Chuột góp phần rất lớn trong việc thử nghiệm và sáng chế các phương thuốc, vắcxin cho con người – Ảnh: sciencehistory.org
Từ một loài được cho là “phá hoại”, điều gì khiến chuột trở thành vật thí nghiệm ưa thích của các nhà khoa học?
Chuột được sử dụng phổ biến trong nghiên cứu đến nỗi ngày nay các giống chuột thí nghiệm được nhân giống và nuôi trong các “lò” cung cấp chuyên nghiệp, được bày bán online và cam kết… giao hàng trong ngày hôm sau, tạo sự tiện lợi chưa từng có cho các nhà khoa học.
Từ thử nghiệm thuốc điều trị, nghiên cứu hành vi, cho đến… thử thai, cùng nhìn lại những đóng góp của họ nhà chuột cho khoa học và y tế, và vì thế mà thấy cần phải cảm ơn con chuột vì đã giúp nhân loại suốt hàng trăm năm qua, nhân năm Canh Tý 2020.
“Nhà vua” và “nữ hoàng”
Không phải ngẫu nhiên mà chuột nhắt (mouse) và chuột cống (rat) được mệnh danh là “nhà vua” và “nữ hoàng” trong giới động vật thí nghiệm. Vậy chuột thống trị giới nghiên cứu khoa học ra sao?
Báo cáo mới nhất của Liên minh châu Âu (EU) về kết quả thống kê số lượng động vật dùng trong thí nghiệm và các mục đích khoa học khác tại 27 nước thành viên cho thấy chuột chiếm 75% số lượng các loài vật dùng trong nghiên cứu, bao gồm 61% là chuột nhắt và 14% là chuột cống.
Theo sau là các loài máu lạnh (12,4%), chim (5,9%) và thỏ (5%). Số liệu này tương đương 8,6 triệu con chuột được sử dụng hằng năm trong khoa học, chỉ tính riêng trong khối EU. Nếu nhân rộng tỉ lệ này trên toàn thế giới, số lượng chuột thí nghiệm vào khoảng 75 triệu con mỗi năm!
Một nghiên cứu khảo sát xu hướng sử dụng động vật trong khoa học cho thấy gần một nửa số bài báo trong lĩnh vực khoa học thần kinh xuất bản từ năm 2000 – 2004 sử dụng chuột làm vật thí nghiệm chính.
Dữ liệu của Thư viện Y khoa quốc gia Hoa Kỳ cho thấy nếu so với các sinh vật đơn giản hơn như nấm men, cá ngựa vằn, ruồi giấm và giun tròn, số lượng bài báo khoa học sử dụng chuột làm thí nghiệm nhiều hơn gấp 3 lần tất cả những sinh vật trên cộng lại.
Cũng theo nguồn này, từ năm 1965 – 2009, số lượng báo cáo khoa học sử dụng chó, mèo, chuột lang (guinea pig) và thỏ làm vật thí nghiệm không tăng đáng kể. Trong cùng khoảng thời gian đó, số lượng đề tài sử dụng chuột tăng hơn gấp 4 lần, dù có cùng xuất phát điểm. Điều gì đã khiến chuột có cú “đại nhảy vọt” chiếm vị thế độc tôn trong mắt giới khoa học?
Vật chủ lý tưởng
Nếu như ở thế kỷ 19, các nghiên cứu và thí nghiệm khoa học sử dụng đa dạng các loài động vật khác nhau làm vật chủ – từ cừu, gấu mèo, bồ câu cho đến ếch nhái, chim, ngựa – thì giai đoạn đầu của thế kỷ 20 chứng kiến sự sàng lọc các loài vật thí nghiệm để tinh giản thành một vài loài mang tính đại diện và chuẩn hóa hơn: những loài vật dễ nuôi, dễ sinh sản, và có bộ gen dễ can thiệp và chỉnh sửa để phục vụ mục đích riêng của từng nghiên cứu trở thành sự lựa chọn hàng đầu.
