Thịt và sữa từ động vật nuôi bao gồm gia súc (bò, dê, trâu) và gia cầm là nguồn cung cấp protein chất lượng cao và các axit amin thiết yếu, khoáng chất, chất béo và axit béo, vitamin sẵn có, một lượng nhỏ carbohydrate và các thành phần hoạt tính sinh học khác. Ước tính của Tổ chức Lương Nông thế giới (FAO) năm 2008, cho thấy mức tiêu thụ thịt đã tăng lên cùng với sự gia tăng dân số. Mức tiêu thụ thịt bình quân đầu người là 42,1 kg/năm, trong đó khoảng 83 kg/năm ở các nước phát triển và 31 kg/năm ở các nước đang phát triển, lượng protein có nguồn gốc động vật được khuyến nghị hàng ngày cho mỗi đầu người là 50 kg mỗi năm. Mặt khác, sữa được tiêu thụ ở nhiều dạng khác nhau: dạng lỏng, phô mai, bột và kem với mức tiêu thụ bình quân đầu người toàn cầu là 108 kg/người/năm, thấp hơn nhiều so với mức tiêu thụ hàng ngày được FAO khuyến nghị là 200 kg.

Một số nước nghèo có thể không đủ khả năng duy trì mức nhu cầu thịt và sữa này, dẫn đến tình trạng suy dinh dưỡng. Nhu cầu sản xuất thịt và sữa cũng dự kiến sẽ tăng gấp đôi vào năm 2050 ở các nước đang phát triển, nơi dân số dự kiến sẽ tăng gấp đôi. Vì vậy, việc tăng cường sản xuất, chế biến và tiếp thị an toàn thịt, sữa và các sản phẩm từ chúng là những thách thức lớn đối với người chăn nuôi.

Công nghệ sinh học đang được khai thác trong nhiều khía cạnh khác nhau của ngành chăn nuôi để đẩy nhanh quá trình phát triển giống nhằm cải thiện sức khỏe và phúc lợi động vật, tăng cường sinh sản, cải thiện chất lượng dinh dưỡng và an toàn của thực phẩm có nguồn gốc động vật.

Công nghệ sinh học động vật sinh sản

Các phương pháp công nghệ sinh học khác nhau được sử dụng để cải thiện đàn giống vật nuôi. Chúng bao gồm thụ tinh nhân tạo (AI), chuyển phôi (ET), thụ tinh trong ống nghiệm (IVF), chuyển nhân tế bào soma và công nghệ mới nổi về chuyển nhân tế bào soma.

Thụ tinh nhân tạo

Một trong những công nghệ hoàn thiện sớm nhất là thụ tinh nhân tạo (AI), trong đó các giống động vật mới được tạo ra thông qua việc đưa tinh trùng đực từ một con đực ưu việt vào đường sinh sản của con cái mà không cần giao phối. AI làm giảm sự lây truyền bệnh hoa liễu, giảm nhu cầu của các trang trại trong việc duy trì con đực sinh sản, tạo điều kiện ghi lại phả hệ chính xác hơn và giảm thiểu chi phí cho việc giới thiệu gen cải tiến. Nhiều công nghệ khác nhau đã phát triển dẫn đến việc sử dụng hiệu quả AI trong việc phát triển vật nuôi mong muốn, bao gồm các phương pháp đông lạnh tinh dịch hoặc bảo quản lạnh và xác định giới tính tinh trùng.

Hình: xác thú nhồi bông của Cừu Dolly (ảnh sưu tầm)

Thụ tinh trong ống nghiệm

Trong trường hợp các kỹ thuật sinh sản nhân tạo khác thất bại do những khó khăn như hệ thống sinh sản bị tắc nghẽn, buồng trứng không đáp ứng ở con cái, chất lượng và số lượng tinh dịch yếu ở con đực và sự hiện diện của bệnh, thì thụ tinh trong ống nghiệm (IVF) sẽ được sử dụng. Quá trình thụ tinh của tinh trùng và trứng được tiến hành trong ống nghiệm (bên ngoài cơ thể động vật) ở các điều kiện môi trường và sinh hóa cụ thể. Cho đến nay, IVF thành công đã được tiến hành ở nhiều loài động vật khác nhau nhờ những tiến bộ trong sản xuất phôi và bảo quản lạnh tế bào sinh sản. Kể từ khi con thỏ đầu tiên được thụ thai thông qua IVF vào năm 1959. IVF đã thực hiện thành công ở một số loài chuột, mèo, sóc, heo, bò, khỉ và con người.

Phôi được chuyển hóa

Chuyển phôi (ET) từ cá thể mẹ này sang các thể mẹ thay thế giúp có thể tạo ra nhiều thế hệ vật nuôi từ một con cái ưu việt hơn. Những con cái được chọn lọc sẽ được kích thích để rụng trứng nhiều theo nội tiết tố và được thụ tinh vào thời điểm thích hợp liên quan đến thời điểm rụng trứng tùy thuộc vào loài và giống. Phôi một tuần tuổi được đưa ra khỏi tử cung của cá thể cho phôi, được phân lập, kiểm tra bằng kính hiển vi về số lượng và chất lượng rồi đưa vào niêm mạc tử cung của cá thể mẹ mang thai hộ.

