Những đột phá khoa học & công nghệ năm 2008

Sắp xếp chuỗi Bonanza    

Những công nghệ sắp xếp genee đã trở nên rẻ và nhanh hơn nhiều so với các phương pháp được sử dụng để giải mã gene người. Năm nay, sử dụng công nghệ “sắp xếp tổng hợp” từ 454 trình tự, các nhà khoa học đã tạo ra những bộ gene ti thể của những con gấu sống trong hang động đã tuyệt chủng và của một người Neandertal cũng như 70% bộ gene của loài voi mamút lông rậm. Bản thảo sơ bộ về bộ gene đầy đủ của người Neandertal đang tiếp tục được hoàn thiện. Một công nghệ mới khác được phát triển bởi Solexa (nay trở thành một phần của Illumina) lần đầu tiên xuất hiện trong các tài liệu khoa học với sự mô tả bộ gene đầu tiên của một người châu Á, một người châu Phi và một bệnh nhân ung thư. Sự kiện này sẽ mang cho chúng ta một ánh sáng mới để hiểu biết việc di cư đầu tiên của con người đồng thời làm nền tảng cho việc điều trị những khối u ác tính.

Công nghệ của Illumina sắp xếp DNA trong những phản ứng song song trên các bản thủy tinh. Công ty Pacific Biosciences đã sắp xếp những phân tử DNA riêng lẻ để mang lại một cái nhìn thoáng qua về sự sắp xếp nhanh hơn. Và mục tiêu mà các nhà nghiên cứu đang hướng tới là làm cho nó trở nên chính xác hơn. Và giá thành cũng tiếp tục giảm. Thậm chí một công ty đã tuyên bố rằng sẽ có những bộ genee với giá 5000 USD.

Tái lập trình tế bào

Bằng việc đưa các genee có thể làm quay ngược sự phát triển của tế bào, các nhà khoa học giờ đây đã bước thêm một bước gần hơn để thấu hiểu hơn bệnh tật và cách thức mà một tế bào quyết định định mệnh của chính nó.Năm vừa rồi, giới nhà khoa học đã lập nên “chiến công” khi họ lấy các tế bào da từ những bệnh nhân và tái lập trình chúng vào trong những tế bào gốc. Những tế bào biến đổi này trưởng thành và phân chia trong phòng thí nghiệm. Điều này đã mang lại cho các nhà nghiên cứu những công cụ mới giúp nghiên cứu các quá trình của tế bào liên quan đến bệnh tật của con người. Thành tựu này cũng được xem là bước tiến quan trọng trên chặng đường dài tìm kiếm các phương pháp điều trị bệnh với chính những tế bào của bệnh nhân.

Đột phá khoa học này đã giúp xóa tan những tai tiếng xảy ra 3 năm trước khi các nhà khoa học Hàn Quốc gian lận khẳng định rằng, họ đã dùng sự thay thế nhân tế bào người - kỹ thuật đã được dùng cho việc sinh sản vô tính cừu Dolly - để tạo ra tế bào gốc từ các bệnh nhân mắc bệnh tiểu đường loại 1, chấn thương dây thần kinh cột sống.

Ghi nhận các hành tinh ngoài Hệ Mặt trời 

Các gene ung thư

Nhờ những sắp xếp rẻ hơn, các nhà nghiên cứu có thể quan sát một cách hệ thống sự thay đổi rất nhiều genee trong các tế bào ung thư mà các phương pháp trước trước đây không thực hiện được. Bởi vậy, những kết quả đầu tiên của các dự án về gene ung thư bắt đầu cách đây hai năm đã được công bố trong năm 2008.

Bằng việc sắp xếp hàng trăm, thậm chí hàng nghìn genee, các nhà khoa học đã xác định hàng chục sự biến đổi, trong đó có những biến đổi hoàn toàn mới. Chẳng hạn như một genee ung thư có tên IDH1 xuất hiện trong những khối u thần kinh đệm. Một nghiên cứu thần kinh đệm riêng biệt đã tiết lộ nguyên nhân tại sao các khối u của một số bệnh nhân phát triển ngừa thuốc. Những nghiên cứu khác cũng đã sàng lọc những DNA bất thường trong những khối u ung thư tuyến ở phổi và ung thư bạch cầu dạng tủy ác tính.Việc mở rộng danh sách các genee gây ung thư sẽ mang lại những hy vọng mới trong chẩn đoán và phát triển các loại thuốc điều trị căn bệnh quái ác này.

Siêu dẫn nhiệt độ cao   

Vào tháng hai, nhóm các nhà khoa học Nhật Bản công bố vật liệu đầu tiên LaFeAsO _(1-x)F _xsiêu dẫn ở nhiệt độ 26K. Trong 3 tháng, bốn nhóm nghiên cứu Trung Quốc đã thay La (lanthanum) bằng những nguyên tố khác như praseodymium và samarium, tạo nên chất siêu dẫn ở nhiệt độ 55 K. Và đến giờ các nhà khoa học đã phát triển thành công vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ lên đến 56K.

