Cách dùng công nghệ DNA để giúp nông dân chống lại bệnh mùa

Khoảng 800 triệu người trên khắp thế giới phụ thuộc vào sắn để sinh tồn -- nhưng nguồn thực phẩm quan trọng này đang gặp nguy bởi các loài virus có thể ngăn ngừa được, nhà tin sinh học và là bạn lâu năm của TED, Laura Boykin đã phát biểu như vậy. Cô ấy đưa chúng ta tới nông trại ở Đông Phi, nơi cô ấy làm việc với đội các nhà khoa học đa dạng để giúp nông dân giữ cho cây trồng của họ khỏe mạnh bằng cách sử dụng phòng thí nghiệm DNA di động và siêu máy tính mini có thể xác định virus trong vài giờ, thay vì nhiều tháng.

Có hai lý do khiến tôi thức dậy mỗi ngày.

Một là, nông dân quy mô gia đình nhỏ
cần nhiều lương thực hơn.

Thật điên rồ khi năm 2019, nông dân
nuôi chúng ta lại bị đói.

Và hai, khoa học cần đa dạng
và toàn diện hơn.

Nếu chúng ta định giải quyết
các thách thức khó nhất trên hành tinh,

như lương thực không ổn định
cho hàng triệu người sống trong nghèo khổ,

đòi hỏi chúng ta phải chung tay.

Tôi muốn dùng công nghệ tiên tiến nhất

cùng các đội đa dạng
và toàn diện trên hành tinh

để giúp nông dân có nhiều lương thực hơn.

Tôi là nhà sinh học tính toán.

Tôi biết -- đó là gì và nó sẽ giúp
cắt đứt cơn đói ra sao?

Về cơ bản, tôi thích máy tính và sinh học

và gọi chung là một công việc.

(Cười)

Tôi không có câu chuyện

về việc mong muốn trở thành
nhà sinh học từ lúc còn trẻ.

Thật ra tôi đã chơi bóng rổ
ở trường đại học.

Và một phần trong gói hỗ trợ tài chính
là tôi cần công việc vừa học vừa làm.

Và một ngày nọ,

tôi lang thang tới toà nhà gần nhất
gần phòng ký túc của mình.

Và thật tình cờ, đây là toà nhà sinh học.

Tôi bước vào và thấy bảng tin việc làm.

Dĩ nhiên là trước khi có Internet.

Và tôi đã thấy thẻ mục lục

quảng cáo việc làm trong phòng mẫu cây.

Tôi nhanh chóng ghi lại con số,

vì có đề cập "giờ linh hoạt",

và tôi cần việc làm
ngoài lịch chơi bóng rổ của mình.

Tôi chạy vào thư viện để tìm hiểu
phòng mẫu cây là gì.

(Cười)

Và hoá ra là

phòng mẫu cây là nơi họ trữ các cây trồng
đã chết và khô héo.

Tôi thật may mắn khi nhận việc này.

Công việc khoa học đầu tiên của tôi

là dán cây chết vào tờ giấy
suốt nhiều giờ liền.

(Cười)

Thật là hấp dẫn.

Đây là cách tôi trở thành
nhà sinh học tính toán.

Trong lúc đó,

công nghệ gen và máy tính đang thịnh hành.

Và tôi làm nghiên cứu thạc sĩ

về việc kết hợp sinh học và máy tính.

Trong suốt thời gian đó,

tôi làm tại phòng lab Los Alamos

về sinh học lý thuyết
và nhóm vật lý sinh học.

Và đó là lần đầu tiên tôi biết tới
với siêu máy tính,

và tâm trí tôi lâng lâng.

Với sức mạnh của siêu máy tính,

cơ bản là hàng ngàn PC
được kết nối trên steroid,

chúng tôi có thể khám phá sự phức tạp
của cúm và viêm gan C.

Và trong suốt thời gian này
tôi thấy sức mạnh

của việc kết hợp máy tính và sinh học,
vì nhân loại.

Và tôi muốn đây là
con đường sự nghiệp của tôi.

Từ năm 1999,

tôi dành phần lớn
sự nghiệp khoa học của mình

trong các phòng lab công nghệ cao,

quanh quẩn thiết bị vô cùng đắt đỏ.

Nhiều người hỏi tôi

làm cách nào và tại sao tôi làm việc
vì nông dân ở Châu Phi.

Vì các kỹ năng máy tính của tôi,

năm 2013, một đội các nhà khoa học
người Đông Phi

đề nghị tôi gia nhập đội
để cứu lấy cây sắn.

Sắn là cây trồng có lá và rễ
nuôi 800 triệu người trên toàn cầu.

Và 500 triệu người ở Đông Phi.

Gần một tỷ người

phụ thuộc vào cây trồng này
cho lượng calories hàng ngày.

