Vai trò của sinh vật biến đổi gene Thực phẩm biến đổi gene là một hướng nghiên cứu của các nhà khoa học nhằm đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng về mặt số lượng và chất lượng lương thực, thực phẩm khi dân số thế giới có khả năng sẽ tăng gấp đôi trong vòng 50 năm tới Như ta đã trình bày ở trên, sinh vật biến đổi gene được tạo ra nhằm phục vụ cho lợi ích của con người, nên việc đặt ra vấn đề vai trò của sinh vật biến đổi gen cũng vô cùng đa dạng. Mỗi loài, mỗi sinh vật biến đổi gen có vai trò khác nhau, nhưng chúng ta có thể khái quát chung vai trò của chúng như sau 1 Thực phẩm biến đổi gen Thực phẩm biến đổi gene là một hướng nghiên cứu của các nhà khoa học nhằm đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng về mặt số lượng và chất lượng lương thực, thực phẩm khi dân số thế giới có khả năng sẽ tăng gấp đôi trong vòng 50 năm tới. Thực phẩm biến đổi gen hiện nay sử dụng chủ yếu là thực vật chuyển gen. * Ưu điểm nổi bật của thực phẩm biến đổi gen là: + Tạo các giống cây trồng có năng suất cao, chất lượng tốt, bảo đảm nguồn lương thực, thực phẩm trong toàn cầu. + Đảm bảo ổn định đa dạng sinh học . + Sử dụng hiệu quả nguồn nguyên liệu từ bên ngoài cho nông nghiệp và môi trường. + Tạo lợi nhuận kinh tế và xã hội, giảm bớt đói nghèo ở các nước đang phát triển. * Chuyển gen ở thực vật có thể tiến hành theo hai cách để chuyển những gen có đặc tính tốt vào vật liệu di truyền của tế bào hay mô thực vật: + Chuyển gen trực tiếp: Dùng hoá chất, tạo xung điện cao áp, sử dụng súng bắn gen, tiêm trực tiếp DNA vào nhân tế bào. + Chuyển gen gián tiếp: Dùng vector là vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens, ta chuyển gen nào đó vào giữa đoạn T – ADN của vi khuẩn Agrobacterium và nuôi cấy vi khuẩn đó với tế bào hay mô thực vật trong điều kiện thích hợp. Tính đến năm 2006, trên thế giới đã có 22 nước trồng cây chuyển gen, trong đó nếu tính theo thứ tự về diện tích, thì Mỹ dẫn đầu, tiếp đến Achentina, Canada và Brazil. Đặc biệt là 90% nông dân nghèo từ các nước đang phát triển, đã tăng được thu nhập từ cây chuyển gen. Hiện đã có 4 cây trồng biến đổi gene được thương mại hoá rộng. Tính trên toàn thế giới, thời gian qua đã có 56% diện tích gieo trồng đậu tương, 28% cây bông; 19% cải dầu và 14% cây ngô là cây biến đổi gene. Ngoài ra, khoai tây, cà chua, bí đỏ, đu đủ, thuốc lá, lúa gạo, củ cải đường, hướng dương… cũng là những cây trồng đang từng bước mở rộng. Ở các nước phát triển, các công ty Công nghệ sinh học đã đi đầu trong việc ứng dụng kỹ thuật chuyển gen vào nông nghiệp như các công ty Aventis, Dow AgroSciences, DuPont/Pioneer, Monsanto và Syngenta. Hầu hết những nghiên cứu về cây chuyển gen đều được tiến hành ở các nước phát triển, chủ yếu là Bắc Mỹ và Tây Âu. Hiệu quả của cây chuyển gen theo nhiều hướng khác nhau: Thứ nhất, thực vật chuyển gen cải thiện được chất lượng thực phẩm, làm tăng giá trị dinh dưỡng hoặc những tính trạng thích hợp cho công nghệ chế biến. Ví dụ, nếu chuyển gen, gạo sẽ chứa nhiều vitamin A và khoáng chất hơn, ngô và khoai tây