Gần đây được đến thăm nhiều Công ty CNSH tư nhân ở một số nước phát triển và tôi thực sự ngỡ ngàng khi thấy dù chỉ chiếm một diện tích rất nhỏ như thu hoạch của các nhà máy CNSH có khi còn lớn hơn cả đồng bằng châu thổ sông Hồng hay sông Cửu Long (!). Quả thật như vậy, với các nồi lên men dung tích từ nửa triệu đến 1 triệu lít người ta nuôi cấy các vi sinh vật hay các tế bào động vật mang gen tái tổ hợp (nghĩa là đã được mang một gen quý chuyển vào nhờ kỹ thuật di truyền) người ta đang sản xuất ra các viên thuốc, các enzym có giá thành rất cao. Doanh thu của các nhà máy này là hàng tỷ USD mỗi năm. Nguồn gen quý hiếm được lấy từ đâu? Phần lớn là từ vi sinh vật.

Trong khi số loài động , thực vật hầu như đã được biết hết rồi thì thế giới vi sinh vật còn đầy bí ẩn. Dù đã định tên được khoảng 200 000 loài vi sinh vật nhưng số loài chưa biết đến trong tự nhiên còn lớn hơn thế rất nhiều lần. Việt Nam là một trong những địa điểm dễ dàng tìm thấy các loài vi sinh vật mới- đó là nhận xét của các chuyên gia châu Á đang cộng tác nghiên cứu với nhau trong tổ chức ACM (Asian Consortium for the Conservation and Sustainable Use of Microbial Resources). Nguồn gen phong phú và quý hiếm dễ dàng tìm thấy ở vi sinh vật là do chúng có mặt ở khắp mọi nơi trên Trái đất,kể cả trong những điều kiện hết sức khắc nghiệt mà không loại sinh vật nào khác có thể sinh tồn được (về nhiệt độ, pH, ôxy, phóng xạ, hóa chất độc hại, thiếu các nguồn thức ăn thông thường...). Vi sinh vật lại dễ dàng gây đột biến để tạo thêm các đặc điểm trao đổi chất mới hoặc làm nâng cao mạnh mẽ các hoạt chất sinh học vốn có.

Ngày nay nhiều loài vi sinh vật đã được biết rất rõ bản đồ từng gen và có thể dùng chúng để tiếp nhận các gen hữu ích khác trước khi đưa vào sản xuất. Các gen quý hiếm hày cũng có thể đưa được vào cơ thể động vật hoặc thực vật . Ngày nay có thể phá thành tế bào thực vật để tạo ra các tế bào trần. Trộn hai tế bào trần của hai loài thực vật khác xa nhau có thể tạo ra một tế bào mới mang gen của cả hai loài này (có khi khác họ, khác bộ với nhau), sau đó nhờ kỹ thuật nuôi cấy mô người ta có thể tạo ra các cây hoàn toàn chưa hề có trên đời. Công nghệ sinh học đang như làm trò ảo thuật trên các cơ thể sống và tạo ra các sản phẩm có giá trị rất cao vì đó là các sản phẩm hết sức có ích.

Thành ra không nên nhầm lẫn giữa CNSH truyền thống (nấu rượu, muối dưa, làm tương, làm giấm, ủ phân...) và CNSH cận đại (sản xuất văcxin cổ điển, vitamin, axit hữu cơ, dung môi hữu cơ, bột ngọt và các axit amin khác...)với CNSH hiện đại. CNSH hiện đại phải gắn liền với các cơ thể mang gen tái tổ hợp (recombination gene).

Trên thế giới, lợi nhuận thu được riêng từ các dược phẩm CNSH năm 1997 là 15 tỷ USD, năm 2000 là 30 tỷ USD, năm 2003 là 60 tỷ USD.

Tôi đã có dịp đến thăm nhà máy dược phẩm CNSH của hãng Roch ở Munich (Đức) và tận mắt nhìn thấy các nồi lên men sản xuất dược phẩm CNSH có chiều cao bằng tòa nhà 5 tầng. Tại đây người ta đang nuôi cấy các tế bào động vật mang gen tái tổ hợp và vì các tế bào này phát triển chậm cho nên đòi hỏi cả phân xưởng phải tuyệt đối vô khuẩn. Nhìn qua kính thấy các kỹ thuật viên được trang bị như các nhà du hành vũ trụ. Họ đầu tư lớn như vậy nhưng sản phẩm tạo ra từ những nồi lên men khổng lồ này toàn là các dược phẩm đắt tiền, cho nên hiệu quả kinh tế là rất lớn. Tôi cũng đã đến thăm nhiều viện nghiên cứu CNSH ở Trung Quốc, chỉ với các nồi lên men 50 lít người ta cũng đã có thể sản xuất ra các dược phẩm đủ dùng cho cả nước và vì vậy họ đều tự trả lương cho cả đơn vị với mức rất cao (!)

