"Vườn thú đông lạnh" (Frozen Zoo) là kho tế bào sống của động vật quý hiếm, do Vườn thú San Diego (Mỹ) lập năm 1975, nay thuộc tổ chức San Diego Zoo Wildlife Alliance. Kho không giữ con vật nào, mà giữ những mẩu da nhỏ đã nuôi thành dòng tế bào, cùng tinh trùng, trứng, phôi, tất cả ngâm trong nitơ lỏng. Hơn bốn mươi năm sau, chính những ống tế bào ấy đã sinh ra một con ngựa hoang Przewalski và một con chồn chân đen nhân bản từ cá thể đã chết từ lâu.
Ý tưởng bắt đầu từ một nhà bệnh học
Người khởi xướng là Kurt Benirschke, nhà bệnh học gốc Đức làm việc tại Đại học California ở San Diego, người say mê nghiên cứu nhiễm sắc thể và nhau thai của nhiều loài thú. Thập niên 1970, ông thấy rằng mỗi khi một con thú hiếm trong vườn chết, một nguồn thông tin di truyền không thể thay thế cũng mất theo. Lúc ấy chưa ai biết giải trình tự gen toàn bộ, chưa có nhân bản động vật có vú. Ông đề xuất cứ giữ tế bào sống lại, vì biết đâu một ngày nào đó khoa học sẽ có cách dùng.
Sự kiên nhẫn ấy là điểm đặc biệt của Frozen Zoo. Đây là kho được lập cho những công nghệ chưa ra đời. Năm 1996 cừu Dolly mới chào đời, công nghệ tế bào gốc cảm ứng (iPS) mới có từ năm 2006, còn giải mã gen giá rẻ phải đến thập niên 2010. Tất cả đến sau khi kho đã chạy được hàng chục năm.
Bên trong kho có gì
Theo giới thiệu của San Diego Zoo Wildlife Alliance, Frozen Zoo hiện giữ hơn 10.000 mẫu tế bào sống từ hơn một nghìn loài và phân loài, chủ yếu là động vật có xương sống. Kho đặt tại Trung tâm Nghiên cứu Bảo tồn Beckman, gần Công viên Safari của vườn thú.
Mẫu chủ yếu là nguyên bào sợi
Phần lớn mẫu là nguyên bào sợi (fibroblast), loại tế bào tạo mô liên kết trong da. Lý do rất thực tế:
- Chỉ cần một mẩu da nhỏ cỡ hạt gạo, lấy khi con vật được gây mê để khám bệnh, hoặc lấy ngay sau khi con vật chết.
- Nguyên bào sợi dễ nuôi trong phòng thí nghiệm, nhân lên thành hàng triệu tế bào.
- Tế bào đông lạnh đúng cách có thể rã đông, nuôi lại, rồi tiếp tục nhân lên. Mỗi dòng tế bào vì thế là một nguồn "tái tạo được".
Ngoài ra kho còn giữ tinh trùng, trứng, phôi, mô và ADN. Mỗi mẫu đi kèm hồ sơ: loài, cá thể, ngày lấy, nguồn gốc, phả hệ nếu có.
Giữ như thế nào
Quy trình về cơ bản giống mọi kho tế bào sống: tế bào được trộn với chất bảo vệ lạnh, hạ nhiệt chậm, rồi chuyển vào bình nitơ lỏng ở khoảng −196 °C. Ở nhiệt độ này, tế bào gần như ngừng mọi hoạt động, có thể chờ hàng chục năm mà không thay đổi đáng kể.
Kurt: con ngựa Przewalski sinh từ tế bào năm 1980
Ngựa Przewalski là loài ngựa hoang cuối cùng ở thảo nguyên Trung Á, từng tuyệt chủng ngoài tự nhiên vào thế kỷ 20. Toàn bộ đàn hiện nay đều là con cháu của khoảng hơn chục cá thể được nuôi trong các vườn thú, nên vốn gen rất hẹp.
