Một dự án nghiên cứu mới của nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Oxford (Anh) cho thấy phân động vật có thể sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc bảo tồn các loài có nguy cơ tuyệt chủng do chứa các tế bào sống có thể giúp tăng cường tính đa dạng di truyền.

Ý tưởng sử dụng phân để bảo tồn động vật nghe có vẻ kỳ lạ, nhưng các nhà nghiên cứu tin rằng dự án có thể mở ra một phương thức mới trong nỗ lực bảo vệ sự đa dạng sinh học khi nhiều loài động vật trên toàn cầu, từ báo tuyết đến rùa biển, đều đang phải đối diện với nguy cơ tuyệt chủng, một hiện tượng được các nhà khoa học xem là “sự hủy diệt sinh học”.

Dự án mang tên "vườn thú phân" (poo zoo) được khởi xướng nhằm tận dụng các tế bào sống từ phân động vật để bảo tồn di truyền. Ngoài vi khuẩn, thức ăn chưa tiêu hóa và mật, phân còn chứa các tế bào bị bong ra từ lớp niêm mạc ruột của động vật. Đáng chú ý là một số tế bào này vẫn còn sống khi chất thải còn mới, mở ra cơ hội nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực bảo tồn.

Ứng dụng tiềm năng trong bảo tồn tính di truyền

Nữ giáo sư Suzannah Williams, người đứng đầu dự án, cho biết nghiên cứu đang ở giai đoạn rất sớm nhưng kết quả ban đầu rất khả quan. Nhóm nghiên cứu đã phân lập thành công các tế bào sống từ phân chuột và voi, với hy vọng rằng chúng có thể hỗ trợ tăng cường sự đa dạng di truyền cho quần thể động vật.

Theo nhóm nghiên cứu, phương pháp được gọi là "cứu hộ di truyền" này có nhiều cách thức. Trước tiên, DNA thu thập từ các tế bào có thể giúp các nhà khoa học đánh giá sự đa dạng di truyền của quần thể động vật, từ đó cung cấp thông tin quý giá cho các nỗ lực bảo tồn.

Nếu các tế bào này được nuôi cấy và phát triển, chúng có thể sẽ được sử dụng để tạo ra động vật bằng các công nghệ hỗ trợ sinh sản hiện đại như nhân bản vô tính hoặc thụ tinh ống nghiệm.

Nhóm nghiên cứu dự án "poo zoo" trong phòng thí nghiệm

Nhân bản vô tính sẽ được thực hiện bằng cách lấy nhân tế bào từ phân và cấy vào trứng hiến tặng, sau đó sử dụng xung điện để kích hoạt phôi rồi cấy vào một cá thể để tạo ra “bản sao” mới.

Ngoài ra, các tế bào có thể được lập trình lại để trở thành bất kỳ loại tế bào nào. Các nghiên cứu trên chuột đã cho thấy rằng những tế bào này có thể được biến thành tinh trùng và trứng nhân tạo, cho phép chúng được sử dụng trong các kỹ thuật như thụ tinh ống nghiệm để tạo ra con non.

Nữ tiến sĩ Ashlee Hutchinson, người khởi xướng dự án và là quản lý chương trình của tổ chức bảo tồn Revive & Restore (Mỹ), cho biết việc sử dụng trứng và tinh trùng nhân tạo có thể thúc đẩy tái tổ hợp di truyền, giúp các loài thích nghi tốt hơn trước biến đổi môi trường.

Hay nói một cách đơn giản, việc tạo ra các tế bào sinh dục trong phòng thí nghiệm có thể giúp các nhà nghiên cứu khai thác tính đa dạng di truyền của một loài mà không cần tập hợp các cá thể từ nhiều nơi trên thế giới.

Các tế bào được tái lập trình cũng cho phép nhà khoa học sử dụng các công nghệ chỉnh sửa gen để có kiến thức sâu hơn về các gen liên quan đến bệnh di truyền của các loài cũng như tập tính thích nghi môi trường. Những thông tin này sau đó có thể được dùng để xây dựng đặc tính thích nghi mạnh mẽ hơn.

Những cơ hội và thách thức của công nghệ mới

Bằng cách thu thập các tế bào từ phân, các nhà khoa học có thể tiếp cận nguồn gen phong phú mà không cần bắt giữ hoặc gây ảnh hưởng đến những quần thể động vật hoang dã. Điều này giúp việc thu thập mẫu trở nên dễ dàng hơn, đặc biệt với những loài hiếm gặp hoặc khó tiếp cận.

Việc lưu trữ tế bào di truyền trong nitơ lỏng ở nhiệt độ -196 độ C cũng giúp bảo tồn DNA vô thời hạn, mở ra cơ hội nghiên cứu và ứng dụng trong tương lai. Một số tổ chức như Nature's Safe ở Anh hay Frozen Zoo ở Mỹ đã triển khai phương pháp lưu trữ sinh học này từ lâu, nhưng việc thu thập tế bào từ phân là một bước tiến lớn vì không xâm lấn, giúp tiếp cận nhiều loài động vật hơn.

Dù vậy, dự án vẫn gặp không ít thách thức. Tiến sĩ Rhiannon Bolton từ vườn thú Chester, một tổ chức hợp tác trong dự án, cho biết khối lượng phân cần xử lý là rất lớn, đòi hỏi phương pháp phân tách tế bào hiệu quả.

Bên cạnh đó, phân là môi trường chứa nhiều vi khuẩn khiến việc bảo quản các tế bào trở nên phức tạp. Để khắc phục tình trạng này, nhóm nghiên cứu phải sử dụng phương pháp pha loãng để giảm thiểu vi khuẩn và nuôi cấy tế bào trong môi trường kháng sinh, thuốc chống nấm.

Mặc dù đây là một công nghệ đầy hứa hẹn nhưng vẫn còn nhiều rào cản, chẳng hạn như sự thiếu hiểu biết về sinh lý sinh sản của nhiều loài nên trước mắt mới chỉ tập trung vào những loài đã được nghiên cứu kỹ.

Dự án này không phải là nỗ lực đầu tiên trong việc sử dụng công nghệ sinh học trong bảo tồn động vật. Trước đó, Revive & Restore đã thành công trong việc nhân bản chồn chân đen từ các tế bào đông lạnh hàng thập kỷ. Công ty khoa học sinh học Colossal cũng đang nghiên cứu hồi sinh voi ma mút lông xoăn thông qua chỉnh sửa gen.