Nếu một hộ nông dân nhỏ có đủ sắn,

cô ấy có thể nuôi gia đình

và cô ấy có thể bán nó ở chợ
để đổi những thứ quan trọng như học phí,

chi phí y tế và tiết kiệm.

Nhưng sắn lại gặp nguy hiểm tại Châu Phi.

Bướm trắng và virus đang tàn phá sắn.

Bướm trắng là loài côn trùng nhỏ

ăn lá của hơn 600 cây trồng.

Đây là tin xấu.

Có nhiều loài

trở nên kháng thuốc trừ sâu;

và chúng truyền hàng trăm virus thực vật

gây ra bệnh sọc nâu ở sắn

và bệnh khảm sắn.

Điều này giết chết hẳn loài cây trồng.

Và nếu không có sắn,

sẽ không có lương thực hay thu nhập
cho hàng triệu người.

Trong chuyến đi tới Tanzania

tôi nhận ra những người phụ nữ này
cần sự giúp đỡ.

Những hộ nông dân quy mô nhỏ
tuyệt vời và mạnh mẽ,

đa phần là phụ nữ,

đang làm việc chăm chỉ.

Họ không đủ lương thực để nuôi gia đình,

và đó là khủng hoảng thật sự.

Chuyện xảy ra là

họ ra ngoài và trồng sắn khi mưa tới.

Chín tháng sau,

không có gì xảy ra, vì sâu và mầm bệnh.

Và tôi tự nghĩ,

làm cách nào mà nông dân có thể chịu đói?

Vì vậy tôi quyết định
dành thời gian trải nghiệm

cùng nông dân và các nhà khoa học

để tìm hiểu liệu có cách nào
giúp được hay không.

Tình hình trên mặt đất đúng là gây sốc.

Bướm trắng đã tàn phá những lá cây
mà chúng ăn để lấy protein,

và virus tàn phá rễ để ăn tinh bột.

Cả một vụ mùa đang phát triển trôi qua,

và nông dân sẽ mất thu nhập
và lương thực cả năm,

và gia đình sẽ phải chịu cơn đói dài.

Chuyện này có thể ngăn ngừa triệt để.

Nếu nông dân biết

trồng đa dạng các loại sắn
trên cánh đồng của mình,

có thể chống lại virus và mầm bệnh,

họ sẽ có nhiều lương thực hơn.

Chúng tôi có mọi công nghệ chúng tôi cần,

nhưng kiến thức và nguồn tài nguyên

không phân phối đồng đều khắp toàn cầu.

Tôi muốn đề cập cụ thể là,

công nghệ gen cũ kỹ

có nhiệm vụ khám phá sự phức tạp

liên quan sâu và mầm bệnh --

những công nghệ này không dùng cho
tiểu Saharan Châu Phi.

Chúng trị giá hơn một triệu đô la;

chúng cần năng lượng liên tục,

năng lực chuyên môn của con người.

Những chiếc máy này rất ít thấy
trên lục địa,

khiến cho các nhà khoa học đấu tranh
trong chiến tuyến không có lựa chọn

ngoài việc phải gửi các mẫu ra nước ngoài.

Và khi bạn gửi các mẫu ra nước ngoài,

mẫu xuống cấp, tốn rất nhiều tiền,

và cố gắng lấy dữ liệu về qua mạng yếu

gần như là không thể.

Có lúc mất sáu tháng để lấy các kết quả
về cho nông dân.

Vậy thì quá trễ rồi.

Mùa vụ đã qua rồi,

dẫn đến tình trạng nghèo hơn và đói hơn.

Chúng tôi biết mình có thể thay đổi được.

Năm 2017,

chúng tôi nghe về dụng cụ cầm tay,
giải trình tự DNA di động

gọi là Oxford Nanopore MinION.

Thiết bị này được dùng ở Tây Phi
để chống lại Ebola.

Chúng tôi nghĩ:

Sao chúng tôi không thể dùng nó
để giúp nông dân ở Đông Phi?

Chúng tôi đã làm là chúng tôi
bắt tay thực hiện.

Vào lúc đó, công nghệ còn rất mới,

nhiều nghi ngờ chúng tôi có thể
nhân rộng trên nông trại.

Khi chúng tôi tiến hành,

một trong các những cộng tác viên ở Anh

nói rằng chúng tôi chưa từng
làm việc đó ở Đông Phi,

tự mình làm ở nông trại.

Chúng tôi chấp nhận thử thách.

Người này thậm chí cá với chúng tôi
hai chai sâm banh thượng hạng

là chúng tôi không thể làm được.

Hai từ:

thanh toán.

(Cười)

(Vỗ tay)

Thanh toán đi, vì chúng tôi đã làm được.

