03/10/2017 17:09 –

Giải Nobel Y học (2017) được trao cho ba nhà khoa học người Mỹ: Jeffrey Hall và Michael Rosbash – Đại học Brandeis (Waltham, Massachusetts) và Michael Young – Đại học Rockefeller (New York) cho những nghiên cứu phát hiện ra cơ chế phân tử điều khiển nhịp sinh học (circadian rhythms) của các sinh vật theo chu kỳ ngày đêm của trái đất.


Các nhà khoa học nhận giải Nobel y học (từ trái qua phải): Michael Young, Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash. Ảnh: Science

Họ khám phá ra cơ chế kết hợp hoạt động của các gene kiểm soát đồng hồ sinh học, mã hóa các protein tích lũy vào ban đêm và phân hủy vào ban ngày. Những năm gần đây, các nhà khoa học đã chứng minh được rằng đồng hồ sinh học – hiện diện ở thực vật, nấm, động vật nguyên sinh, động vật cao cấp và người – đóng vai trò quan trọng, không chỉ đối với giấc ngủ có chu kỳ mà còn với quá trình trao đổi chất và các chức năng của não bộ.

“Hoạt động điều hòa của đồng hồ sinh học cũng quan trọng và căn bản giống như sự hô hấp vậy”, Charalambos Kyriacou, nhà di truyền học phân tử tới từ Đại học Leicester (Anh) phát biểu. Chính bởi vì nó quá căn bản nên ngay cả những người nhận giải cũng cảm thấy bất ngờ.

Từ thế kỷ 18, người ta đã phỏng đoán về sự hiện diện của đồng hồ sinh học. Năm 1729, nhà thiên văn học Pháp Jean Jacques d’Ortous de Mairan đã làm thí nghiệm cho thấy, lá của cây Mimosa sẽ mở rộng khi bình minh và cụp vào lúc hoàng hôn, chu kì này được tiếp tục duy trì sau đó ngay cả khi cây được đặt trong bóng tối. Tuy nhiên, mãi tới thế kỷ 20, ý niệm về đồng hồ sinh học ở bên trong cơ thể – trái ngược với quan điểm tin vào ảnh hưởng của những nhân tố bên ngoài, như ánh sáng mới được làm sáng tỏ.

Cơ sở di truyền của một chu trình sinh lý thường nhật lần đầu tiên được phát hiện trên loài ruồi giấm vào những năm 1970. Hai nhà khoa học Seymour Benzer và Ronald Konopka của Viện Công nghệ California – Caltech (Pasadena) đã tạo ra những con ruồi đột biến có đồng hồ sinh học bất thường. Một dạng đột biến khiến đồng hồ sinh học bị hỏng – nhịp sinh học bị rối loạn – trong khi những dạng khác có chu kỳ hoạt động lên tới 19 hay 20 giờ. Benzer và Konopka chỉ ra rằng những đột biến này có lẽ đã gây ảnh hưởng lên cùng một loại gene, tuy nhiên theo những cách khác nhau. Họ và các nhà khoa học khác hướng đến một gene tạm đặt tên là period.

Năm 1984, Hall và Rosbash cuối cùng cũng giải mã được gene này, tiếp đó là Young. Hall và Rosbash phát hiện hàm lượng protein của gene này – gọi là PER – tăng lên và giảm xuống theo chu kỳ 24 giờ, đỉnh điểm là vào ban đêm. Điều này khiến họ nghi ngờ rằng đồng hồ sinh học được điều khiển bởi một vòng lặp tín hiệu phản hồi (feedback loop), với sự can thiệp của protein PER vào hoạt động của gene period. “Điều này khiến bạn vò đầu bứt tóc tự hỏi liệu đó có phải là sự thực”, Young chia sẻ kết quả này trên Science năm 1985 [1].

Để đồng hồ sinh học hoạt động, PER phải thâm nhập vào trong nhân. Young đã khám phá được điều này diễn ra như thế nào. Năm 1994, ông và đồng nghiệp đã phát hiện một gene thứ hai cũng tác động lên đồng hồ sinh học, gọi là timeless, gene này cho phép PER đi vào trong nhân để ngăn sự tổng hợp thêm các copy của gene period. Nghiên cứu này sau đó cũng được xuất bản trên Science [2].

Các nhà khoa học khác sau đó cũng tìm thấy nhiều gene khác có ảnh hưởng lên chu kỳ sinh học. Chẳng hạn, năm 1997, nhóm nghiên cứu của Joseph Takahashi – hiện công tác tại Đại học Texas ở Southwestern (Dallas) phát hiện ra cả gene period và timeless đều được kích hoạt “bật” bởi chính đồng hồ sinh học. Trong vòng một năm, nhóm này cũng phát hiện ra vai trò then chốt khác của vòng lặp tín hiệu phản hồi: khi PER và TIM (protein can thiệp vào hoạt động của gene timeless) đi sâu vào trong nhân, chúng cũng cản trở hoạt động của đồng hồ sinh học.

