(KTSG Online) – Vaccine tiêm bắp tay có thể trở thành quá khứ khi dự án của các nhà nghiên cứu từ Đại học California Riverside (UCR) thành hiện thực: biến những loại thực vật ăn được như xà lách chẳng hạn thành các nhà máy sản xuất loại vaccine mRNA ngừa Covid-19. Ứng dụng công nghệ phân tử có ý nghĩa quan trọng trong việc chế tạo các loại vaccine thế hệ mới có thể uống hay ăn được để ngừa Covid-19, cũng như các loại bệnh viêm gan B, tiểu đường…
Lợi dụng quá trình quang hợp để tạo vaccine
Được sử dụng trong chế tạo vaccine ngừa Covid-19, công nghệ mRNA hoạt động bằng cách “huấn luyện” tế bào miễn dịch của cơ thể nhận diện và chống lại các loại bệnh truyền nhiễm. Một trong những thách thức của công nghệ mới này là vaccine thành phẩm phải được giữ ở nhiệt độ cực âm một cách ổn định trong quá trình lưu trữ và vận chuyển. Nếu dự án của các nhà khoa học URC thành công, các loại vaccine mRNA trên các loại thực vật có thể ăn được sẽ vượt qua thử thách này và lưu trữ ở nhiệt độ phòng bình thường.
Được Quỹ Khoa học quốc gia tài trợ 500.000 đô la, dự án đang tìm hiểm gen với các loại vaccine mRNA có thể “gắn” vào tế bào thực vật và sinh sôi. Nếu đạt được công nghệ này, có nghĩa rằng con người có thể trồng được các loại thực vật có thể sản xuất vaccine mRNA, xóa bỏ cách biệt trong tiếp cận vaccine ngừa Covid hiện nay.
“Lý tưởng mà nói thì chỉ một cây duy nhất là có thể sản xuất đủ vaccine mRNA cho một người. Chúng tôi đang thử nghiệm cách tiếp cận này trên rau xà lách và rau chân vịt (spinach), với mục tiêu là ai cũng có thể trồng trong vườn. Nông dân có thể trồng cả cánh đồng rau vaccine như thế này”, Giáo sư Pablo Giraldo thuộc phân khoa Khoa học cây trồng và thực vật của UCR nói trong một thông cáo. Ông Giraldo đang đứng đầu một nhóm các nhà nghiên cứu của UCR và hai đại học UC San Diego và Carnegie Mellon.
Nhưng bằng cách nào vaccine mRNA có thể sản sinh bên trong thực vật?
Chìa khóa chính là lục lạp (chloroplast) – loại tế bào quan organelle này chỉ tồn tại trong tế bào thực vật, không thể có ở các loại động vật và có tên khoa học là Paulinella chromatophora.
Số lượng chloroplast ở mỗi tế bào rất khác nhau, tùy thuộc vào loại thực vật. Bên trong tế bào, lục lạp chuyển động rất linh hoạt với nhiều chức năng như tổng hợp acid béo, amino acid và kích hoạt phản ứng miễn dịch của thực vật.
Nhưng một trong những chức năng quan trọng và chính yếu của lục lạp là quá trình quang hợp, trong đó nó sẽ chuyển hóa ánh sáng mặt trời thành chất diệp lục chứa trong các phân tử ATP và NADPH. Quá trình này, cây sẽ tạo ra khí oxy từ nước trong tế bào. Sau đó, thực vật sẽ thực hiện chu kỳ Calvin, sử dụng ATP và NADPH để chuyển hóa khí carbon dioxide thành đường glucose.
Quá trình này có ý nghĩa quan trọng trong duy trì đời sống của cây, cũng như duy trì sự sống trên trái đất. Bởi vì qua quá trình quang hợp, cây cối hấp thụ carbon dioxide và thải ra oxy tạo không khí trong sạch cho môi trường.
Nhưng năng lực của lục lạp để chuyến hóa ánh sáng và CO2 thành đường glucose và các phân tử khác có rất nhiều ứng dụng ý nghĩa. Giáo sư Giraldo nói rằng “đây là nguồn tài nguyên chưa bao giờ được khai thác để tạo ra các phân tử theo mong muốn”.
Cuộc cách mạng mới trong công nghệ sản xuất vaccine
Nghiên cứu trước đây của giáo sư và cộng sự chỉ ra rằng chloroplast có thể “xử lý” các nguyên liệu gen ngoại lai được cấy vào tế bào thực vật. Dĩ nhiên, quá trình này có thể được thực hiện nếu nguyên liệu gen có được lớp nguyên liệu bảo vệ thích hợp. Thách thức của các nhà khoa học do giáo sư Giraldo dẫn đầu là tìm lớp nguyên liệu làm lớp áo bảo vệ đó.
Lúc này, các nhà khoa học cần đến công nghệ nano. Vì thế, ông Giraldo đã hợp tác với chuyên gia công nghệ tế bào, Giáo sư Nicole Steinmetz thuộc UC San Diego, để đưa nguyên liệu mã hóa di truyền mRNA vào lục lạp.
“Ý tưởng của chúng tôi là huấn luyện lại các phân tử nano, tức là các loại virus trong thực vật, để đưa gen vào cây. Một vài công đoạn này là đưa phân tử nano đến vi tế bào lạp lục và biến chúng thành không lây nhiễm đối với các loại thực vật”.
