Lịch sử của CRISPR dường như bắt đầu sớm hơn nhiều so với chúng ta từng nghĩ. Các nhà nghiên cứu từ Đại học California tại Berkeley và Innovative Genomics Institute đã phát hiện ở thể thực khuẩn một hệ thống phân tử cổ đại VIPR — Viral Interference Programmable Repeat, hệ thống này có thể đã tồn tại từ trước khi những hệ thống CRISPR-Cas đầu tiên xuất hiện.
Hai công trình liên quan đã được công bố vào ngày 17 tháng 9 năm 2026 trên tạp chí Science. Phân tích tiến hóa cho thấy các protein VIPR có họ hàng với những thành phần cổ xưa nhất của CRISPR và có lẽ nằm gần hơn với nguồn gốc tiến hóa của chúng. Điều này ủng hộ một giả thuyết khác thường: một số cơ chế mà sau này làm nảy sinh hệ miễn dịch CRISPR của vi khuẩn, thoạt đầu có thể đã là vũ khí của chính các virus trong cuộc chiến chống lại nhau.
Mã di truyền có những khoảng trống
Đặc điểm bất thường nhất của VIPR là cách nhận biết DNA.
Các hệ thống thông thường được RNA dẫn đường đối chiếu RNA dẫn đường với trình tự đích gần như liên tục. VIPR hoạt động khác: RNA của nó nhận biết DNA không phải bằng một trình tự liền mạch mà qua những khoảng cách đều đặn.
Trên thực tế, khi nhận diện mục tiêu, hệ thống có thể bỏ qua mỗi vị trí thứ ba của DNA. Chính chữ cái thứ ba của codon thường dễ biến đổi nhất và trong nhiều trường hợp có thể đột biến mà không làm thay đổi axit amin.
Kết quả là một kiểu bộ lọc phân tử đặc biệt: VIPR chú ý đến phần ổn định hơn của trình tự và bỏ qua những vị trí dễ thay đổi hơn. Điều này có khả năng gây khó khăn cho virus trong việc thoát khỏi sự nhận diện nhờ đột biến.
Còn một điều kỳ lạ nữa. VIPR tương tác với chuỗi xoắn kép DNA hoàn toàn khác với các hệ thống CRISPR quen thuộc. Các nghiên cứu cấu trúc cho thấy phức hợp này tạo nên một cấu trúc bất thường quanh DNA với sự tham gia của RNA và DNA — một dạng chuỗi xoắn ba phân tử.
Sự tương tác của virus từ rất lâu trước CRISPR
Phân tích các mục tiêu tự nhiên của VIPR cho thấy các thể thực khuẩn mang hệ thống này thường hướng nó chống lại những thể thực khuẩn khác cùng lây nhiễm trên những vật chủ giống nhau.
Nghĩa là ban đầu VIPR có lẽ là một phần của sự tương tác phân tử cổ xưa «virus chống virus».
Các tác giả cho rằng về sau vi khuẩn có thể đã mượn các thành phần của những hệ thống tương tự và biến chúng thành cơ chế phòng vệ của chính mình chống lại virus. Từ sự trao đổi vũ khí phân tử cổ xưa này, các hệ thống CRISPR-Cas sơ khai có thể đã dần dần hình thành.
Không thể xác định trực tiếp sự việc này đã xảy ra cách đây bao lâu. Các nhà nghiên cứu gắn nguồn gốc của những cơ chế này với những giai đoạn rất sớm của quá trình tiến hóa sự sống tế bào — có thể là trước cả tổ tiên chung phổ quát cuối cùng của các sinh vật hiện đại. Vì vậy, đúng là có thể nói đến những sự kiện đã diễn ra cách đây hàng tỷ năm, nhưng tuổi chính xác của VIPR vẫn còn là một giả thuyết.
Một công cụ mới cho kỹ thuật di truyền?
VIPR không chỉ thú vị như một phát hiện mang tính tiến hóa.
Thành phần protein của nó rất nhỏ gọn, và để nhận diện mục tiêu, hệ thống không cần trình tự PAM lân cận — một hạn chế đặc trưng, chẳng hạn, đối với Cas9. Điều này có khả năng mở rộng số lượng đoạn DNA mà hệ thống có thể nhắm tới.
Các nhà khoa học đã chứng minh rằng VIPR có thể được lập trình lại để nó liên kết với một đoạn DNA được chọn và ức chế hoạt động của gen.
VIPR hiện chưa phải là một phiên bản tương tự CRISPR hoàn chỉnh mới để chỉnh sửa bộ gen người. Trong các thí nghiệm đã công bố, hệ thống trước hết nhận diện DNA và điều hòa hoạt động của gen; khả năng của nó cho việc chỉnh sửa toàn diện, can thiệp biểu sinh hoặc trị liệu vẫn còn phải được kiểm chứng.
Tuy vậy, phát hiện này vẫn thay đổi cách nhìn về nguồn gốc của một trong những công cụ quan trọng nhất của sinh học hiện đại.
CRISPR hóa ra không phải là khởi đầu của câu chuyện, mà là một trong những chương muộn của nó. Đằng sau nó, người ta phát hiện ra một kiến trúc phân tử cổ xưa hơn — được tạo nên không phải bởi con người và có lẽ thậm chí không phải bởi vi khuẩn, mà bởi virus, những thực thể mà hàng tỷ năm trước đã học cách nhận biết các trình tự di truyền của đối thủ.
Khi nhìn sâu hơn vào quá trình tiến hóa, chúng ta không phát hiện ra những bản nháp nguyên thủy của tự nhiên, mà là những công nghệ mà chúng ta mới chỉ bắt đầu hiểu được nguyên lý hoạt động.
