Tầm quan trọng của biến đổi Gen trong nuôi trồng thủy sản

Sự phát triển của cá biến đổi gen có thể phục vụ mô hình thử nghiệm cho những nghiên cứu khoa học cơ bản, độc chất môi trường và trong các ứng dụng công nghệ sinh học – theo tiến sĩ Subha Ganguly, ĐH Thú y Arawali Ấn Độ.

Biến đổi gen là việc chuyển các gen nhân tạo tích hợp vào các gen ổn định trong hệ gen của sinh vật. Chuyển gen mới vào trong nhân tế bào sinh vật mục đích là tạo nên sự thống nhất mới trong hệ gen của vật chủ. Cá biến đổi gen được sản xuất đầu tiên vào năm 2003, sau đó có hơn 35 loài được biến đổi gen trong các phòng thí nghiệm trên toàn thế giới.

Một số loài cá được tập trung cho các thí nghiệm chuyển gen và có thể được chia thành hai nhóm chính: động vật được sử dụng trong nuôi trồng thủy sản và mô hình cá được sử dụng trong nghiên cứu cơ bản. Trong số đó các loài cá được sử dụng trong nuôi trồng thủy sản chủ yếu như cá chép, cá hồi, cá rô phi, cá da trơn. Trong khi cá ngựa, cá medaka, cá vàng được sử dụng trong nghiên cứu cơ bản. Cá biến đổi gen cho thấy có quá trình chuyển hóa thức ăn thô tốt hơn, sự gia tăng trọng lượng cá trên một đơn vị thức ăn cao hơn cá bình thường.

Phương pháp sản xuất cá biến đổi gen

Phương pháp vi tiêm: Phương pháp này đã được sử dụng thành công trong việc sản xuất cá biển đổi gen và là một kỹ thuật thường được sử dụng vì tính đơn giản và độ tin cậy cao của nó. Việc sử dụng phương pháp vi tiêm dẫn đến tỷ lệ sống cao hơn cho phôi cá so với các phương pháp khác. Gen được chuyển trực tiếp vào nhân tế bào, vào trứng đã thụ tinh bằng hệ thống tiêm vi mô. Công nghệ biến đổi gen thông qua tiêm DNA vào phôi cá ngựa đã mang lại lợi ích lớn trong nhiều thập kỷ vừa qua. DNA được tiêm vào tế bào chất của trứng cá ngựa vằn đã được thụ tinh có thể tích hợp vào hệ gen của cá và được di truyền trong dòng mầm. Tần số di truyền có thể lên đến 20% ở cá ngựa vằn. Phương pháp này không chỉ mất rất nhiều thời gian để cá sản xuất một số lượng lớn trứng và các hoạt động còn bị hạn chế bởi sinh lý của trứng cá. Các hạt nhân trứng cá rất nhỏ và rất khó để xác định, màn đệm trứng cá thường cứng lại ngay sau khi thụ tinh, nhiều trường hợp hạt nhân tế bào trứng không được nhìn thấy sau khi thụ tinh và gen thường được tiêm vào bào tương của trứng.

Phương pháp xung điện (electroporation): Phương pháp này đã được chứng minh là phương tiện hiệu quả nhất để chuyển gen ở cá vì một số lượng lớn trứng sau khi thụ tinh có thể được tác động trong một thời gian ngắn bằng phương pháp này. Phương pháp này sử dụng một loạt các xung điện ngắn được thấm qua màn tế bào hình thành các lỗ chân lông tạm thời trên bề mặt tế bào. Thông qua đó các gen được chuyển vào tế bào chất. Phương pháp xung điện được ưa thích trong nhiều phòng thí nghiệm vì tính hiệu quả, tốc độ và sự đơn giản của nó. Tuy nhiên, sự xuất hiện của một màn đếm cứng bao quanh trứng cá sau khi thụ tinh làm giảm hiệu quả chuyển đổi gen, vì thế phải thêm bước loại bỏ các màng đệm này, nhưng có thể sẽ tăng sự căng thẳng lên trứng cá vừa được thụ tinh.

Phương pháp chuyển gen trung gian thông qua tinh trùng: Tinh trùng có khả năng ràng buộc DNA và mang nó vào trong trứng. Các tinh trùng có thể được lưu trữ trong huyết tương với khả năng sống sót trong thời gian dài. Do đó, kỹ thuật này có vẻ rất hứa hẹn cho sự chuyển gen của cá trong tương lai.

Phương pháp lây nhiễm virus Retro: Đã có báo cáo về việc ứng dụng thành công virus Retro trong chuyển gen ở cá. Tuy nhiên đây là một quá trình rất mất thời gian, chi phí lớn và đòi hỏi công nghệ cao. 

Ưu điểm của cá biến đổi gen

Tốc độ tăng trưởng của cá biến đổi gen có thể được tăng lên 400% đến 600% trong khi đồng thời giảm nguồn thức ăn chăn nuôi đầu vào lên đến 25% cho mỗi đơn vị sản phẩm, từ đó nâng cao tỷ lệ chuyển hóa thức ăn.

