Tại sao công nghệ sinh học lại quan trọng?

Công nghệ sinh học và cuộc cách mạng y học

Tầm quan trọng của công nghệ sinh học được thể hiện rõ ràng nhất trong y học. Trước khi có insulin tái tổ hợp, bệnh nhân tiểu đường type 1 phụ thuộc vào insulin từ động vật, thường gây phản ứng miễn dịch và không phải lúc nào cũng đủ cung cấp. Ngày nay, hàng triệu người sống khỏe mạnh nhờ insulin sinh học được sản xuất bằng công nghệ sinh học.

Nhưng insulin chỉ là khởi đầu. Interferons để điều trị viêm gan và đa xơ cứng, yếu tố tăng trưởng để kích thích sản xuất tế bào máu sau hóa trị, kháng thể đơn dòng để điều trị ung thư và bệnh tự miễn – tất cả đều là sản phẩm của công nghệ sinh học. Theo báo cáo của Tổ chức Nghiên cứu và Sản xuất Sinh học (BIO), thuốc sinh học chiếm hơn 30% tất cả các loại thuốc mới được phê duyệt và thị trường toàn cầu đạt gần 400 tỷ đô la năm 2020.

Tiến sĩ Francis Collins, giám đốc Viện Y tế Quốc gia Hoa Kỳ (NIH), đã nhận định rằng “công nghệ sinh học đã biến y học từ một nghề dựa trên kinh nghiệm thành một khoa học chính xác. Chúng ta không còn chỉ điều trị các triệu chứng mà có thể tấn công vào nguyên nhân gốc rễ của bệnh tật ở cấp độ phân tử”.

Y học cá nhân hóa – việc điều chỉnh điều trị dựa trên đặc điểm di truyền của từng bệnh nhân – đang trở thành hiện thực nhờ công nghệ sinh học. Xét nghiệm gen có thể dự đoán nguy cơ mắc bệnh, xác định liệu một loại thuốc cụ thể có hiệu quả với một bệnh nhân hay không, và thậm chí tùy chỉnh liều lượng thuốc dựa trên cách cơ thể chuyển hóa nó. Điều này không chỉ cải thiện kết quả điều trị mà còn giảm tác dụng phụ và chi phí chăm sóc sức khỏe.

Vắc-xin mRNA chống COVID-19 – được phát triển bởi Pfizer-BioNTech và Moderna – là minh chứng mới nhất cho sức mạnh của công nghệ sinh học. Công nghệ này cho phép phát triển vắc-xin trong vài tháng thay vì nhiều năm như trước đây. Giáo sư Katalin Karikó, một trong những người tiên phong trong công nghệ mRNA, đã viết rằng “COVID-19 đã cho thế giới thấy tiềm năng thực sự của công nghệ sinh học – khả năng phản ứng nhanh chóng với các mối đe dọa sức khỏe mới nổi”.

An ninh lương thực trong bối cảnh biến đổi khí hậu

Dân số thế giới dự kiến đạt 9.7 tỷ người vào năm 2050, đòi hỏi tăng sản xuất lương thực 70% so với hiện tại. Đồng thời, biến đổi khí hậu đang làm giảm năng suất cây trồng ở nhiều khu vực, tăng tần suất hạn hán và lũ lụt, và mở rộng phạm vi hoạt động của sâu bệnh. Trong bối cảnh này, công nghệ sinh học không phải là xa xỉ mà là cần thiết.

Cây trồng biến đổi gen chịu hạn có thể sinh trưởng với ít nước hơn – quan trọng khi nguồn nước ngọt ngày càng khan hiếm. Cây trồng chống sâu bệnh giảm mất mát sau thu hoạch và sử dụng ít thuốc trừ sâu hơn. Cây trồng giàu dinh dưỡng như gạo vàng hoặc khoai lang giàu vitamin A có thể giải quyết vấn đề suy dinh dưỡng vi chất ảnh hưởng đến hàng tỷ người.

Giáo sư Nina Fedoroff, cố vấn khoa học cấp cao của Bộ Ngoại giao Hoa Kỳ, đã lập luận rằng “chúng ta có nghĩa vụ đạo đức phải sử dụng công nghệ sinh học để cải thiện an ninh lương thực. Từ chối làm như vậy khi có công cụ trong tay là đánh đổi sinh mạng con người vì những sợ hãi không có cơ sở khoa học”.

