Hy vọng bảo tồn gen cá quý bằng công nghệ gây mê đông lạnh

Khởi nguồn một công trình nghiên cứu bảo tồn gen cá

Các vấn đề như ô nhiễm sông và số lượng cá giảm sút trên toàn thế giới, đã thúc đẩy một vị giáo sư bắt đầu nghiên cứu của mình. Vào tháng 11 năm 2015, ông đã sản xuất thành công trứng và tinh trùng có nguồn gốc từ cá hồi vân nguyên con được bảo quản trong tủ đông.

Giáo sư Goro Yoshizaki, giáo sư tài nguyên sinh vật biển tại Đại học Khoa học và Công nghệ Biển Tokyo, và nhóm của ông bắt đầu bằng cách gây mê một con cá hồi vân đực và bảo quản nó trong một năm ở nhiệt độ  - 80°C mà không cần sự hỗ trợ của các chất bảo vệ lạnh ngoại sinh. Sau khi rã đông cá, loại bỏ các tế bào sản xuất tinh trùng và cấy chúng vào khoang bụng của cá hồi masu (một loài cá di cư và nước ngọt được tìm thấy ở Thái Bình Dương dọc theo các nước như Nhật Bản, Hàn Quốc và Nga) đực và cái. 

Giáo sư Goro Yoshizaki.

Các tế bào sản xuất tinh trùng di chuyển đến tuyến sinh dục của cá hồi, kết quả là chúng được kết hợp và nhân lên nhanh chóng. Khi cá hồi trưởng thành về mặt sinh dục, trứng của cá hồi cái được thụ tinh với tinh trùng của cá đực.

Một trong những nghiên cứu sinh trong nhóm nghiên cứu đã tìm thấy gần 1.500 tế bào gốc ở một con cá hồi vân vẫn còn sống sau một năm đông lạnh, họ đã thu hoạch tế bào và cấy chúng vào cá hồi masu. Hai năm sau, chúng tạo ra trứng và tinh trùng. 

Tầm quan trọng của việc đông lạnh chậm và các chất bảo vệ lạnh để bảo tồn thành công các tế bào động vật, nhưng khối lượng cơ thể của cá hoạt động như một chất cách nhiệt và có thể làm chậm quá trình đông lạnh tinh trùng trong cơ thể của cá hồi nguyên con. Trong khi cơ thể hoạt động như một chất cách nhiệt, chất lỏng ngoại bào bao quanh các tế bào hoạt động như một chất bảo vệ lạnh tự nhiên, cho phép các tế bào sinh tinh vẫn tồn tại ngay cả sau khi toàn bộ cá hồi đã được đông lạnh. 

Thụ tinh cá hồi trong ống nghiệm

Quay trở lại năm 2013, một bước đột phá khoa học về công nghệ nuôi vỗ cá bố mẹ thay thế, trong đó các tế bào mầm chưa trưởng thành từ loài cá mục tiêu được cấy vào một loài có họ hàng gần, để cá thay thế có thể tạo ra trứng và tinh trùng của loài mục tiêu. 

Cá hồi yamame.

Nhóm nghiên cứu của Giáo sư Yoshizaki đã tiến hành đóng băng tinh hoàn của cá hồi yamame (một loài nước ngọt bản địa của Nhật Bản) và một trong hai giống cá hồi masu. Các tế bào sinh tinh được chiết xuất và cấy vào cá hồi vân đã nở trong điều kiện vô trùng. Những con non sử dụng ống sinh tinh để phát triển tinh trùng chức năng và trứng sống được tùy thuộc vào giới tính của chúng. Sau đó, tinh trùng và tế bào trứng được kết hợp thông qua thụ tinh trong ống nghiệm để tạo ra loài cá hồi yamame khỏe mạnh. 

Hai tác động chính đến nuôi trồng thủy sản

Đầu tiên là việc bảo tồn nguồn gen quý. Việc nuôi cá bố mẹ còn sống có thể gặp rủi ro do các sự cố tại cơ sở có thể xảy ra, dịch bệnh hoặc trong trường hợp của Nhật Bản là thiên tai. Việc đóng băng chậm nguồn gen trong nitơ lỏng cho đến khi cấy ghép có thể làm giảm những rủi ro này. 

Tác động thứ hai là lai tạo giống các loài có nguy cơ tuyệt chủng như cá ngừ vây xanh. Nghiên cứu hiện đang được tiến hành để đạt được điều này. Nhật Bản cũng như các quốc gia khác đã bày tỏ sự quan tâm sâu sắc đến công việc của Giáo sư Yoshizaki. 

Công nghệ của ông hiện đang được sử dụng trên động vật lưỡng cư để giúp ếch và cóc có nguy cơ tuyệt chủng, trong khi 150.000 tấn cá đuôi vàng, một trong những loài nuôi trồng thủy sản quan trọng nhất của Nhật Bản, đã được sản xuất thành công bằng cách sử dụng cá thu ngựa để thay thế.

Giáo sư Yoshizalki mong muốn công trình của ông được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực hơn, không chỉ cá, ví dụ như động vật có vú. Nhưng vẫn còn rất khó khăn cần phải vượt vì các bộ gen khác nhau nhiều hơn giữa động vật có vú giới tính đực và cái. Nghiên cứu bảo quản trứng và tinh trùng thông qua đông lạnh có tiềm năng cao như một cách thay thế để bảo tồn các loài có nguy cơ tuyệt chủng. Điều này đặt ra hy vọng lớn về việc có thể tiếp cận nuôi cấy tế bào trong ống nghiệm và cuối cùng là nhân giống tế bào vô thời hạn.