Khi Một Khám Phá Dẫn Đến Một Khám Phá Khác

• Hình dạng của những điều sắp tới
• Một tiếng khịt mũi bắt đầu một cuộc cách mạng
• 'Chúng tôi biết sách giáo khoa sẽ phải thay đổi'
• Sức mạnh của sự ghép nối
• Nó còn lâu mới kết thúc

Không phải mọi đột phá khoa học đều bắt đầu bằng một ý tưởng lớn. Đôi khi, chỉ cần có mặt đúng nơi, đúng lúc và đặt đúng câu hỏi.

Khi nhà khoa học Phillip Sharp, tiến sĩ tại MIT, bắt đầu nghiên cứu cấu trúc của thứ gọi là adenovirus - loại virus gây ra chứng sổ mũi và hắt hơi khi bị cảm lạnh thông thường - ông chưa bao giờ nghĩ rằng mình sẽ thay đổi hoàn toàn cách chúng ta hiểu về gen của mình, những đoạn mã nhỏ xíu của con người được tạo thành từ DNA.

Gen đã làm say mê các nhà khoa học kể từ khi Gregor Mendel dành nhiều năm miệt mài trong một khu vườn trồng đậu ngọt vào thế kỷ 19. Công việc làm vườn đó, cùng với việc Mendel không ngừng ghi chép lại những gì ông học được, đã cho chúng ta cái nhìn sâu sắc về những gì chúng ta thừa hưởng -- ở con người, đó là những đặc điểm như tóc xoăn hoặc mắt xanh mà chúng ta có được từ cha mẹ.

Nó cũng dẫn đến sự hiểu biết rằng gen của chúng ta hoạt động như một loại sách dạy nấu ăn, cung cấp các công thức để tạo ra protein, tất cả đều giúp cơ thể chúng ta hoạt động.

Mặc dù chúng ta đã học được rất nhiều về gen của mình trong 200 năm qua, các nhà khoa học hiện đại vẫn còn nhiều câu hỏi.

Hình dạng của những điều sắp tới

Vào những năm 1960 và 1970, khi Sharp còn là một nhà nghiên cứu trẻ, khoa học đã sẵn sàng cho những đột phá mới trong di truyền học. Và với bằng tiến sĩ hóa học, Sharp muốn tự mình khám phá gen. Vì vậy, ông đã dấn thân vào.

Điều xảy ra tiếp theo là một khoảnh khắc đột phá.

Khi một gen được kích hoạt, hay “bật”, tất cả thông tin mà nó chứa sẽ được chuyển thành protein, thực hiện một công việc cụ thể. Vào thời điểm đó, người ta cho rằng tất cả các gen, bao gồm cả gen của cái gọi là sinh vật bậc cao -- như gen của con người -- đều trông và hoạt động theo cách này.

Suy nghĩ đó sắp thay đổi.

Một tiếng khịt mũi bắt đầu một cuộc cách mạng

Cấu trúc gen của con người là điều Sharp muốn có câu trả lời trong nhiều năm.

Ông quyết định tập trung vào adenovirus gây hắt hơi, vì cấu trúc đơn giản của nó, rất lý tưởng để nghiên cứu. Sharp muốn biết các gen khác nhau nằm ở đâu trong đó. Ông tin rằng điều này có thể cung cấp cho các nhà khoa học nhiều thông tin hơn về quá trình tiến hóa.

Các chuyên gia tin rằng hiểu biết sâu hơn về cách thức tiến hóa của di truyền có thể giải đáp nhiều câu hỏi y khoa.

Sharp không đơn độc. Richard Roberts, Tiến sĩ, cũng đang nghiên cứu về di truyền học tại Phòng thí nghiệm Cold Spring Harbor ở Long Island, một tổ chức nghiên cứu tư nhân. Khi họ hợp tác, nhóm này đã thực sự thay đổi thế giới.

'Chúng tôi biết sách giáo khoa sẽ phải thay đổi'

Trong một loạt các thí nghiệm vào cuối những năm 1970, Sharp và Roberts đã chỉ ra rằng không phải tất cả các mã trong gen adenovirus đều hữu ích. Một số chỉ ở đó, chiếm không gian mà không có mục đích thực sự. Nó được gọi là "DNA rác". Khi mô tả sự hiện diện của hai loại mã này, các nhà khoa học cho biết các gen đã bị "phân tách".

"Chúng tôi biết sách giáo khoa sẽ phải thay đổi vì đó là cái nhìn sâu sắc mang tính thay đổi cuộc chơi về sinh học", Sharp, giáo sư viện tại MIT, cười nói. "Nhưng chúng tôi không biết điều gì sẽ xảy ra tiếp theo".

Hóa ra đó là sự khám phá ra một quá trình di truyền hoàn chỉnh khác. Sharp và Roberts đã biết rằng cơ thể xóa "ADN rác". Những gì còn lại sẽ được kết hợp -- hoặc ghép lại với nhau -- để cung cấp cho tế bào của bạn thông tin chúng cần để thực hiện công việc của mình.

Một sự cắt dán sinh học, nếu bạn muốn.