Gene ảnh hưởng tới hoạt động của đồng hồ sinh học cũng ảnh hưởng mạnh mẽ lên hoạt động của hầu hết các gene khác, bằng cách này hay cách khác. Cơ chế duy trì nhịp sinh học cũng ảnh hưởng lên quá trình trao đổi chất – cách cơ thể sử dụng và tích trữ năng lượng – huyết áp, nhiệt độ cơ thể, sự viêm nhiễm hay hoạt động của não bộ. Chu kỳ ngày cũng gây ảnh hưởng tới hiệu quả sử dụng thuốc và những tác dụng phụ của thuốc. Sự không ăn khớp của đồng hồ sinh học với môi trường, như lệch múi giờ khi đi máy bay hay thay đổi ca trực, đã được chứng minh có liên quan đến những rối loạn tâm lý, thậm chí cả nguy cơ ung thư.

“Từ lúc các phát hiện khoa học đang còn trong giai đoạn phôi thai, những nghiên cứu về đồng hồ sinh học, của ba nhà khoa học được vinh danh, đã phát triển trở thành một lĩnh vực nghiên cứu rộng lớn và năng động, liên quan tới sức khỏe cũng như hạnh phúc của tất cả chúng ta” – theo thông cáo báo chí của Hội đồng trao giải Nobel 2017.

Được biết, số tiền thưởng cho giải Nobel năm nay sẽ là 9 triệu Kronor Thụy Điển (tương đương 1.1 triệu USD), tăng 12.5% so với 2016.

Thế Hải dịch

TS. Dương Quốc Chính (Trưởng khoa Di truyền và sinh học phân tử, Viện Huyết học truyền máu Trung ương) hiệu đính

Nguồn: http://www.sciencemag.org/news/2017/10/timing-everything-us-trio-earns-nobel-work-bodys-biological-clock

———–

Chú thích:

[1] Gina Kotala (1985), Genes and Biological Clocks, Studies of genetic mutations in fruit flies reveal that a single gene may control circadian rhythms, Science 230 (4730), 1151-1152. DOI: 10.1126/science.230.4730.1151. Link: https://www.dropbox.com/s/s5eyztzzfbxpyxf/Genes%20and%20Biological%20Clocks.pdf?dl=0

[2] LB Vosshall et al. (1994), Block in nuclear localization of period protein by a second clock mutation, timeless. Science 18 Mar 1994: Vol. 263, Issue 5153, pp. 1606-1609; DOI: 10.1126/science.8128247. Link: http://science.sciencemag.org/content/263/5153/1606.long

_______________________________________

Quan sát sóng hấp dẫn, giải Nobel Vật Lý 2017

media
Phương tiện quan sát Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO.Courtesy of SXS Project/California Institute of Technology/Hando
Theo Ủy Ban Nobel, ba nhà vật lý thiên văn Mỹ, Rainer Weiss, Barry Barish và Kip Thorne, được trao giải hôm nay, 03/10/2017, vì « các đóng góp quyết định » trong việc chế tạo ra phương tiện quan sát sóng hấp dẫn và đã ghi nhận được sự tồn tại của sóng này, điều mà nhà bác học Albert Einstein từng tiên đoán trong lý thuyết tương đối tổng quát nổi tiếng của ông.
Thành viên Ủy Ban Nobel Olga Botner cho biết sự tồn tại của loại sóng này đã được biết đến từ lâu, nhưng đây là lần đầu tiên sóng hấp dẫn được « quan sát trực tiếp ».
Một thế kỷ sau tiên đoán của Einstein, các nhà vật lý Mỹ đã có một bước tiến được đánh giá là khổng lồ đối với ngành khoa học vật lý thiên văn, mở ra một cánh cửa mới cho các nghiên cứu về vũ trụ. Tổng thư ký Viện Hàn Lâm Khoa Học Thụy Điển Goran Hansson ca ngợi phát hiện nói trên « làm đảo lộn thế giới ».
Các nhà khoa học Mỹ đã chế tạo ra phương tiện quan sát mang tên LIGO (chữ viết tắt của Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), bao gồm hai máy có cấu tạo hoàn toàn giống nhau, một được đặt tại tiểu bang Lousiana và một tại tiểu bang Washington. Các sóng hấp dẫn lần đầu tiên được quan sát vào tháng 9/2015. Thông báo được đưa ra ngày 11/02/2016.
Vào tháng 9/2017, một phương tiện quan sát khác của châu Âu, mang tên VIGRO cũng đã ghi nhận được sự tồn tại của loại sóng nói trên.
Giải thưởng Nobel Vật Lý trị giá 9 triệu couronne Thụy Sĩ, tương đương gần 1 triệu euro.
Share.