Công nghệ chỉnh sửa gene trong nông nghiệp: Lựa chọn cho Việt Nam?

Nhờ đặc điểm ưu việt trên, người ta đang kỳ vọng công nghệ này sẽ tạo nên một cuộc cách mạng trong chọn tạo giống cây trồng và vật nuôi.

Minh họa: Shutter stock.

Từ hàng ngàn năm trước, loài người đã bắt tay vào việc chọn tạo giống cây trồng và vật nuôi nhằm gia tăng giá trị sử dụng cho con người. Thông thường, theo phương pháp lai tạo truyền thống, các nhà chọn tạo giống sẽ lai các cây, các con mang tính trạng mong muốn với nhau để chọn ra thế hệ tiếp theo những cá thể mang tất cả các tính trạng mong muốn đó. Khoảng 30 năm trước đây, với sự phát triển đột phá trong công nghệ sinh học, công nghệ biến đổi gene (GMO) ra đời. Ở đó, người ta có thể đưa một vài gene vào cây trồng để tạo tính trạng mong muốn mà gene đó không nhất thiết phải cùng loài. Khoảng hơn 10 năm trở lại đây, công nghệ sinh học trong lĩnh vực chọn tạo giống đã có thêm một đột phá nền tảng cho phép thay đổi một cách chính xác một hoặc vài gene có chủ đích trên bộ gene của cây trồng và vật nuôi – gọi là công nghệ chỉnh sửa gene (GE).

Đặc điểm công nghệ

Chỉnh sửa gene có phải là kỹ thuật biến đổi gene kiểu mới? Thực tế, với công nghệ biến đổi gene (GMO), để có tính trạng mới, cây trồng thường phải mang cả một cấu trúc gene đầy đủ được đưa vào từ bên ngoài. Trong khi đó với công nghệ chỉnh sửa gene (GE), một trong những lợi ích được đánh giá cao nhất là có khả năng tạo ra được giống cây trồng và vật nuôi có tính trạng mong muốn mà không mang gene ngoại lai. Khả năng này được xem là tương tự các giống được tạo ra bằng phương pháp lai tạo giống truyền thống.

Vì thế người ta kỳ vọng rằng các qui định và hệ thống quản lý cây trồng và vật nuôi tạo ra bởi phương pháp chỉnh sửa gene sẽ được rút ngắn và đơn giản hơn, từ đó có thể giảm được những chi phí và thời gian trong quá trình nghiên cứu, phát triển, đánh giá và đưa sản phẩm đến tay người tiêu dùng. Sở dĩ điểm này được đánh giá cao bởi lẽ khi chi phí nghiên cứu phát triển sản phẩm thấp sẽ cho phép phát triển nhiều tính trạng mới cũng như làm cho việc này trở nên hấp dẫn hơn cho nhiều công ty tham gia, kể cả các công ty khởi nghiệp thay vì chỉ tập trung ở vài tập đoàn đa quốc gia như với công nghệ biến đổi gene trước đây.

Hiện nay công nghệ chỉnh sửa gene dựa trên CRISPR/Cas được sử dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm sinh học phân tử và sinh học tế bào trong nghiên cứu chức năng gene và phát triển tính trạng mong muốn trên cây trồng và vật nuôi.

Về nguyên tắc, công nghệ chỉnh sửa gene cho phép tạo đột biến theo cách mà các nhà nghiên cứu thiết kế ra bao gồm cả đột biến thay thế (base edit & prime edit). Tuy nhiên hiện nay, công nghệ này vẫn mạnh nhất trong việc tạo đột biến làm mất chức năng gene. Tức là công nghệ này mạnh hơn trong việc tạo ra tính trạng mới thông qua việc bất hoạt gene so với tạo ra tính trạng mới bằng việc kích hoạt gene. Mặc dù người ta cũng có thể chỉnh sửa vùng điều khiển phiên mã (promoter) của gene để kích hoạt nó, nhưng do sự phức tạp của điểu khiển phiên mã, để kích hoạt một gene theo cách này có nhiều khó khăn và khó đạt hiệu quả như mong muốn. Như vậy nền tảng quan trọng nhất để ứng dụng công nghệ chỉnh sửa gene trong chọn tạo giống mới vẫn là sự hiểu biết đầy đủ của chúng ta về chức năng gene tương quan đến tính trạng và tương tác của chúng với môi trường.

