú, chứa hàng tỷ tế bào, lại có thể phát triển từ

một trứng được thụ tinh? Mặc dù đây là lĩnh vực đã có bề dày nghiên cứu trên

100 năm, nhưng vẫn còn những khoảng trống lớn trong hiểu biết về quá trình

phát triển này;

 Sự lão hoá diễn ra như thế nào? Những nghiên cứu đáng kể về phân tử và môi

trường hiện đang được tiến hành trong lĩnh vực này;

 Mạng gen và mạng protein hoạt động như thế nào? Ta biết rằng các gen và

protein không hoạt động riêng lẻ, nhưng vẫn còn hiểu biết hạn chế về hoạt động

phối hợp của chúng trong mạng lưới;

 Làm thế nào mà hệ miễn dịch “nhớ” được những lây nhiễm? Cơ thể có thể

“nhớ” được những loại lây nhiễm trước đây và nhanh chóng huy động khả năng

phòng vệ để chống lại bệnh đó sau nhiều năm. Nhiều vấn đề y học có liên quan

đến hệ miễn dịch, vì vậy hiểu biết về nó có vai trò trung tâm để nghiên cứu y

học và hoàn thiện công tác chăm sóc sức khoẻ.

Những bài toán này vẫn chưa giải được, chủ yếu là do thiếu công cụ (cả kỹ thuật lẫn

khái niệm) để xác định chính xác vấn đề. Những công cụ này hiện đang trong quá trình

phát triển.

2.3.5 Những xu hướng lớn của bộ môn sinh học

Có 3 xu hướng lớn như sau:

 Gia tăng tính phức tạp của khoa học nói chung và của sinh học nói riêng;

 Sự hội tụ, hoặc tương tác gia tăng giữa các bộ môn khoa học khác nhau;

 Nhu cầu gia tăng đối với các phương pháp nhận dạng và chẩn đoán ở một loạt

các ứng dụng CNSH.

2.3.5.1. Sự gia tăng tính phức tạp

Sinh học là một bộ môn phức tạp. Có khả năng là sinh học phân tử và sinh học tế

bào sẽ đi theo tiến trình tương tự như các bộ môn thực vật và động vật ở thế kỷ trước.

19



Các bộ môn này đi từ mức đơn giản là nhận dạng và mô tả các loài rồi tiến tới các cách

tiếp cận sinh thái, bao hàm việc nghiên cứu mối tương tác giữa các loài và môi trường.

Cách tiếp cận như vậy chắc chắn sẽ cho ta thấy chức năng tế bào thực sự phức tạp đến

thế nào. Giống như cách tiếp cận sinh thái, cách tiếp cận các hệ phân tử sẽ giải đáp

được một số câu hỏi, nhưng cũng đưa lại nhiều câu hỏi hơn. Tuy nhiên, nó cũng giúp

phát triển hoặc hoàn thiện các ứng dụng CNSH.

Một vấn đề then chốt đối với sinh học ở thế kỷ XXI là hiểu được sự điều chỉnh phân

tử ở cấp mạng lưới. Giống như trường hợp dữ liệu chuỗi hệ gen đã cho thấy, những dữ

liệu lớn đang nhanh chóng được đưa ra. Tuy nhiên, tìm ra được ý nghĩa của tất cả

những loại thông tin này là một vấn đề lớn. Gen không mấy khi là sản phẩm cuối cùng

mà CNSH quan tâm, chính protein và các sản phẩm khác do gen tạo dựng nên mới là

quan trọng. Protein hoạt động ở các mạng lưới cực kỳ phức tạp, bởi vậy nếu thuần tuý

áp dụng phương thức quy giản thì chưa chắc hiểu được chúng. Sinh học hệ thống (sẽ

đề cập sau) bổ sung một cách hiệu quả (chứ không thay thế) cho phương thức này.

