Nobel y học 2013

Hôm nay giải Nobel y học 2013 đã được trao lúc 9h45' sáng giờ GMT, tức khoảng 16h45' giờ Việt Nam cho 3 nhà khoa học sinh học phân tử và sinh lý tế bào.

Giới thiệu về 3 nhà khoa học nhận giản Nobel y học 2013


Ba nhà khoa học đó gồm có 2 là Hoa Kỳ - James Rothman và Randy Schekman. Và 1 người còn lại là người Đức - Thomas Sudhof. Gọi là 3 nhà khoa học ở 2 quốc gia, nhưng cũng giống năm 2012, thực chất 3 nhà khoa học này đều nghiên cứu và làm việc tại Hoa Kỳ.  

James E. Rothman sinh năm 1950 ở Haverhill, Massachusetts, Hoa Kỳ. Ông nhận bằng tiến sĩ từ Trường Y Harvard vào năm 1976, là một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Massachusetts Institute of Technology, và năm 1978 đến Stanford University ở California, nơi ông bắt đầu nghiên cứu của mình trên các túi của tế bào. Rothman cũng đã làm việc tại Princeton University, Memorial Sloan-Kettering Cancer Institute và Columbia University. Năm 2008, ông tham gia giảng dạy của Yale University ở New Haven, Connecticut, Hoa Kỳ, nơi mà ông hiện là giáo sư và Chủ nhiệm Khoa Sinh học tế bào.  

Randy W. Schekman sinh năm 1948 tại St Paul, Minnesota, Hoa Kỳ, nghiên cứu tại University of California Los Angeles và tại Stanford University, nơi ông lấy bằng tiến sĩ vào năm 1974 dưới sự giám sát của Arthur Kornberg (giải Nobel năm 1959) và tại khoa này Rothman tham gia một vài năm tiếp theo sau đó. Và từ năm 1976, Schekman tham gia giảng dạy của University of California at Berkeley, nơi ông hiện là giáo sư tại Khoa Sinh học phân tử và tế bào. Schekman cũng là một nhà nghiên cứu của Howard Hughes Medical Institute.  

Thomas C. Südhof sinh năm 1955 tại Göttingen, Đức. Ông học tại Georg-August-Universität in Göttingen, nơi ông nhận được một chương trình kép cho 2 bằng tiến sĩ y khoa và tiến sĩ hóa thần kinh trong cùng một năm 1982. Năm 1983, ông chuyển đến University of Texas Southwestern Medical Center in Dallas, Texas, Hoa Kỳ, như là một thành viên nghiên cứu sau tiến sĩ với Michael Brown và Joseph Goldstein (những người cùng nhận giải thưởng Nobel năm 1985 về Sinh lý học và Y học). Südhof đã trở thành một nhà nghiên cứu của Howard Hughes Medical Institute vào năm 1991, và được bổ nhiệm làm giáo sư sinh lý học phân tử và tế bào tại Stanford University năm 2008.


Ba ông đã có công tìm ra phương pháp vận tải của tế bào đối với các chất liệu thiết yếu xây dựng và hoạt động sống của tế bào. Phương thức này được đặt tên là phương thức vận chuyển chính xác bằng túi của tế bào, hay nói gọn hơn là vận chuyển túi - precisely material transport of cells.

Mỗi tế bào là một nhà máy sản xuất và xuất khẩu các phân tử. Ví dụ, insulin được sản xuất và đưa vào máu, và đồng thời các các hóa chất được gọi là tín hiệu dẫn truyền thần kinh được gửi từ một tế bào thần kinh khác.

Các phân tử này được vận chuyển xung quanh màng các tế bào trong các gói nhỏ được gọi là túi - vesicle.

Ba người đoạt giải Nobel đã phát hiện ra những nguyên lý kiểm soát phân tử, và cách thức vận chuyển những vật liệu này để gửi đến đúng nơi, vào đúng thời điểm mà nhu cầu bên trong tế bào cần đến chúng.


Randy Schekman phát hiện ra một bộ gene đã chỉ huy giao thông túi. James Rothman làm sáng tỏ cấu trúc loại protein cho phép các túi này hợp nhất với mục tiêu của chúng để cho phép chuyển giao hàng hóa. Thomas Südhof tìm ra tín hiệu hướng dẫn các túi để giải phóng hàng hóa của chúng với độ chính xác cao.


Thông qua những khám phá của họ - Rothman , Schekman và Südhof - đã cho thấy một hệ thống điều khiển tinh xảo, chính xác cho việc vận chuyển và phân phối hàng hóa của tế bào. Rối loạn trong hệ thống này có tác hại và góp phần vào gây ra những bệnh lý như: bệnh thần kinh, tiểu đường, và các rối loạn miễn dịch.


Làm thế nào hàng hóa được vận chuyển trong và ngoài tế bào


Giống như vận trù ở một bến cảng lớn và bận rộn, hệ thống được yêu cầu để đảm bảo rằng hàng hóa được vận chuyển đúng đến đích chính xác vào đúng thời điểm.


Các tế bào, với các ngăn khác nhau của nó gọi là bào quan, phải đối mặt với một vấn đề tương tự như sau: các tế bào sản xuất các phân tử hóa chất như kích thích tố, dẫn truyền thần kinh, các cytokine và enzyme phải được gửi đến những nơi khác bên trong tế bào, hoặc xuất khẩu ra khỏi tế bào, đúng chính xác thời điểm và vị trí cần thiết.


