Gương mặt 3 GS đoạt giải Nobel Hóa học 2008

Những giáo sư của ba trường đại học danh tiếng nước Mỹ này được trao giải thưởng Nobel Hóa để tôn vinh những khám phá và phát triển của họ về Protein phát huỳnh quang xanh lục (Green Fluorescent Protein - GFP). Nhờ những công trình nghiên cứu của các nhà khoa học trên, GFP đã trở thành một công cụ quan trọng đầy tiềm năng trong nghiên cứu y - sinh học cùng nhiều ứng dụng khác.

Người con của đất nước Mặt trời mọc

Giáo sư Osamu Shimomura sinh năm 1928 ở Tokyo. Sau đó, ông cùng gia đình chuyển đến Isahaya, một thị trấn vùng ven thành phố Nagasaki. Tại đây, năm 1945, cậu bé Shimomura đã chứng kiến vụ ném bom nguyên tử của Mỹ xuống thành phố này. Ánh sáng bom nguyên tử làm mù mắt Shimomura trong suốt 1 tuần lễ. "Vụ ném bom làm cho tôi thay đổi quan niệm về cuộc sống", Giáo sư Shimomura kể. Vì vậy, việc học của Shimomura trở nên khó khăn hơn rất nhiều.

Theo lời Shimomura, hóa học không phải là sự chọn lựa đầu tiên của ông. "Hồi đó, tôi muốn học ngành thiết kế máy bay và tàu thủy. Nhưng thanh niên như chúng tôi lúc bấy giờ không được tự do chọn nghề", Giáo sư cho biết.

Cố gắng vượt khó, sau khi tốt nghiệp khoa dược Trường Đại học Y khoa Nagasaki, ông nộp đơn xin việc ở một công ty dược phẩm lớn nhất nước Nhật lúc bấy giờ với hy vọng tiếp tục niềm đam mê lớn nhất của mình là nghiên cứu hóa học. Nhưng người phỏng vấn đã từ chối vì cho rằng ông không thích hợp. Vậy là ông tự học hóa hữu cơ khi làm trợ lý nghiên cứu cho Giáo sư Yoshimasa Hirata ở Trường Đại học Nagoya.

Một cột mốc quan trọng làm thay đổi đời ông là thách thức của Giáo sư Hirata khi giao cho ông nhiệm vụ tìm hiểu tính phát quang tự nhiên của loài đom đóm biển umi-hotaru. Đây là một nhiệm vụ hầu như bất khả thi lúc bấy giờ. Nhờ không đi theo lối mòn mà Shimomura đã tìm được câu trả lời: Đó là một loại phân tử phát sáng có tên luciferin.

Từ lâu, các nhà khoa học thế giới đã đau đầu với câu hỏi về hiện tượng có nhiều loại sinh vật có thể phát sáng tự nhiên như đom đóm (firefly), sứa biển (jellyfish), cá mực (squid),... mà không tỏa ra nhiệt độ cao (phát quang lạnh - luminescence). Năm 1960, khi khám phá của nhà khoa học trẻ Osamu Shimomura vừa được công bố, Giáo sư người Mỹ Frank Johnson đã mời ông về Trường Đại học Princeton làm việc tại khoa Sinh vật học. Trước khi đi, Shimomura được Trường Đại học Nagoya trao bằng Tiến sĩ danh dự về hóa học hữu cơ. Tại Mỹ, ông tiếp tục nghiên cứu con sứa biển aequorea victoria có khả năng phát ra ánh sáng màu xanh lục tại bờ biển miền Tây Bắc Mỹ để tìm ra nhóm chất hóa học nào nằm trong sứa biển đã có khả năng hấp thu ánh sáng và sau đó phát quang.

Năm 1962, Giáo sư Shimomura đã cô lập được nhóm chất hoá học tạo huỳnh quang trong sứa biển. Đó là một protein được đặt tên là aequorin, tỏa màu xanh lá cây nhạt dưới ánh sáng mặt trời, chuyển thành màu vàng dưới ánh sáng đèn điện, và tạo huỳnh quang xanh lục khi được chiếu bởi tia tử ngoại (UV). Từ đây, cái tên GFP ra đời. Đến thập niên 70 thế kỷ trước, Giáo sư Shimomura lại khám phá ra trong GFP một nhóm hóa chất đặc biệt có khả năng hấp thu tia tử ngoại rồi phát huỳnh quang xanh lục. Giáo sư Osamu Shimomura tiếp tục nghiên cứu về GFP cho đến năm 1979. Rời khỏi Trường Đại học Princeton, ông về Phòng Thí nghiệm Sinh vật học biển (MBL) làm việc đến năm 2001. Sau khi nghỉ hưu, ông được vinh danh là nhà khoa học cấp cao danh dự của MBL, Giáo sư danh dự trường đại học Boston và Massachusetts.

Khám phá của Giáo sư Shimomura vô cùng quan trọng, vì GFP là một protein. Phần lớn bệnh tật của con người đều phát sinh từ sự phát triển bất bình thường của các protein hay tế bào trong những cơ quan liên hệ. Đây là nền tảng cho những công trình khoa học sau này của Giáo sư Martin Chalfie (Trường Đại học Columbia) và Giáo sư Roger Tsien (Trường Đại học California).

Các nhà khoa học có thể tạo ra những GFP và gắn vào những protein gây bệnh để theo dõi hoạt động của chúng nhờ tính phát quang của GFP nhằm tìm ra cơ chế phát triển lệch lạc của protein và tìm cách chữa trị. Nhóm của ông Martin Chalfie đã thành công trong việc này.

