8 lĩnh vực công nghệ sinh học mới để theo đuổi tại Việt Nam

CNSH trong tình hình mới

CNSH bao gồm bất kỳ nghiên cứu và ứng dụng công nghệ nào có sử dụng các hệ thống sống, các cơ thể sống, các quá trình sinh học hoặc các dẫn xuất từ chúng để sản xuất hoặc chế biến, biến đổi thành vật liệu, năng lượng và các sản phẩm có giá trị gia tăng khác nhau. Nhờ những đóng góp to lớn của CNSH, nền kinh tế của nhiều nước trên thế giới đã gia tăng đột biến, giúp nâng cao chất lượng cuộc sống của người dân. CNSH cũng được nhiều quốc gia trên thế giới sử dụng như là “vũ khí chiến lược” nhằm đảm bảo an ninh quốc gia và khẳng định vị thế trong bối cảnh hiện tại.

Xác định đất nước ta có nhiều thuận lợi về điều kiện tự nhiên, đa dạng sinh học…, có thể sử dụng CNSH làm đòn bẩy thúc đẩy quá trình xây dựng đất nước, Đảng và Nhà nước ban hành kịp thời các chỉ thị, nghị quyết nhằm đẩy mạnh phát triển và ứng dụng CNSH trong các lĩnh vực nông nghiệp, công nghiệp, y tế, bảo vệ môi trường và quốc phòng – an ninh. Đặc biệt, Nghị quyết số 36-NQ/TW của Bộ Chính trị đã khẳng định phát triển công nghiệp sinh học trở thành ngành kinh tế – kỹ thuật quan trọng, đến năm 2045 đóng góp cho GDP từ 10-15%.

Phát triển CNSH theo định hướng gắn kết công nghệ

Cùng với xu hướng phát triển của thế giới, Việt Nam đã chủ động đẩy mạnh nghiên cứu và ứng dụng thành tựu của CNSH để phát triển các lĩnh vực rất mới như tin sinh học, trí tuệ nhân tạo, tế bào gốc…

Lĩnh vực tin – sinh học

Đây là lĩnh vực khoa học đa học thuật hay đa ngành (khoa học máy tính, thống kê, toán học, hoá – sinh học) để phân tích và diễn giải các dữ liệu sinh học thông qua bộ công cụ hoặc phần mềm phát triển chuyên dụng. Trong lĩnh vực y dược: từ các dữ liệu lớn thu được (metagenome), người ta có thể phân tích và chẩn đoán về thông tin di truyền, các sai khác hoặc đột biến gen, các bệnh di truyền, ung thư, biểu hiện gen, cấu trúc DNA và protein, tương tác protein-protein, thông qua đó đưa ra phác đồ điều trị hướng đích, thiết kế hệ dẫn thuốc và phát triển thuốc mới. Trong nông nghiệp: Thông qua dữ liệu metagenome, người ta cũng hiểu được mối tương tác, quan hệ giữa các loài vi sinh vật trong đất, nước, thức ăn, hệ tiêu hoá… làm cơ sở để phát triển các chế phẩm hữu cơ, mà vẫn đảm bảo giá trị dinh dưỡng an toàn thực phẩm, thân thiện với môi trường hoặc các chế phẩm sinh học phân huỷ, loại bỏ các chất gây ô nhiễm…

Lĩnh vực trí tuệ nhân tạo

Là một lĩnh vực công nghệ nền tảng, có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực của đời sống – xã hội. Trí tuệ nhân tạo cho phép theo dõi, giám sát các chỉ số về dinh dưỡng, sức khoẻ, vận động… Thông qua các chỉ số này sẽ đưa ra khuyến cáo, các bài tập phù hợp nhằm cải thiện các chỉ số vượt mức cho phép giúp nâng cao sức khoẻ cộng đồng. Ngoài ra, công nghệ này cho phép theo dõi và ghi lại lịch sử, tiền sử bệnh tật (bệnh án điện tử) của từng cá nhân giúp cho việc điều trị dễ dàng và thuận lợi hơn, giảm chi phí xét nghiệm trùng lặp không cần thiết. Dưới sự trợ giúp của trí tuệ nhân tạo, khác với chẩn đoán hình ảnh truyền thống chỉ chẩn đoán dưới cấp độ cơ quan hoặc mô, công nghệ này cho phép chẩn đoán và phân tích hình ảnh ở cấp độ sâu hơn như tế bào và phân tử một cách trực quan. Qua đó, có thể hiểu được những sai khác hoặc bất thường trong DNA, nhiễm sắc thể, protein hay quá trình trao đổi chất tế bào.