Cá biến đổi gen được được phát triển trong các ứng dụng như sản xuất thuốc chữa bệnh, mô hình thí nghiệm cho các nghiên cứu sinh học, giám sát môi trường, cá cảnh và sản xuất nuôi trồng thủy sản. Việc tăng cường cá biến đổi gen đã nâng cao hiệu quả chuyển đổi thức ăn, dẫn đến các tiềm năng kinh tế và lợi ích về môi trường như giảm bớt lãng phí thức ăn, giảm lượng nước thải từ các trang trại nuôi cá. Các đặc điểm về tốc độ tăng trưởng cũng đã nhận được sự chú ý lớn vì tầm quan trọng của biến đổi gen trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản. Các báo cáo cho thấy cá rô phi và cá hồi Đại Tây Dương đã tằn 2-3 lần, cá chép tăng 2 lần. Tăng cường khả năng kháng bệnh và đặc tính sinh trưởng cho các thế hệ sau. Tốc độ tăng trưởng cao là một trong những mục tiêu của thí nghiệm chuyển đổi gen.

Việc sử dụng cá biến đổi gen như một phản ứng sinh học để sản xuất quy mô lớn các protein trị liệu cho các bệnh hiếm gặp ở con người hoặc trở thành nguồn thực phẩm mới cho nhu cầu dinh dưỡng của con người. Sự phát triển của các mô hình động vật biến đổi gen là một bước tiến mang tính cách mạng trong việc nghiên cứu một loạt các bệnh. Cá là mô hình có tính hiệu quả về chi phí, là động vật quan trọng trong di truyền học, sinh học phát triển và chất độc hại. Phát triển cá biến đổi gen là một mô hình trong việc làm giảm hoặc thay thế động vật có vú trong thử nghiệm độc tính. Cá được sử dụng rộng rãi trong các thí nghiệm nguy hiểm hóa học, sinh học trắc nghiệm ung thư và nghiên cứu tế bào đột biến mầm.

Cá biến đổi gen đã được sử dụng để nghiên cứu các quy trình về phát triển của các gen, cải thiện khả năng chịu lạnh, làm tăng tốc độ tăng trưởng và cải thiện việc sử dụng thức ăn chăn nuôi. Hiệu quả của tăng trưởng và chuyển hoá thức ăn cũng có thể được tăng lên trong cá bằng cách tạo cá biến đổi gen mà kết hợp một gen cấu trúc hormon tăng trưởng được mã hóa. Cá biến đổi gen cũng đã được phát triển như là mô hình thử nghiệm cho nghiên cứu y sinh học, đặc biệt là trong các nghiên cứu liên quan đến sinh học phôi và cơ quan cũng như trong nghiên cứu của các bệnh nhân và sản xuất protein tái tổ hợp để sản xuất các loại thuốc điều trị quan trọng.

Nhược điểm của cá biến đổi gen

Sự trao đổi thông tin di truyền mang tính tương đối. Không phải tất cả các tế bào trong phôi có gen chuyển đổi đều được biến đổi. Hơn nữa, biến đổi gen làm mất sự đa dạng di truyền, mất đa dạng sinh học và giảm sự phong phú của các loài.
Quá trình giao phối với quần thể cá bản địa cũng là một mối quan tâm đáng lo ngại tác động đến hệ sinh thái, ảnh hưởng đến sự cạnh tranh thức ăn và động vật săn mồi. Vì thế việc triệt sản cá biến đổi gen là cần thiết để giảm nguy cơ giao phối với quần thể cá bản địa. Việc đưa cá biến đổi gen vào hệ sinh thái tự nhiên là một mối quan tâm lớn.

Cá biến đổi gen có thể sản xuất các protein mới hoặc sử đổi mà có thể gây hại cho con người. Biểu hiện thường thấy là giảm khả năng bơi lội và suy giảm năng xuất sinh sản so với cá không biến đổi gen.

Cá biến đổi gen cũng hoạt động mạnh hơn và hung dữ hơn khi cho ăn, sẵn sàng cạnh tranh với kẻ thù. Những thay đổi về khả năng nhận thức, chức năng não bộ đã xảy ra ở cá biến đổi gen. Cá biến đổi gen gây ra mối đe dọa nghiêm trọng đến quần thể hệ sinh thái hoang dã.

Kết luận

Có rất nhiều ứng dụng của công nghệ biến đổi gen cá trong nuôi trồng thủy sản và nghiên cứu y sinh học và một số vấn đề chính cần được giải quyết để sử dụng công nghệ này một cách hiệu quả và an toàn. Công nghệ biến đổi gen đang được phát triển nhanh chóng. Tuy nhiên, người tiêu dùng vẫn nên thận trọng khi sử dụng cá biến đổi gen. Các nghiên cứu là cần thiết để đảm bảo an toàn khi sử dụng công nghệ biến đổi gen.