Dựa trên các tiêu chí này, họ nhà chuột trở thành chiếc “chìa khóa vạn năng” để mở tất cả cánh cửa bí hiểm của y khoa, từ ung thư, tiểu đường, trầm cảm, hậu chấn tâm lý, hay bất cứ bệnh tật hay chứng rối loạn nào mà con người có thể gặp phải.
Nếu hỏi một nhà khoa học về ưu điểm của chuột khiến chúng được ưa chuộng trong thí nghiệm đến thế, câu trả lời nhận được sẽ là: chúng nhỏ, rẻ tiền, lành tính và dễ can thiệp. Xét trên phương diện tiến hóa, chuột còn có họ hàng xa với con người: tổ tiên chung cuối cùng giữa chuột và người tồn tại cách đây 80 triệu năm, và chuột sở hữu bộ gen giống người đến 95%.
Chuột cũng không thuộc diện được bảo vệ bởi luật pháp về quyền động vật một cách nghiêm ngặt như một số động vật to lớn hơn như khỉ, chó, hay mèo, giúp tránh các phiền phức về mặt pháp lý trong nghiên cứu.
Những con số thống kê thoạt đầu nghe có vẻ bất lợi cho chuột: để hoàn thành một đề tài nghiên cứu, các nhà khoa học có thể chỉ phải sử dụng số lượng vật thí nghiệm đếm được trên 10 đầu ngón tay nếu đó là khỉ hoặc thỏ, nhưng một khi đã sử dụng chuột thì không thể tốn ít hơn vài chục con.
Thế nhưng, kích thước nhỏ của chuột giúp cho việc nuôi nhốt chúng tại phòng thí nghiệm đơn giản và ít tốn kém hơn hẳn các loài khác. Một chú chuột thí nghiệm có giá khoảng 5 USD và chỉ tốn 1/10 số tiền đó để nuôi mỗi ngày.
Các trại nhân giống chuột thí nghiệm chuyên nghiệp còn có khả năng tạo ra những phiên bản vô tính giống hệt nhau của một chú chuột, giúp cho việc mô phỏng, kiểm chứng một nghiên cứu trước đó hoặc hợp tác giữa các phòng thí nghiệm trở nên dễ dàng.
Chuột ngày nay được xem như “linh vật” trong nghiên cứu khoa học – Ảnh: SCIENCEMAG
Không có chuột, cấm thử trên người!
Những năm 1950 và 1960, Chính phủ Mỹ công bố khoản viện trợ khổng lồ dành cho các nghiên cứu y tế với mục tiêu xóa sổ dịch bệnh truyền nhiễm và tìm ra thuốc chữa ung thư.
Ngân sách có hạn mà đề tài thì nhiều, một trong những giải pháp cắt giảm chi phí nghiên cứu đó là sử dụng một loài vật có khả năng được chuẩn hóa bằng phương pháp nhân giống đại trà tại các cơ sở do nhà nước quản lý, sau đó phân phối đi khắp các phòng thí nghiệm trên cả nước để sử dụng cho mọi nghiên cứu, thí nghiệm. Câu trả lời là chuột.
Các “nhà máy” sản xuất chuột mọc lên như nấm, và chuột bắt đầu được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu thuốc ung thư, thí nghiệm phơi nhiễm phóng xạ, trong các nghiên cứu về độc học và tâm lý học hành vi, hay thậm chí là các thủ tục y tế thông thường.
Khi chưa có các phương pháp thử thai tiến bộ như bây giờ, người ta kiểm tra bằng cách lấy mẫu nước tiểu tiêm vào chuột cái và theo dõi quá trình rụng trứng ở chuột để biết chủ nhân của mẫu nước tiểu có đang mang thai hay không.
Tháng 12-1980, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Yale (Mỹ) tuyên bố thêm thành công một đoạn ADN vào trứng chuột đã thụ tinh, rồi cấy ghép trứng đó vào cơ thể chuột cái để sinh ra một chuột con được biến đổi gen nhưng vẫn khỏe mạnh.