Trong khi sốt rét đang là bệnh của 500 triệu trường hợp nhiễm ký sinh trùng sốt rét hàng năm thì người ta phát hiện được chất Artemisinin trong cây Thanh hao hoa vàng (Artemisia annua). Cây này đã được trồng rộng rãi tại Trung Quốc, Việt Nam để chiết rút Artemisinin. Công trình nghiên cứu này tại Việt Nam đã được nhận giải thưởng Hồ Chí Minh.

Tuy nhiên hiện nay giá thành của thuốc chiết rút từ Thanh hao hoa vàng là quá đắt và người ta đã tách được 2 gen từ cây này liên quan đến việc tổng hợp ra acid artemisinic. Acid này chỉ qua vài phản ứng hóa học sẽ dễ dàng chuyển thành Artemisinin. S au đó người ta đã chuyển thành công 2 gen này vào tế bào men rượu (Saccharomyces cerevisiae). Việc đưa chủng nấm men mang gen tái tổ hợp sinh Artemisinin vào sản xuất trong các nồi lên men đã làm hạ giá thành xuống chỉ còn 10% so với phương pháp tách chiết từ Thanh hao hoa vàng và không còn cần tới đất để sản xuất cây này nữa (!). Đó là một thành tưu tuyệt vời của nhóm nghiên cứu ở trường Đại học Berkeley (California, Hoa Kỳ) mới công bố tháng 4-2006. Phương pháp này đang được thử nghiệm sản xuất trong kỷ nghệ công ty thuốc phi vụ lợi Institute for OneWorld Health (Viện sức khoẻ cho một thế giới) hợp tác với công ty Amyris Biotechnologies với sự trợ giúp tới 42.6 triệu USD của tổ chức Bill and Melinda Gates Foundation. Hy vọng với sự sản xuất ở quy mô công nghiệp này thì nhiều bệnh nhân ở các nước nghèo mới có cơ hội được chữa trị bệnh sốt rét.

CNSH hiện đại không chỉ phục vụ cho công nghiệp dược phẩm mà còn ứng dụng cho nhiều mục tiêu y học khác (như giúp chẩn đoán nhanh bệnh tật, sản xuất các thuốc kháng sinh mới, sản xuất các vacxin thế hệ mới...). Việt Nam sản xuất được hai loại văcxin quan trọng là văcxin chống viêm gan B và văcxin chống viêm não Nhật Bản cũng là nhờ sử dụng các vi sinh vật mang gen tái tổ hợp. CNSH hiện đại còn phục vụ đắc lực cho nông nghiệp. Nếu như cây trồng chuyển gen (GMC) vào năm 1996 chỉ mới được trồng thử trên 1,7 triệu ha thì đến năm 2003 đã được trồng trên diện tích 67,7 triệu ha (bao gồm thuốc lá, đậu tương, bông, ngô, cải dầu, khoai tây...). Trong tổng số diện tích gieo trồng GMC (1998) thì Hoa Kỳ chiếm 72,8%, Argentina - 15,3%; Canađa - 9,9%; Trung Quốc - 0,7%; Australia - 0,4%; Mexico- 0,4%; các nước khác- 0,5%. Về đặc tính chuyển gen thì chủ yếu nhằm mục tiêu đề kháng với thuốc trừ cỏ- 71,0%; đề kháng với sâu hại- 27,6%; đề kháng với cả hai- 1,1%; chỉ có 0,3% là nhằm mục tiêu nâng cao chất lượng sản phẩm.

Hiện nay rất nhiều nước đã sử dụng rộng rãi kỹ thuật nuôi cấy mô (tissue culture) để tạo ra các dòng cây sạch bệnh (ví dụ khoai tây sạch virut) hoặc nhân nhanh các giống quý hiếm , các giống cây có giá trị kinh tế cao (ví dụ cây hông, cây sung Mỹ, nhân sâm, tam thất…). Việc nuôi cấy tế bào (cell culture) có thể dùng làm nơi lưu giữ nguồn gen, có thể gây đột biến để dùng trong chọn giống. Việc nuôi cấy tế bào động vật còn để dùng làm môi trường sản xuất nhiều loại vacxin virut. Để nuôi cấy tế bào có thể dùng phương pháp nuôi cấy bề mặt, nuôi cấy chìm, nuôi cấy lắc, nuôi cấy huyền phù, nuôi cấy phân đợt, nuôi cấy liên tục, nuôi cấy phân đoạn- liên tục, nuôi cấy fedbatch…

Sử dụng kỹ thuật dung hợp tế bào (cell fusion) có thể tạo ra một tế bào lai, thông qua kỹ thuật nuôi cấy mô có thể tạo ra một cây lai khác loài, ví dụ cây khoai-cà (pomato) trên mặt đất cho quả cà chua, dưới mặt đất cho củ khoai tây.

