CRISPR/Cas – Triển vọng phát triển nông nghiệp

Công nghệ CRISPR/Cas được kỳ vọng sẽ  ứng dụng ngày càng nhiều trong nông nghiệp (H1) nhằm cải thiện các tính trạng cây trồng như mong muốn, rút ngắn thời gian nghiên cứu, phát triển các giống cây trồng mới, giúp tạo đủ thực phẩm đáp ứng nhu cầu cho dân số ngày càng tăng trong tương lai trên toàn cầu.

H1: Sơ đồ mô tả chỉnh sửa hệ gen thực vật bằng CRISPR/Cas9

Nguồn: Lã Văn Hiền, Chỉnh sửa gene và cải thiện cây trồng bằng hệ thống CRISPR/Cas9.

Xu hướng ứng dụng CRISPR/Cas trên cây trồng theo các công bố khoa học.

Các tác giả Agnès Ricroch, Pauline Clairand, Wendy Harwood đã khảo sát xu hướng phát triển ứng dụng CRISPR/Cas trong thực vật, qua việc xem xét một cách có hệ thống từ 52 bài báo khoa học liên quan đến lĩnh vực này được công bố trong giai đoạn 2014-2017. Theo đó, cây trồng làm thực phẩm là đối tượng có nhiều nghiên cứu, dẫn đầu là Oryza sativa (lúa gạo), kế đến là Zea mays (bắp), Solanum lycopersicum (cà chua), Solanum tuberosum (khoai tây), Hordeum vulgare (lúa mạch) và Triticum aestivum (lúa mì)  (BĐ1).

BĐ1: Các loại cây trồng được nghiên cứu ứng dụng CRISPR/Cas

Nguồn: Agnès Ricroch, Pauline Clairand, Wendy Harwood; Use of CRISPR systems in plant genome editing: toward new opportunities in agriculture.

Mục tiêu các nghiên cứu ứng dụng CRISPR/Cas  trên thực vật chủ yếu nhằm tăng năng suất, cải thiện giá trị dinh dưỡng, tăng khả năng chống chịu stress cùng các loại bệnh và điều kiện bất lợi của môi trường (BĐ2)

BĐ2: Mục tiêu nghiên cứu ứng dụng CRISPR trên cây trồng

Nguồn: Agnès Ricroch, Pauline Clairand, Wendy Harwood; Use of CRISPR systems in plant genome editing: toward new opportunities in agriculture.

Đa số các bài báo khoa học trong lĩnh vực này được công bố bởi các nhà khoa học ở Trung Quốc (42%), Mỹ (19%), và châu Âu  (gồm Vương Quốc Anh, Thụy Điển, Pháp, Hungary, Đức, Áo và Bỉ (BĐ3).

BĐ3: Công bố nghiên cứu ứng dụng CRISPR trên cây trồng tại các nước

Nguồn: Agnès Ricroch, Pauline Clairand, Wendy Harwood; Use of CRISPR systems in plant genome editing: toward new opportunities in agriculture.

Các đối tượng và nội dung nghiên cứu tùy thuộc vào bối cảnh của từng quốc gia. Cây lúa gạo được tập trung nghiên cứu nhiều nhất ở Trung Quốc và Nhật, tiếp theo là cà chua ở Mỹ và Nhật, bắp ở Mỹ (BĐ4).

BĐ4: Nghiên cứu ứng dụng CRISPR/Cas trên các loại cây trồng ở các nước

Nguồn: Agnès Ricroch, Pauline Clairand, Wendy Harwood; Use of CRISPR systems in plant genome editing: toward new opportunities in agriculture.

Một số nghiên cứu ứng dụng thành công công nghệ CRISPR/Cas trên cây mô hình đã được công bố như: Nicotiana benthamiana (thuốc lá), Arabidopsis thaliana (loài cỏ dại có hoa nhỏ, hai lá mầm, thuộc họ rau cải), trái cây như Citrus sinensis (cam) và các cây lương thực gồm Oryza sativa (lúa gạo), Zea mays (bắp), Triticum aestivum (lúa mì) (Bảng 1).

Bảng1: Một số thành tựu ứng dụng hệ thống CRISPR/Cas9
trên cây trồng

Nguồn: Lê Tiến Dũng, Lê Thi Ngọc Quỳnh;  CRISPR/Cas: Thành tựu mới trong cải thiện di truyền cây nông nghiệp, Viện Di truyền nông nghiệp.

