Toàn bộ ngành công nghiệp sữa thiệt hại 420 triệu USD bởi... một con bò đực

Sữa của bạn uống, hiểu theo một cách nào đó, đều đến từ chú bò đực này. Pawnee Farm Arlinda Chief có tới 16.000 cô con gái, 500.000 cháu gái và hơn 2 triệu chắt gái – tất cả đều là bò sữa, hiển nhiên rồi. Thực tế, gen của lão bò này là tác giả của 14% gen của toàn bộ loài bò thuộc giống Holstein, một giống bò cực kì giá trị và nổi tiếng trong ngành công nghiệp sữa.

Bò Chief là "ai" và Chief đã làm được gì?

Gọi lão là Chief cho đỡ dài dòng. Chief nổi tiếng bởi một lẽ duy nhất, những con bò sữa thuộc dòng dõi của con bò này đều là những cỗ máy sản xuất sữa hàng đầu. Nhưng nó lại mang một điểm yếu rất lớn, thậm chí đến mức chết chóc: đó là một gen của Chief có một loại đột biến cực kì nguy hiểm, có thể lây lan sang các con bò khác thuộc giống Holstein mà không bị phát hiện ra.

Đột biến trên là lý do khiến bê con chết ngay từ trong bụng mẹ. Theo như ước tính của các nhà nghiên cứu, chỉ riêng sự đột biến này đã khiến số lượng bò phải phá thai lên tới con số 500.000, khiến toàn bộ ngành công nghiệp sữa bị thiệt hại 420 triệu USD.

Những con số lớn tới mức khó có thể tin được và đây là một con số con kinh khủng hơn thế: dù cho gen có khả năng bị đột biến, khi sử dụng thay thế tinh trùng của bò thường bằng tinh trùng của Chief, ngành công nghiệp sữa vẫn có thể tăng giá trị toàn ngành lên 30 tỷ USD trong khoảng thời gian 35 năm qua. Quả là một con bò đẻ trứng vàng (?), một con bò cực kì giá trị và qua đó, ta cũng thấy được tầm ảnh hưởng của chỉ một con bò duy nhất tới toàn bộ ngành công nghiệp như thế nào.

Chief có được khả năng đó là nhờ phương pháp lai giống tuyển chọn. Bò ngày nay làm ra sữa nhiều hơn gấp 4 lần những con bò của năm 1960. Chỉ nội trong một thập kỷ vừa qua, ngành công nghiệp có quy mô khổng lồ này đã phải tiến hành nhận dạng gen hàng nghìn con bò để có thể chỉ ra được chính xác gen nào bị đột biến. Đã phải cần tới những nhà nghiên cứu gen hàng đầu để có thể tìm ra những dấu vết của loại gen vẫn ẩn mình trong những con bò bấy lâu nay.

Ngành nghiên cứu gen đã giúp đỡ ngành công nghiệp sữa như thế nào

Chief trở nên nổi tiếng một phần cũng do may mắn. Nó vừa có một bộ gen rất tốt mà lại được sinh vào thời điểm cực kì thuận lợi. Năm 1962, năm Chief ra đời là năm y học có được đột phá trong lĩnh vực thụ tinh nhân tạo. Các nhà khoa học nghiên cứu trong ngành sữa đã và đang tìm ra một phương pháp đông lạnh tinh trùng vào thời điểm bấy giờ.

Tinh trùng của Chief đã được thu lại, đóng đông và gửi tới tất cả mọi trang trại trên toàn nước Mỹ. Chief và con trai Walkway Chief Mark được cho là “hai con bò đực quan trọng nhất trong lịch sử dòng giống Holstein”. Đó là lời khẳng định của nhà nghiên cứu gen Harris Lewwin tại Đại học California. Dựa vào sự nổi tiếng đó, các nông dân chăn bò sữa có thể mua về tinh trùng để thụ tinh cho bò cái nhà mình và nhờ đó, năng suất sữa tăng lên rất cao.

Vào thời gian khoảng một thập kỷ trước, các nhà nghiên cứu tại Bộ Nông nghiệp Mỹ quyết định đẩy xa giới hạn hơn nữa. Cách truyền thống trước đây để thử nghiệm tiềm năng của một con bò được là: Đợi nó đến tuổi trưởng thành, cho chúng giao phối với một vài con bò cái, đợi cho bò cái con lớn, tiếp tục cho con bò cái ấy giao phối, sinh con rồi vắt thử sữa của chúng (lý do phải đợi giao phối là vì bò cũng giống người, chỉ có thể tạo sữa sau khi đã sinh sản).

Các nhà khoa học sẽ lấy số sữa đó để thử nghiệm, tính toán xem nó có đạt chuẩn hay không, và cuối cùng họ sẽ xác định được xem con bò đực kia có phải là một con bò “đạt chuẩn”, gen của nó có đáng để lưu trữ hay không. Thông thường, quá trình này sẽ phải mất nhiều năm trời thực hiện.

Nhưng, cách thức phân tích ADN mới đã thay đổi những khó khăn về mặt thời gian ấy. Bộ Nông nghiệp Mỹ đã bắt tay với công ty công nghệ sinh học Illumina để tạo ra một bài thử gen, họ kết hợp các kết quả thử nghiệm ấy với thông tin từ sữa thu được. Kết quả cuối cùng dù không thể hiện ra những chuỗi gen ẩn, nhưng lại cho họ biết được những địa điểm nào có gen mang những đặc tính trội đáng có. Tổng hợp tất cả, họ tìm ra được nơi sẽ cho ra một con bò đực tiềm năng.

