Kiến thức

Người hùng thầm lặng đằng sau chuỗi xoắn kép — iDNA

Cấu trúc xoắn kép của ADN
Cấu trúc xoắn kép của ADN. Ảnh: Shutterstock

Trong thế giới thể thao, chúng ta chỉ nhớ đến tên người thắng cuộc. Có lẽ ít người biết đến Pierre Rolland, tay đua xếp thứ 8 tại Tour de France 2012, tuy nhiên ai cũng quen thuộc Bradley Wiggins, nhà vô địch. Lịch sử khoa học thường được miêu tả tương tự như thế, đó là cuộc đua đến đích giữa người thắng và kẻ bại. Và giai thoại về công trình khám phá ra cấu trúc ADN là một minh chứng rõ ràng hơn cả cho điều này.

Trong tác phầm Chuỗi xoắn kép của James Watson xuất bản năm 1968, khoa học được miêu tả như một cuộc đua khốc liệt và không ngừng nghỉ cho đến khi kẻ chiến thắng có tất cả. Theo ghi chép của Watson, ông và người cộng sự Francis Crick tại Đại học Cambridge là những người đầu tiên cán đích, bỏ lại đối thủ phía sau là Rosalind Franklin đến từ Kings College London và Linus Pauling của Học viện kỹ thuật California.

Không gì có thể phủ nhận tầm quan trọng của phát hiện vĩ đại bởi Watson và Crick: mô hình chuỗi xoắn kép của ADN không chỉ có thể trả lời các vấn đề cơ bản của sinh học, như các cá thể di truyền những đặc điểm từ thế hệ này sang thế hệ kế tiếp, mà còn dự báo sự khai sinh của công nghệ di truyền và sự xuất hiện của nhiều loại dược phẩm quan trọng như insulin tái tổ hợp.

Watson và Crick tại phòng lab năm 1950.
Watson và Crick tại phòng lab năm 1950.

Nhưng nó đáng để đặt câu hỏi về sự chính xác của bức tranh miêu tả khoa học như một cuộc đua không ngừng nghỉ với chỉ người thắng và kẻ thua. Và có lẽ quan trọng hơn, phải chăng nó thật sự lý giải phương thức mà ngành khoa học vận hành?

Watson và Crick đã nắm được manh mối then chốt để giải quyết bài toán chuỗi xoắn kép từ một bức ảnh chụp bởi Rosalind Franklin, nhiếp ảnh gia tinh thể học. Được đánh dấu là Ảnh số 51 trong phòng thí nghiệm của Rosalin, bức ảnh cho thấy một cấu trúc gồm nhiều điểm màu đen sắp thành hình dấu gạch chéo, được chụp lại khi tia X bị nhiễu xạ bởi các phần tử quang học của ADN. Watson đã có một ấn tượng vô cùng sâu sắc khi thấy bức ảnh này. Sau này Watson cho biết, hàm của ông cứng đờ và tim đập thình thịch khi nhìn thấy dấu gạch chéo màu đen, bởi vì ông biết rằng cấu trúc này chỉ có thể xuất phát từ một phân tử có hình dạng xoắn.

Bức ảnh 51
Bức ảnh 51, chìa khóa dẫn đến thế giới sinh học phân tử.

Để ghi nhận tầm quan trọng của phát hiện ra cấu trúc xoắn kép của ADN, người ta đã dựng bia bên ngoài King’s College London, nơi Franklin đã từng làm việc, ghi rằng bức ảnh 51 là “một trong những bức ảnh quan trọng nhất của thế giới”.

Tuy nhiên, thật bất ngờ khi biết rằng Franklin chưa phải là người đầu tiên thấy được cấu trúc chéo. Gần một năm trước đó, nhà vật lý William Astbury đã có được một hình ảnh gần như tương đương về cấu trúc của ADN cũng bằng phương pháp nhiễu xạ tia X tại phòng lab của ông ở Đại học Leeds.

William Astbury
William Astbury. Ảnh: University of Leeds

Mặc dù có trong tay manh mối cực kỳ quan trọng này, nhưng Astbury chưa bao giờ giải thích được cấu trúc xoắn kép trong khi Watson và Crick đạt giải Nobel cho công trình này. Sau đó ít ai còn nhắc đến Astbury nữa.