thì chứa nhiều tinh bột hơn, đậu nành và cải dầu chứa nhiều dầu có lợi cho sức khoẻ hơn. Viện khoa học Thuỵ Sỹ đã tạo ra giống lúa vàng “golden rice” chứa hàm lượng vitamin A rất cao nhờ chuyển gen tổng hợp β – caroten cao gấp 20 lần so với các giống trước đó. Giống gạo vàng này được tạo ra bằng cách biến đổi hệ gen của lúa bao gồm chuyển một gen tổng hợp enzym phyotene sylthase từ vi khuẩn Narcissus pseudomonarcissus và một gen tổng hợp phyotene desaturase từ vi khuẩn Erwinia uredovora Việc chuyển gen này tăng tĩch luỹ β – caroten trong nội nhũ của hạt gạo và từ đó cung cấp cho sự tổng hợp vitamin A trong gan người. Ngoài ra còn hình thức biến đổi gen khác ở lúa là tạo ra giống lúa tăng hấp thu sắt chống lại sự thiếu sắt của gần 30% dân số thế giới. Giống lúa này được tạo ra bằng cách chuyển vào hệ gen của lúa gen ferritin từ một loài họ đậu Paseolus vulgaris để tổng hợp một loại protein giàu cystein có khả năng liên kết chặt chẽ với Fe, và một gen từ nấm Aspergillus fumigatus để tổng hợp một loại enzym có khả năng phân giải phytate (là hợp chất ức chế sự hấp thụ sắt). Bằng công nghệ chuyển gen, con người còn tạo ra những giống cây trồng có thể kéo dài thời gian bảo quản thực phẩm như cà chua “Flarv – Sarv” của công ty Calgene có khả năng giữ cấu trúc rắn chắc trong thời gian dài hơn nhiều so với giống cà chua thông thường. Nhờ vậy mà việc vận chuyển và bảo quản cà chua được cải thiện hơn. Nhiều nghiên cứu trên thế giới còn phân lập được một số gene làm thay đổi màu sắc quả, tăng hàm lượng đường, giảm độ axit, tăng tổng hợp chất thơm trong quả… Thứ hai, thực vật chuyển gen có khả năng kháng được nhiều loại sâu bọ, kháng thuốc diệt cỏ…góp phần tăng năng suất cây trồng. Hiện nay việc sử dụng thuốc trừ sâu trên diện rộng đã phá huỷ rất nhiều vùng trồng cây nông nghiệp, hiện nay con người đang sử dụng nguồn gen của vi khuẩn Baccillus thurigiensis để sản xuất ra thuốc trừ sâu tự nhiên gọi là chất độc Bt. Một vài nghiên cứu của Ấn Độ cho thấy, nếu so sánh sản lượng của bông chứa gen Bt với bông không chứa Bt thì sản lượng tăng 30 – 80%. Sự gia tăng này cho thấy sự cải thiện rõ ràng khả năng chống sâu bệnh của cây chuyển gen. Những nghiên cứu về bông Bt được trình bày ở Arizona - Mỹ với ước tính khoảng 5% ứng với 25 – 65 USD cho một mẫu Anh được giảm so với sử dụng thuốc trừ sâu. Một nghiên cứu về tác động của cây trồng chuyển gen đối với môi trường và kinh tế sau 9 năm thực hiện canh tác (1996 – 2004) của Mỹ cho thấy việc ứng dụng cây trồng chuyển gen đã làm giảm lượng thuốc trừ sâu khoảng 172 triệu kg, làm giảm tác động đến môi trường khoảng 14%. Ở Trung Quốc, trong 7 năm nghiên cứu trong các nông trường bông Bt đã chứng minh thành công ban đầu của cây chuyển gen. Nông dân đã giảm việc sử dụng thuốc trừ sâu cho đến 70% trong khi thu nhập của họ tăng lên 36%. Việc sử dụng bông Bt ở Trung Quốc làm giảm 78.000 tấn thuốc trừ sâu năm 2001. Tuy nhiên, sau đó 4 năm thì lợi ích của bông Bt đã giảm do sự xuất hiện của quần thể côn trùng gây hại khác đã phát triển, và những người nông dân lại