Đây là một phát hiện chấn động, mở đầu cho kỷ nguyên chỉnh sửa gen chuột. Ngày nay, cùng với tiến bộ khoa học, bộ gen của chuột thí nghiệm có thể được can thiệp để chỉnh sửa, xóa, hoặc thêm tùy ý để kiểm tra phản ứng của chúng trước môi trường thay đổi trong các thí nghiệm cụ thể. Những ứng dụng của kỹ thuật này là vô hạn.
Từ một vật thí nghiệm như bao vật thí nghiệm khác, chuột đã trở thành công cụ thiên biến vạn hóa trong tay các nhà khoa học, góp phần không nhỏ trong việc tìm hiểu các cơ chế sinh học ở người. “Con vật này [chuột] là một trong những mẫu vật thí nghiệm quan trọng nhất trong nghiên cứu bệnh ở người” – ông Harold Varmus, chủ nhân giải Nobel y sinh năm 1989, khẳng định.
Chuột trở nên phổ biến đến nỗi tên gọi của loài vật này được dùng để đặt cho 1 trong 3 bước nghiên cứu bắt buộc phải trải qua khi thử nghiệm một loại thuốc điều trị mới, hay còn gọi là quy tắc “3 chữ M”: minimum inhibitory concentration (nồng độ ức chế tối thiểu), mouse (chuột), và man (con người).
Một hợp chất cần được kiểm tra nồng độ ức chế tối thiểu, tức liều lượng thấp nhất để nó phát huy tác dụng, trong môi trường nuôi cấy nhân tạo, trước khi thử nghiệm trên chuột, rồi mới đến thử nghiệm trên người.
Tại một hội thảo khoa học ở London năm 2010, các nhà khoa học thông báo bước đi táo bạo tiếp theo: một dự án gây đột biến từng gen một trong bộ gen 20.000 gen của chuột, ghi lại chức năng của từng gen, rồi tổng hợp thành một kho dữ liệu công cộng mang tính tham khảo cho cộng đồng nghiên cứu trên toàn thế giới.
Dự án dự kiến tiêu tốn ít nhất 900 triệu USD là một nỗ lực đa quốc gia và một “thời cơ lịch sử” để “lần đầu tiên học hỏi một cách hệ thống tất cả mọi thứ có thể học về một loài động vật có vú” – ông Mark Moore, một trong những người điều phối dự án, nhận xét.
Chuột cũng có… chuột này chuột kia
Chuột dùng trong thí nghiệm có nhiều chủng loại với nhiều mức giá khác nhau. Chuột bạch là rẻ nhất, giá từ 5 USD/con theo “nhà giống” Charles River Laboratories có trụ sở tại Mỹ.
Dòng chuột này được tự do sinh sản thay vì nhân bản vô tính nên không con nào giống con nào, và thường được dùng trong nghiên cứu độc học, giải phẫu và lão hóa. Đắt hơn một chút là giống chuột có màu lông đen hoặc xám thông thường, giá dao động từ 16-23 USD, thường dùng làm chủng cơ sở cho các can thiệp về gen.
Chuột hamster cũng có giá tương đương nhưng được dùng chủ yếu trong các nghiên cứu về nhịp sinh học cơ thể vì đặc tính hiếu động và có thể hoạt động 12 tiếng/đêm. “Cao cấp” nhất là những giống chuột không có lông, bán với giá từ 73-136 USD.
Bộ da tương tự da người của dòng chuột này giúp các nhà khoa học dễ dàng theo dõi quá trình lành thương cũng như thực hiện các thí nghiệm cấy ghép khối u lên chuột để quan sát sự phát triển của tế bào ung thư.
Đặc biệt, tất cả các giống chuột đều có thể được đặt hàng online hoặc qua điện thoại với số lượng lớn với lời cam kết nhận hàng ngay ngày hôm sau.
Mỹ đưa 20 chú chuột lên Trạm không gian quốc tế