Chuyện bắt đầu từ con sứa biển

Cuộc chạy tiếp sức 50 năm

GS Osamu Shimomura

1. Chàng thanh niên Osamu Shimomura sinh năm 1928 tại cố đô Kyoto, Nhật Bản nhưng trong những năm chiến tranh thế giới thứ hai cả gia đình chuyển đến Nagasaki. Tháng 8 năm 1945, quả bomnguyên tử của Mỹ ném xuống nơi đây. Thành phố tan hoang. Giá như chàng chết trong đống đổ nát, cuộn lên theo đám khói hình chiếc nấm khổng lồ thì quả là một thiệt thòi cho nhân loại. Nhưng chàng sốngsót, vật lộn với cuộc sống kiệt quệ của một nước Nhật bại trận để học thành tài dù có muộn màng. Năm 28 tuổi, sau khi tốt nghiệp đại học, lấy vợ, Shimomura được giáo sư Hirata ở Đại học Nagoya nhậnvào phòng thí nghiệm của ông và giao cho một đề tài rất hóc: vì sao con đom đom biển (sea firefly) lại phát sáng mỗi khi chạm vào nước. Hai năm sau (1960), Shimomura công bố kết quả nghiên cứu và trởthành người đầu tiên hiểu viết về hiện tượng phát quang của sinh vật (bioluminescence). Bài báo ông công bố lọt vào mắt xanh của Ban giám hiệu ĐH Princeton, Hoa Kỳ. Ông được mời sang làm việc tạiphòng nghiên cứu sinh học biển của Trường. Dù rất tiếc nhưng vì thấy chỉ với điều kiện tại Mỹ mới đủ cho con đại bàng Shimomura bay cao, giáo sư Hirata đành để anh đi và “tặng” người học trò của mìnhtấm bằng Tiến sĩ như món quà chia tay.

Tại nơi làm việc ở Hoa Kỳ, Shimomura tiếp tục hướng của đề tài cũ với đối tượng mới là con sứa biển có tên khoa học là Aequorea Victoria . Ông đeo đuổi đề tài này cho đến cuối cuộc đời. Trong suốt 20 năm ròng rã, cứ mùa hè đến, Shimomura cùng vợ và hai con, một trai một gái lại cùng nhau “hành hương” ra bãi biển Friday, thuộc bang Washington để vớt những con sứa trôi dạt theo dòng hải lưu chảy ven Thái Bình Dương. Mỗi ngày, họ vớt được 3.000 con sứa cho đến khi được 50.000 con (mất chừng 2 tháng), họ mới mang từ 2,5 đến 3 tấn sứa ướp lạnh ấy trở về phòng thí nghiệm để ông chủ gia đình nghiên cứu quanh năm.

Ở loài sinh vật mềm nhũn và sũng nước này, phía dưới là chiếc dù xoè rộng có những mấu phát ra một thứ ánh sáng màu lục mờ mờ. Shimomura cắt lấy những mấu ấy, đem ép, được một loại dịch lầy nhầy để nghiên cứu. Để phục vụ cho việc làm của mình, ông đã “tàn sát” không dưới 1 triệu con sứa nổi lềnh bềnh trên sóng biển. Từ dịch ép, ông tách được một chất phát sáng, ông đặt tên là aequorin. Đó là một protein - thực chất là một gen của sứa, viết tắt là GFP (green fluorescence protein - chất protein phát quang màu xanh lục). Để thấy công phu của nhà bác học người Nhật, xin nói ngay là từ 2 - 3 tấn sứa, ông mới thu được một lượng GFP bé bằng một nửa hạt vừng. Ông miệt mài xác định công thức, giải thích vì sao nó phát sáng, nhất là dưới ánh sáng tử ngoại, cũng như mọi tính chất khác của nó. Việc làm của ông được giới khoa học thế giới chăm chú theo dõi và khâm phục.

GS Martin Chalfie

2. Vào những năm 1980, tại Phòng thí nghiệm Sinh hoá Trường ĐH Columbia, giáo sư Martin Chalfie nghiên cứu sự chuyển hoá protein trong cơ thể sinh vật thông qua loài giun tròn. Sở dĩ ông chọncon vật bé xíu này vì nó trong suốt, dưới kính hiển vi có thể theo dõi đường đi lối lại của một chất protein nào đó trong cơ thể nó. Ông đang bí, không hiểu sẽ làm tiếp như thế nào khi muốn biết sựchuyển hoá protein trong những con vật khác nữa không trong suốt như giun tròn. Một hôm, rất vô tình ông rẽ vào dự một buổi thuyết trình của một giáo sư Hoá học cho sinh viên về chất GFP mới đượcphát minh. Một ý tưởng mới như một ngọn đèn bỗng nhiên bừng lên trong đầu ông. Sao không dùng phương pháp ghép gen - một thành tựu mới của Sinh học - đưa GFP vào các protein khác, để nhờ khả năngphát quang của nó dưới ánh sáng tử ngoại, lần theo quá trình chuyển hoá của bất cứ protein nào.

