Nhân bản vô tính động vật là tạo ra con vật có hệ gen nhân gần như giống hệt một con vật khác, bằng cách chuyển nhân của tế bào sinh dưỡng vào tế bào trứng đã bị loại nhân rồi cho phát triển thành phôi. Ví dụ nổi tiếng nhất là cừu Dolly, ra đời năm 1996 tại Viện Roslin ở Scotland và được công bố đầu năm 1997, là động vật có vú đầu tiên được nhân bản từ tế bào của một cá thể trưởng thành.
Trong chương trình Sinh học, nhân bản vô tính thường được học cùng cấy truyền phôi ở phần công nghệ tế bào động vật. Bài này giải thích hai kỹ thuật ở mức khái niệm, trả lời câu hỏi con nhân bản giống con gốc đến đâu, nêu ứng dụng và lý do vì sao nhân bản người bị cấm ở nhiều nước.
Vì sao nhân bản động vật khó hơn thực vật
Bài nuôi cấy mô trong danh mục này cho thấy một mẩu chồi cây có thể thành cây hoàn chỉnh. Ở động vật có vú, chuyện đó không xảy ra: không ai nuôi được một mẩu da hay một tế bào gan thành con vật. Lý do là tế bào động vật trưởng thành đã biệt hoá rất sâu, các gen không cần cho chức năng của chúng bị khoá lại bằng nhiều cơ chế, và tế bào không tự quay về trạng thái phôi được.
Trước Dolly, nhiều nhà khoa học nghi ngờ rằng nhân của tế bào trưởng thành có thể "quay ngược đồng hồ" để điều khiển sự phát triển của cả một cơ thể. Các thí nghiệm chuyển nhân ở ếch từ những thập niên trước, trong đó có công trình của John Gurdon, đã cho thấy nhân tế bào biệt hoá vẫn giữ đủ thông tin di truyền, nhưng với động vật có vú thì chưa ai làm được từ tế bào trưởng thành.
Dolly chứng minh rằng tế bào chất của trứng có khả năng tái lập trình nhân của tế bào trưởng thành, xoá bớt những khoá đã gắn và cho nó chạy lại chương trình phát triển từ đầu. Đây là ý nghĩa khoa học lớn nhất của thí nghiệm, quan trọng hơn bản thân việc có một con cừu giống con kia.
Dolly được tạo ra như thế nào
Thí nghiệm dùng ba con cừu cái khác nhau, mỗi con góp một phần. Quy trình theo cách sách giáo khoa trình bày, ở mức khái niệm:
- Lấy tế bào cho nhân. Tế bào tuyến vú của một con cừu trưởng thành giống Finn Dorset, giống cừu mặt trắng, được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm.
- Lấy tế bào trứng và loại nhân. Tế bào trứng được lấy từ một con cừu giống Scottish Blackface, giống mặt đen, rồi loại bỏ nhân.
- Chuyển nhân. Nhân của tế bào tuyến vú được đưa vào tế bào trứng đã loại nhân, bằng cách dung hợp hai tế bào nhờ xung điện.
- Nuôi phôi. Tế bào trứng mang nhân mới được kích thích phân chia, nuôi thành phôi sớm.
- Cấy vào con mang thai hộ. Phôi được cấy vào tử cung của một con cừu mặt đen khác để mang thai và sinh con.
- Kết quả. Con cừu sinh ra có mặt trắng, giống con cho nhân chứ không giống con cho trứng hay con mang thai.
Chi tiết màu mặt được dùng như một dấu hiệu dễ thấy: Dolly mang đặc điểm của con cho nhân. Đề thi hay hỏi "cừu Dolly giống con nào nhất", và câu trả lời là con cho nhân tế bào tuyến vú.
Một điều ít được nhắc: thí nghiệm cần rất nhiều phôi được tạo ra để có một con sống sót và phát triển bình thường. Hiệu suất thấp là đặc điểm của nhân bản vô tính, kể cả nhiều năm sau đó.
Con nhân bản giống con gốc đến đâu
Nhân bản không tạo ra bản sao hoàn hảo. Bảng dưới tách từng thành phần để bạn thấy chỗ giống và chỗ khác.
| Thành phần | Đến từ đâu | Giống con cho nhân không |
|---|---|---|
| ADN trong nhân | Con cho nhân | Gần như giống hệt |
| ADN ti thể | Chủ yếu từ tế bào trứng của con cho trứng | Không, trừ khi cùng một con |
| Môi trường trong tử cung | Con mang thai hộ | Khác |
| Dinh dưỡng, môi trường sống sau sinh | Điều kiện nuôi | Khác |
| Tập tính học được, kinh nghiệm | Quá trình sống của chính con vật | Khác |
Bảng này giải thích vì sao các nhà sinh học nhấn mạnh con nhân bản giống anh chị em sinh đôi cùng trứng ra đời muộn hơn, hơn là một bản sao. Kiểu hình là kết quả của kiểu gen tương tác với môi trường, kiến thức bạn đã học ở phần mối quan hệ giữa kiểu gen, môi trường và kiểu hình. Ngay cả màu lông vằn hay đốm ở một số loài cũng có thể khác giữa con nhân bản và con gốc.