Năm 1980, Frozen Zoo lưu tế bào của một con ngựa đực có dòng gen ít phổ biến trong đàn nuôi. Tháng 8 năm 2020, một chú ngựa con nhân bản từ tế bào ấy chào đời tại Texas, nhờ hợp tác giữa San Diego Zoo Global (tên cũ của tổ chức), tổ chức bảo tồn Revive & Restore và công ty nhân bản ViaGen. Mẹ mang thai hộ là một con ngựa nhà. Chú ngựa được đặt tên Kurt, theo tên Kurt Benirschke, và sau đó được đưa về Công viên Safari San Diego.
Giá trị của Kurt không nằm ở việc "có thêm một con ngựa", mà ở chỗ nó mang những biến thể gen đã gần như biến mất khỏi đàn nuôi. Khi Kurt trưởng thành và sinh sản, các biến thể ấy có cơ hội quay lại quần thể.
Elizabeth Ann: chồn chân đen từ tế bào năm 1988
Chồn chân đen là loài chồn ở đồng cỏ Bắc Mỹ, từng bị cho là tuyệt chủng. Đầu thập niên 1980, người ta tìm thấy một quần thể nhỏ ở bang Wyoming. Toàn bộ chồn chân đen hiện nay đều xuất phát từ bảy cá thể sinh sản được trong số những con được bắt về nuôi giai đoạn đó.
Năm 1988, tế bào của một con chồn cái tên Willa, không để lại con cháu nào, được gửi vào Frozen Zoo. Ngày 10 tháng 12 năm 2020, Elizabeth Ann ra đời, là bản sao di truyền của Willa, do một con chồn nhà mang thai hộ. Đây là lần đầu tiên một loài nguy cấp bản địa của Mỹ được nhân bản, trong dự án có Cơ quan Cá và Động vật hoang dã Hoa Kỳ (USFWS), Revive & Restore, ViaGen và San Diego Zoo Wildlife Alliance tham gia.
Câu chuyện có đoạn không suôn sẻ: về sau Elizabeth Ann gặp vấn đề sức khoẻ sinh sản và không thể sinh con. Các nhà khoa học tiếp tục nhân bản thêm cá thể từ cùng nguồn tế bào để đưa dòng gen của Willa vào chương trình nhân giống. Đó là lời nhắc rằng nhân bản không phải phép màu, mà là một công đoạn dài, nhiều rủi ro.
Tê giác trắng phương bắc: chạy đua với thời gian
Tê giác trắng phương bắc là phân loài gần như đã mất. Con đực cuối cùng, tên Sudan, chết năm 2018 tại khu bảo tồn Ol Pejeta ở Kenya. Hiện chỉ còn hai con cái, Najin và Fatu, và cả hai đều không thể mang thai.
Frozen Zoo giữ tế bào của mười hai cá thể tê giác trắng phương bắc. Năm 2011, nhóm của nhà khoa học Jeanne Loring ở Viện Scripps phối hợp với Frozen Zoo đã biến nguyên bào sợi của tê giác trắng phương bắc thành tế bào gốc cảm ứng (iPS), loại tế bào về lý thuyết có thể biệt hoá thành mọi loại tế bào, kể cả trứng và tinh trùng. Song song, các nhóm ở châu Âu lấy trứng từ hai con cái còn lại để tạo phôi trong phòng thí nghiệm, với ý định cấy vào tê giác trắng phương nam mang thai hộ.
Đến nay chưa có tê giác trắng phương bắc nào ra đời bằng các cách này. Nhưng nếu không có những ống tế bào đông lạnh từ hàng chục năm trước, sẽ không có cả cơ hội để thử.
Những điều Frozen Zoo không làm được
Người làm bảo tồn thường nhấn mạnh mấy giới hạn sau, để tránh hiểu lầm kho tế bào là "bảo hiểm tuyệt chủng":
| Kỳ vọng | Thực tế |
|---|---|
| Giữ tế bào là giữ được loài | Một loài cần môi trường sống, thức ăn, tập tính học từ đồng loại. Tế bào không giữ được những thứ ấy. |
| Nhân bản dễ dàng | Tỷ lệ thành công thấp, cần loài gần gũi để mang thai hộ, con sinh ra có thể gặp vấn đề sức khoẻ. |
| Có tế bào của một con là đủ | Quần thể khoẻ cần nhiều cá thể khác nhau về gen. Giá trị lớn nhất là bổ sung đa dạng di truyền cho quần thể đang sống. |
| Hồi sinh loài đã tuyệt chủng từ lâu | Chỉ áp dụng được khi có tế bào sống được giữ đúng cách. Xương, da khô, mẫu ngâm cồn không cho tế bào sống. |
Vì vậy các chuyên gia coi kho tế bào là một công cụ bổ trợ, đi cùng bảo vệ sinh cảnh và nhân nuôi, chứ không thay thế.