Mức đơn vị của nghiên cứu sinh học cũng đang thay đổi; càng ngày càng chú trọng vào

mô hoặc sinh vật cũng như các cấu phần tế bào. Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF, Mỹ) đã đề

ra một sáng kiến lớn có tên là “Biocomplexity”-Tính phức tạp sinh học-để khuyến khích

các nhà nghiên cứu liên ngành đi sâu khám phá, tìm hiểu những cấu trúc phức tạp của sinh

học. Họat động này có khả năng sẽ ảnh hưởng tới một số nghiên cứu liên quan đến CNSH.

Việc tìm hiểu tính phức tạp của tế bào sẽ liên quan đến sự phát triển những công cụ

và kỹ thuật mới để phân tích tỷ mỷ những tuyến gen và tế bào, cũng như những

phương pháp mới để tổng hợp thông tin đó.

2.3.5.2. Sự hội tụ các bộ môn khoa học

Sự hội tụ và liên kết giữa các bộ môn khoa học vẫn tiếp tục diễn ra. Điều này không

phải là mới mà hết sức bình thường trong quá trình đi lên của khoa học. Ví dụ, sinh

học phân tử được hình thành bởi sự hoà nhập vật lý và sinh học. Những lĩnh vực khoa

học tổng hợp mới, chẳng hạn như tin-sinh học và công nghệ nanô cũng đem lại những

vận động sáng tạo. Nhiều chương trình tài trợ nghiên cứu cấp quốc gia và quốc tế hiện

nay đang thúc đẩy sự cộng tác xuyên ngành để khuyến khích phát triển những ứng

dụng mới trong khoa học.

Tuy nhiên, một điều quan trọng cần lưu ý rằng sự hội tụ và cộng tác không nhất

thiết nói lên rằng chỉ các nhóm liên ngành lớn, được tài trợ mạnh mới tạo ra các đột

phá. Như lịch sử phát triển khoa học cho thấy, có những nhóm nghiên cứu nhỏ, thực

hiện việc thiết kế và tiến hành những thí nghiệm xuất sắc, hoặc phát triển các lý thuyết

mới cũng có khả năng mang lại ảnh hưởng tầm cỡ như những nhóm lớn.

2.3.5.3. Nhu cầu gia tăng các dụng cụ chẩn đoán

Có một nhu cầu ngày càng tăng đối với các dụng cụ và kỹ thuật để nhận dạng mối liên

kết gen đặc thù của các đặc trưng, các loại tế bào, hoạt động của tế bào hoặc mô, mầm bệnh,

tính đa dạng của các loài v.v… Cũng có nhu cầu tương tự đối với các phương pháp chẩn

đoán và theo dõi điều kiện sinh lý hoặc môi trường, hoặc phát hiện các chất đặc thù. Những

cách thức chẩn đoán như vậy hiện đã được sử dụng rộng rãi, nhưng vẫn còn tồn tại bất cập

lớn giữa cung và cầu. Điều này có thể được làm nổi bật lên, với sự tích tụ các dữ liệu hệ gen

(mà các cách chẩn đoán cung cấp phương tiện để sàng lọc các thông tin này) và sự nhận

thức gia tăng về tầm quan trọng mà những khác biệt gen có thể biểu hiện ở một số trạng thái

bệnh tật và một số loài sâu bệnh. Tuy nhiên, có những yếu tố phức tạp cần phải cân nhắc

20



đến. Ví dụ, sự phát triển của các phần tử đánh dấu để chẩn đoán chính xác có thể cần đến sự

kết hợp dữ liệu phân tử với các tri thức về các nhân tố môi trường, chẳng hạn như món ăn

hay các nhân tố về lối sống. Những nhân tố này có thể làm biến đổi ảnh hưởng gen.

Sự phát triển của các phần tử đánh dấu gen đối với các vi khuẩn và các loài khác cũng

đang trở thành một khía cạnh quan trọng để theo dõi môi trường. Với triển vọng dân số gia

tăng và những thay đổi khí hậu và môi trường, sẽ có sự lan truyền các căn bệnh hiện có và

phát sinh những bệnh mới, kể cả các bệnh xuyên biên giới của các loài (như Ebola, AIDS

và SARS). Để phát hiện và nhận dạng chúng cần phải có các phương pháp chẩn đoán tốt

hơn, khả năng tầm soát mạnh hơn, cũng như cần tăng cường nghiên cứu phân loại học và

sinh thái học để hỗ trợ khả năng nắm bắt và nhận dạng bệnh và các loài lan truyền chúng.