Cấy truyền phôi: kỹ thuật khác hẳn nhưng hay bị nhầm
Cấy truyền phôi, còn gọi là tách phôi, là kỹ thuật lấy một phôi ở giai đoạn sớm, tách thành nhiều phần, mỗi phần phát triển thành một phôi riêng, rồi cấy vào tử cung của các con cái khác nhau. Các con sinh ra có kiểu gen giống nhau vì cùng xuất phát từ một hợp tử, giống như sinh đôi cùng trứng trong tự nhiên.
Điểm khác cốt lõi với nhân bản Dolly: cấy truyền phôi nhân giống một phôi đã được tạo bằng sinh sản hữu tính, ta chưa biết con vật sẽ trưởng thành ra sao; còn nhân bản bằng chuyển nhân sao lại một cá thể trưởng thành đã biết đặc điểm. Vì vậy trong chăn nuôi, cấy truyền phôi được dùng để nhân nhanh phôi từ cặp bố mẹ tốt, còn nhân bản hướng tới giữ lại một cá thể cụ thể.
Trong chăn nuôi bò, kỹ thuật liên quan là cấy phôi: lấy phôi từ bò cái giống tốt và cấy vào nhiều bò cái khác mang thai hộ, giúp một con bò tốt có nhiều con hơn khả năng sinh sản tự nhiên. Trong bài kiểm tra, nếu đề hỏi "tạo nhiều con có kiểu gen giống nhau từ một phôi" thì đó là cấy truyền phôi, còn "tạo con giống một cá thể trưởng thành" là nhân bản bằng chuyển nhân.
Ứng dụng, giới hạn và câu hỏi đạo đức
Ứng dụng trong nghiên cứu và chăn nuôi. Sau Dolly, nhiều loài động vật có vú đã được nhân bản như bò, lợn, ngựa, chó, mèo. Năm 2018, các nhà khoa học Trung Quốc công bố nhân bản thành công khỉ bằng chuyển nhân tế bào sinh dưỡng. Ứng dụng gồm nhân giống vật nuôi có đặc điểm quý, tạo động vật mô hình nghiên cứu, và được thảo luận như một công cụ hỗ trợ bảo tồn một số loài.
Hiệu suất thấp và vấn đề sức khoẻ. Tỉ lệ phôi phát triển thành con khoẻ mạnh thấp, nhiều phôi hỏng hoặc con sinh ra có bất thường. Dolly chết năm 2003 khi khoảng sáu tuổi do bệnh phổi; tranh luận về việc con nhân bản có già nhanh hơn không đã diễn ra nhiều năm, và các nghiên cứu sau trên những con cừu nhân bản khác cho kết quả không đơn giản như lo ngại ban đầu.
Đa dạng di truyền. Một đàn toàn cá thể nhân bản có cùng kiểu gen nên dễ cùng nhạy cảm với một loại bệnh. Đây cũng là bài học đã thấy ở cây nuôi cấy mô.
Nhân bản người. Nhân bản vô tính người với mục đích sinh sản bị nhiều nước cấm và bị phản đối rộng rãi trong cộng đồng khoa học, vì lý do an toàn, quyền và phẩm giá của người được sinh ra, và các hệ quả xã hội. Học sinh nên phân biệt điều này với nghiên cứu tế bào gốc trong y học, vốn là lĩnh vực khác có quy định riêng.
Những câu hỏi bẫy hay gặp về nhân bản vô tính
Con nhân bản có cùng tuổi với con cho nhân không? Không theo nghĩa thông thường. Con nhân bản sinh ra như mọi con non khác và bắt đầu cuộc đời từ đầu. Câu hỏi tinh tế hơn là tế bào của nó có mang dấu vết lão hoá của tế bào cho nhân hay không, và đó là chủ đề đã được nghiên cứu nhiều sau Dolly.
Có thể nhân bản từ tế bào hồng cầu của động vật có vú không? Không, vì hồng cầu trưởng thành của động vật có vú không có nhân. Câu hỏi này kiểm tra bạn có nhớ điều kiện cần là tế bào cho phải có nhân chứa đầy đủ bộ gen.