Nghĩ là làm. Ông đã thành công và tạo ra vài con vật phát sáng xanh lè trong bóng tối, nhờ ghép gen sứa biển. Các phòng thí nghiệm khác trên toàn thế giới đón nhận phương pháp nghiên cứu hiệu quả này. Họ đã tạo ra các loài cây mới sáng lung linh như trong thần thoại, những con vật như chuột, thỏ, mèo, khỉ… trong bóng tối toả ánh sáng xanh giống như các nhân vật của một câu chuyện cổ tích. Nhờ đó, hàng loạt quá trình sinh hoá được làm sáng tỏ, mở rộng hiểu biết của loài người về quá trình sống của cơ thể sinh vật, từ cỏ cây đến các con vật cụ thể. Nhiều cơ chế gây bệnh cho con người được giải thích rõ ràng.

GS Robert Tsien

3. Cùng thời gian đó, trong một phòng thí nghiệm khác tại ĐH Californiatại San Diego , giáo sư Robert Tsien (vốn tên gốc là Tiền Vĩnh Kiện) quan tâm đến GFP theo hướng khác. Thiên nhiên chota gen GFP xanh lá cây, liệu có thể “nghịch ngợm” chuyển GFP thành màu khác, thông qua cách biến tính gen không. Ông giáo sư trẻ đã đoạt quyền tạo hoá. Dưới bàn tay ông, GFP đã có 8 anh em “sinhtám”, mỗi kẻ một màu của bảy sắc cầu vồng.

Ghép vào cơ thể sinh vật, Tsien tạo ra được bầy cá tám màu tung tăng bơi lội trong bể nước, đàn chuột tám màu rúc rích chạy trong lồng. Một kỳ công của khoa học. Thật vui mắt và đáng khâm phục trí tuệ của con người trong cuộc thi đua với thiên nhiên và thắng thiên nhiên.

Nhưng mục đích của Tsien đâu phải thế. Trong cơ thể, biết bao nhiêu protein cần nghiên cứu. Nếu “nhuộm” các protein trong một con vật thành màu sắc của cầu vồng, các nhà khoa học có thể đồng thời nghiên cứu sự chuyển hoá của 8 protein, nói cách khác trong cùng một thời gian ra được 8 kết quả mà trước đây chỉ 1. Mặt khác còn xác định được sự tương tác qua lại giữa chúng trong quá trình chuyển hoá. Nhất cử lưỡng tiện, không, nhất cử bát tiện mới đúng.

4. Cuộc chạy tiếp sức của ba nhà khoa học gốc gác khác nhau trên đất Mỹ, tại 3 trường Đại học danh tiếng đã “tạo ra cuộc cách mạng” trong nghiên cứu sinh hoá học.

Chẳng hạn những các GFP (người ta vẫn gọi các gen này là GFP, theo thói quen, chứ đâu phải chúng chỉ phát ra màu xanh như chữ green trong tiên viết tắt) góp công sức rất lớn vào nghiên cứu cơbản, mà chúng còn có ý nghĩa lớn trong y học ứng dụng. Ghép GFP vào các gen gây bệnh, nhờ tín hiệu quang do chúng phát ra, có thể biết được cơ chế tác dộng của chúng trong cơ thể, theo dõi được diễnbiến của bệnh để đề ra các phương pháp trị liệu mới.

Bằng cách này, người ta đã biết được cơ chế huỷ hoại tế bào não trong bệnh lú lẫn của người già có tên là Alzheimer, sự trục trặc của tế bào tổng hợp insulin trong tuyến tuỵ gây ra bệnh tiểu đường mà nhân laọi đang phải đối mặt, sự lây lan của các tế bào ung thư quái ác để cắt bỏ…

Đây mới chỉ nói riêng trong y học. Phương pháp nghiên cứu nhờ GFP như chất chỉ thị đánh dấu còn là công cụ vô giá để nghiên cứu công nghệ sinh học nói chung, đặt biệt qua việc ghép gen, phục vụ lợi ích của nhân loại.

Triển vọng của việc ứng dụng GFP còn đang mở rộng. Trong thông báo của mình, Uỷ ban trao giải Nobel đánh giá: “Troing thập kỷ vừa qua, GFP có chức năng như một ngôi sao dẫn đường cho các nhà sinh học, sinh hoá học, nghiên cứu y học và các nhà khoa học khác”.

Việc trao giải cho 3 nhà khoa học nói trên là Osamu Shimomura, Martin Chalfie, Robert Tsien - mỗi người một tấm bằng chứng nhận giải Nobel danh giá, một huy chương bằng vàng ròng và một khoản tiền bằng nhau, chia ba 1.400.000 đô la - quả là rất xứng đáng với mục tiêu đầy tính nhân văn của Alfred Nobel.