Thời gian và địa điểm là vấn đề đóng vai trò quan trọng nhất. Túi nhỏ giống như bong bóng, bao bọc bởi một màng, xe đưa đón các hàng hoá giữa các quan tử hoặc tiếp xúc với bên ngoài màng tế bào và giải phóng hàng của chúng ra bên ngoài. Điều này có tầm quan trọng lớn, vì nó gây kích hoạt thần kinh trong trường hợp của các hóa chất truyền tín hiệu thần kinh, hoặc kiểm soát sự trao đổi chất trong trường hợp của những kích thích tố. Làm thế nào để những cái túi biết ở đâu và khi nào cung cấp hàng hóa của chúng? Đó là vận trù hàng hóa của những khám phá này.


Ùn tắc giao thông là do bộ điều khiển di truyền


Randy Schekman bị thu hút bởi cách các tế bào tổ chức hệ thống giao thông và trong những năm 1970 đã quyết định nghiên cứu cơ sở di truyền của nó bằng cách sử dụng nấm men như một hệ thống mô hình. Trong một mô hình di truyền, ông đã xác định được tế bào nấm men với khiếm khuyết vận tải vật liệu, dẫn đến một tình huống tương tự như một hệ thống giao thông công cộng bị lên kế hoạch tồi. Hậu quả là các túi chứa hóa chất vật liệu bị chất đống ở các bộ phận nhất định của tế bào.

Ông phát hiện ra rằng nguyên nhân gây ra tình trạng tắc nghẽn này là di truyền và tiếp tục xác định các gen bị đột biến. Schekman xác định ba loại gen kiểm soát các khía cạnh khác nhau của hệ thống giao thông của tế bào, qua đó cung cấp những hiểu biết mới vào bộ máy điều hòa chặt chẽ giữ vai trò trung gian vận chuyển túi trong tế bào.


Lắp ghép với độ chính xác


James Rothman cũng bị hấp dẫn bởi bản chất của hệ thống giao thông của tế bào. Khi nghiên cứu giao thông vận tải túi trong các tế bào động vật có vú trong những năm 1980s và 1990s, Rothman phát hiện ra rằng một phức hợp protein cho phép các túi cập bến và kết hợp được với những mục tiêu trên màng tế bào của chúng. Trong quá trình hợp nhất, các protein trên các túi và những mục tiêu trên màng tế bào kết hợp với nhau như hai mặt của một dây khóa quần áo.

Thực tế là có rất nhiều protein như vậy, và chúng chỉ ràng buộc trong sự kết hợp cụ thể đảm bảo rằng hàng hóa được chuyển giao cho một vị trí chính xác. Cùng một nguyên lý hoạt động bên trong tế bào và khi túi gắn vào màng ngoài của tế bào để phát tín hiệu và chất liệu của nó .


Nó cho thấy rằng một số gen Schekman đã phát hiện trong men mã hóa cho protein tương ứng với những gì Rothman xác định trong động vật có vú, tiết lộ một nguồn gốc tiến hóa của hệ thống giao thông. Nói chung, chúng phản ảnh các thành phần quan trọng của thiết bị vận chuyển của tế bào.


Thời gian là vấn đề cốt lõi


Thomas Südhof đã quan tâm đến cách các tế bào thần kinh thông tin với nhau trong não. Các phân tử tín hiệu, dẫn truyền thần kinh, được giải phóng khỏi các túi kết nối với màng ngoài của tế bào thần kinh bằng cách sử dụng các thiết bị được phát hiện bởi Rothman và Schekman. Nhưng những túi chỉ được phép phóng thích vật liệu nó mang theo khi các tín hiệu tế bào thần kinh dến với các vùng lân cận. Làm thế nào để sự phóng thích này được kiểm soát một cách chính xác như vậy?

Ion canxi được biết là có liên quan đến quá trình này và trong những năm 1990, Südhof tìm kiếm những protein nhạy cảm với canxi trong các tế bào thần kinh. Ông đã xác định thiết bị phân tử đáp ứng với một dòng của các ion canxi và những protein trực tiếp tiếp xúc nhanh chóng để gắn túi vào màng ngoài của tế bào thần kinh. Dây khóa mở ra và các chất tín hiệu được phóng thích. Phát hiện của Südhof giải thích sự chính xác về thời gian đạt được và làm thế nào để những chất liệu bên trong các túi 'có thể được phóng thích theo mệnh lệnh .


Vận chuyển túi cho cái nhìn sâu sắc vào các quá trình bệnh


Ba người đoạt giải Nobel đã phát hiện ra một quá trình cơ bản trong sinh lý tế bào. Những khám phá này đã có một tác động lớn đến sự hiểu biết của chúng ta về hàng hóa được cung cấp với thời gian và độ chính xác bên trong và bên ngoài tế bào. Vận chuyển túi và tập hợp những phản ứng hoạt động với các nguyên tắc chung đó, trong các sinh vật khác nhau như nấm men và con người.

Hệ thống là rất chặt chẽ cho một loạt các quá trình sinh lý trong đó sự kết hợp giữa túi và màng tế bào phải được kiểm soát, sắp xếp từ tín hiệu trong não bộ để phóng thích các kích thích tố và các cytokine miễn dịch. Khiếm khuyết vận chuyển túi xảy ra trong nhiều loại bệnh trong đó có một số rối loạn thần kinh và miễn dịch, cũng như trong bệnh tiểu đường. Không có tổ chức chính xác tuyệt vời này, các tế bào sẽ rơi vào hỗn loạn .

Những đóng góp này sẽ mở ra cho ngành dược tìm ra thuốc và ngành y sẽ tìm ra cơ chế điều hòa vận chuyển túi trong quá trình điều trị 3 lĩnh vực bệnh lý thần kinh, tiểu đường và miễn dịch.

Tư Gia, 21h19' ngày thứ Hai, 07/10/2013
Bs: Hồ Hải

Bài đọc liên quan:

•   Nobel y học 2010

•   Nobel y học 2011

•   Nobel y học 2012