Y – Sinh – Dược học

CNSH trong lĩnh vực y – sinh – dược học hiện đang được quan tâm và phát triển mạnh trên thế giới và Việt Nam. Đây là lĩnh vực luôn thu được lợi nhuận cao nhất từ CNSH. Khoa học sự sống và CNSH ngày càng đóng vai trò quan trọng trong các khâu của quá trình điều trị bệnh nhân, từ chẩn đoán, điều trị, theo dõi và đánh giá quá trình điều trị, chế tạo các sản phẩm phục vụ cho việc phòng và điều trị bệnh. Với các nước phát triển, nghiên cứu y học cá thể đang được đặc biệt quan tâm. Bởi lẽ, nó áp dụng để điều trị đúng bệnh nhân, đúng thuốc, đúng liều và đúng thời điểm dựa theo bản đồ gen đặc thù của từng cá nhân.

Tế bào gốc và liệu pháp điều trị gen

Đây là công nghệ đầy hứa hẹn trong lĩnh vực y học, đặc biệt trong điều trị các bệnh hiểm nghèo. Công nghệ tế bào gốc cho phép tạo ra các tế bào, mô, thậm chí cơ quan khác nhau thông qua quá trình biệt hoá, nguyên phân và công nghệ in 3D. Tế bào gốc đang là nguồn hy vọng của con người trong việc phát triển liệu pháp tế bào để điều trị các bệnh hiểm nghèo như ung thư, Azheimer, Parkinson, tiểu đường, dị tật tim, bệnh thiểu năng miễn dịch di truyền và tái tạo cơ quan. Các hoạt động nghiên cứu tế bào gốc đang được tiến hành tại hầu hết các viện nghiên cứu và các công ty y sinh trên thế giới.

Với những hiểu biết về tế bào gốc, liệu pháp gen và những đầu tư nghiên cứu hiện nay, có thể nói công nghệ tế bào gốc đang hình thành một cuộc cách mạng mới trong y học tái tạo.

Công nghệ vắc xin thế hệ mới

Các vắc xin thương mại hoá trên thị trường chủ yếu ở 2 dạng là vắc xin vô hoạt và vắc xin nhược độc. Vắc xin vô hoạt thường an toàn, có khả năng phòng ngừa các triệu chứng lâm sàng nhưng hiệu quả bảo hộ không cao. Vắc xin nhược độc tạo ra miễn dịch bảo hộ tốt với các chủng tương đồng nhưng mức bảo hộ có thể giảm dần do giảm mức tương đồng với các chủng mới, giá thành vắc xin còn cao do được sản xuất bằng cách nuôi cấy tế bào và được cấy chuyển nhiều lần dưới áp lực chọn lọc cho tới khi mất độc lực của tác nhân gây bệnh ban đầu, đòi hỏi nghiêm ngặt trong khâu bảo quản và vận chuyển. Hạn chế lớn nhất của vắc xin nhược độc là có nguy cơ phát triển độc tính trở lại, bản thân virus vắc xin sau nhiều lần truyền nhiễm có thể đột biến trở thành cường độc. Xu hướng nghiên cứu các loại vắc-xin thế hệ mới bao gồm vắc xin tái tổ hợp, vắc xin DNA, vắc xin sử dụng hệ vector virus, vắc xin chứa các phân tử giống virus (virus-like particles). Trong các loại vắc xin trên, vắc xin tái tổ hợp được tập trung nghiên cứu nhiều nhất chủ yếu do sự đa dạng ở các hệ thống biểu hiện như vi khuẩn, nấm men, các tế bào côn trùng, các tế bào động vật có vú và thực vật. Hệ thống biểu hiện trong thực vật có nhiều ưu điểm như chi phí thấp, công nghệ thu hoạch, chế biến thực vật và sản phẩm thực vật ở quy mô lớn đã có sẵn. Bên cạnh đó, thực vật có thể điều khiển tổng hợp protein vào trong các tổ chức chuyên biệt nội bào, vì thế protein không bị phân hủy. Sản phẩm protein tái tổ hợp có thể được sản xuất ở mức độ công nghiệp và các nguy cơ về sức khỏe gây nên do nhiễm các nguồn bệnh và các độc tố cho người được giảm thiểu tối đa.