Trong công nghệ tế bào cần nhắc đên thành tựu đột xuất về kỹ thuật chuyển nhân (nuclear transplantation) và sự ra đời con cừu Dolly của Wilmut vào năm 1997. Đó là thành công mở đầu cho việc sinh sản vô tính (cloning) động vật có vú. Do không thông qua thụ tinh nên có thể thu được cá thể con giống y hêt cá thể cho nhân tế bào. Về sau các nhà khoa học khác đã liên tiếp tạo ra bằng phương pháp sinh sản vô tính này các con chuột, dê, cừu, bò, lợn…Nếu thành công trong việc chuyển vào lợn những gen của người để chống lại sự đào thải sau khi ghép phủ tạng rồi cho sinh sản vô tính để tạo ra hàng loạt các con lợn quý giá này thì hoàn toàn có thể mở ra một tiền đồ rộng lớn trong việc dùng phủ tạng của lợn (thận, gan, tim…) để ghép cho người bệnh, một nhu cầu rất lớn ở tất cả các nước hiện nay.

Người ta cũng đã thành công trong việc nuôi cấy các tế bào gốc của phôi thai (embryonic stem cell) và sử dụng chúng vào mục tiêu điều trị các bệnh hiểm nghèo, kể cả các bệnh di truyền.

CNSH hiện đai phục vụ tích cực cho nhiệm vụ bảo vệ môi trường sống. Công nghệ sinh học môi trường (Environmental biotechnology) đã trở thành một ngành khoa học phát triển. Hàng loạt các biện pháp xử lý môi trường ngày nay đã trở thành kinh điển ở nước ngoài , chẳng hạn như như các công nghệ Kích thích sinh học- biostimulation, Phân giải sinh học- biodegradation, Xử lý ô nhiễm sinh học -bioremediation, land farming, Nồi phản ứng sinh học- bioractor, Lọc sinh học- biofiltration, Màng sinh học- biofilm, Tẩy độc sinh học- biodetoxification, Bùn hoạt tính- activated sludge.... Người ta đã bắt đầu sử dụng có hiệu quả các vi sinh vật mang gen tái tổ hợp để phân giải các hợp chất gây ô nhiễm môi trường (như các hợp chất Alkanes, Anthracene, Benzene…) Các vi khuẩn được chuyển gen thường thuộc về các chi Pseudomonas Nitrosomonas, Alcaligenes, Methylosinus,...Nhà máy rác Thủy Phương (Huế) nhờ áp dụng thành tựu CNSH mà đã chuyển hóa được phần lớn rác thải hữu cơ thành loại phân bón chất lượng cao được nông dân rất hoan nghênh.

CNSH hiện đại còn phục vụ cho công nghiệp luyện kim, công nghiệp thực phẩm , công nghệ quân sự, công nghệ hàng không vũ trụ, công nghệ hải dương...

CNSH hiện đại gắn liền với việc khai thác nguồn gen từ vi sinh vật. Lý do thật dễ hiểu: vi sinh vật có tính đa dạng cực kỳ phong phú mà con người mới chỉ biết đến khoảng 1-2 % số loài, vi sinh vật có thể phân hủy hầu hết các loại sản phẩm hữu cơ, có thể sống được trong những điều kiện cực kỳ bất lợi đối với mọi sinh vật khác (về nhiệt độ, áp suất, độ axit, độ kiềm, độ muối, độ phóng xạ,...). Nguồn gen trong các loài vi sinh vật mới được phát hiện mở ra một kho tàng quý hiếm để có thể hoặc trực tiếp khai thác hoặc dùng để chuyển vào các cơ thể động vật, thực vật. Tôi đã có dịp đến làm việc với các trung tâm khai thác và lưu giữ nguồn gen ở Hoa Kỳ và Nhật Bản và không khỏi kinh ngạc về tốc độ phát hiện và khai thác nguồn gen tại các cơ sở này. Nhiều nơi đã sử dụng công cụ robot để thay cho bàn tay của con người nhằm đẩy nhanh tốc độ chọn lọc các nguồn gen quý hiếm và điều kiện sử dụng chúng. Các nguồn gen đều được quốc tế hóa về thông tin và trở thành sản phẩm thương mại để trao đổi rộng rãi giữa mọi quốc gia.

Đã đến lúc phải hiểu rằng muốn phát triển CNSH hiện đại thì phải đẩy mạnh hiểu biết về vi sinh vật học và lấy việc tìm kiếm, bảo quản , khai thác nguồn gen từ vi sinh vật là mục tiêu chủ chốt.