Giải Nobel Y Sinh 2024: Phát hiện lớn về micronRNA

Tuyên bố của Hội đồng Nobel nhấn mạnh giải Nobel Y sinh năm nay tập trung khám phá cơ chế điều hòa quan trọng được các tế bào sử dụng để kiểm soát hoạt động của gene. Thông tin di truyền từ ADN đến RNA thông tin (mRNA - một loại RNA đóng vai trò khuôn mẫu để sản xuất protein theo hướng dẫn được ghi trong gene), thông qua quá trình phiên mã, sau đó đến bộ máy tế bào để sản xuất protein. Tại đó, mRNA được dịch mã để protein được tạo ra theo các hướng dẫn di truyền lưu trữ trong ADN. Kể từ giữa thế kỷ XX, một số khám phá khoa học cơ bản nhất đã giải thích cách thức hoạt động của các quá trình này.

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.

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 

Giải Nobel Y sinh đã được trao 114 lần kể từ năm 1901 đến nay. Trong năm 2023, giải thưởng danh giá này thuộc về nhà khoa học người Hungary Katalin Kariko và nhà khoa học người Mỹ Drew Weissman với phát hiện về việc biến đổi cơ sở nucleoside để phát triển vaccine công nghệ mRNA hiệu quả trong phòng ngừa COVID-19.

Giải thưởng Y sinh là giải khai màn tuần lễ Nobel 2024. Các giải thưởng tiếp theo được công bố gồm Giải Nobel Vật lý (ngày 8/10), Giải Nobel Hóa học (ngày 9/10) và Giải Nobel Văn học (ngày 10/10). Giải Nobel Hòa bình là giải thưởng duy nhất được công bố ở Oslo (Na Uy) ngày 11/10. Trong khi đó, giải Nobel Kinh tế sẽ khép lại Tuần lễ Nobel 2024 vào ngày 14/10.