Nhưng kiến ​​thức này giúp chống lại bệnh tật như thế nào? Câu trả lời vẫn còn phải mất vài năm nữa.

Sức mạnh của sự ghép nối

Khi quá trình ghép nối được phát hiện, không ai có thể hiểu rõ quá trình này. Các nhà khoa học cần tìm ra cách tái tạo nó trong phòng thí nghiệm để họ có thể nghiên cứu kỹ hơn.

Đó là lúc một sinh viên trẻ tại Đại học Columbia bắt đầu đi làm.

Tiến sĩ Adrian Krainer cho biết: “Tôi bị cuốn hút bởi nó vì đây là ranh giới”.

Phải mất 7 năm, nhưng Krainer đã tìm ra cách để lặp lại quá trình này trong phòng thí nghiệm. Bây giờ, nhờ công trình của ông, chúng ta biết rằng một số bệnh di truyền có liên quan đến các vấn đề trong quá trình ghép nối. Ví dụ tốt nhất là bệnh tan máu bẩm sinh, một loại bệnh thiếu máu. Một liệu pháp gen cho bệnh này hiện đang được thử nghiệm.

Phần thưởng cho khám phá này của ông là gì? Một công việc với Roberts tại Cold Spring Harbor, nơi Krainer đã làm việc kể từ đó.

“Rich Roberts là người cố vấn của tôi,” Krainer, hiện là giáo sư về di truyền học phân tử của Quỹ St. Giles tại Cold Spring Harbor, cho biết.

Trọng tâm của Krainer hiện nay là một căn bệnh tàn phá được gọi là teo cơ tủy sống, hay SMA. Nó ảnh hưởng đến các dây thần kinh kiểm soát cơ và chuyển động. Người ta tin rằng căn bệnh này là do, vâng, các vấn đề về ghép gen. 

Các nghiên cứu ban đầu rất hứa hẹn và hiện nay Krainer cùng các nhà nghiên cứu khác đang thử nghiệm một loại thuốc có thể khắc phục những vấn đề đó.

“Adrian [Krainer] là một nhà lãnh đạo quan trọng trong lĩnh vực khoa học cũng như việc chuyển dịch khoa học đó thành phương pháp điều trị khả thi… cho căn bệnh khủng khiếp này,” Sharp nói.

“Thật khiêm nhường và bổ ích khi biết rằng công việc chúng tôi bắt đầu vẫn tiếp tục theo cách này.”

Nó còn lâu mới kết thúc

Năm 1993, Sharp và Roberts đã nhận được giải Nobel về Sinh lý học và Y học cho những phát hiện của họ về gen phân chia.

“Chúng ta đang làm những điều mà thậm chí không thể thực hiện được vào năm 1977”, Sharp, người đồng sáng lập công ty công nghệ sinh học Biogen (hiện được gọi là Biogen Idec) và công ty dược phẩm Alnylam Pharmaceuticals, cho biết. “Và cách duy nhất để chúng ta không tiến bộ là nếu chúng ta chống lại tiến bộ và chấp nhận hiện trạng. Tôi không nghĩ điều đó sẽ xảy ra”.

Sharp khá tin rằng nếu ông và Roberts không phát hiện ra gen phân tách vào năm 1977, một số phòng thí nghiệm khác sẽ sớm phát hiện ra điều đó.

“Lĩnh vực này đã sẵn sàng cho khám phá này,” ông cười. “Trong vòng vài tháng sau khi chúng tôi phát hiện ra, mọi nơi tôi đến, mọi người đều biết về nó, nhưng họ nói với tôi về các gen khác được phân đoạn và sau đó được biểu hiện bằng cách ghép nối RNA.

“Tôi cảm thấy hơi lạc hậu, nhưng đó là bản chất của khoa học. Nó luôn tiến về phía trước.”

NGUỒN:

Viện Công nghệ Massachusetts, Cambridge, MA.

Viện Y tế Quốc gia, “Giải mã Mã di truyền”.

Nobelprize.org, Trang web chính thức của Giải thưởng Nobel: Giải thưởng Nobel về Sinh lý học hoặc Y học năm 1993, Richard J. Roberts, Phillip A. Sharp, Thông cáo báo chí, ngày 11 tháng 10 năm 1993.

Phillip Sharp, Tiến sĩ, Giáo sư Viện Công nghệ Massachusetts và là người đoạt giải Nobel năm 1993.

Adrian Krainer, Tiến sĩ, Giáo sư Di truyền học phân tử tại St. Giles, Phòng thí nghiệm Cold Spring Harbor, Long Island, NY.

Cold Spring Harbor, Hồ sơ nghiên cứu, Adrian Krainer, Tiến sĩ, Biên bản Harbor, Mùa hè năm 2010.

Tìm hiểu về SMA.org.

Cold Spring Harbor, Thông cáo báo chí, Những hiểu biết sâu sắc về cơ chế teo cơ tủy sống gợi ý hướng điều trị mới, ngày 12 tháng 1 năm 2015.

MIT, Thông cáo báo chí, Cựu sinh viên MIT chia sẻ giải Nobel về sinh lý học, ngày 2 tháng 10 năm 2006.