ET làm tăng tỷ lệ sinh sản của con cái được chọn, giảm lây truyền bệnh và tạo điều kiện phát triển các nguồn gen quý hiếm và quan trọng về mặt kinh tế cũng như tạo ra một số cá thể có quan hệ gần gũi và giống nhau về mặt di truyền, rất quan trọng trong nghiên cứu nhân giống vật nuôi. Hiệp hội Chuyển phôi Quốc tế (IETS) ước tính có tổng cộng khoảng 550.000 phôi bò có nguồn gốc in vivo, 68.000 phôi cừu, 1.000 phôi dê đã được chuyển trên toàn thế giới vào năm 2004.

Chuyển nhân tế bào Soma

Chuyển nhân tế bào soma (NF) là một kỹ thuật trong đó nhân (DNA) của tế bào soma được chuyển vào tế bào trứng cái hoặc tế bào trứng, trong đó nhân đã được loại bỏ để tạo ra một cá thể mới, giống hệt về mặt di truyền với tế bào soma cá thể hiến tặng. Kỹ thuật này được sử dụng để tạo ra cừu Dolly từ một tế bào biểu mô tuyến vú trưởng thành đã biệt hóa, chứng minh rằng các gen đã bị bất hoạt trong các mô biệt hóa có thể được kích hoạt lại hoàn toàn. Công nghệ NF tạo ra khả năng tạo ra các dòng vô tính từ kiểu gen ưu việt và có thể được sử dụng để đánh giá hiệu quả tác động của sự tương tác giữa kiểu gen x môi trường và thử nghiệm hoặc phổ biến các gen chuyển gen. Các vấn đề về tỷ lệ sảy thai cao, khả năng sống sót của con sơ sinh và tỷ lệ phát triển bất thường tăng lên do việc lập trình lại DNA hạt nhân không chính xác (suy luận biểu sinh) và các điều kiện bất thường trong quá trình in vitro khiến đây trở thành công nghệ tiền thương mại.

Các ứng dụng về bộ gen và lựa chọn được hỗ trợ bởi điểm đánh dấu (MAS)

Việc phát hiện và xác định trình tự DNA hoặc các dấu hiệu phân tử liên quan đến các đặc điểm quan trọng của động vật có nhiều ứng dụng khác nhau bao gồm cải thiện đặc điểm, xác định khả năng di truyền và truy xuất nguồn gốc sản phẩm.

Sự xâm nhập được hỗ trợ bởi điểm đánh dấu phân tử (MAI)

Các điểm đánh dấu được sử dụng để hướng dẫn người chăn nuôi trong việc lựa chọn các cá thể biểu hiện gen xâm nhập. Một loạt lai ngược với bố mẹ nhận thường được thực hiện trong chăn nuôi thông thường. Với việc sử dụng các dấu hiệu phân tử, thời gian và số chu kỳ lai hồi quy phát sinh trong quá trình lựa chọn và xác định cá thể mong muốn sẽ giảm đi. Ngày nay, các dấu hiệu phân tử đang được sử dụng trong các hoạt động cải thiện đặc điểm vật nuôi khác nhau như tăng trưởng, chất lượng thịt, chất lượng len, sản xuất và chất lượng sữa cũng như khả năng kháng bệnh.

Nguồn gốc, truy xuất nguồn gốc sản phẩm và xác minh kiểu gen

Dấu phân tử là công cụ đáng tin cậy được các cơ quan quản lý sử dụng để đảm bảo chất lượng sản phẩm và an toàn thực phẩm. Nguồn gốc vật nuôi và các sản phẩm của nó có thể được xác định và truy tìm bằng cách sử dụng các dấu hiệu phân tử từ trang trại đến lò mổ và từ thân thịt được cắt nhỏ đến bàn ăn của người tiêu dùng. Công nghệ dựa trên DNA tương tự cũng đã được phát triển để phát hiện sự hiện diện của khoảng 211 bp mảnh nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc thử nghiệm các mẫu thịt rất nhỏ từ siêu thị.

Sàng lọc các gen không mong muốn

Các bệnh di truyền và khiếm khuyết về thể chất có thể được truy tìm và ghi lại ở vật nuôi bằng cách sử dụng các dấu hiệu phân tử. Nguyên nhân và nguồn gốc của những vấn đề này có thể dễ dàng bắt nguồn từ những thay đổi di truyền và đột biến DNA khi chúng biểu hiện trong cấu trúc và chức năng của protein. Với xét nghiệm DNA, những động vật mang gen khiếm khuyết này có thể dễ dàng được xác định và bị loại khỏi chương trình nhân giống vật nuôi.

Tương lai của công nghệ dựa trên DNA trong cải tiến chăn nuôi

Hiện tại, trình tự bộ gen hoàn chỉnh của các động vật trang trại quan trọng như gà và bò đã được công bố và trình tự bộ gen của heo, dê và cừu hiện đang được tiến hành. Với những tiến bộ trong việc giải trình tự bộ gen động vật trang trại, sự tiến bộ không ngừng trong công nghệ đánh dấu phân tử và việc sử dụng công nghệ sinh học sinh sản, các cơ hội nghiên cứu sẽ được mở ra để cải thiện và cách mạng hóa ngành chăn nuôi. Trong tương lai, có thể thu được thông tin về cấu tạo di truyền của động vật cho phép dự đoán khả năng sinh sản của động vật khi mới sinh hoặc thậm chí là bào thai, cũng như việc lựa chọn động vật phù hợp nhất với một môi trường sản xuất cụ thể.

Trường Giang (biên dịch)

(Nguồn: Biotechnology for the Livestock Industry; Pocket K No. 40 Biotechnology for the Livestock Industry)