Trường Đại học Hà Tĩnh - HaTinh University

Giải Nobel Hóa học 2015 và hướng tiếp cận mới cho cuộc chiến chống ung thư

Theo thông cáo ngày 7.10. 2015 của Ủy ban Nobel, kết quả nghiên cứu của các giáo sư Lindahl (77 tuổi, người Thụy Điển), Modrich (69 tuổi, Mỹ) và Sancar (69 tuổi, Thổ Nhĩ Kỳ - Mỹ) đã tạo nên “nền tảng kiến thức cơ bản để hiểu được hoạt động của các tế bào” qua việc sửa chữa, loại bỏ các sai sót ở ADN nhằm bảo tồn thông tin di truyền.

Những sai sót này sẽ tạo nên đột biến, chính là mầm mống của các tế bào ung thư, nên việc hiểu rõ cách khống chế chúng sẽ mang lại những ứng dụng to lớn trong nhiều lĩnh vực của y học. Công trình nghiên cứu của các nhà khoa học đoạt giải Nobel Hóa học năm 2015  đã giúp định hình “hộp dụng cụ sửa chữa” của tế bào để “xử lý” các ADN bị lỗi.

AND: Cơ sở vật chất của thông tin di truyền

Cơ thể con người được tạo thành từ hàng tỷ tế bào, mỗi tế bào là một có cấu trúc hết sức phức tạp. Mọi thông tin di truyền đều nằm trong nhân tế bào, đó là các AND. Một trong những chức năng quan trọng của ADN là lưu trữ các bản thiết kế về cấu trúc của toàn bộ các loại protein trong cơ thể.

Cơ chế sản xuất ra một protein rất phức tạp. Sau khi một đoạn thang xoắn của ADN được duỗi thẳng ra, một ARN thông tin (ARN messenger – một đoạn thang đơn đặc biệt) sẽ đến tiếp hợp để với đoạn vừa duỗi ra này. ARN sẽ copy “bản thiết kế” rồi đi ra khỏi nhân tế bào và tới các nhà máy sản xuất protein – đó là các riboxom nằm tại “vùng ngoại ô” của tế bào. Như vậy ADN là “bản thiết kế gốc” và được lưu trữ trong mỗi tế bào chuyên biệt. Chính vì tầm quan trọng này mà cơ thể đã phải có riêng một chương trình để kiểm soát và sửa chữa kịp thời các sai sót trong quá trình nhân bản và hoạt động của bản thiết kế gốc đó. Bệnh ung thư sinh ra một phần do các lỗi phát sinh trong quá trình nhân bản và hoạt động của ADN. Ngoài ra ADN còn vô số chức năng khác mà chúng ta chưa thể biết hết được.

Bản thân cơ chế hoạt động của ADN trong nhân tế bào thì hiện là một “bí mật” mà khoa học chưa giải mã được. Mà cơ thể chúng ta có tới hàng tỷ tế bào chuyên biệt khác nhau. Hoạt động phối hợp giữa chúng như thế nào cũng đang là một thách thức vô cùng to lớn đối với khoa học. Còn cái kỳ diệu hơn đó là “ý thức”, “tư tưởng”, “trí tuệ”… của con người – thứ đã sản sinh ra nền văn minh của chúng ta bao gồm các khoa học, các ngành nghệ thuật, các nền văn hóa, tình yêu…được hình thành như thế nào?

Ý tưởng khoa học

ADN là một trong những “vật liệu di truyền” cơ bản nhất của mọi sinh vật. Sau khi cấu trúc của phân tử này được 2 nhà khoa học James Watson và Francis Crick tìm ra vào thập niên 1950. Đến đầu những năm 1970, các nhà khoa học tin rằng, ADN là một phân tử vô cùng ổn định, các sai sót dẫn đến đột biến - vốn là điều kiện của tiến hóa - vẫn xảy ra nhưng được hạn chế ở mức “vừa đủ”.Khác với các đồng nghiệp, nhà Hóa học Lindahl vẫn luôn hoài nghi về tính bền vững của ADN.

Ông đã chứng minh rằng, ADN phân rã ở một tốc độ nào đó chắc chắn đã tạo điều kiện cho sự phát triển của sự sống trên Trái đất. Quan điểm thấu đáo này đã dẫn ông tới khám phá về một cơ chế sửa chữa đứt đoạn gốc ở cấp độ phân tử, liên tục chống lại sự sụp đổ của ADN của chúng ta.

Kết quả nghiên cứu

Qua nhiều nghiên cứu về ARN - cũng là phân tử mang thông tin di truyền - rồi đem đối chiếu lại với ADN, nhà khoa học người Thụy Điển Lindahl rút ra kết luận: Trên thực tế, ADN rất dễ bị thương tổn, đặc biệt khi phải đối phó với hàng loạt tác động của môi trường (tia cực tím, hóa chất…) có thể dẫn đến hàng ngàn đột biến mỗi ngày. Điều này có nghĩa là tế bào càng phân chia, ADN sẽ càng biến đổi và không có thông tin di truyền nào nguyên gốc được giữ lại. Mọi sinh vật sẽ không thể sinh sôi để duy trì sự hiện diện trên trái đất.