phải đấu tranh chống lại bằng cách sử dụng thuốc trừ sâu trên diện rộng. Nó gây ra sự sợ hãi ban đầu cho con người, nhưng nó sẽ được giải quyết khi mà con người tiếp tục nghiên cứu và nhận thức được vai trò của thực vật biến đổi gen. Cây kháng thuốc diệt cỏ (HRC) đã được nghiên cứu từ những năm 1980. Những cây trồng này có khả năng kiểm soát các hoá chất của cỏ dại. HRC có thể sống trên cánh đồng có thuốc diệt cỏ. Tuy nhiên những cây trồng này làm tăng chứ không phải là làm giảm sự hấp phụ của chất hoá học vào trong đất, do đó chúng vẫn còn gây tranh cãi về sự ảnh hưởng của chúng đối với môi trường. Thứ ba, thực vật chuyển gen có thể chống chịu với điều kiện thời tiết khắc nghiệt: chịu lạnh, chịu hạn, chịu mặn…Việc tạo ra những giống cây sinh trưởng tốt ở những vùng khô hạn, độ mặn cao hay khí hậu lạnh giá sẽ giúp tăng năng suất cây trồng. Ví dụ, việc đưa gen chống lạnh của cá nước lạnh vào cây thuốc lá và khoai tây tạo ra giống thuốc lá, khoai tây chịu được nhiệt độ thấp trong khi những mầm cây thông thường sẽ chết ở nhiệt độ thấp. Động vật chuyển gen cũng đã được đưa vào sử dụng làm thực phẩm. Chúng ta có thể phân biệt hai nhóm động vật chuyển gen: + Nhóm đầu tiên là nhóm động vật được cải biến hầu hết các đặc tính di truyền, nâng cao các giá trị của chúng, nhờ thế chúng góp phần làm tăng giá trị của nền sản xuất nông nghiệp và kinh tế. Hầu hết các động vật này đều được sử dụng làm thực phẩm. + Nhóm thứ 2 là nhóm động vật chuyển gen nhưng chỉ có một đặc tính cụ thể nào đó là được cải thiện như sữa, trứng, thành phần máu hoặc để làm dược phẩm. Mục đích của nhóm thứ 2 này là nhằm sản xuất và tách ly được một số thành phần cụ thể dùng làm thuốc sử dụng cho vật nuôi hoặc để kiểm tra độc tính của một số sản phẩm thực phẩm. Tuy nhiên khuynh hướng nghiên cứu tiếp theo đối với động vật chuyển gen vẫn còn đang tiếp tục được tranh cãi. Hơn thế nữa, có sự khác biệt rất lớn giữa các nghiên cứu về các động vật chuyển gen qua phôi và các động vật chuyển gen qua tế bào soma. Ở nhóm động vật chuyển gen thứ 2 thì chỉ một tính trạng nào đó của động vật bị biến đổi còn lại các đặc tính khác vẫn được giữ nguyên. 2. Sinh vật biến đổi gen dùng trong y - dược và nghiên cứu. GMO đã nổi lên như một trong những vấn đề cốt lõi, trụ cột của công tác nghiên cứu sinh học từ những năm 1980. Với bệnh di truyền ở người buộc các nhà khoa học phải nghiên cứu phát hiện những phương pháp chữa bệnh mới có hiệu quả đồng thời thử nghiệm các yếu tố mạo hiểm trong chữa bệnh để giảm bớt hậu quả của bệnh tật. Vi sinh vật, thực vật hay động vật biến đổi gen đã làm nên cuộc cách mạng trong sản xuất dược phẩm bằng cách tạo điều kiện để sản xuất vacxin và các liệu pháp chữa bệnh an toàn hơn và rẻ tiền hơn. Ví dụ, vacxin viêm gan B được sản xuất từ nấm men bánh mì biến đổi gen, insulin cho người bệnh tiểu đường được sản xuất từ vi khuẩn Escherichia coli chuyển gen, nhân tố VIII cho người bệnh máu khó đông và tPA cho người bệnh tim mạch được sản xuất từ tế bào động vật biến đổi gen nuôi cấy trong phòng thí nghiệm. Insulin được