Các phương pháp chẩn đoán tầm soát ở quy mô lớn cũng cần phải xây dựng để đối phó với

những nguy cơ xảy đến cho nền nông nghiệp.

2.4. Một số lĩnh vực khoa học cần quan tâm theo dõi

2.4.1. Sinh học tế bào

Sinh học tế bào sẽ tiếp tục đóng vai trò trụ cột cho CNSH. Bộ môn này nghiên cứu

hoạt động của các phân tử trong tế bào, chúng chuyển động trong đó ra sao, thâm nhập

và ra khỏi tế bào như thế nào; cách thức các tế bào vận động và tương tác với các tế

bào khác; cách thức tế bào hiểu và phản ứng với thông tin từ môi trường; cách thức tế

bào và các cấu phần của nó được tạo thành và phá huỷ ra sao?

Ta đã hiểu được một số cấu trúc tế bào và các đường hoá sinh, nhưng vẫn còn nhiều thứ

nữa chưa được biết. Có vô số thông tin về các cấu phần tế bào và về tổ chức của chúng,

nhưng cho dù đã trải qua trên 100 năm nghiên cứu nhưng ta vẫn chưa hiểu được chi tiết

cách thức hoạt động của tế bào ở phương diện tổng thể, thậm chí chỉ đơn giản là trường hợp

của vi khuẩn. Việc hoàn thiện kiến thức về hoạt động của tế bào sẽ đóng vai trò quan trọng

để phát triển các CNSH mới và những ứng dụng tinh tế hơn.

Những phát minh trong sinh học tế bào tiếp tục cung cấp những khả năng mới để

phát triển thành CNSH, ví dụ:

 Việc hiểu được cách thức tế bào nhận biết những vi sinh vật tấn công nó sẽ đem

lại các liệu pháp mới, chẳng hạn như kháng sinh;

 Việc hiểu được cách thức tế bào tạo ra số lượng nhiều hơn những tế bào cần

thiết và làm thế nào để kiểm soát sẽ giúp hoàn thiện liệu pháp chống ung thư;

 Việc hiểu được nhân tố nào kiểm soát sự tăng trưởng và chuyên biệt hoá của tế

bào gốc có thể đem lại những ứng dụng trị liệu quan trọng;

 Việc hiểu được cách thức điều chỉnh của gen và các đường hoá sinh sẽ giúp

đem lại các kỹ thuật GM tiên tiến hơn;

 Việc hiểu được cách thức tế bào cảm nhận môi trường và cách thức sử dụng các

quy trình này để tạo ra cảm biến sinh học có thể đem lại những ứng dụng trong

phạm vi rộng;

 Việc hiểu được các “giàn giáo” (Scaffold) phân tử và motor ở trong tế bào hoạt

động cùng với nhau như thế nào có thể sẽ làm cơ sở cho những ứng dụng sinh

học của công nghệ nano ở nửa thế kỷ tới;

Nghiên cứu sinh học tế bào là hết sức cần thiết đối với những nền kinh tế dựa vào

sinh học. Ngành nông, lâm nghiệp thường vẫn chỉ coi tế bào là một “hộp đen” và quản

21



lý nó thông qua các đầu vào và đầu ra. Nếu thiếu hiểu biết sâu sắc và thực tiễn hoạt

động của tế bào thì sẽ rất khó, thậm chí là không thể, để nền nông nghiệp tạo ra được

lương thực và các sản phẩm khác cần thiết ở những thập kỷ tới, khi tình trạng môi

trường được dự báo là sẽ thay đổi khôn lường.