Không chỉ để nhân bản
Phần lớn công việc thường ngày của kho tế bào ít ồn ào hơn nhiều. Tế bào trong kho được dùng để:
- Nghiên cứu nhiễm sắc thể, giúp phân loại loài và phát hiện các quần thể khác biệt.
- Giải trình tự hệ gen, đánh giá mức cận huyết của một quần thể nhỏ.
- Nghiên cứu bệnh truyền nhiễm ở động vật hoang dã.
- Phát triển kỹ thuật sinh sản hỗ trợ như thụ tinh nhân tạo, bảo quản tinh trùng.
Ý tưởng tương tự đã lan sang nơi khác. Ở Anh có dự án Frozen Ark, kết nối nhiều viện để giữ mẫu ADN và tế bào của động vật nguy cấp. Nếu Kho hạt giống Svalbard giữ hạt của cây trồng, thì các kho như Frozen Zoo làm việc tương tự cho động vật, có điều tế bào động vật khó giữ hơn hạt rất nhiều.
Góc nhìn hôm nay: bài học cho những loài ở gần ta
Việt Nam từng là nơi sống của những cá thể tê giác Java cuối cùng trên lục địa châu Á; cá thể cuối cùng ở Vườn quốc gia Cát Tiên bị săn trộm, và loài được xác nhận tuyệt chủng tại Việt Nam vào năm 2011. Sao la, voọc mũi hếch, voọc Cát Bà vẫn còn, với số lượng rất ít. Bài học từ San Diego là: thu thập và lưu mẫu khi loài còn sống, khi còn nhiều cá thể, chứ không phải khi chỉ còn hai con.
Muốn tìm hiểu thêm, có thể đọc trang giới thiệu Frozen Zoo và chương trình nghiên cứu bảo tồn của San Diego Zoo Wildlife Alliance, trang của Revive & Restore về hai dự án ngựa Przewalski và chồn chân đen, và các báo cáo của dự án BioRescue về tê giác trắng phương bắc.
Câu hỏi thường gặp
Frozen Zoo là gì?
Frozen Zoo là kho tế bào sống của động vật quý hiếm do Vườn thú San Diego lập năm 1975. Kho giữ dòng tế bào da, tinh trùng, trứng, phôi và ADN của hơn một nghìn loài và phân loài trong nitơ lỏng.
Ai lập ra vườn thú đông lạnh?
Người khởi xướng là Kurt Benirschke, nhà bệnh học ở San Diego. Ông đề xuất lưu tế bào sống của động vật hiếm từ thập niên 1970, khi chưa có công nghệ nhân bản hay giải mã gen như ngày nay.
Có con vật nào được nhân bản từ Frozen Zoo chưa?
Có. Ngựa Przewalski tên Kurt (sinh năm 2020) được nhân bản từ tế bào lưu năm 1980, và chồn chân đen Elizabeth Ann (sinh ngày 10/12/2020) từ tế bào lưu năm 1988.
Đông lạnh tế bào có cứu được loài sắp tuyệt chủng không?
Chỉ góp một phần. Tế bào giúp bổ sung đa dạng gen và mở đường cho kỹ thuật sinh sản mới, nhưng loài vẫn cần sinh cảnh và quần thể sống; nhân bản có tỷ lệ thành công thấp và nhiều rủi ro.
Vì sao Frozen Zoo chủ yếu giữ tế bào da?
Vì chỉ cần một mẩu da nhỏ là lấy được nguyên bào sợi, loại tế bào dễ nuôi và nhân lên. Sau khi rã đông, chúng có thể nuôi tiếp, nên mỗi dòng tế bào là một nguồn mẫu dùng lại được nhiều lần.