Công nghệ thần kinh

Đây là công nghệ mới nổi mang triển vọng to lớn trong việc chẩn đoán và điều trị bệnh lão hóa và tăng cường thể chất con người. Tuy nhiên, một số công nghệ thần kinh làm nảy sinh các vấn đề về đạo đức, luật pháp, xã hội và văn hoá sâu sắc đòi hỏi sự chú trọng về chính sách. Lĩnh vực này bao gồm việc nghiên cứu về bộ não; các thiết bị điện tử có thể sửa chữa hoặc thay thế chức năng não; các thiết bị điều biến thần kinh được sử dụng để điều trị bệnh tâm thần; các khớp thần kinh nhân tạo và mạng nơ-ron phục vụ giao diện não-máy tính; và sự phát triển trí thông minh nhân tạo. Một số kỹ thuật và công nghệ được sử dụng trong công nghệ thần kinh như: Kỹ thuật Optogenetics (quang di truyền); công nghệ điều biến thần kinh (Neuromodulation); giao diện não – máy tính và Nanorobots.

Chip sinh học và cảm biến sinh học

Công nghệ này chủ yếu sử dụng các phần tử hay vật liệu sinh học như DNA, protein và tế bào để phát triển các dạng chip hoặc cảm biến sinh học để thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau như đo đạc các chỉ số liên quan đến sức khoẻ và phát hiện các vi sinh vật gây bệnh, các độc tố, dư lượng hoá chất độc hại… Sàng lọc, nghiên cứu cấu trúc và tính chất các hợp chất có hoạt tính sinh học từ nguồn tài nguyên thiên nhiên. Một trong những tiềm năng từ nguồn tài nguyên đa dạng này là các hợp chất có hoạt tính sinh học rất phong phú có thể được phát hiện, nghiên cứu tính chất và sử dụng trong y dược, thực phẩm, mỹ phẩm và hóa chất. Để đẩy mạnh hơn nữa việc khai thác và ứng dụng các hợp chất có hoạt sinh học cần đầu tư để thúc đẩy các nghiên cứu sâu hơn về cơ chế tác động của các hợp chất này trên các mô hình thử nghiệm phân tử, tế bào và động vật để có định hướng cho việc sản xuất các thuốc trên nền của các hợp chất này dùng trong điều trị. Có thể nói đây là một lĩnh vực nghiên cứu mang tính chiến lược lâu dài nhằm phát huy thế mạnh về đa dạng sinh học của nước ta.

Nông nghiệp chính xác và chuyển hóa sinh học

Trong lĩnh vực nông nghiệp chính xác, CNSH cùng với tin sinh học, điện toán đám mây và internet kết nối vạn vật được ứng dụng vào trong sản xuất nông nghiệp thông minh như kiểm soát và điều khiển toàn bộ các chỉ tiêu dinh dưỡng, môi trường tối ưu cho việc canh tác các loại rau, củ, quả, cũng như trong công tác nuôi trồng thủy sản thông minh. Bên cạnh đó, các thông tin trước và sau thu hoạch (nguồn gốc sản phẩm, điều kiện canh tác, chất lượng nước, cung cấp xử lý nước, tiền sử bệnh dịch, hướng dẫn chăn nuôi…) có thể được tra cứu mọi lúc, mọi nơi. Các dữ liệu về metagenomics, metabiome cho biết mối tác động giữa các vi sinh vật trong đất ảnh hưởng đến chất lượng đất, nguồn khoáng, pH, hooc môn sinh trưởng của cây trồng…; hoặc chất lượng nước, vi sinh vật gây bệnh trong công tác nuôi trồng thuỷ/hải sản… Nghiên cứu về xác định các chỉ thị phân tử giúp hỗ trợ cho công tác tạo giống cây trồng, vật nuôi, thủy sản. Từ nguồn sinh khối giàu lignocellulose chuyển hóa sinh học có thể chuyển hóa để thu nhận các sản phẩm có giá trị cao như nhiên liệu sinh học, các hợp chất nguyên liệu dùng trong công nghiệp hóa học, thực phẩm, nông nghiệp, y tế, dược phẩm… Xây dựng chiến lược phát triển kinh tế dựa trên nền tảng sinh học (Bio-based economy) thực chất là chiến lược phát triển dựa trên cơ sở khai thác hiệu quả nhất nguồn sinh khối. Sản phẩm của các quá trình này bao gồm cồn, xăng dầu sinh học, dầu ăn…

Trên đây là những chiến lược phát triển tương lai của nước Việt Nam trong ngành công nghệ sinh học. Các bạn sinh viên có thể chủ động tìm hiểu, hỏi thăm thông tin từ thầy cô, bạn bè từ đó tìm ra hướng đi mà mình yêu thích cũng như phù hợp trong ngành công nghệ sinh học đang rất phát triển này.

Nguồn bài viết: “Đẩy mạnh phát triển và ứng dụng công nghệ sinh học ở Việt Nam trong tình hình mới” – Tạp chí khoa học công nghệ