Tế bào gốc của các loài động vật: Công tác bảo tồn loài dựa trên Công nghệ Tế bào

Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Tế bào gốc của các loài động vật: Công tác bảo tồn loài dựa trên Công nghệ Tế bào

Thứ hai - 10/12/2018 09:50

Tế bào gốc được xem như một biệt dược tái sinh đầy triển vọng, và nay còn được sử dụng trong bảo tồn các loài nguy cấp!

Trong suốt bốn giờ tại vùng phía bắc của Nairobi, được lực lượng an ninh bảo vệ nghiêm ngặt, những loài Tê giác Trắng phương bắc cuối cùng đang trong giai đoạn tuyệt chủng. Chỉ còn lại 3 cá thể, tất cả đều sống ở khu vực rộng 700 mẫu trong phạm vi Khu bảo tồn rừng OI Pejeta, bao gồm con đực Sadu 43 năm tuổi, con cái Najin 27 năm tuổi và con của nó Fatu 16 năm tuổi. Từ một bầy đàn phân bố rộng ở khu vực Tây Phi và Trung Phi, nạn săn bắt đã làm giảm số lượng của chúng chỉ còn vài cá thể.

Lần sinh sản thành công cuối cùng của loài tê giác trắng phương bắc là vào năm 2000, sau tất cả những nỗ lực hỗ trợ sinh sản không thành công. Việc sinh sản tự nhiên cũng không thành công đối với 3 cá thể còn lại do Sadu có mật độ tinh trùng thấp, chân của Najin bị đau và việc bất thường ở tử cung đã ngăn cản sự mang thai của Fatu.

Sự thật đáng buồn là nhiều loài nữa cũng chung viễn cảnh mờ mịt với 3 cá thể tê giác. Do hàng loạt mối đe dọa của con người với việc săn bắn quá mức, mất sinh cảnh, biến đổi khí hậu và bệnh tật, nhiều loài không có khả năng thích ứng nhanh với các áp lực môi trường ngày càng gia tăng mà chúng đang phải đương đầu. Danh sách đỏ các loài bị đe dọa của tổ chức IUCN cung cấp thông tin chi tiết về thực trạng bảo tồn các loài nguy cấp trong 50 năm qua.

Tê giác trắng phương bắc

Hiện nay, danh sách đã cập nhật 11.316 loài sắp nguy cấp, 7.781 loài nguy cấp và 5.210 loài cực kỳ nguy cấp, điển hình như loài Khỉ đột miền Đông, loài Báo và một loài mới được cập nhật là Hươu cao cổ. Tương tự hiện trạng của loài tê giác trắng phương bắc, các nỗ lực bảo tồn tích cực nhất cũng sẽ quá muộn đối với chúng. Các chiến lược bảo tồn truyền thống bao gồm các chương trình lai tạo giống trong tự nhiên hoặc trong điều kiện nuôi nhốt thường không hiệu quả (đặc biệt là nuôi nhốt) và các phương pháp hỗ trợ sinh sản như thụ tinh ống nghiệm (IVF) không thành công, thậm chí đã thử nghiệm ở nhiều loài.

Bên cạnh đó việc thiếu hụt kiến thức về chu trình sinh sản của hầu hết các loài động vật đã gây khó khăn trong việc triển khai các biện pháp lai tạo giống. Thậm chí nếu sinh sản thành công, mức độ đa dạng nguồn gene trong quần thể lai thấp, cùng với sự thu hẹp sinh cảnh tự nhiên sẽ gây khó khăn rất lớn cho việc tự thiết lập thành công một quần thể.

Trong bối cảnh không mấy sáng sủa này, các phát minh gần đây của các nhà khoa học trong lĩnh vực tế bào gốc và kỹ thuật sinh sản đã tạo ra những triển vọng mới. Tháng 11 năm ngoái, một nhóm nhà khoa học dưới sự dẫn đầu của GS. Katsuhiko Hayashi tại Trường Đại học Kyushu, Nhật Bản, đã đạt được một trong những thành công trong sinh học sinh sản: kỹ thuật tạo các tế bào trứng nhân tạo từ tế bào da chuột đã được tái biệt hóa hoàn toàn trong thí nghiệm.

Khỉ đột miền đông

Cơ sở đưa đến thành công này bắt nguồn từ các hoạt động thí nghiệm trước đó mà GS. Hayashi đã làm khi còn là sinh viên. Khi đó ông đã thành công trong việc biến đổi các tế bào gốc đã biệt hóa thành các tế bào mầm nguyên thủy (PGCs), là các tế bào tiền thân của cả tế bào tinh trùng và tế bào trứng. Khi tiêm các tế bào nhân tạo đó vào buồng trứng hoặc tinh hoàn của chuột sống đã làm tăng số lượng tế bào trứng và tinh trùng cần thụ tinh.

Hiện tại với những kết quả từ trong phòng thí nghiệm của mình, GS. Hayashi đã chứng minh được rằng giai đoạn thụ tinh cuối cùng của một động vật sống trong thực tế là không cần thiết mà hoàn toàn có thể được thực hiện trong thí nghiệm in vitro. Các tế bào trứng biệt hóa được sử dụng thành công để cho ra những chú chó con khỏe mạnh và có khả năng sinh sản. Với cách thức tương tự, gần đây các nhà khoa học Trung Quốc đã công bố sự tái sinh của các tế bào tinh trùng nguyên thủy trong ống nghiệm.

