Tương lai của y học: Các dạng sống nhân tạo
Các nhà nghiên cứu đang khám phá các cấu trúc nano peptide-DNA lai để phát triển các dạng sống nhân tạo với các ứng dụng tiềm năng trong việc tạo ra vắc-xin virus và máy nano điều trị bệnh. Những đổi mới này có thể báo trước những thay đổi đột phá trong chăm sóc sức khỏe.
Tạo ra sự sống nhân tạo là một chủ đề lặp đi lặp lại trong cả khoa học và văn học đại chúng, nơi nó gợi lên hình ảnh những sinh vật chất nhờn bò lổm ngổm với mục đích xấu xa hoặc những con vật nuôi được thiết kế siêu dễ thương. Đồng thời, câu hỏi được đặt ra: Sự sống nhân tạo nên đóng vai trò gì trong môi trường của chúng ta trên Trái đất, nơi tất cả các dạng sống đều được tạo ra bởi thiên nhiên và có vị trí cũng như mục đích riêng?
Phó giáo sư Chenguang Lou từ Khoa Vật lý, Hóa học và Dược, Đại học Nam Đan Mạch, cùng với Giáo sư Hanbin Mao từ Đại học Kent State, là cha mẹ của một phân tử lai nhân tạo đặc biệt có thể dẫn đến việc tạo ra các dạng sống nhân tạo.
Hiện tại họ đã công bố một bài đánh giá trên tạp chí Khoa học Vật lý Báo cáo Tế bào về tình trạng nghiên cứu trong lĩnh vực đằng sau sự sáng tạo của họ. Lĩnh vực này được gọi là “cấu trúc nano peptide-DNA lai” và nó là một lĩnh vực mới nổi, chưa đầy 10 năm tuổi.
Những ứng dụng tiềm năng của sự sống nhân tạo
Tầm nhìn của Lou là tạo ra vắc-xin vi-rút (phiên bản vi-rút đã được sửa đổi và làm yếu đi) và các dạng sống nhân tạo có thể được sử dụng để chẩn đoán và điều trị bệnh.
“Trong tự nhiên, hầu hết các sinh vật đều có kẻ thù tự nhiên, nhưng một số thì không. Ví dụ, một số loại virus gây bệnh không có kẻ thù tự nhiên. Đó sẽ là một bước hợp lý để tạo ra một dạng sống nhân tạo có thể trở thành kẻ thù của chúng,” ông nói.
Tương tự, ông hình dung những dạng sống nhân tạo như vậy có thể hoạt động như vắc-xin chống lại sự lây nhiễm vi-rút và có thể được sử dụng như robot nano hoặc máy nano chứa thuốc hoặc các yếu tố chẩn đoán và gửi vào cơ thể bệnh nhân.
“Có thể khoảng 10 năm nữa mới có vắc xin virus nhân tạo. Mặt khác, một tế bào nhân tạo đang trên đà phát triển vì nó bao gồm nhiều yếu tố cần được kiểm soát trước khi chúng ta có thể bắt đầu xây dựng chúng. Nhưng với kiến thức chúng tôi có, về nguyên tắc, không có trở ngại nào cho việc sản xuất tế bào nhân tạo trong tương lai,” ông nói.
Khối xây dựng phân tử
Các khối xây dựng mà Lou và các đồng nghiệp trong lĩnh vực này sẽ sử dụng để tạo ra vắc-xin virus và sự sống nhân tạo là gì? DNA và peptide là một số phân tử sinh học quan trọng nhất trong tự nhiên, khiến công nghệ DNA và công nghệ peptide trở thành hai công cụ phân tử mạnh mẽ nhất trong bộ công cụ công nghệ nano ngày nay.
Công nghệ DNA cung cấp khả năng kiểm soát chính xác việc lập trình, từ cấp độ nguyên tử đến cấp độ vĩ mô, nhưng nó chỉ có thể cung cấp các chức năng hóa học hạn chế vì nó chỉ có bốn bazơ: A, C, G và T.
Mặt khác, công nghệ peptide có thể cung cấp đủ chức năng hóa học trên quy mô lớn vì có 20 axit amin để hoạt động. Thiên nhiên sử dụng cả DNA và peptide để xây dựng các nhà máy sản xuất protein khác nhau được tìm thấy trong tế bào, cho phép chúng tiến hóa thành sinh vật.
Gần đây, Hanbin Mao và Chenguang Lou đã thành công trong việc liên kết các cấu trúc DNA ba chuỗi được thiết kế với cấu trúc peptide ba chuỗi, từ đó tạo ra một phân tử lai nhân tạo kết hợp sức mạnh của cả hai. Công trình này đã được xuất bản trên tạp chí Nature Communications vào năm 2022.
Những tiến bộ toàn cầu trong cấu trúc lai
Ở những nơi khác trên thế giới, các nhà nghiên cứu khác cũng đang nghiên cứu kết nối DNA và peptide vì kết nối này tạo thành nền tảng vững chắc cho sự phát triển của các thực thể sinh học và dạng sống tiên tiến hơn.
Tại Đại học Oxford, các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc chế tạo một cỗ máy nano làm từ DNA và peptide có thể khoan xuyên qua màng tế bào, tạo ra một kênh màng nhân tạo để các phân tử nhỏ có thể đi qua. (Spruijt và cộng sự, Nat. Công nghệ nano. 2018, 13, 739-745)
Tại Đại học bang Arizona, Nicholas Stephanopoulos và các đồng nghiệp đã cho phép DNA và peptide tự lắp ráp thành cấu trúc 2D và 3D. (Buchberger và cộng sự, J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 1406-1416)
Tại Đại học Northwest, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng các vi sợi có thể hình thành cùng với quá trình tự lắp ráp DNA và peptide. DNA và peptide hoạt động ở cấp độ nano, vì vậy khi xem xét sự khác biệt về kích thước, các vi sợi là rất lớn. (Freeman và cộng sự, Khoa học, 2018, 362, 808-813)
Tại Đại học Ben-Gurion của Negev, các nhà khoa học đã sử dụng các phân tử lai để tạo ra cấu trúc hình cầu giống củ hành chứa thuốc trị ung thư, hứa hẹn sẽ được sử dụng trong cơ thể để nhắm vào các khối u ung thư. (Chotera và cộng sự, Chem. Eur. J., 2018, 24, 10128-10135)
“Theo quan điểm của tôi, giá trị tổng thể của tất cả những nỗ lực này là chúng có thể được sử dụng để cải thiện khả năng chẩn đoán và điều trị cho người bệnh của xã hội. Trong tương lai, tôi sẽ không ngạc nhiên khi một ngày nào đó chúng ta có thể tùy ý tạo ra các cỗ máy nano lai, vắc-xin virus và thậm chí cả các dạng sống nhân tạo từ những tòa nhà này.
nhằm giúp xã hội chống lại những căn bệnh khó chữa đó. Đó sẽ là một cuộc cách mạng trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe,” Chenguang Lou nói.
Tham khảo: “Liên hợp peptide-DNA làm khối xây dựng cho thiết kế mới của cấu trúc nano lai” của Mathias Bogetoft Danielsen, Hanbin Mao và Chenguang Lou, ngày 5 tháng 10 năm 2023, Báo cáo Khoa học Vật lý về Tế bào.
DOI: 10.1016/j.xcrp.2023.101620
Theo Scitechdaily 10/2023