Giáo sư xuất sắc của Đại học Columbia

Nhà khoa học thứ 2 được đồng nhận giải Nobel Hóa học 2008 với Giáo sư Shimomura là nhà hóa học Martin Chalfie, sinh năm 1947, đang công tác tại trường Đại học Columbia ở New York.

Vào thập niên 80 thế kỷ trước, Giáo sư Chalfie nghiên cứu sự phát triển, chức năng của các protein trong động vật, nhưng gặp nhiều trở ngại vì đối với những con vật không trong suốt thì hầu như con người không thể theo dõi được. Vừa may, trong một buổi hội thảo, ông được nghe thuyết trình về GFP. Giáo sư Martin Chalfie nảy ra một ý tưởng đầy sáng tạo: ghép gene GFP vào protein cần nghiên cứu để đánh dấu và quan sát chúng. Lúc này kỹ thuật về di truyền đã phát triển nên ông quyết định tìm hiểu xem nhóm ADN (gene) nào trong tế bào của loài sứa đã điều khiển sự sản xuất ra GFP để gắn gene đó vào một DNA khác đang điều khiển sự sản xuất loại protein muốn theo dõi. GFP sẽ được tạo ra bên cạnh những protein này và phát quang để nhà khoa học theo dõi.

Năm 1992, Giáo sư Martin Chalfie công bố thành công gắn đoạn mã hoá của GFP vào tế bào khác loài (heterologous), như vi khuẩn Escherichia coli (gây tiêu chảy) và Caenorhabditis elegans (giun tròn) biến chúng thành những cơ thể phát quang màu lục.

Ngôi sao dẫn đường mang tên Roger Y. Tsien

Người trẻ nhất trong 3 nhà khoa học giành được giải Nobel Hóa học năm nay là nhà khoa học Roger Y. Tsien. Giáo sư Tsien sinh năm 1952, và đang làm việc tại trường Đại học California.

Năm 1995, Giáo sư Tsien đã thực hiện thành công một phương pháp biến tính quan trọng để nâng cao được đặc trưng quang phổ của GFP, không những phát sáng được cả các màu lục lạm, xanh da trời và vàng, mà còn làm tăng cường độ và thời gian phát quang hơn hàng chục lần. Từ đó nhóm nghiên cứu của Giáo sư Roger Tsien tiếp tục tạo được nhiều protein mới, có thể phát quang thêm nhiều màu sắc nữa. Trong đó, quan trọng nhất là những màu cơ bản: đỏ, vàng, xanh lá cây nhạt và xanh da trời. Sự kết hợp của những màu cơ bản này có thể tạo ra vô số màu sắc khác nhau, tương tự như trong kỹ thuật được sử dung cho màn hình truyền hình màu.

Cùng với hướng nghiên cứu trên, các nhà khoa học còn biến tính hoặc gây đột biến GFP để thu được những GFP có màu khác nữa. Tại nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới, các nhà khoa học đã tạo ra được các loại cây toả sáng sặc sỡ, lung linh như trong chuyện cổ tích, những con vật như chuột, thỏ, lợn "thần thoại"… phát ra ánh sáng khi đặt chúng vào trong bóng tối.

Thế nhưng quan trọng nhất vẫn là việc các nhà khoa học ứng dụng tính phát quang của GFP - dùng như một chất đánh dấu rất đặc trưng - để nghiên cứu những quá trình xảy ra ở bên trong tế bào, các quá trình phức tạp dưới mức phân tử (submolecular), mà trước đây không nhìn thấy được nên không có cách nào để theo dõi. Bằng cách đưa GFP vào protein, dựa trên sự quan sát ánh sáng do chúng phát ra, các nhà nghiên cứu có thể hiểu được chức năng và sự chuyển hoá của từng loại protein trong cơ thể, phục vụ cho những hiểu biết cơ bản về con người (cũng như các động thực vật khác).

Thành tựu tạo ra được các protein huỳnh quang nhiều màu đã giúp các nhà khoa học quan sát được nhiều quá trình sinh học đang diễn ra tại một thời điểm, xác định vai trò của những protein đồng thời ở một cơ thể, vừa hiểu được tương tác giữa chúng, vừa rút ngắn thời gian nghiên cứu được nhiều lần.

GFP đã góp phần quan trọng thúc đẩy những tiến bộ trong nghiên cứu tế bào gốc, nhân bản vô tính, ghép nội tạng, nghiên cứu hệ thần kinh v.v... Cùng với thời gian, những khám phá về GFP của ba nhà khoa học này sẽ tiếp tục là công cụ quan trọng giúp cho các nhà khoa học trên thế giới ngày càng đạt được nhiều thành công mới trong thực tiễn nghiên cứu sinh học và điều trị, phòng chống những căn bệnh nguy hiểm.

Theo Hội đồng xét giải Nobel, các protein phát quang "trong suốt thập kỷ vừa qua có chức năng như một ngôi sao dẫn đường cho các nhà sinh học, sinh hoá học, nhà nghiên cứu y học và những nhà khoa học khác nữa". Và đó chính là lý do đưa ba nhà khoa học Osamu Shimomura, Martin Chalfie, và Roger Y.Tsien bước đến bục vinh quang năm 2008 với giải thưởng Nobel Hóa học trị giá 1,3 triệu USD.

Vũ Anh Tuấn
Theo nobel.org và báo chí nước ngoài