Mỡ nâu    

Năm 2008, các nhà khoa học đã khám phá ra gốc rễ bí mật của mỡ nâu. Các nhà khoa học đã giả thiết rằng cả hai loại mỡ đều phát triển từ cùng một loại tế bào tiền thân. Tiếp sau đó, nhóm các nhà khoa học, dẫn đầu là các nhà khoa học Mỹ, đã tái tạo thành công mỡ nâu thành các cơ và ngược lại. Họ đã hiểu rằng genee PRDM16sinh ra nhánh của mỡ nâu. Bởi vậy khi loại đi các tế bào tiền mỡ nâu, các nhà khoa học hy vọng sẽ thu được mỡ trắng.Bằng việc sử dụng kỹ thuật gọi là “lần theo dòng dõi” các nhà nghiên cứu đã xác định được thế hệ hậu duệ của họ genee cơ ở chuột. Họ đã thu được các tế bào mỡ nâu và cơ mà không phải là mỡ trắng. Khám phá này đánh dấu một buớc tiến mới trong việc điều trị béo phì.

Khối lượng proton được tiên đoán   

Hình dung một cách đơn giản, các proton cấu tạo bởi ba hạt quark gắn kết bởi các hạt truyền tương tác gọi là gluon. Do tính bất định của cơ học lượng tử, các cặp hạt quark-phản quark và vô số các gluon sinh ra và hủy nhau điên cuồng trong tích tắc bên trong proton. Điều này khiến các nhà khoa học gần như không có khả năng phân tích. Nhưng chính chúng lại tạo nên 95% khối lượng của hạt.

Các nhà vật lý lý thuyết Pháp, Đức và Hungary đã sử dụng cách tiếp cận gọi là “sắc động học lượng tử mắt lưới”. Theo đó, họ đã mô hình hóa không gian và thời gian liên tục như là một dãy điểm bốn chiều – mắt lưới, giam giữ các hạt quark vào từng điểm rồi cho các gluon liên kết giữa chúng. Sử dụng các siêu máy tính, họ đã tính được khối lượng của proton và các hạt cơ bản khác, đạt độ chính xác cao nhất từ trước tới nay.

Đốt cháy…nước   

Nhưng mọi việc đã thay đổi khi các nhà khoa học Mỹ phát triển một loại chất xúc tác mới. Chất xúc tác này thực chất là hỗn hợp cobalt và phosphorrus. Với loại tạp chất này các nhà khoa học sẽ dùng điện để tách nước thành oxygene và hydrogene. Hydrogene có thể dùng để đốt cháy và chế tạo pin nhiên liệu bằng việc tổng hợp chính hydrrogene và oxygene để sản sinh điện năng.

Nhiều thập kỷ trước, các nhà khoa học đã nhận thấy những kim loại quý như platium có khả năng sử dụng để “tách” nước. Nhưng kim loại này rất hiếm và đắt đỏ không thích hợp sử dụng ở quy mô lớn. Nhưng cobalt lại là kim loại rẻ và rất phổ biến. Chính bởi vậy, việc phát triển loại chất xúc tác này sẽ hứa hẹn tạo ra một nguồn năng lượng sạch khổng lồ bằng việc “đốt cháy” nước.

Những thước phim về phôi   

Các nhà nghiên cứu Đức đã hoàn thành đoạn phim thông qua một loại kính hiển vi mới tự thiết kế. Sử dụng những chùm laser quét qua những mẫu vật sống, chụp thành các bức ảnh trong thời gian thực; tránh được việc tẩy xóa và tác động nguy hại của ánh sáng vốn thường giới hạn độ dài của các đoạn phim trong vài giờ đồng hồ. Sau đó, họ tiếp tục sử dụng những công cụ tính toán siêu mạnh để phân tích và tái hiện những chuyển động ghi nhận được. Bằng việc chạy ngược đoạn phim, các nhà khoa học đã truy tìm ra nguồn gốc của các tế bào đã tạo ra các mô đặc biệt như võng mạc. Một đoạn phim về một biến thể phổ biến của loài cá đã lần đầu tiên hé lộ một cách chính xác những sai sót trong quá trình phát triển của phôi.

Quan sát các protein làm việc   

Các nhà khoa học đã có một cuộc tranh cãi dài về cách mà những protein gắn với các mục tiêu của chúng. Hầu hết cho rằng, hình dạng của một phân tử mục tiêu làm cho một protein biến đổi thành hình dạng tương thích. Nhưng cũng có khả năng, các protein trong dung dịch biến đổi qua những cấu hình hơi khác biệt cho đến khi tìm được mục tiêu. Các nhà sinh học tính toán Đức và Mỹ đã mạnh dạn củng cố cho những ý tưởng mới lạ này khi họ phân tích một lượng lớn số liệu thực nghiệm mở rộng, và chỉ ra cách mà một protein “nhảy múa” giữa hàng chục cấu hình. Trong một sự ngạc nhiên khác, nhóm các nhà khoa học Mỹ đã “theo dõi” những protein riêng lẻ và tìm thấy rằng, một phân tử ngẫu nhiên đơn lẻ có thể quay một tế bào vi khuẩn từ trạng thái chuyển hóa này sang một trạng thái chuyển hóa khác.

Ở một thang lớn hơn, các nhà nghiên cứu protein học ở Đức đã quan sát đồng thời số lượng lớn 6000 protein trong những tế bào nấm men, và xác định được cách mà những protein riêng lẻ khác biệt với hai nhóm tế bào khác nhau. Công nghệ này có thể giúp họ có được những hiểu biết sâu sắc hơn về bệnh tật. Cuối cùng, các nhà protein học Thụy Điển đã tiết lộ những mô khác nhau trong cơ thể có xu hướng mang những đặc trưng duy nhất không phải bằng cách kiểm soát các protein được biểu hiện mà bằng cách kiểm soát lượng mỗi phôi được tạo thành.