Như vậy, để giải thích sự sống tồn tại hàng triệu năm qua ở hành tinh Xanh, Giáo sư Lindahl đưa ra giả thuyết: Tế bào có một cơ chế cực kỳ hiệu quả để “canh chừng” và sửa chữa ngay khi ADN bị lỗi. Giả thuyết này được ông chứng minh sau đó khi phát hiện ra các enzyme (chất xúc tác sinh học) chuyên cắt những nucleotide (đơn vị cấu trúc của ADN) bị lỗi. Phát hiện của vị giáo sư hiện làm việc ở Viện Francis Crick (Anh) đã mở ra một lĩnh vực nghiên cứu vô cùng quan trọng của ngành sinh học phân tử và tế bào.

Nhà nghiên cứu Aziz Sancar (Thổ Nhĩ Kỳ-Mỹ) cũng đã lập sơ đồ về sự sửa chữa đứt đoạn nucleotide, cơ chế mà các tế bào đang sử dụng để sữa chữa tổn hại do tia cực tím gây ra với ADN. Những người sinh ra đã bị khiếm khuyết trong hệ thống sửa chữa này sẽ phát triển bệnh ung thư da nếu họ tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Các tế bào cũng đang tận dụng việc sửa chữa đứt đoạn nucleotide để khắc phục các khiếm khuyết bắt nguồn từ các chất gây đột biến. Ông nhận thấy khi thí nghiệm với vi khuẩn, thay vì chết sau khi bị chiếu tia cực tím, chúng sẽ sống sót nếu được “cấp cứu” bằng tia sáng xanh. Từ đó, ông Sancar tìm ra loại enzyme photolyase khi được kích hoạt bởi ánh sáng xanh sẽ cắt bỏ những vùng bị tổn hại bởi tia cực tím.

Trong khi đó, Nhà khoa học người Mỹ Paul Modrich đã phát hiện cách tế bào sửa chữa lỗi xảy ra khi ADN được sao chép trong quá trình phân bào. Ông quan tâm đến những đột biến xảy ra ở tế bào vi khuẩn trong quá trình sao chép các phân tử ADN: các đơn vị cấu trúc (nucleotide) rất dễ gắn kết nhầm chỗ, làm thay đổi hoàn toàn mã di truyền và gây đột biến. Vị giáo sư của Viện Y khoa Howard Hughes này phát hiện một nhóm enzyme có khả năng nhận biết các đặc điểm hóa học của các đoạn bị nhầm lẫn để cắt bỏ.

 Cơ chế sửa chữa này đã giảm tần suất lỗi xảy ra trong quá trình tái tạo ADN khoảng 1.000 lần. Chúng ta đã ghi nhận các khuyết tật bẩm sinh do trục trặc về cơ chế sửa chữa ghép đôi đã dẫn đến một biến thể di truyền của bệnh ung thư ruột.

Từ một tế bào này đến một tế bào khác, từ thế hệ này sang thế hệ khác, thông tin di truyền quyết định cách con người định hình như thế nào đã trôi chảy khắp cơ thể chúng ta suốt hàng trăm ngàn năm qua. Nó liên tục đối mặt với các cuộc tấn công từ môi trường, nhưng vẫn còn nguyên vẹn đáng kinh ngạc.

Tomas Lindahl, Paul Modrich và Aziz Sancar được trao giải Nobel Hóa học 2015 vì có công lập bản dồ và lý giải cách tế bào sửa chữa ADN của nó và bảo vệ thông tin di truyền

Hướng tiếp cận mới cho cuộc chiến chống ung thư

Một ứng dụng quan trọng của giải Nobel Hóa học năm 2015 là các nhà khoa học có thể áp dụng một phương pháp khá hiệu quả để tiêu diệt các tế bào ung thư: ngăn chặn cơ chế sửa chữa ADN của chúng, khiến chúng bị đột biến ở mỗi lần sinh sôi.

Sancar đã lập bản đồ một cơ chế sửa chữa gene di truyền khác có tên “Sửa chữa cắt bỏ nucleotide”. Hệ thống này được tế bào sử dụng để sửa các hư hại do tia tử ngoại và các chất tác động khác gây ra. Bên cạnh đó, nhà khoa học Mỹ Modrich có phát hiện cho thấy, tế bào đã tự sửa lỗi di truyền trong quá trình nhân đôi, dựa trên một cơ chế so sánh đặc biệt.

Hiện nay, các nhà nghiên cứu đã xác định được nguyên nhân chủ yếu dẫn đến ung thư ruột kết là do “cơ chế Modrich” bị “trục trặc”. Còn khi cơ chế do ông Sancar phát hiện không hoạt động có thể dẫn đến những bệnh về da như ung thư da.

Theo Viện Hàn lâm khoa học hoàng gia Thụy Điển các phát hiện của ba nhà khoa học trên rất quan trọng trong hoạt động nghiên cứu ung thư. Các tế bào gây ung thư được giữ cho sống sót nhờ cơ chế sửa chữa hư hại về di truyền. Giới khoa học hiện đang tìm cách phá hủy cơ chế sửa chữa này trong tế bào ung thư để giết chúng.  Viện Hàn lâm nêu bật một trong các loại thuốc có khả năng phá hủy cơ chế tự sửa chữa gene di truyền hiện đã xuất hiện trên thị trường. Đó là thuốc olaparib, được dùng để chống ung thư buồng trứng.

Nguồn: Tham khảo các tài liệu trên internet

• Trang trước
• Trang sau