Theo tuyên bố của Hội đồng Nobel, giải Nobel Y sinh năm 2024 vinh danh khám phá về cơ chế điều hòa gene quan trọng trong tế bào. Chủ nhân giải thưởng danh giá là hai nhà khoa học Victor Ambros và Gary Ruvkun cho công trình phát hiện microRNA (RNA siêu nhỏ), cơ chế điều hòa gene mới ở giun tròn C. elegans.
Chuyên gia giải thích, thông tin di truyền từ DNA được phiên mã thành RNA thông tin (mRNA), sau đó được dịch mã để tạo ra protein theo hướng dẫn di truyền.
Từ giữa thế kỷ 20, nhiều khám phá khoa học cơ bản đã giải thích cách thức hoạt động của quá trình này. Theo các nhà khoa học, cơ quan và mô của con người gồm nhiều loại tế bào, tất cả đều có thông tin di truyền giống hệt nhau được lưu trữ trong DNA. Tuy nhiên, các tế bào này biểu hiện các nhóm protein khác nhau.
Câu hỏi đặt ra là sự khác nhau này từ đâu mà có? Câu trả lời nằm ở sự điều hòa của gene, đảm bảo chỉ có nhóm gene chính xác mới hoạt động được trong từng loại tế bào cụ thể. Điều này cho phép tế bào như cơ, ruột và các loại tế bào thần kinh khác nhau thực hiện chức năng chuyên biệt của chúng. Ngoài ra, hoạt động của gene phải được tinh chỉnh liên tục để thích ứng với các điều kiện thay đổi trong cơ thể và môi trường.
Quá trình điều hòa gene gặp trục trặc có thể dẫn đến các bệnh nghiêm trọng như ung thư, tiểu đường hoặc bệnh tự miễn. Do đó, việc tìm hiểu về quy định hoạt động của gene là mục tiêu quan trọng trong nhiều thập kỷ. Đây cũng là lý do đóng góp của Ambros và Ruvkun nhận được giải Nobel danh giá.
Thomas Perlmann, thư ký Hội đồng Nobel và Ủy ban Nobel, công bố Nobel Y sinh cho hai nhà khoa học Victor Ambros và Gary Ruvkun tại Viện Karolinska, Stockholm, Thụy Điển, ngày 7/10. Ảnh: Reuters
Tất cả bắt đầu từ con giun nhỏ
Vào những năm 1960, các nhà khoa học đã chứng minh rằng protein chuyên biệt, được gọi là yếu tố phiên mã, có thể liên kết với các vùng cụ thể trong DNA và kiểm soát dòng thông tin di truyền. Kể từ đó, hàng nghìn yếu tố phiên mã đã được xác định.
Trong một thời gian dài, giới khoa học tin rằng họ đã hiểu hết về nguyên lý điều hòa gene. Tuy nhiên, năm 1993, Ambros và Ruvkun công bố những phát hiện bất ngờ, mô tả 4 cấp độ điều hòa gene mới, có ý nghĩa lớn, được bảo tồn trong suốt quá trình tiến hóa.
Họ bắt đầu công trình của mình vào cuối những năm 1980, khi còn đang là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại phòng thí nghiệm của Robert Horvitz, người từng đoạt giải Nobel năm 2002.
Tại đây, họ đã nghiên cứu loài giun tròn C. elegans dài 1 mm. Dù kích thước nhỏ, C. elegans sở hữu nhiều loại tế bào chuyên biệt như tế bào thần kinh và tế bào cơ, cũng được tìm thấy ở các loài động vật lớn hơn, phức tạp hơn. Vì vậy, con giun nhỏ trở thành mô hình hữu ích để nghiên cứu cách mô phát triển và trưởng thành trong sinh vật đa bào.
Ambros và Ruvkun chú trọng vào các gene kiểm soát thời điểm kích hoạt các chương trình di truyền khác nhau, đảm bảo các loại tế bào khác nhau phát triển đúng thời điểm. Họ nghiên cứu hai chủng giun đột biến, lin-4 và lin-14, với mong muốn xác định các gene bị đột biến và tìm hiểu chức năng của chúng.
Kết thúc chương trình nghiên cứu sau tiến sĩ, Ambros thành công phân tích đột biến của giun lin-4 trong phòng thí nghiệm. Ông lập được bản đồ cho phép nhân bản gene, và bất ngờ phát hiện gene của giun lin-4 tạo ra một phân tử RNA ngắn bất thường, thiếu mã để tạo protein.
Cùng lúc đó, Ruvkun nghiên cứu quy định của gene lin-14. Ông chỉ ra rằng gene của giun lin-4 có thể ức chế việc sản xuất mRNA từ lin-14. Điều này khác với các hiểu biết lúc bấy giờ về việc điều hòa gene. Như vậy, Ruvkun khám phá được nguyên tắc mới về điều hòa gene, qua trung gian của loại RNA chưa từng được biết đến trước đây, microRNA. Kết quả đã này được công bố năm 1993 trên hai bài báo trên tạp chí Cell.
Phát hiện lớn về micronRNA
Ban đầu, nghiên cứu gần như không được cộng đồng khoa học chú ý. Dù kết quả rất thú vị, nhiều người cho rằng cơ chế điều hòa gene bất thường là đặc thù của giun C. elegans, có thể không liên quan đến con người và các loài động vật phức tạp hơn.
Tuy nhiên, quan điểm đó đã thay đổi vào năm 2000, Ruvkun và các cộng sự phát hiện thêm một microRNA khác, hiện diện trong toàn bộ giới động vật, kể cả con người. Báo cáo tạo tiếng vang lớn trong những năm tiếp theo. Kể từ đây, hàng trăm microRNA khác nhau được xác định.
Ngày nay, giới khoa học biết rằng có hơn 1.000 gene cho các microRNA khác nhau ở người và việc điều hòa gene bằng microRNA là phổ biến ở sinh vật đa bào. Cơ chế này là nền tảng khiến các sinh vật tiến hóa ngày càng phức tạp.
Nghiên cứu di truyền cho thấy tế bào và mô không phát triển bình thường nếu không có microRNA. Những bất thường trong microRNA có thể dẫn đến ung thư, mất thính lực bẩm sinh, rối loạn mắt và xương.
Như vậy, khám phá quan trọng của Ambros và Ruvkun ở loài giun nhỏ C. elegans tiết lộ một khía cạnh mới của điều hòa gene, thiết yếu cho tất cả các dạng sống phức tạp.
Thục Linh (Theo Nobel)