Ba con người ba thái độ

Theo lệ thường, cứ vào hồi 5 giờ 30 sáng ngày 8 tháng 10, Uỷ ban xét giải Nobel gọi điện đến từng gia đình các nhà khoa học được giải để báo tin học đã leo tới đỉnh cao chót vót của khoa học. Tất nhiên việc xét duyệt được gĩn đến phút chót, nhưng các nhà hoá học xuất sắc nhất hành tinh thường chờ đợi, liệu người đó có phải là mình không. Lần này, những cú điện thoại từ Thuỵ Điển đều gọi sang Mỹ. Vào cùng một giờ, ba người được giải đón nhận tin vui như thế nào?

1. Trước hết là Roger Y. Tsien (Tiền Vĩnh Kiện) giáo sư ĐH California, quê gốc ở Chiết Giang nhưng sinh ra ở Mỹ. Gia đình ông là một gia đình thượng lưu trí thức có tiếng lớn. Anh ruột Tiền là một giáo sư gii của ĐH Stanford. Hai anh em của mẹ là giáo sư Cơ học của Học viện công nghệ Massachusetts (MIT). Anh của bố là nhà bác học sáng lập ra Học viện công nghệ California (Caltech), giáo sư Tiền Học Sâm, người mà Chính phủ Trung Quốc đã quá hời khi trả lại Mỹ 15 viên phi công bắt được trong chiến tranh để đổi lấy ông đưa về nước. Hiện ông đã trên 90 tuổi, sống ở Bắc Kinh và được tôn vinh là cha đẻ của ngành tên lửa và du hành vũ trụ Trung Quốc. Những trường mà người thân của Tiền giảng dạy và nghiên cứu đều là lò sản xuất ra những Nobel gia. Đó là một áp lực rất lớn đối với Tiền, phải làm một cái gì đó xứng đáng với dòng họ. Bên máy điện thoại, khi biết tin mình đoạt giải, Tiền Vĩnh Kiện mới thở phào nhẹ nhõm như cất được một trái núi trên lưng. Ông mỉm cười: Mình đã làm tốt hơn ước vọng của gia đình.

2. Vị giáo sư Nhật Shimomura ở ĐH Princetonvừa tròn 80 tuổi nhưng vẫn còn làm việc vì ông được phong chức Professor emiritus (giáo sư vĩnh viễn của trường) sáng hôm ấy đã thức vì người già ít ngủ, còn nằm trên giường. Chuông điện thoại đổ hồi. Bà vợ già (bà cũng là Tiến sĩ về Hoá hữu cơ) nhấc máy. Được tin, bà vẫn như không, lặng lẽ ra hiệu điện thoại là của ông. Ông chậm rãi lắng nghe, khẽ cảm ơn rồi đặt máy. Biết mình được giải, ông vẫn bình thản hệt vợ, như không có gì xảy ra. Sự bình thản của những người già Nhật, thấm đẫm chất Thiền là như vậy chăng?

Khi các phóng viên kéo đến phỏng vấn, ông nhỏ nhẹ: “Tôi chỉ là người tìm ra chất GFP thôi mà. Chuyện đã lâu lắm, gần nửa thế kỷ còn gì. Nhưng tôi rất sung sướng. Hoá ra một người tốt nghiệp ở một Trường ĐH nhỏ bé, vô danh như tôi mà cũng vươn đến giải Nobel sao?”.

3. Còn Martin Chalfie, 62 tuổi thì đặc biệt hơn. Ông không hề hồi hộp đợi cú điện thoại “đổi đời” như bao nhà hoá học khác. Ông ngủ tít mà chẳng được ai đánh thức khi chuông điện thoại réo liên hồi. Bà vợ - một chuyên gia về Di truyền học, cũng là giáo sư ĐH Columbia như ông - đi tập thể dục từ sớm. Mãi đến sáng, theo thói quen, Martin ngồi ăn sáng mới mở laptop để check mail, Biết hôm nay thông báo giải Nobel, ông tò mò coi thử có ai quen được giải không, mới giật mình, cười phá ra với tiếng cười đầy hài hước. Ôi, lại là chính mình ư?

Việc đầu tiên là ông quay số điện thoại, gọi cho giáo sư Robert Horvitz, giải Nobel Sinh lý học và y học năm 2002, một người bạn cùng học hồi phổ thông với ông, nhờ ghi tên mình vào danh sách những nhà khoa học được giải Nobel ủng hoọ Barack Obama làm Tổng thống Mỹ mà Horvitz đang tập hợp (lúc này đã lên đến 62 người).

Các nhà báo gọi ông là Nobel sleeper (Người đoạt giải Nobel đang ngủ say). Ông thanh mình: “Không phải tôi coi thường giải mà vì điện thoại nhà tôi bị trục trặc”. Dù mới ngoại lục tuần, nhà bác học này đã là chủ nhân của trên 200 công trình công bố trên những tạp chí khôa học quốc tế.