Công nghệ sinh học cũng giúp giảm tác động môi trường của nông nghiệp. Theo nghiên cứu của PG Economics, cây trồng GM đã giảm phát thải khí nhà kính tương đương với việc loại bỏ 15.3 triệu ô tô khỏi đường trong một năm. Điều này chủ yếu do giảm sử dụng nhiên liệu trong canh tác (ít cần phun thuốc trừ sâu) và tăng lưu trữ carbon trong đất (nhờ kỹ thuật canh tác bảo tồn).

Trong tương lai, công nghệ sinh học hứa hẹn còn nhiều hơn. Cây trồng có thể tự cố định nitơ từ không khí thay vì cần phân bón đạm hóa học. Cây có thể quang hợp hiệu quả hơn, chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành sinh khối với năng suất cao hơn. Thịt nuôi cấy trong phòng thí nghiệm có thể cung cấp protein mà không cần chăn nuôi động vật, giảm đáng kể dấu chân sinh thái của sản xuất thịt.

Bảo vệ môi trường và phát triển bền vững

Công nghệ sinh học đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết các thách thức môi trường. Ô nhiễm nhựa, một trong những vấn đề môi trường cấp bách nhất, có thể được giải quyết một phần bằng nhựa sinh học có thể phân hủy được sản xuất từ vi sinh vật. Enzyme ăn nhựa (plastic-eating enzymes) được phát hiện gần đây có thể phân hủy PET – loại nhựa phổ biến trong chai nước – trong vài giờ thay vì hàng trăm năm.

Sinh phục hồi – việc sử dụng sinh vật để làm sạch ô nhiễm – là một công cụ mạnh mẽ và thân thiện với môi trường. Vi khuẩn có thể phân hủy dầu mỏ, kim loại nặng, và hóa chất độc hại. Cây trồng có thể hấp thụ kim loại nặng từ đất bị ô nhiễm (phytoremediation). Các phương pháp này thường rẻ hơn và ít gây hại hơn so với các phương pháp vật lý hoặc hóa học truyền thống.

Nhiên liệu sinh học từ tảo, vi sinh vật, hoặc chất thải nông nghiệp có thể thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch, giảm phát thải khí nhà kính. Mặc dù nhiên liệu sinh học thế hệ đầu (từ ngô, mía) có những hạn chế, nhiên liệu sinh học thế hệ mới từ tảo hoặc vi sinh vật được thiết kế bằng sinh học tổng hợp hứa hẹn hiệu quả và bền vững hơn nhiều.

Tiến sĩ Drew Endy từ Đại học Stanford, một trong những nhà lãnh đạo trong lĩnh vực sinh học tổng hợp, đã viết rằng “công nghệ sinh học cho phép chúng ta thiết kế các giải pháp sinh học cho các vấn đề công nghiệp – thay thế hóa chất độc hại bằng enzyme, thay thế nhựa dầu mỏ bằng polymer sinh học, thay thế quy trình năng lượng cao bằng quá trình sinh học hiệu quả”.

Động lực kinh tế và đổi mới

Công nghệ sinh học không chỉ quan trọng về mặt khoa học và xã hội mà còn là một động lực kinh tế mạnh mẽ. Ngành công nghiệp sinh học toàn cầu được ước tính trị giá hơn 500 tỷ đô la và đang tăng trưởng nhanh chóng. Nó tạo ra hàng triệu việc làm có tay nghề cao và thúc đẩy đổi mới trong nhiều lĩnh vực khác.

Các quốc gia đầu tư mạnh vào công nghệ sinh học thường có lợi thế cạnh tranh đáng kể. Hoa Kỳ, Trung Quốc, và các nước châu Âu đang cạnh tranh để dẫn đầu trong lĩnh vực này. Các công ty công nghệ sinh học đã trở thành những kỳ lân công nghệ, với nhiều công ty đạt giá trị hàng tỷ đô la.

Đầu tư vào nghiên cứu và phát triển sinh học cũng có tác động lan tỏa. Nhiều công nghệ được phát triển cho công nghệ sinh học sau đó tìm được ứng dụng trong các lĩnh vực khác. Ví dụ, trình tự gen nhanh ban đầu được phát triển cho nghiên cứu di truyền hiện được sử dụng trong pháp y, khảo cổ học, và bảo tồn động vật hoang dã.

