Steve Job, nhà sáng lập công ty Apple đã phát biểu rằng thành tựu lớn nhất trong thế kỷ 21 sẽ là sự kết hợp giữa sinh học và công nghệ. Trong những năm đầu thế kỷ qua, sự kết hợp đó đã tạo nên những bước phát triển lớn lao cho ngành công nghệ sinh học với thị trường ước tính khoảng 100 tỷ USD. Nhưng con số này đã mau chóng bị vượt qua khi tài chính của riêng công ty Pfizer trong năm 2022 đã đạt con số 100 tỷ USD, chủ yếu là do doanh số cung cấp vaccine covid -19. Trong bối cảnh đó, đâu là các xu hướng quan trọng nhất của ngành này?

Vaccine covid 19 (nguồn: Reuters)

     Xu hướng đầu tiên là lĩnh vực y khoa cá thể (Individual Medicine): từ lâu nay, chúng ta áp dụng các phương pháp khám bệnh và điều trị theo kiểu một công thức cho tất cả mọi người mà ít tính đến đặc điểm sinh học của họ. Điều này làm cho việc điều trị trở nên kém hiệu quả, tốn kém, có khi nguy hiểm đến tính mạng. Nhờ các tiến bộ của kỹ thuật phân tích trình tự DNA, việc giải mã toàn bộ hệ gen người (human genome) từ chi phí 3 tỷ USD năm 2003 đã giảm xuống rất nhiều, chỉ còn 600 USD và sẽ còn giảm giá nữa. Chính thành tựu căn bản này giúp cho các bác sĩ hiểu rõ đặc điểm di truyền của từng bệnh nhân, phân loại các nhóm bệnh nhân, hiểu được sự phát triển bệnh trên từng bệnh nhân, chọn các loại thuốc hay phương pháp điều trị phù hợp với họ. Điều này làm cho việc điều trị hiệu quả hơn rất nhiều. Việc phân tích bộ gen của từng cá thể còn cho phép tiên đoán được các bệnh do lỗi di truyền và có phương pháp điều trị dự phòng tốt hơn.

Y khoa cá thể

(Nguồn: https://pressbooks.pub/anne1/chapter/personalized-medicine/)

     Xu hướng thứ hai là Công nghệ sinh học nông nghiệp: trong bối cảnh dân số tăng nhanh, nhu cầu lương thực ngày càng lớn gây sức ép lên ngành nông nghiệp với quỹ đất giới hạn, nguồn nước tưới tiêu khan hiếm dần do biến đổi khí hậu, sâu bọ lan tràn do sử dụng bừa bãi thuốc trừ sâu hàng thế kỷ qua, đất đai kém màu mỡ do phân bón hoá học, phát thải khí nhà kính trong chăn nuôi gây biến đổi khí hậu. Giải pháp hiệu quả trong nông nghiệp đó là công nghệ sinh học với các kỹ thuật gen để tạo ra các giống mới có khả năng chịu hạn, tăng sức chống đỡ với sâu bọ qua đó làm giảm lượng nước tưới, giảm thuốc trừ sâu, tăng năng suất cây trồng. Nhiều giống mới có định hướng tăng hoặc loại trừ một số hợp chất trong cây trồng có ảnh hưởng rất tích cực đến quá trình chế biến. hẳng hạn như giống cà phê không chứa cafein đã được nhân giống thành công làm quá trình chế biến cà phê đơn giản hơn nhiều.

Xu hướng sử dụng kỹ thuật chỉnh sửa gen để loại caffein khỏi cà phê (Nguồn:  Wallpaper Abyss)