Xu hướng ứng dụng CRISPR/Cas trên cây trồng, theo thông tin sáng chế

Các tác giả Monika Gupta, Manju Gerard, Subash S. P. và Kalpana Sastry R. cũng khảo sát xu hướng phát triển ứng dụng CRISPR/Cas  trong thực vật thông qua phân tích thông tin sáng chế. Nội dung khảo sát gồm ứng dụng CRISPR/Cas  trên các loại ngũ cốc và rau đậu trong giai đoạn 2005 đến 2017, đã cho thấy số lượng sáng chế ứng dụng CRISPR/Cas trên cây trồng trong giai đoạn này gia tăng nhanh chóng, nhiều nhất là ứng dụng trên cây lúa gạo, đậu nành và bắp (BĐ5).

BĐ5: Số lượng đơn sáng chế liên quan đến ứng dụng CRISPR/Cas trên một số cây trồng trên thế giới

Nguồn: Monika Gupta,  Manju Gerard, Subash S. P.  và  Kalpana Sastry R.; Patent Landscaping of CRISPR technology in Agriculture

Mỹ là nước có nhiều đơn đăng ký sáng chế liên quan đến ứng dụng CRISPR/Cas trên cây trồng (201 SC), tiếp theo là Trung Quốc (166 SC), Canada (70 SC) và Úc (64 SC) (H2).

H2: Số lượng sáng chế liên quan đến ứng dụng CRISPR/Cas trên một số cây trồng đăng ký ở các nước

Nguồn: Monika Gupta,  Manju Gerard, Subash S. P.  và  Kalpana Sastry R.; Patent Landscaping of CRISPR technology in Agriculture.

Các đơn vị dẫn đầu trong đăng ký sáng chế liên quan đến ứng dụng CRISPR/Cas trên cây trồng là công ty Dupont Pioneer (Mỹ), kế đến là Institute of Genetics, Developmental Biology CAS  (Trung Quốc) và Broad Institute (Mỹ) (BĐ6).

BĐ6: Các đơn vị dẫn đầu trong đăng ký sáng chế liên quan đến ứng dụng CRISPR/Cas trên cây trồng

Nguồn: Monika Gupta,  Manju Gerard, Subash S. P.  và  Kalpana Sastry R.; Patent Landscaping of CRISPR technology in Agriculture.

Lĩnh vực có nhiều đơn sáng chế liên quan đến ứng dụng CRISPR/Cas trên cây trồng được thể hiện trong bảng 2.

Bảng 2: Lĩnh vực có nhiều đơn sáng chế liên quan đến ứng dụng CRISPR/Cas trên cây trồng (Theo phân loại sáng chế quốc tế IPC)

Nguồn: Monika Gupta,  Manju Gerard, Subash S. P.  và  Kalpana Sastry R.; Patent Landscaping of CRISPR technology in Agriculture.

CRISPR/Cas9 được xác định giàu tiềm năng ứng dụng, nhưng có không ít quan điểm trái chiều. Với các nhà quản lý, các nhà  bảo vệ môi trường và bảo vệ người tiêu dùng, cây trồng ứng dụng các kỹ thuật chỉnh sửa gien mới như CRISPR/Cas cần phải trải qua quá trình kiểm soát gắt gao và phải được cơ quan có thẩm quyền phê duyệt (tương tự cây biến đổi gen). Ngược lại, các nhà khoa học  cho rằng các nhà quản lý nên cởi mở hơn khi đánh giá các sản phẩm được tạo ra bằng công nghệ CRISPR/Cas, bởi công nghệ chỉnh sửa gen hiện đại này cho phép chỉnh sửa chính xác trong hệ gen, và sản phẩm từ CRISPR/Cas nên được áp dụng quy chế giống như những sản phẩm từ đột biến được tạo ra nhờ tia phóng xạ hay hóa chất, do bản chất giống nhau và không chứa gen ngoại lai. Điều này sẽ tạo cơ hội ứng dụng công nghệ CRISPR/Cas tiên tiến, bước đột phá của ngành công nghệ sinh học nhằm phục vụ cho đời sống con người.

Anh Trung (CESTI)