sản xuất bằng cách chuyển gen tổng hợp insulin ở người vào vi khuẩn E.coli. Insulin được thu lấy bằng cách phân giải các tế bào vi khuẩn, sau đó tách lấy pre – insulin bằng máy li tâm và bằng sàng lọc. Sau đó pre – insulin được cắt bởi enzym tạo thành insulin. Hơn nữa, thực vật biến đổi gen còn tạo ra vacxin ăn được. Những thực vật này nhận kháng nguyên từ vi sinh vật hay loài kí sinh và nhiễm vào cơ quan tiêu hoá của người, và một ngày nào đó, con người có thể đưa ra những cách chữa bệnh an toàn, rẻ tiền, không gây đau đớn và cung cấp vacxin trên toàn thế giới. Vacxin DNA lạ có thể hữu ích trong cuộc đấu tranh chống lại bệnh bao gồm AIDS, bệnh lao, ung thư… Côn trùng biến đổi gen trở nên rất quan trọng cho quá trình nghiên cứu đặc biệt là trong cuộc đấu tranh với bệnh kí sinh trùng. Ví dụ, muỗi biến đổi gen có thể tổng hợp một loại protein gọi là SM1 có thể ngăn chặn sự xâm nhập của trùng sốt rét Plasmodium truyền qua ruột muỗi. Kết quả là phá vỡ chu trình sống của trùng sốt rét và làm cho muỗi kháng bệnh sốt rét. Việc đưa ra những loài muỗi kháng trùng sốt rét này vào tự nhiên có thể một ngày nào đó giúp cho diệt trừ tận gốc trùng sốt rét mà không cần dùng đến thuốc hoá học có hại như DDT hay phá vỡ chuỗi thức ăn tự nhiên. Cuối cùng là biến đổi gen người mà người ta còn gọi là liệu pháp gen đang trở thành sự lựa chọn điều trị cho nhiều bệnh nhân từ rối loạn trao đổi chất cho đến ung thư. Sự kết hợp giữa công nghệ tế bào gốc với DNA tái tổ hợp cho phép một ngày nào đó cho phép tế bào gốc của từ người bệnh được biến đổi trong phòng thí nghiệm để gắn vào một gen cần thiết. Ví dụ, gen β – globin bình thường có thể được gắn vào DNA của tế bào sinh máu - tế bào tuỷ xương lấy từ người bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm và sau đó đưa những tế bào biến đổi gen này trở lại người bệnh thì có thể chữa được bệnh thiếu máu, hồng cầu hình liềm mà không cần người cho phù hợp. 3. Vai trò của sinh vật biến đổi gen đối với bảo vệ môi trường Việc ứng dụng sinh vật chuyển gen trong quản lý môi trường cũng có hiệu quả. Ví dụ, một số vi khuẩn có thể sản xuất chất dẻo dễ phân huỷ, và có thể chuyển khả năng này cho những vi sinh vật khác dễ dàng nuôi cấy trong phòng thí nghiệm là một cuộc cách mạng trong công nghiệp chất dẻo. Zeneca, một công ty của Anh đã sản xuất loại chất dẻo dễ phân huỷ đó gọi là Biopol. Loại chất dẻo này sử dụng chủng vi khuẩn biến đổi gen là Ralstonia eutropha biến đổi glucose và một số axit hữu cơ thành polime có tính dẻo. Công nghệ biến đổi gen còn cứu nhữnh loài thú nguy cơ bị tuyệt chủng như gấu trúc khổng lồ (Giant panda). Gấu trúc khổng lồ có tỷ lệ sinh sản thành công rất thấp khi nó ở trong tình trạng bị giam cầm có liên quan đến gen MHC. Bộ gen của gấu trúc khổng lồ sẽ được xem xét để biến đổi gen trong tương lai nhằm bảo tồn chúng. Như chúng ta đã đề cập ở trên, việc sử dụng Bt để diệt các loài sâu hại thực vật có tác dụng rất lớn trong việc làm tăng năng suất cây trồng và giảm thiểu việc sử dụng thuốc trừ sâu dùng trong nông nghiệp. Điều này đã có