Nhân bản có tạo ra con đực từ con cái không? Không. Con nhân bản mang bộ nhiễm sắc thể nhân của con cho nhân, gồm cả nhiễm sắc thể giới tính, nên có cùng giới tính với con cho nhân. Dolly là cừu cái vì tế bào cho nhân lấy từ một con cừu cái.
Vì sao phải loại nhân của tế bào trứng? Nếu không loại, tế bào sẽ có hai bộ gen nhân, từ trứng và từ tế bào cho, dẫn tới bộ nhiễm sắc thể bất thường và phôi không phát triển đúng. Loại nhân trứng đảm bảo toàn bộ gen nhân đến từ con cho nhân.
Ôn phần nhân bản và cấy truyền phôi cùng AI
Phần này nhiều chi tiết dễ nhầm, rất hợp để luyện với AI theo kiểu câu hỏi tình huống. Câu lệnh gợi ý:
- "Cho học sinh lớp 12 năm tình huống giả định về tạo động vật có kiểu gen giống nhau. Hỏi mỗi tình huống dùng cấy truyền phôi hay nhân bản bằng chuyển nhân, đợi trả lời rồi mới giải thích."
- "Đây là sơ đồ quá trình tạo cừu Dolly mà học sinh tự vẽ bằng lời: [dán]. Kiểm tra vai trò ba con cừu đã đúng chưa, chỉ ra chỗ sai."
- "Giải thích vì sao ADN ti thể của con nhân bản không giống con cho nhân, rồi hỏi lại một câu vận dụng."
- "Tổ chức tranh biện giả định về việc nhân bản vật nuôi quý, mỗi bên ba lập luận, kết thúc bằng các điểm hai bên đồng ý."
Khi AI kể chuyện Dolly, bạn kiểm lại các chi tiết như năm sinh, năm công bố, giống cừu, nguồn tế bào với sách giáo khoa; đây là những chi tiết chatbot hay đảo lộn. Bài làm tự viết của bạn chỉ cần dán phần nội dung, không cần tên, lớp hay trường.
Câu hỏi thường gặp
Cừu Dolly có mẹ không?
Dolly liên quan tới ba con cừu cái: con cho nhân tế bào tuyến vú, con cho tế bào trứng và con mang thai. Về di truyền nhân, Dolly giống con cho nhân. Theo cách hiểu thông thường thì không có bố, vì không có tinh trùng nào tham gia.
Nhân bản vô tính có phải là sinh sản vô tính không?
Đúng theo nghĩa không có sự kết hợp giữa giao tử đực và cái, nên con tạo ra mang hệ gen nhân của một cá thể. Tuy nhiên đây là kỹ thuật nhân tạo trong phòng thí nghiệm, khác với sinh sản vô tính tự nhiên như phân đôi ở vi khuẩn hay sinh sản sinh dưỡng ở thực vật.
Vì sao phải dùng tế bào trứng mà không dùng tế bào khác?
Tế bào chất của trứng chứa các yếu tố có khả năng tái lập trình nhân, đưa nhân của tế bào trưởng thành trở về trạng thái có thể điều khiển phát triển phôi. Tế bào thường không có khả năng này. Trứng cũng cung cấp ti thể và nguyên liệu cho những lần phân chia đầu tiên.
Con nhân bản có tính cách giống con gốc không?
Không nhất thiết. Tập tính học được, kinh nghiệm và môi trường nuôi dưỡng đều khác nhau, nên tính cách và hành vi có thể khác. Ngay cả đặc điểm ngoại hình như hoa văn lông ở một số loài cũng có thể khác, vì phát triển phôi chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố ngẫu nhiên.
Nhân bản có giúp hồi sinh loài đã tuyệt chủng không?
Đây là chủ đề được thảo luận nhiều nhưng gặp khó khăn rất lớn: cần tế bào còn nguyên nhân, cần trứng và con mang thai của loài gần, và một vài cá thể không tạo được quần thể đa dạng di truyền. Bảo vệ môi trường sống của loài còn tồn tại vẫn là cách bảo tồn chính.
Nhân bản vô tính khác tạo tế bào gốc thế nào?
Nhân bản sinh sản tạo ra cả một con vật. Nghiên cứu tế bào gốc tập trung vào tạo ra tế bào có khả năng biệt hoá thành nhiều loại tế bào để nghiên cứu hay ứng dụng y học. Năm 2012, John Gurdon và Shinya Yamanaka cùng nhận giải Nobel Sinh lý học hoặc Y học vì phát hiện tế bào trưởng thành có thể được tái lập trình.