Với triển vọng tái tạo toàn bộ chu trình dòng tế bào gốc đực và cái trong thí nghiệm, các nhà khoa học hy vọng ứng dụng thành tựu này trong các lĩnh vực khác mà cộng đồng quan tâm. Trong khi đây là niềm ước mơ đối với những người vô sinh và khả năng có con của các cặp đồng giới, thành công này cũng mở ra cách tiếp cận mới trong công tác bảo tồn các loài và cứu sống loài tê giác trắng phương bắc.

Trong trường hợp bạn đang phân vân thì đây là cách một con hươu cao cổ ăn thức ăn

Vườn thú Dvůr Králové tại Cộng Hòa Séc – là nơi nuôi giữ chính thức 3 cá thể tê giác trắng phương bắc còn lại – hiện đang chủ trì một Hiệp hội của hầu hết các Viện nghiên cứu của Châu Âu để biến những điều không thể thành có thể. Các thành viên là các chuyên gia động vật hoang dã và chuyên gia sinh học sinh sản của Viện Nghiên cứu Động vật hoang dã Leibniz (IZW) tại Bec-lin (Đức), các chuyên gia tế bào gốc của Trung tâm Y dược phân tử Max Delbrück tại Béc-lin (MDC), Viện Nghiên cứu Tế bào gốc tại Munich (ISF), phòng thí nghiệm của GS. Hayashi tại Nhật Bản và Công ty công nghệ sinh học Italia Avantea hoạt động trong lĩnh vực chuyên ngành về dịch vụ Hỗ trợ Sinh sản.

Dưới tiêu đề “Bảo tồn loài dựa trên Công nghệ Tế bào”, đầu năm ngoái, các thành viên của Hiệp hội đã xây dựng một kế hoạch bao gồm lộ trình táo bạo, trong đó trình bày một chiến lược hai giai đoạn, bao gồm việc thu thập các giao tử tự nhiên – kế thừa thành công của GS. Hayashi trên chuột – tái sinh nhân tạo các giao tử đó.

Để thu thập các giao tử tự nhiên, các thí nghiệm đầu tiên được tiến hành đối với các loài họ hàng gần gũi nhất của tê giác trắng phương bắc và tê giác trắng phương nam. Hiện nay, noãn bào lấy từ một vài cá thể cái đã được TS. Thomas Hildebrandt, Trưởng phòng Quản lý Sinh sản tại Viện IZW khôi phục thành công. Các trứng thu thập được sau đó đã được chuyển tới Công ty Avantea để làm thí nghiệm nhân bản nhằm hỗ trợ sinh sản cho các động vật lớn như ngựa, trâu bò và lợn.

Báo con

Những trứng được thu thập đã được thụ tinh và phát triển thành công thành phôi giai đoạn sớm sẵn sàng chuyển vào các động vật mang thai hộ có tiềm năng. Các kết quả đầu tiên đã được báo cáo tại Cuộc họp 2 ngày của Nhóm Công tác Bảo tồn Tê giác Trắng Châu Âu đầu tháng 3 tại Vườn Thú Dvůr Králové. Ngay từ đầu năm nay, được tạo đà từ các kết quả ban đầu, các thành viên tập trung vào mục tiêu thu các giao tử từ 2 cá thể cái Tê giác trắng phương bắc còn lại.

Để hoàn thành chiến lược đầu tiên này, các chuyên gia tế bào gốc từ Trung tâm Y dược phân tử Max Delbrück tại Béc-lin (MDC) và Viện nghiên cứu Helmholtz tại Munich đã làm việc chặt chẽ với TS.Hayashi nhằm nỗ lực tạo ra các giao tử nhân tạo. Để thực hiện điều này, các nhà khoa học dựa vào những vật liệu mô đông lạnh được thu thập từ 11 cá thể tê giác trắng phương bắc đã chết và được lưu trữ trong ngân hàng sinh học động vật tại Vườn thú San Diego và Viện Nghiên cứu Động vật hoang dã Leibniz (IZW) tại Bec-lin.

Tương tự ở người và chuột, kết quả thí nghiệm cho thấy những tế bào mô trưởng thành có thể được chuyển đổi thành Tế bào gốc (iPSCs), từ đó cung cấp một nguồn tiềm năng các giao tử tê giác nhân tạo. Hiện tại, các nhà khoa học xây dựng quy trình phân biệt các dòng iPSC thành tế bào mầm nguyên thủy, sau đó chúng có thể biệt hóa thành tế bào trứng và tế bào tinh trùng.

Với lộ trình mà hiệp hội đang tiến hành, thực tế giải cứu tê giác phương bắc như thế nào? Theo TS. Hildebrand từ Viện Nghiên cứu Động vật hoang dã Leibniz (IZW), việc thực hiện trên cá thể tê giác trắng phương bắc đầu tiên có thể diễn ra trong thập niên tiếp theo, với giả định cách tiếp cận có hiệu quả. Công trình đột phá này không chỉ là cơ hội cuối cùng để giải cứu các loài tê giác phương bắc mà còn là mô hình thay thế có tính khả thi đối với công tác bảo tồn loài hiện nay.

Nguồn: https://labiotech.eu/features/stem-cells-conservation-zoos/