Theo báo Bưu điện Hoa Nam Buổi sáng, nhóm nghiên cứu đã tạo ra công cụ chỉnh sửa DNA ty thể (mitochondrial DNA - mtDNA) mới, gọi là “trình chỉnh sửa gốc DNA ty thể”. Công cụ này giúp sửa chữa những sai sót trong DNA nằm bên trong ty thể của tế bào – bộ phận sản xuất năng lượng quan trọng của cơ thể. Họ đã sử dụng công nghệ này để tạo ra những con chuột mang các bệnh do đột biến mtDNA gây ra, đồng thời ghi nhận thành công việc sửa chữa trực tiếp các khiếm khuyết gien ở động vật.
Dẫn đầu nghiên cứu là các nhà khoa học từ Đại học Sư phạm Hoa Đông và Phòng thí nghiệm Lingang. Họ cho biết công nghệ chỉnh sửa gốc DNA ty thể có tiềm năng mở ra liệu pháp gien dành cho những căn bệnh nghiêm trọng mà hiện chưa có phương pháp chữa trị.
“Việc tạo ra và hiệu chỉnh các đột biến trong DNA ty thể từ trước đến nay là một thách thức lớn”, nhóm nghiên cứu nhấn mạnh trong bài báo đầu tiên trong số hai bài công bố trên Tạp chí Nature Biotechnology ngày 3/6.
Các đột biến trong mtDNA liên quan đến nhiều bệnh di truyền nghiêm trọng, như bệnh thần kinh thị giác di truyền Leber gây mất thị lực, hội chứng Leigh - một rối loạn thần kinh nặng, bệnh não cơ ty thể, thường dẫn đến các cơn đột quỵ và suy yếu cơ bắp. Hiện chưa có phương pháp chữa khỏi cho các bệnh này, ảnh hưởng đến khoảng 1/5.000 người trên toàn thế giới, và gây ra nhiều triệu chứng nghiêm trọng, thậm chí tử vong sớm.
Mặc dù các liệu pháp chỉnh sửa gien dựa trên công nghệ CRISPR đã được phát triển để sửa các đột biến trong DNA nhân, cấu trúc đặc biệt của ty thể khiến việc áp dụng công nghệ này cho DNA ty thể trở nên khó khăn hơn rất nhiều.
Trong các bệnh mtDNA, loại đột biến chủ yếu là đột biến điểm – thay đổi, xóa hoặc thêm một đơn vị bazơ nucleotide duy nhất (adenine, thymine, cytosine hoặc guanine). Để bệnh biểu hiện rõ ràng, thường hơn 50% các bản sao mtDNA trong tế bào phải mang đột biến, điều này không chỉ gây khó khăn cho việc chữa trị mà còn cả trong việc tạo ra các mô hình động vật để nghiên cứu bệnh.
Một điểm khác biệt lớn là mỗi tế bào người có thể chứa từ 1.000 đến 2.000 ty thể, trong khi DNA nhân chỉ có 2 bản sao. Điều này khiến việc chỉnh sửa mtDNA cần đạt hiệu quả cao hơn rất nhiều.
Các trình chỉnh sửa mtDNA adenine-to-guanine hiện tại gặp hạn chế về hiệu suất. Vì vậy, nhóm nghiên cứu đã phát triển các biến thể mới với khả năng nhắm mục tiêu và hoạt động hiệu quả hơn.
Trong bài báo đầu tiên, với sự phối hợp của các nhà khoa học từ Đại học ShanghaiTech, BRL Medicine và Đại học Bắc Kinh, nhóm đã giới thiệu trình chỉnh sửa mtDNA được thiết kế riêng, đạt hiệu quả chỉnh sửa lên tới 87% trong tế bào người, đồng thời giảm thiểu các đột biến ngoài mục tiêu.
Nhóm cũng đã tạo ra những con chuột mang đột biến mtDNA gây mất thính lực, chứng minh rằng trình chỉnh sửa có thể đạt đến ngưỡng đột biến đủ để gây ra triệu chứng bệnh ở tế bào.
Theo nhóm nghiên cứu, các mô hình động vật này rất quý giá cho nghiên cứu bệnh học và phát triển liệu pháp điều trị.
Trong nghiên cứu thứ hai công bố cùng ngày, các nhà khoa học đã tạo ra mô hình chuột mắc hội chứng Leigh bằng cách tiêm trình chỉnh sửa mtDNA adenine trực tiếp vào phôi chuột. Hội chứng Leigh là bệnh thần kinh di truyền nghiêm trọng xuất hiện từ năm đầu đời, gây mất dần khả năng vận động và nhận thức, thường dẫn đến tử vong trong vài năm.
Những con chuột này biểu hiện các triệu chứng tương tự như bệnh nhân người, bao gồm khuyết tật tim và suy giảm chức năng cơ.
Đặc biệt, sau khi tiêm trình chỉnh sửa cytosine-to-thymine vào phôi chuột mắc hội chứng Leigh, trung bình 53% mtDNA bị đột biến đã được sửa chữa thành mtDNA khỏe mạnh, giúp cải thiện chức năng tim và cơ bắp ở các con chuột được tạo ra.
“Đây là lần đầu tiên, theo hiểu biết của chúng tôi, việc sửa chữa trực tiếp các đột biến mtDNA trên mô hình động vật được báo cáo”, nhóm nghiên cứu khẳng định.
Các nhà nghiên cứu cho biết phát hiện này mở ra triển vọng phát triển các công cụ mạnh mẽ để nghiên cứu bệnh liên quan mtDNA và thúc đẩy các liệu pháp chữa trị mới dựa trên việc sửa chữa đột biến điểm.
“Mặc dù công nghệ chỉnh sửa mtDNA vẫn đang ở giai đoạn đầu và cần nhiều cải tiến trước khi áp dụng lâm sàng, nghiên cứu của chúng tôi đã chứng minh khả năng điều trị các bệnh liên quan mtDNA bằng phương pháp này”, các nhà khoa học nhấn mạnh.