Công nghệ mới, nếu thành công, sẽ là cuộc cách mạng trong sản xuất các loại vaccine ngăn ngừa các loại bệnh khác nhau ở con người. Điều này càng ý nghĩa khi nhiều nơi trên thế giới vẫn còn tư tưởng chống vaccine ngừa Covid-19 khá mạnh mẽ, đặc biệt là với vaccine dùng công nghệ gen do Pfizer-BioNTech và Moderna sản xuất. Vượt qua trở ngại tâm lý, xà lách vaccine hay bất cứ loại rau quả nào có cấy tế bào sản xuất vaccine có thể giúp con người sống chung với đại dịch.
Công nghệ mới hay cách tiếp cận khoa học mới này có thể khiến tư tưởng bài chống vaccine giảm hẳn. Không phải bởi vì tỷ lệ hiệu quả của vaccine hoặc tác dụng phụ khi tiêm hoặc hiểu nhầm về chủng virus mới, mà bởi vì hội chứng sợ kim tiêm. Bên cạnh đó là hội chứng “áo choàng trắng” ở một số bệnh nhân khi thấy bóng dáng của y tá và bác sĩ.
Kết quả một cuộc nghiên cứu của Đại học Oxford công bố vào tháng 6-2021 cho thấy khi chữa trị được nỗi sợ kim tiêm ở một số người, tỷ lệ ngần ngại khi tiêm hay chống vaccine có thể giảm trên 10%.
Có thể đây là tỷ lệ nhỏ. Nhưng giáo sư Daniel Freeman của Khoa Tâm lý học thuộc Đại học Oxford đã nhìn nhận rằng: “Khi chúng ta đang nỗ lực khống chế Covid-19, bất cứ mũi tiêm thêm nào ở những người ngần ngại với vaccine đều thật sự có ý nghĩa”.
Tương lai của các dòng vaccine thế hệ mới
Bên cạnh các loại vaccine Covid dạng tiêm, các nhà khoa học đang chạy đua để sản xuất ra các loại vaccine thế hệ mới, không cần phải tiêm. Chẳng hạn, các nhà khoa học phương Tây cũng như Việt Nam hay Thái Lan đang nghiên cứu loại vaccine sử dụng như ống hít mũi. Hay các công ty Israel và Mỹ đang chuẩn bị dạng vaccine ngừa Covid ở thể rắn như viên nén hay viên con nhộng. Tất cả các nghiên cứu này đều tập trung vào giải các bài toán khó của vaccine ngừa Covid hiện nay: Đó là thời gian sản xuất, bảo quản và vận chuyển cũng như tiêm chủng đại trà, đặc biệt là ở các nước đang phát triển.
Một trong những cách rút ngắn thời gian để chế tạo các vaccine thế hệ mới hiện nay là dựa vào các công nghệ tương tự đã nghiên cứu dùng để sản xuất các loại vaccine tiêm ngừa viêm gan B và chữa bệnh tiểu đường.
WHYY, đài phát thanh công ở thành phố Philadelphia thuộc bang Pennsylvania ở Mỹ, đã tường thuật về công trình của giáo sư Henry Daniell thuộc Khoa sinh học và bệnh lý thuộc Đại học Pennsylvania từ những năm đầu 2010. Vị giáo sư gốc Ấn Độ này này đã dùng súng bắn gen để gắn gen con người vào tế bào thực vật. Bộ gen của xà lách sẽ bắt lấy khuôn gen con người, trong đó có insulin. Các lá xà lách có insulin sẽ được phơi khô và chế biến thành viên nhộng để uống, không cần phải tiêm.
Trước công trình này là các công trình nghiên cứu tương tự về các loại vaccine ngừa viêm gan B.
Mới đây nhất là vào tháng 6-2021, bộ đôi nhà khoa học Mỹ và Canada là Hugues Fausther-Bovendo và Gary Kobinger đã đăng trên tạp chí Science Magazine công trình nghiên cứu về dùng công nghệ phân tử để chế tạo các loại vaccine thế hệ mới.
Bộ đôi nhà khoa học Fausther-Bovendo và Kobinger nhiều lần nhắc đến vấn đề chi phí trong bài báo. Họ còn lưu ý rằng các protein sản xuất từ thực vật cho phản ứng miễn dịch mạnh hơn, chủ yếu là do chúng có thể được sử dụng bằng đường uống.
Nhóm nghiên cứu cũng đề cập đến các thử nghiệm lâm sàng trước đó về cả vaccine làm từ thực vật và vaccine truyền thống để ngừa vi khuẩn E. coli, virus viêm gan B, lyssavirus gây bệnh dại và norovirus gây nôn mửa, diễn ra từ năm 1998 đến năm 2004. Hai nhà khoa học nói rằng, trong các thử nghiệm lâm sàng, tỷ lệ các cá nhân được tiêm vaccine tạo ra phản ứng miễn dịch thấp hơn nhiều lần so với các cá nhân uống vaccine.
So với các vaccine đường uống được thử nghiệm cách đây nhiều thập kỷ, vaccine thế hệ mới được làm từ thực vật có thể kích hoạt phản ứng miễn dịch mạnh mẽ hơn nhờ công nghệ cải tiến.
Tháng 4-2021, công ty dược phẩm sinh học Medicago của Canada thông báo đã bắt đầu thử nghiệm vaccine Covid-19 hai liều mới, trong đó sử dụng cây thuốc lá để sản sinh ra các phân tử giống như virus (VLP) của Sars-CoV-2. Theo phương pháp của Medicago, VLP là các phân tử gần giống với virus thật nhưng không lây nhiễm vì chúng không chứa vật liệu di truyền. VLP được thêm vào đất và được cây hấp thụ khi phát triển.