Tiến sĩ Robert Langer từ MIT, một trong những kỹ sư sinh học có ảnh hưởng nhất thế giới, đã nhận định rằng “công nghệ sinh học là một trong những lĩnh vực có tiềm năng chuyển đổi cao nhất trong thế kỷ 21. Nó không chỉ tạo ra sản phẩm mới mà còn tạo ra cách tư duy mới về việc giải quyết vấn đề”.

Giáo dục và phát triển nguồn nhân lực

Tầm quan trọng của công nghệ sinh học cũng thể hiện trong vai trò giáo dục của nó. Nghiên cứu công nghệ sinh học yêu cầu kỹ năng đa ngành – sinh học, hóa học, toán học, kỹ thuật, và thậm chí cả khoa học máy tính. Điều này thúc đẩy một cách tiếp cận giáo dục tích hợp, chuẩn bị sinh viên cho nền kinh tế tri thức của thế kỷ 21.

Các chương trình công nghệ sinh học ở trường trung học và đại học không chỉ đào tạo các nhà khoa học tương lai mà còn nâng cao hiểu biết khoa học của công chúng. Trong một thế giới mà công nghệ sinh học ngày càng ảnh hưởng đến cuộc sống hàng ngày – từ thực phẩm chúng ta ăn cho đến thuốc chúng ta uống – hiểu biết cơ bản về công nghệ sinh học trở thành một phần của kiến thức công dân.

Hơn nữa, công nghệ sinh học thúc đẩy tư duy khoa học và giải quyết vấn đề. Giáo sư Jo Handelsman từ Đại học Wisconsin-Madison đã viết rằng “dạy công nghệ sinh học không chỉ là truyền đạt kiến thức mà là đào tạo cách tư duy – cách đặt câu hỏi, thiết kế thí nghiệm, giải thích dữ liệu, và đánh giá bằng chứng”.

Thách thức đạo đức và vai trò của công nghệ sinh học trong việc định hình tương lai

Tầm quan trọng của công nghệ sinh học cũng nằm ở những câu hỏi đạo đức và xã hội mà nó đặt ra. Khi chúng ta có khả năng chỉnh sửa gen người, nhân bản sinh vật, và tạo ra sự sống tổng hợp, chúng ta phải đối mặt với những câu hỏi sâu sắc về giới hạn của sự can thiệp của con người vào tự nhiên.

Những câu hỏi này không phải là lý do để né tránh công nghệ sinh học mà là lý do để tham gia với nó một cách có trách nhiệm. Như Giáo sư Leon Kass, cựu chủ tịch Hội đồng Đạo đức sinh học của Tổng thống Hoa Kỳ, đã viết: “Chúng ta không thể và không nên cố gắng ngăn chặn tiến bộ sinh học. Nhưng chúng ta có thể và phải đảm bảo rằng nó phục vụ mục đích con người, không làm suy yếu nhân tính của chúng ta”.

Tranh luận về công nghệ sinh học – về GMO, chỉnh sửa gen, nhân bản – là quan trọng và cần thiết. Chúng buộc chúng ta phải suy nghĩ về loại tương lai chúng ta muốn tạo ra, về vai trò của con người trong tự nhiên, và về cách cân bằng giữa lợi ích và rủi ro. Đây là những cuộc trò chuyện quan trọng mà xã hội phải có, và chúng chỉ có thể diễn ra khi công chúng hiểu về công nghệ sinh học.

Công nghệ sinh học quan trọng không chỉ vì những gì nó đã đạt được mà còn vì tiềm năng của nó để giải quyết các thách thức lớn nhất của nhân loại – bệnh tật, đói nghèo, biến đổi khí hậu, và ô nhiễm môi trường. Nó là một công cụ mạnh mẽ, và như mọi công cụ mạnh mẽ, nó phải được sử dụng có trách nhiệm và khôn ngoan. Trong bài tiếp theo, chúng ta sẽ đi sâu vào lịch sử cụ thể của công nghệ sinh học hiện đại – xem xét khi nào và như thế nào nó xuất hiện, những bước đột phá then chốt đã định hình nó, và con đường từ những thí nghiệm đầu tiên với DNA tái tổ hợp cho đến kỷ nguyên CRISPR ngày nay.