     Xu hướng thứ ba là tăng nhanh quá trình thử nghiệm và cấp phép lưu hành một loại thuốc mới. Theo truyền thống, thời gian để thử nghiệm và được cấp phép của một loại thuốc mới mất khoảng 10 năm. Sẽ có nhiều bệnh nhân không đợi được lâu đến thế. Để rút ngắn điều này, cần có sự can thiệp của công nghệ thông tin với các thiết bị đo các thông số y học của từng cá nhân. Nếu như trước đây, để thử nghiệm một loại thuốc, người ta phải cho nhiều người dùng thử và mất nhiều thời gian để lấy thông tin từ người tham gia thử nghiệm thì nay với các thiết bị đo nhanh tại mỗi gia đình hay thiết bị đo gắn trên cổ tay, các thông tin về huyết áp, nhịp tim, nồng độ oxy được truyền ngay và liên tục cho các trung tâm nhận và phân tích dữ liệu. Mặc dù hiện nay các thông số đo được còn hạn chế nhưng chúng ta hy vọng là trong tương lai, các phép đo không can thiệp trong y khoa sẽ ngày càng nhiều. Các hệ thống phân tích dữ liệu lớn (Big Data) trong y khoa sẽ hỗ trợ cho việc phân tích các tương tác giữa người bệnh và thuốc, qua đó tiết kiệm được thời gian nghiên cứu.  Nhu cầu cấp phép cho một loại thuốc trong trường hợp khẩn cấp  đã chứng tỏ hiệu quả trong thời gian covid xảy ra trên thế giới.  

Hệ thống dữ liệu lớn (Big Data) trong y khoa

(Nguồn: Siddique và cs., 2018)

     Xu hướng thứ tư là công nghệ sinh học môi trường. Với lượng rác thải ngày càng tăng và đa dạng về vật liệu, các phương pháp xử lý môi trường truyền thống như chôn lấp, đốt đã không còn hiệu quả và gây ô nhiễm thứ cấp. Thay vào đó,  người ta chú ý đến các phương pháp xử lý chất thải bằng các enzym và vi sinh vật dựa trên các thành tựu của công nghệ sinh học. Bên Pháp đã thành công trong việc xây dựng nhà máy xử lý chai PET bằng enzyme được biến đổi gen. Các chất tẩy rửa có bản chất enzyme từ các vi sinh vật sống ở điều kiện khắc nghiệt được áp dụng làm tăng hiệu quả tẩy rửa và thân thiện với môi trường thay cho các chất tẩy rửa hoá học. Các chất thải từ nông nghiệp và thực phẩm được chế biến thành nhiên liệu sinh học làm giảm ô nhiễm môi trường. Công nghiệp nuôi sinh khối vi tảo cung cấp nguồn nguyên liệu cho thực phẩm, dược phẩm và nhiên liệu sinh học.

Enzyme phân huỷ chai nhựa PET

(Nguồn: https://www.genengnews.com/news/molecular-scissors-for-plastic-waste/)

     Xu hướng thứ năm là sản xuất thịt nhân tạo. Đây là một cuộc cách mạng trong nông nghiệp và thực phẩm dựa trên công nghệ sinh học. Từ lâu, các sản phẩm “thịt” có nguồn gốc thực vật như đậu nành được chế biến và sử dụng rộng rãi nhưng đó không phải là thịt. Công nghệ sản xuất thịt nhân tạo hay thịt nuôi cấy mô là thành tựu dựa trên kỹ thuật mô trong y học. Kỹ thuật này nhằm nuôi cấy các tế bào trong cơ thể để tạo thành các mô sống như da hoặc xương và  cấy vào cơ thể bệnh nhân. Kỹ thuật sản xuất thịt nhân tạo kế thừa các thành tựu đó và áp dụng trong việc sản xuất các mô thịt động vật. Công nghệ này có nhiều hứa hẹn vì rút ngắn thời gian sản xuất, không cần chuồng trại và khu đất chăn nuôi rộng lớn, giảm khâu giết mổ động vật ngày càng bị phê phán, giảm phát thải khí nhà kính do chăn nuôi, giảm lượng phế liệu. Từ các tế bào gốc của động vật, người ta dùng các kỹ thuật biệt hoá để tạo ra các tế bào khác nhau như sợi cơ hay mô mỡ. Sau đó tiến hành quá trình nuôi cấy tăng sinh khối và ta thu được thịt nhân tạo trong các bồn nuôi cấy. Hiện nay, thịt gà nhân tạo đã được bán trong một nhà hàng ở Singapore.

Thịt gà nhân tạo

(Nguồn: https://www.dreamstime.com/cultured-chicken-meat-concept-artificial-vitro-cell-culture-production-frozen-packed-raw-label-yellow-image180792500)

     Các xu hướng hiện đại nói trên của công nghệ sinh học là sự giao thoa giữa sinh học và các thành tựu công nghệ đỉnh cao, nó cho phép con người giải quyết các vấn đề cấp bách của thời đại một cách hiệu quả hơn và bảo vệ được môi trường sống tốt hơn.