ý nghĩa rất lớn đối với môi trường. Tuy nhiên, vấn đề đặt ra là Bt có gây hại đến những loài côn trùng có ích khác và những kẻ thù tự nhiên của loài gây hại hay không? Một tin tức tốt lành cho các nhà sinh thái học và nông dân là những cây trồng biến đổi gen tổng hợp Bt trừ sâu không độc hại đối với động vật kí sinh sống ở bên trong loài sâu bướm đêm Diamondback - một loại sâu tàn phá rau củ trên thế giới. Nghiên cứu này được đăng trên tạp chí khoa học online PloS One. Ong kí sinh Diadegma insulare giết chết sâu bướm diamondback nhưng lại không bị tổn thương bởi Bt hoặc cây trồng Bt, chứng tở Bt không làm hại đến sinh vật có lợi. Để nghiên cứu ảnh hưởng tách rời của thuốc trừ sâu và Bt trên sâu bướm và động vật kí sinh thì nhà nghiên cứu Cornell đã phân lập và nuôi các giống bướm có khả năng kháng Bt hoặc thuốc trừ sâu truyền thống. Sau đó sâu bướm được nuôi kí sinh với ong bắp cày – loài giết sâu bướm trong tự nhiên. Các sâu bướm kháng này được cho ăn thực vật biến đổi gen Bt hoặc thực vật được phun thuốc trừ sâu thông thường. Kết quả, những sâu bướm được kí sinh mà ăn thực vật sử dụng thuốc trừ sâu thông thường thì vẫn sống sót và phát triển bình thường. Ngược lại, những con sâu bướm mà cho ăn thực vật biến đổi gen Bt thì sẽ bị tiêu diệt do ấu trùng ong kí sinh không bị ảnh hưởng, nó sẽ biến thành ong trưởng thành và tiêu diệt sâu hại. Các nhà khoa học trường Đại học Georgia vừa công bố một thực vật biến đổi gen có thể sống trong đất giàu Asenic và hấp thụ Asenic vào trong thân và lá. Ô nhiễm Asenic được coi là vấn nạn của thế giới, làm nhiễm độc hàng triệu ha đất. Ở Ấn Độ và Bangladesh, hiện tượng này càng trở nên nhức nhối. Meagher và đồng nghiệp đã lấy hai bản sao gen từ vi khuẩn Escherichia coli chuyển qua vi khuẩn trung gian Agrobacterium để chuyển gen sang thực vật. Gen E.coli được chuyển có khả năng hấp thụ Asenic. Vi khuẩn Agrobacterium sau đó được phun lên hoa của cây cải xoong cạn. Và hạt của nó chứa đựng những bản sao của các gen E.coli hấp thụ Asenic, và các thế hệ cây tiếp theo cũng hấp thụ Asenic. Theo Meagher, hầu hết cây thân gỗ xốp bông đều có thể sử dụng để thử nghiệm mang tính phổ biến hơn vì chúng sinh trưởng rất nhanh. Tuy nhiên theo Jane Rissler cho biết, những gen này có tiềm năng phát sinh sang những loài khác. Cần cân nhắc kĩ xem liệu Asenic có được truyền sang cho côn trùng, loài gặm nhấm và các loài động vật nuôi trong gia đình? Liệu đời sống tự nhiên sẽ thay đổi như thế nào nếu việc làm sạch Asenic bằng thực vật được tiến hành trên mặt đất? . trên, sinh vật biến đổi gene được tạo ra nhằm phục vụ cho lợi ích của con người, nên việc đặt ra vấn đề vai trò của sinh vật biến đổi gen cũng vô cùng đa dạng. Mỗi loài, mỗi sinh vật biến đổi. Vai trò của sinh vật biến đổi gene Thực phẩm biến đổi gene là một hướng nghiên cứu của các nhà khoa học nhằm đáp ứng được nhu cầu ngày. biến đổi gen có vai trò khác nhau, nhưng chúng ta có thể khái quát chung vai trò của chúng như sau 1 Thực phẩm biến đổi gen Thực phẩm biến đổi gene là một hướng nghiên cứu của các nhà khoa