Do đó, một trong những thử thách phải vượt qua để ứng dụng công nghệ này trong phát triển tính trạng mới là sự phức tạp của hệ gene động, thực vật dẫn đến có nhiều gene có độ tương đồng về trình tự cao. Thậm chí ở thực vật còn có các họ gene có độ tương đồng về trình tự cao nhưng cũng có độ phân hóa về chức năng cao, chưa kể một số cây trồng còn có hệ gene đa bội (như cây mía, Saccharum officinarum), sẽ có số gene trong mỗi họ gene lớn hơn gấp nhiều lần. Đặc điểm này làm cho việc tác động chính xác vào một gene mong muốn thường không dễ, trong khi đó lại dễ tạo ra các đột biến không chủ đích. Mặt khác, tùy thuộc vào tính trạng cần phát triển, trong một số tình huống lại đòi hỏi phải tác động lên hàng chục gene để đạt mục đích. Để giải quyết vấn đề đột biến không chủ đích, người ta có thể dựa vào việc lựa chọn điểm cần tác động trên gene đích từ đó thiết kế thành phần “dẫn đường”. Trong trường hợp vẫn không loại bỏ được hoàn toàn tác động không chủ đích, người ta có thể tiếp tục chọn lọc các cá thể thu được để chọn ra cá thể chỉ mang duy nhất đột biến trên gene mong muốn.

Với những đặc tính ưu việt và nhược điểm có thể kiểm soát như vậy, hoàn toàn có lý khi kỳ vọng công nghệ này sẽ đem lại cuộc cách mạng trong phát triển cây trồng và vật nuôi. Việc này không chỉ đem lại lợi ích cho người sản xuất nông nghiệp mà còn đem lại lợi ích cho người tiêu dùng và các bên trong chuỗi giá trị, thậm chí là cả môi trường (với các tính trạng giúp thích ứng với biến đổi khí hậu và giảm phát thải khí nhà kính).

Là một nước có nhiều thế mạnh trong sản xuất nông nghiệp, Việt Nam cần làm gì để được lợi ích tốt nhất từ cuộc cách mạng này?

Cây đậu tương chỉnh sửa gene để tăng hàm lượng chất béo lành mạnh và cây cà chua chỉnh sửa gene để tăng hương vị và dinh dưỡng do nhóm của TS. Đỗ Tiến Phát (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam) nghiên cứu. Ảnh: NVCC

Lựa chọn nào cho Việt Nam?

Hiện nay cộng đồng khoa học Việt Nam đang dành sự nhiệt tình và kỳ vọng cho công nghệ chỉnh sửa gene ở mức rất cao. Đây là một lợi thế để kêu gọi hợp tác phát triển nên những sản phẩm mang dấu ấn của công nghệ và có giá trị cho phát triển kinh tế - xã hội. Tuy nhiên để làm được điều này đòi hỏi chúng ta phải có chiến lược phù hợp và chính sách đồng bộ từ giai đoạn nghiên cứu phát triển sản phẩm, hệ thống quản lý rủi ro và phê duyệt, đến cách thức tiếp cận thị trường. Ngoài ra, vấn đề bảo hộ và tuân thủ sở hữu trí tuệ cũng như làm thế nào để phối hợp các thế mạnh giữa khu vực công và khu vực tư trong các chương trình này cũng cần phải được xác định. Hãy nhớ rằng hai mươi năm trước, sự nhiệt tình của các nhà khoa học Việt Nam giành cho công nghệ biến đổi gene cũng rất cao, tuy nhiên cho đến nay trong các sản phẩm đã thương mại hóa chưa có sản phẩm nào do chúng ta tự phát triển.

Từ góc nhìn cá nhân, tôi đưa ra một số tiêu chí gợi ý cho Việt Nam như sau.

Lựa chọn tính trạng để nghiên cứu phát triển sản phẩm

Công nghệ chỉnh sửa gene cũng như là công nghệ biến đổi gene trước đây không phải là “viên đạn thần kỳ”. Công nghệ chỉnh sửa gene là một công cụ. Bản thân nó không làm thay đổi các vấn đề của nông nghiệp Việt Nam, bao gồm cả vấn đề phát triển nông nghiệp bền vững và giảm phát thải khí nhà kính. Các vấn đề cần giải quyết, các tính trạng cần phát triển, các loại cây trồng và vật nuôi có lẽ không thay đổi, dù có hay không có công nghệ chỉnh sửa gene. Tác giả cho rằng khi lựa chọn tính trạng để tập trung đầu tư phát triển thì hiệu quả kinh tế xã hội nên được đặt lên hàng đầu.