Tuy nhiên, việc lãng quên Astbury như thế này không những vội vàng và hạn hẹp tầm nhìn, mà còn là một đánh giá sai lầm lớn về những cống hiến thực sự của ông cho nền khoa học. Bởi vì di sản khoa học thực sự mà ông để lại rộng lớn hơn nhiều so với việc đi tiên phong trong phát triển phương pháp chụp ảnh mà sau này được ứng dụng để tìm ra cấu trúc ADN. Trong khi Watson và Crick chỉ tập trung vào ADN, Astbury đã ứng dụng tia X để tìm ra các thành phần có trong nhiều loại sợi sinh học từ sợi len và cơ bắp cho đến vi khuẩn roi.

Ý tưởng chung đằng sau sự quan tâm đến các mẫu vật đa dạng chủng loại là niềm tin của Astbury rằng sự sống có thể được hiểu thấu đáo nhất từ hình dạng được tạo thành từ các chuỗi phân tử khổng lồ. Ngành khoa học mới “sinh học phân tử” đã được biết đến rộng rãi bởi Astbury, phương pháp tiếp cận mới lạ này đã tác động mạnh mẽ lên ngành dược phẩm hiện đại, bởi vì nó là mấu chốt của sự hiểu biết của chúng ta về các căn bệnh như Alzheimer.

Ít người biết đến những đóng góp của Astbury
Ít người biết đến những đóng góp của Astbury. Ảnh: University of Leeds

Di sản Astbury để lại còn nhiều hơn nữa. Sinh học phân tử không những cho chúng ta thấy được các hình dạng cấp phân tử của sự sống mà còn tùy ý tác động lên cấu trúc phân tử của các vật liệu sinh học cho các ứng dụng thực tiễn. Bằng cách tác động lên cấu trúc ADN, các nhà khoa học tại Genetech tạo ra được vi khuẩn có thể tổng hợp insulin điều tiết nồng độ đường trong máu như ở người. Insulin là dược chất quan trọng trong điều trị tiểu đường loại 1.

Thành quả tổng hợp được insulin không chỉ nhờ có công trình của Watson và Crick. Các nhà khoa học tại Genetech sử dụng một loại enzyme từ vi khuẩn được gọi là “enzyme hạn chế” để tách rời một số phân vùng của ADN người rồi ghép chúng với ADN vi khuẩn. Nhưng người ta tranh cãi rằng, phương pháp xử lý các vật liệu sinh học ở cấp độ phân tử có nguồn gốc từ một nơi khác, không phải vùng California đầy nắng mà là một nơi với bầu trời xám xịt và mưa nhiều tại Leeds, Vương quốc Anh.

Chính tại Leeds, công trình Astbury cộng tác với các đồng nghiệp đến từ London cho thấy hình dạng của chuỗi phân tử protein lấy ra từ hạt đậu phộng có thể được chỉnh sửa bằng hóa chất để trở thành hình dạng sợi. Phương pháp này làm thay đổi hình dạng của phân tử, chứ không thêm vào hay cắt bớt nó, đây cũng là cách mà các nhà hóa học nghiên cứu phân tử khi đó. Cách làm này trở thành cơ sở của sinh học phân tử và được ứng dụng để giải quyết nhiều vấn đề thực tiễn.

Người ta đã đặt hy vọng vào một loại sợi vải mới như là phương án thay thế giá rẻ cho sợi len, và cũng là sự cứu giúp cho ngành công nghiệp dệt may của nước Anh. Công ty ICI đã gởi tặng Astbury một chiếc áo khoác dệt từ protein được thay đổi hình dạng của cây đậu phộng. Mặc dù loại sợi này không đáp ứng được kỳ vọng của ICI, bắt đầu từ đây lĩnh vực sinh học phân tử đã đóng góp nhiều sự đổi mới khác. Astbury tiếp tục mặc chiếc áo này khi diễn thuyết như một minh họa cho ý tưởng rằng đời sống có thể đi lên từ những hình dạng phân tử và chúng ta có thể chủ động chỉnh sửa những hình dạng này theo ý muốn.

<Theo

The Conversation

>

Tin khoa học

ADN

,

chuỗi xoắn kép

,

Sinh học phân tử

Chuyên mục: Kiến thức

Related Articles

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Check Also
Close
Back to top button