2.4.2. Biểu sinh học

Thoạt đầu người ta cho rằng biết được chuỗi ADN thì có thể giải thích được mọi

điều liên quan đến di truyền. Tuy nhiên, người ta đã nhận ra rằng nếu chỉ biết chuỗi

ADN hoặc ARN thì chưa đủ. Biểu sinh học (đôi khi gọi là “dấu vân” di truyền) là bộ

môn nghiên cứu những đặc trưng không mã hoá ở chuỗi gen mà nhờ mối tương tác của

ADN với các phân tử khác, hoặc giữa các protein. Người ta thường coi đây là hình

thức đặc biệt của “tính di truyền Lamark”. Nó đóng vai trò quan trọng trong phát triển

sinh học, chẳng hạn như trong sự hình thành các tế bào sinh sản. Cũng có những cơ

chế di truyền không bình thường, chẳng hạn như hiện tượng prion, nằm trong phạm vi

của biểu sinh học và người ta tin rằng một số chức năng lưu trữ của hệ thần kinh có thể

là hành vi tương tự như prion.

Có thể so sánh biểu sinh học giống như dàn nhạc được tấu từ các bản nhạc bè (trong

trường hợp này là hệ gen). Trạng thái “biểu sinh học” của dàn nhạc là cách bài trí,

phòng trang âm, chất lượng dụng cụ, kỹ năng nhạc công và quan trọng hơn là cả người

chơi solo. ảnh hưởng của bản nhạc bè (hệ gen) bị thay đổi bởi những hạn chế và thiên

lệch của cấu trúc xung quanh. Cùng một bản nhạc nhưng có thể đem lại hiệu ứng khác

nhau, tương tự như vậy, cùng một hệ gen nhưng có thể sinh ra những trẻ tương đối

khác nhau.

Tiềm năng ứng dụng

Việc hiểu biết rõ hơn về quá trình biểu sinh sẽ đem lại những ứng dụng thực tiễn.

Một số căn bệnh ở người nguyên do là có sự sai sót trong di truyền, bởi vậy nếu hiểu

được quá trình này thì sẽ tìm ra biện pháp chữa trị. Liệu pháp tế bào gốc và việc tạo ra

các động vật nhân bản vô tính hiện vẫn còn hạn chế, một phần là do thiếu kiến thức và

khả năng kiểm soát biểu sinh học. Do vậy, nếu nắm vững hơn về biểu sinh học thì sẽ

có khả năng kiểm soát tốt hơn và phát triển được các phần tử đánh dấu để lựa chọn các

tế bào ở trạng thái biểu sinh cần thiết.

2.4.3. Sinh học hệ thống

Đây là bộ môn mới, đang nổi, có triển vọng tăng trưởng ở thập kỷ tới để phục vụ

CNSH. Như đã đề cập ở trên, tính phức tạp và sự hội tụ của các bộ môn khoa học ngày

càng gia tăng. Chúng ta đã có trong tay khối lượng dữ liệu khổng lồ, nhưng việc giải

nghĩa chúng hiện đang là vấn đề và đó là hạn chế then chốt để ứng dụng các kiến thức

sinh học. Hiện đang có một trào lưu ngày càng mạnh mẽ trong các lĩnh vực phân tử để

vận dụng cách tiếp cận “từ trên xuống”, nhằm nghiên cứu tế bào và sinh vật. Lĩnh vực

nghiên cứu này được gọi là sinh học hệ thống.

Quan điểm về hiểu biết ở cấp hệ thống trong sinh học đã tồn tại một số năm gần

đây. Sinh thái học và dịch tễ học đều ứng dụng cách tiếp cận này, nhưng “sinh học hệ

thống” là một bước phát triển mới để nghiên cứu phân tử và tế bào. Nó là sự hội tụ của

các bộ môn khoa học mới và hiện có (ví dụ, hệ gen học, hệ gen chức năng học, biến

dưỡng học, toán học, tính toán và thiết kế sinh học), nhằm tích hợp toàn bộ các loại

hình thông tin sinh học (ADN, ARN, protein, mạng, tế bào, mô v.v…). Sinh học hệ



22