Theo đó, một số câu hỏi cần được giải quyết: Tính trạng này giải quyết bài toán nào? Giá trị nó sẽ đem lại (hay nó sẽ bảo vệ) là bao nhiêu? Tính trạng này sẽ giải quyết vấn đề đặc thù của nông nghiệp Việt Nam, hay là của ngành nói chung, hay của các nước trong khu vực? Nếu là các vấn đề của ngành thì liệu mình có nên tự phát triển hay nên “nhập khẩu”? Cơ sở khoa học cho việc phát triển tính trạng này đã hiện hữu hay chưa? Nếu đã hiện hữu thì có đang được bảo hộ bởi sở hữu trí tuệ (patent) nào hay không? Chỉnh sửa gene có phải là cách duy nhất để giải quyết vấn đề này hay không? Mức độ cạnh tranh của giải pháp chỉnh sửa gene so với các giải pháp khác là như thế nào?

Một ví dụ cụ thể là hiện nay tổ chức phi chính phủ như Gates Ag One (nhánh Nông nghiệp của Tổ chức Bill & Melinda Gates Foundation) tập trung tài trợ phát triển các tính trạng đem lại hiệu quả kinh tế xã hội cho nhóm yếu thế, nhóm này có khả năng chi trả thấp và vì thế các tính trạng này không hấp dẫn khu vực tư nhân tham gia phát triển.

Một số tính trạng cần được quan tâm với giống cây trồng mới:

• Năng suất cao, sử dụng phân bón hiệu quả, phối hợp hiệu quả hơn giữa vi sinh vật đất và cây trồng.

• Tính trạng giúp giảm chi phí canh tác cũng như giảm sự phụ thuộc vào lao động thủ công trong sản xuất.

• Tính trạng kháng sâu, bệnh, kháng hạn, kháng mặn, chống đổ ngã.

• Tính trạng giúp ứng dụng các biện pháp canh tác giảm phát thải khí nhà kính, thích ứng với biến đổi khí hậu.

• Tính trạng liên quan đến khẩu vị yêu thích của người tiêu dùng, tính trạng sau thu hoạch có giá trị (lâu hỏng, dễ chế biến, etc).

Một số tính trạng cần được quan tâm với giống vật nuôi mới:

• Tăng năng suất/sản lượng, chất lượng đạm/protein.

• Kháng bệnh

• Cải thiện phúc lợi động vật (ví dụ tính trạng không có sừng để trâu bò không húc nhau, v.v)

• Tính trạng thích ứng với biến đổi khí hậu và giảm thiểu tác động đến môi trường (ví dụ tính trạng giảm phát thải khí mê-tan của động vật nhai lại, v,v.)

Xây dựng nền tảng để phát triển ứng dụng công nghệ:

Để nghiên cứu cơ sở khoa học, phát triển và ứng dụng công nghệ chỉnh sửa gene trong nông nghiệp cần phát triển nguồn nhân lực và các lĩnh vực phụ trợ. Sau đây là một vài điểm cần được đầu tư, nghiên cứu:

Đào tạo thế hệ nhà nghiên cứu kế cận có kiến thức và kinh nghiệm vững vàng trong các lĩnh vực trực tiếp liên quan đến chỉnh sửa gene và các lĩnh vực phụ trợ. Ví dụ như kĩ thuật thụ tinh trong ống nghiệm trên động vật, biến nạp gene trên thực vật, giải trình tự hệ gene thế hệ mới, kỹ thuật đánh giá kiểu hình công suất cao.

Tiếp tục đầu tư nghiên cứu xác định các gene qui định các tính trạng từ nghiên cứu chức năng gene làm cơ sở khoa học cho chỉnh sửa gene tạo tính trạng mới. Thiết lập ngân hàng nguồn gene cây trồng và vật nuôi. Xây dựng cơ chế chia sẻ tài nguyên và chia sẻ lợi ích từ các kết quả nghiên cứu sử dụng các nguồn gene này. Cũng như với công nghệ chuyển gene trước đây, một số thành phần tạo nên công nghệ chỉnh sửa gene đã được bảo hộ bởi sở hữu trí tuệ. Để có thể thương mại hóa sản phẩm cần phải có thỏa thuận với chủ sở hữu.

Liên kết với các đối tác mạnh cho từng lĩnh vực, bao gồm cả khối tư nhân, đối tác nước ngoài. Thực tế khi các nhà khoa học nghiên cứu và phát triển tính trạng mới, họ sẽ thực hiện trên các dòng, giống được sử dụng phổ biến trong các phòng thí nghiệm. Để đưa tính trạng mới vào các sản phẩm có thể thương mại hóa đòi hỏi cần hợp tác với các đối tác có sở hữu về nguồn giống chất lượng cao đang được sử dụng trong sản xuất kinh doanh. Chưa kể việc các đối tác thương mại còn có tiềm lực trong phát triển thị trường cũng như tiếp cận khách hàng. Hiện nay tại Việt Nam cũng đã có những tổ chức nghiên cứu khoa học tư nhân, việc có được chính sách hợp lý để khuyến khích họ cùng tham gia hợp tác với các nhà khoa học ở khu vực công sẽ thúc đẩy thành công.