Chúng tôi đưa phòng lab
phân tử công nghệ cao

cho nông dân ở Tanzania,
Kenya và Uganda,

và chúng tôi gọi nó là phòng lab cây.

Chúng tôi đã làm gì?

Trước tiên, chúng tôi
đặt tên cho đội mình --

tên là dự án hành động virus sắn.

Chúng tôi đã tạo trang web,

chúng tôi nhập sự hỗ trợ
từ bộ gen và cộng đồng máy tính,

và chúng tôi tới chỗ bác nông dân.

Mọi thứ chúng ta cần cho phòng lab cây

được đồng đội đưa qua đây.

Tất cả các phân tử và yêu cầu
tính toán cần thiết

để chẩn đoán cây bị bệnh đều ở đây.

Và thật sự là có trên sân khấu này luôn.

Chúng tôi biết chúng tôi có thể
lấy dữ liệu gần hơn với vấn đề,

và gần hơn với nông dân,

có thể nói cô ấy biết điều gì xảy ra
với cây trồng nhanh hơn.

Không chỉ nói cô ấy biết chuyện xảy ra

mà còn cho cô ấy giải pháp.

Và giải pháp là,

đốt cánh đồng và trồng đa dạng

chống lại sâu và mầm bệnh
có trên cánh đồng của mình.

Điều đầu tiên chúng tôi đã làm là
chúng tôi phải chiết xuất DNA.

Và chúng tôi dùng máy này ở đây.

Được gọi là PDQeX,

viết tắt của "Chiết xuất khá nhanh."

(Cười)

Tôi biết.

Bạn tôi, Joe rất là ngầu.

Một trong các thách thức lớn nhất
trong chiết xuất DNA

thường cần thiết bị rất đắt tiền,

và mất nhiều thời gian.

Nhưng với chiếc máy này,

chúng tôi có thể làm trong 20 phút,

với một phần của chi phí.

Và nó dùng hết pin của xe máy.

Từ đây, chúng tôi chiết xuất DNA
và chuẩn bị đưa vào thư viện,

chuẩn bị để tải vào

máy lập trình gen cầm tay di động này,

ngay tại đây,

khi chúng tôi cắm cái này
vào siêu máy tính mini,

được gọi là MinIT.

Tất cả được cắm vào bộ pin di động.

Chúng tôi có thể loại bỏ

yêu cầu nguồn năng lượng chủ yếu
và mạng Internet,

có hai nhân tố rất hạn chế
trong nông trại gia đình quy mô nhỏ.

Phân tích dữ liệu nhanh
cũng là một rắc rối.

Đây là nơi nhà sinh học tính toán
như tôi là cần thiết.

Tất cả việc dán cây chết,

và tất cả việc đo lường,

và tính toán

đều rất cần thiết trong thế giới thực,
theo cách thực tế.

Tôi có thể tạo cơ sở dữ liệu tuỳ chỉnh

và chúng tôi có thể đưa kết quả
cho nông dân trong ba tiếng

thay vì sáu tháng.

(Vỗ tay)

Nông dân phấn khích quá mức.

Làm sao chúng tôi biết mình đang tác động?

Chín tháng sau dự án,

Asha đi từ việc có không tấn một héc ta

tới 40 tấn một héc ta.

Cô ấy có đủ để nuôi gia đình

và cô ấy đang bán tại chợ,

và giờ cô ấy đang xây nhà
cho gia đình mình.

Vâng, thật tuyệt.

(Vỗ tay)

Làm sao để quy hoạch phòng lab cây trồng?

Chuyện là,

các nông dân đã được thu nhỏ ở Châu Phi.

Phụ nữ làm việc trong nhóm nông dân,

giúp Asha nghĩa là giúp
3000 người ở làng của cô ấy,

vì cô ấy đã chia sẻ kết quả
và cũng là giải pháp.

Tôi nhớ từng người nông dân mà tôi gặp.

Nỗi đau và niềm vui của họ

được khắc sâu vào ký ức tôi.

Khoa học của chúng tôi dành cho họ.

Phòng lab cây trồng là nỗ lực lớn nhất
để giúp họ có an toàn thực phẩm hơn.

Tôi chưa từng mơ

ngành khoa học tốt nhất
tôi từng thực hiện trong đời

sẽ chiếm ưu thế ở Đông Phi,

với các thiết bị công nghệ gen tốt nhất.

Nhưng đồng đội của chúng tôi đã mơ

chúng tôi tìm đáp án cho nông dân
trong ba tiếng so với sáu tháng,

và chúng tôi đã làm được.

Vì đó là sức mạnh của sự đa dạng
và toàn diện trong khoa học.

Cảm ơn.

(Vỗ tay)

(Chúc mừng)