Phương pháp đánh dấu gen này rẻ hơn nhiều phương pháp chứng minh theo thời gian trước đó. “Bạn có thể thực hiện hàng trăm nghìn bài thử với chỉ 10 con bò để có thể cho ra được một sản phẩm tinh trùng đạt chuẩn, hoặc bạn có thể thử hàng trăm con bò chỉ với vài trăm USD”, Tad Sonstegard, trưởng ban khoa học về gen tại công ty Acceligen, người trước đây tham gia nghiên cứu cùng Bộ Nông nghiệp nói.

Quan trọng nhất là phương pháp gen này tiết kiệm được thời gian. Nhà nông không còn tốn nhiều năm trời để xem xem con bò đực kia có thể tạo ra được một thế hệ hậu duệ bò tốt không. Phương pháp gen sẽ tăng tiến độ xác định lên 2 lần, và cũng vì lẽ đó, những con bò hàng đầu hiện tại sẽ không giữ vững được vị trí cao trong khoảng thời gian dài nữa. Chúng sẽ bị thay thế bởi những con bò tiềm năng hơn trong khoảng thời gian một năm.

Những nguy hiểm bắt nguồn từ gen xuất hiện

Nhưng trong quá trình thử nghiệm này, các nhà khoa học của Bộ Nông nghiệp cũng nhận ra thứ gì đó kì lạ. Một con bò sẽ mang hai bản sao của các gen từ bố và mẹ mình. Bởi gen của con bò Chief có mặt trong rất nhiều con thuộc giống Holstein này, những người chủ trang trại bò sẽ có thể phối giống cả bò đực và bò cái là hậu duệ của Chief. Vì thế, bê con có thể mang cả hai bản sao gen của Chief.

Nhưng có một đoạn gen đặc biệt chưa bao giờ xuất hiện hai lần ở một cá thể hậu duệ của Chief. Có nhiều con không có, có một nhưng KHÔNG BAO GIỜ có hai. Toàn bộ đội ngũ nghiên cứu tại Bộ Nông nghiệp đều biết gen này thuộc một chuỗi của nhiễm sắc thể số 5, một dấu hiệu có thể cho phép họ lần dấu ngược về tổ tiên của những con bò này – đó là con bò đực Chief kia.

Họ không thể tìm thấy con bò nào có sự hiện diện của cả hai loại gen này là vì chúng đều chết non từ trong bụng mẹ. Và tất nhiên, bò không sinh được con sẽ không có sữa và bò chết trong bụng mẹ thì không thể có ích lợi gì. Đây là một thiệt hại lớn của toàn bộ ngành sản xuất sữa.

Các nhà khoa học biết về nó, nhưng không rõ lý do tại sao và nó từ đâu tới. Bởi chính phương pháp xác định gen nhanh và hiệu quả kia, các nhà nghiên cứu đã không thể xác định được những chuỗi ADN ẩn. Họ nhờ tới sự giúp đỡ của chuyên gia Harris Lewin, người trước đó dã có một dự án xây dược chuỗi gen của toàn bộ dòng giống của con bò Chief.

Lewin cùng cộng sự của mình là Heather Adams bắt tay vào làm việc ngay tức thì. “Trong vòng 48 tiếng, chúng tôi đã có ngay ứng viên đầu tiên”. Chuỗi ADN bị nghi vấn là Apaf1, một chuỗi gen đã được nghiên cứu kĩ lưỡng trên chuột. Những tế bào não trong phôi thai chuột mà chứa Apaf1 thì sẽ phát triển vượt tầm kiểm soát, cho tới lúc phôi thai chết đi.

“Lý do chúng tôi có thể tìm ra nguyên nhân nhanh như vậy là do từ trước tới giờ, việc thí nghiệm gen trên chuột đã được diễn ra rất lâu và được đầu tư rất lớn”, ông Lewin nói. Các nhà nghiên cứu đã không hề biết rằng đoạn gen này đã ảnh hưởng tới toàn bộ ngành công nghiệp sữa khổng lồ như thế nào.

Vậy tại sao mà ta mất nhiều thập kỷ để phát hiện ra gen đột biết Apaf1 trên bò? Đó là vì ta phải mất một thời gian dài mới phát hiện ra rằng có điều gì đó kì lạ ở những con bò này. Cho tới khi giống bò Holstein có quá nhiều thành viên thuộc họ hàng nhà Chief, thì sự việc bò chết ngay từ trong bụng mẹ mới diễn ra thường xuyên hơn. Cách thức này dù tăng năng suất sản xuất, nhưng kèm theo đó là những mối nguy hại của việc trùng gen.

Mặt xấu và mặt tốt

Và thực ra mà nói, gen của Chief tốt tới mức, năng suất tới mức nó che mờ toàn bộ những nhược điểm mà Apaf1 mang lại. Giờ đây, khi các nhà khoa học xác định được nguồn căn của việc này nằm ở gen Apaf1, thì việc tạo ra một kế hoạch khắc phục trở nên dễ dàng hơn. Hiện tại, tần suất xuất hiện của gen này đã giảm từ 8% xuống 2% và trong tương lai, các nhà khoa học sẽ cố gắng đưa tỉ lệ ấy xuống 0%.

Ngành khoa học gen đã thay đổi toàn bộ ngành sản xuất sữa, nó vừa giúp đỡ ta có được những con bò giống cực kì tốt và giờ đây, ta cũng đã phát hiện được loại gen lỗi trong bể gen khổng lồ này. Trong tương lai, những con bò sữa này lại càng trở thành những cỗ máy tạo sữa hiệu quả hơn. Con bò sữa Chief, dù tuổi đã cao và qua đi cái giai đoạn có ích, nhưng con cháu của nó mang trong mình mã gen của Chief sẽ vẫn mang cái di sản “sản xuất sữa hàng đầu” ấy đến nhiều năm sau này nữa.