Nên chăng các nhà khoa học liên ngành cùng với các nhà quản lý và các bên liên quan thiết lập một diễn đàn chung cùng nhau xây dựng lộ trình và kế hoạch hành động trong việc ứng dụng công nghệ này trong phát triển nông nghiệp Việt Nam.

Quản lý giống cây trồng vật nuôi tạo bởi công nghệ chỉnh sửa gene:

Có thể nói đây là một công đoạn có tính quyết định đến sự thành công của việc ứng dụng công nghệ chỉnh sửa gene trong phát triển giống nông nghiệp mới. Mọi giá trị mà sản phẩm mới có thể đem lại sẽ vẫn chỉ ở dưới dạng tiềm năng cho đến khi nó thực sự đưa vào sản xuất kinh doanh – khi đó người ta mới có thể tạo ra của cải vật chất cho xã hội và thu hồi chi phí đầu tư. Đã có nhiều bài viết, kể cả của tác giả, về tiềm năng của công nghệ chỉnh sửa gene trong chọn tạo giống cây trồng cũng như các cách quản lý rủi ro mà một số nước đã lựa chọn để quản lý sản phẩm tạo ra bởi công nghệ này.

Hiện nay trên thế giới hình thành hai xu hướng quản lý giống cây trồng vật nuôi tạo bởi chỉnh sửa gene¹. Xu hướng thứ nhất là quản lý dựa vào qui trình tạo ra sản phẩm mới, theo đó các giống tạo bởi chỉnh sửa gene có sử dụng các bước biến nạp gen sẽ được quản lý như là sinh vật biến đổi gene. Xu hướng còn lại là quản lý dựa trên sản phẩm cuối. Theo đó nếu sản phẩm cuối không mang gene từ bên ngoài thì không bị coi là sinh vật biến đổi gene; và được quản lý theo qui định có sẵn dành cho giống cây trồng phát triển bằng phương pháp truyền thống, nếu sản phẩm cuối có mang gene ngoại lai thì sẽ được quản lý như đối với sinh vật biến đổi gene.

Lựa chọn cách quản lý nào là của cơ quan quản lý nhà nước, ở đây gồm có Bộ nông nghiệp và Phát triển Nông thôn và Bộ Tài nguyên và Môi trường. Lựa chọn này thông thường được cân nhắc dựa trên các bằng chứng khoa học về tác động với sức khỏe người tiêu dùng, với môi trường, và tác động về kinh tế xã hội.

Cũng cần phải nói thêm rằng, mỗi nước khi đưa ra lựa chọn về cách thức quản lý công nghệ mới và sản phẩm của nó không chỉ dựa vào các bằng chứng khoa học, mà còn thể hiện sự lựa chọn của nước đó trong chính sách phát triển kinh tế xã hội. Để thúc đẩy việc ứng dụng công nghệ này vào đời sống xã hội một cách an toàn, giảm chi phí và thời gian, người ta có thể cân nhắc xây dựng một nền tảng chung hỗ trợ việc “liên thông kết quả nghiên cứu”, tức là các kết quả đánh giá ở nước này có thể được cân nhắc để đánh giá ở nước khác khi đảm bảo được sự minh bạch và các yêu cầu đặt ra. Việc đưa ra một hệ thống quản lý phù hợp và kịp thời còn cần thiết để tạo hành lang pháp lý giúp các nhà khoa học Việt Nam tạo ra được các sản phẩm có dấu ấn của công nghệ này² có thể triển khai bước tiếp theo đưa sản phẩm vào thương mại hóa, tạo ra của cải vật chất cho xã hội.

-----------------
*TS. Lê Tiến Dũng có 20 năm nghiên cứu về công nghệ sinh học ở Việt Nam và nước ngoài và gần 10 năm làm việc trong ngành hạt giống công nghệ sinh học ở các tập đoàn đa quốc gia. Hiện ông là thành viên Hội đồng Khoa học của Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Việt Nam (NAFOSTED). Bài viết phản ánh quan điểm cá nhân của ông và không đại diện cho bất kỳ tổ chức nào.

(1) https://www.isaaa.org/resources/infographics/globalstatusgeneeditedcrops/default.asp
(2) Le et al., (2020) CRISPR/Cas9-Mediated Knockout of Galactinol Synthase-Encoding Genes Reduces Raffinose Family Oligosaccharide Levels in Soybean Seeds. Frontiers in Plant Science 11. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.612942
Le et al., (2022) Simultaneously induced mutations in eIF4E genes by CRISPR/Cas9 enhance PVY resistance in tobacco. Scientific Reports 12(1):14627

TS. Lê Tiến Dũng