Từ mạch điện tử làm bằng... virut

Lâu nay, chúng ta đều biết rằng những vi mạch điện tử hoặc những bộ nhớ từ tính của các loại máy tính đều được làm từ các chất hóa học. Thế nhưng mới đây, thế giới đã biết đến một sản phẩm vi mạch điện tử đặc biệt được làm từ…virut. Đó là sản phẩm của các nhà khoa học thuộc Massachusetts Institute of Technology (MIT), họ đã thành công trong việc sử dụng các virut để tạo ra những mạch điện tử siêu vi. GS. Douglas Laufenburger - Chủ nhiệm Bộ môn Engineering biology thuộc MIT cho rằng, việc chế tạo những mạch điện tử hoặc những bộ nhớ từ tính cho các loại máy vi tính đòi hỏi sử dụng các hóa chất độc hại, trong nhiệt độ cao và áp suất lớn. Điều này làm tăng nhanh mức độ ô nhiễm môi trường. “Chính vì lẽ đó, chúng tôi đã “thiết kế” những loại virut “đặc chủng” và nhờ có những phản ứng hóa học thích hợp từ các loại virut này, chúng tôi đã có thể tạo thành những mạch vi điện tử hay những vòng xuyến siêu vi”.

Mạch điện tử bằng virut là một trong không nhiều sản phẩm được ra đời từ công nghệ cơ khí - sinh học (Engineering biologic) - một lĩnh vực mới của ngành công nghệ sinh học, có nhiệm vụ điều hành, giám sát những hệ thống sinh học trong tự nhiên, đồng thời thiết kế và xây dựng các hệ thống sinh học mới theo hướng mà con người mong muốn.

Trong tương lai con người có thể lập trình các DNA nhờ công nghệ cơ khí - sinh học.

Đến máy đếm sinh học

Ngoài vi mạch điện tử làm từ virut, các nhà khoa học thuộc Khoa Engineering biologic của MIT còn thành công trong việc chế tạo một vi thiết bị đếm sinh học. Chúng ta hãy tưởng tượng rằng, khi thiết bị này được gắn vào một bộ phận nào đó của cơ thể sống, như gan chẳng hạn, chúng có thể đếm được một cách chính xác số lượng các tế bào gan đồng thời ghi nhận sự phân chia của mỗi tế bào.

GS. Drew Endi thuộc MIT - tác giả chính của sản phẩm này cho biết: Hiện nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc gắn thiết bị đếm sinh học vào gan người. Theo ông, thành công này hứa hẹn có thể trở thành một phương pháp hữu hiệu để điều trị bệnh ung thư. Những dữ liệu mà máy đếm sinh học thu được như số lượng tế bào chết đi hoặc sinh mới, số lần phân chia của từng tế bào… sẽ là cơ sở để chẩn đoán và chữa trị ung thư. Hiện nhóm của GS. Drew Endi đang phát triển đề tài nghiên cứu theo hướng chuyển các dữ liệu mà máy đếm sinh học thu được đến một thiết bị sinh học khác đã được lập trình để xử lý thông tin theo mục đích định sẵn. Chẳng hạn: khi máy đếm sinh học đếm được sự phân chia của một tế bào đã đạt tới trên 200 lần (lúc đó tế bào này đã già cỗi và không còn tự kiểm soát được sự phân chia, chúng có thể biến thành những tế bào mang mầm mống ung thư) thì chúng sẽ bị tiêu diệt để loại trừ hiểm họa ung thư. Đây có thể sẽ trở thành một phương pháp hiệu quả để phòng chống căn bệnh ung thư.

Bước đột phá trong công nghệ sinh học

Công nghệ cơ khí - sinh học cho đến nay còn khá xa lạ đối với nhiều nhà sinh học nhưng lại được xem như một bước đột phá so với công nghệ sinh học hiện hành. Theo các chuyên gia thuộc MIT, các phương pháp công nghệ sinh học hiện hữu giống như người bắn súng bị bịt mắt, vừa dò mục tiêu vừa bắn, còn công nghệ cơ khí - sinh học cho phép ngắm trúng mục tiêu một cách chính xác dựa trên những dữ liệu đo đếm được bằng sự chính xác toán học tuyệt đối.

Theo GS. Drew Andy, chế tạo một thiết bị máy móc điện tử đối với một kỹ sư cơ khí là công việc quá đơn giản, song chế tạo một thiết bị máy móc vi sinh học thì cực kỳ phức tạp. Để làm được điều này, các kỹ sư sinh học phải có đủ kiến thức về sự tương tác lẫn nhau giữa các loại axít amin, giữa các phần của AND đồng thời phải có kiến thức sâu về toán học, phải biết sử dụng các mô hình toán học chính xác. Trước nhất, phải xây dựng được một mô hình toán học chính xác cho mỗi hệ thống, bước tiếp theo là tiến hành “chạy thử” trong những điều kiện làm việc khác nhau. Các “máy móc” vi sinh học này sẽ được thiết kế phù hợp với các thông số được quy định và hoạt động chính xác theo những giả định cho trước. GS Louffenburger nhận xét: Khi thiết kế một động cơ cho xe ôtô, ta có thể dự đoán được động cơ sẽ hoạt động như thế nào khi có sự thay đổi độ đậm đặc của luồng phối nhiên liệu - không khí hay nhiệt độ đánh lửa của bugi. Còn trong công nghệ sinh học - cho đến trước khi ngành công nghệ cơ khí - sinh học ra đời, vẫn chưa có được khả năng này, vì không có những dữ liệu để xây dựng lên những mô hình toán học. Lĩnh vực công nghệ sinh học mới sẽ làm thay đổi tình hình khi dựa vào nguồn dữ liệu quý giá của tế bào để làm cơ sở xây dựng những mô hình toán học chính xác.

Các phương pháp của lĩnh vực công nghệ cơ khí - sinh học cho phép hiểu được một cách chính xác các hệ thống vi sinh học để khai thác chúng, nói như GS. Lauffenburger: “chúng tôi muốn “điều hành” các hệ thống “máy móc” sinh học giống như điều hành các hệ thống vật lý và hóa học phức tạp trong tự nhiên”.

Các nghiên cứu thuộc lĩnh vực cơ khí - sinh học không chỉ dừng lại ở việc chế tạo những tế bào sống, những loại virut để sản xuất những vi mạch điện tử hay các máy đếm tế bào mà còn tiến tới việc lập trình các DNA và toàn bộ cơ thể sống. Hiện nay, công nghệ đọc DNA khá phát triển. Điều khó khăn và tốn kém nhất là việc tổng hợp các sợi DNA (để tổng hợp được một cặp nucleotid phải tiêu tốn khoảng 2USD), song trong tương lai, chi phí này sẽ giảm xuống chỉ còn vài cent. Lúc đó, việc tổng hợp các thành phần của DNA sẽ theo đơn đặt hàng tại những công ty chuyên doanh, dễ dàng như đặt mua một cuốn sách trên mạng tại trang Amazon.com.