Nobel Y Hoc

Hai nhà khoa học Mỹ đoạt giải Nobel Y học 2006 Với việc khám phá ra cơ chế can thiệp RNA, hai nhà khoa học Andrew Z. Fire (Viện Công nghệ Massachusetts) và Craig C. Mello (ĐH Harvard) đã giành Giải Nobel Y học 2006. Với việc khám phá ra cơ chế can thiệp RNA (cách vô hiệu hoá hoạt động của các gien xác định), hai nhà khoa học Andrew Z. Fire (Viện Công nghệ Massachusetts, Trường Y ĐH Stanford) và Craig C. Mello (ĐH Harvard, Trường Y ĐH Massachusetts) đã giành Giải Nobel Y học 2006. Hai nhà bác học trên đã phát hiện một cơ chế căn bản để kiểm soát chuỗi thông tin di truyền: can thiệp RNA (RNA Interference), hay cách vô hiệu hoá hoạt động của các gien xác định.

TS. Andrew Z. Fire (trái, 1959) và TS. Craig C. Mello (1960). Nguồn: www.umassmed.edu và www.yorku.ca

Hai nhà bác học đã công bố phát hiện của họ trên tạp chí Nature vào ngày 19/2/1998. Khám phá của họ đã làm sáng tỏ nhiều quan sát thí nghiệm mẫu thuẫn và khó hiểu, đồng thời tiết lộ một cơ chế tự nhiên để kiểm soát dòng thông tin di truyền. Khám phá cũng báo hiệu sự khởi đầu của một lĩnh vực nghiên cứu mới. Với khám phá trên, giới khoa học cũng đang tìm cách ứng dụng RNA can thiệp để điều trị các bệnh nhiễm khuẩn, các bệnh do virút, bệnh tim, ung thư, rối loạn nội tiết và nhiều chứng bệnh khác. Bộ gien của con người hoạt động bằng cách gửi các chỉ dẫn từ ADN trong nhân tế bào tới cỗ máy tổng hợp protein trong tế bào chất để sản xuất các protein. Những chỉ dẫn đó được truyền đi bởi RNA thông tin (mRNA). Trong năm 1998, hai nhà khoa học Mỹ là Andrew Fire và Craig Mello đã công bố phát hiện của họ về một cơ chế có thể làm suy biến mRNA khỏi một gien xác định. Được gọi là can thiệp RNA, cơ chế này được kích hoạt khi các phân tử RNA xuất hiện như các cặp chuỗi đôi trong tế bào. RNA chuỗi đôi kích hoạt cỗ máy sinh hoá, làm suy biến các phân tử mRNA mang một mã di truyền giống với mã của RNA chuỗi đôi. Khi các phân tử mRNA như vậy biến mất, gien tương ứng ngừng hoạt động và chẳng có protien thuộc loại mã hoá được tạo ra. Cơ chế can thiệp RNA xảy ra ở thực vật, động vật và con người. Cơ chế này có ý nghĩa rất quan trọng đối với việc điều khiển các biểu hiện gien, tham gia bảo vệ cơ thể chống nhiễm virút và tiếp tục kiểm soát các gien thay đổi đột ngột. Can thiệp RNA đang được sử dụng rộng rãi trong khoa học cơ bản như một phương pháp nghiên cứu chức năng của các gien và cơ chế này có thể dẫn tới các liệu pháp trị bệnh mới mẻ trong tương lai. •

Dòng thông tin trong tế bào

Mã di truyền trong ADN quyết định cách các protein được xây dựng. Các chỉ dẫn trong ADN được sao chép sang RNA thông tin và cuối cùng được sử dụng để tổng hợp các protein. Nhà bác học từng giành Giải Nobel Y học Francis Crick đã gọi chuỗi thông tin di truyền này, từ ADN qua mRNA tới protein, là giáo lý trung tâm của sinh học phân tử. Các protein liên quan tới mọi tiến trình của sự sống, chẳng hạn các enzyme tiêu hoá thức ăn của chúng ta, các thụ thể nhận tín hiệu trong não và các kháng thể bảo vệ cơ thể chống vi khuẩn. Bộ gien người gồm khoảng 30.000 gien. Tuy nhiên, chỉ một phần nhỏ những gien này được sử dụng trong mỗi tế bào. Các gien hoạt động (chẳng hạn gien kiểm soát việc tổng hợp các protein mới) được kiểm soát bởi cỗ máy sao chép ADN sang mRNA trong một tiến trình gọi là sao chép. Các nhà bác hoạt đoạt Giải Nobel François Jacob và Jacques Monod đã nhận dạng các nguyên tắc cơ bản của quá trình điều khiển biểu hiện gien cách đây hơn 40 năm. Những nguyên tắc đó cũng hình thành nên cơ sở của công nghệ gien, trong đó một chuỗi ADN được đưa vào tế bào để tạo ra protein mới. Vào khoảng năm 1990, các nhà sinh học phân tử gặp khó khăn trong việc giải thích một số kết quả nghiên cứu thu được. Kết quả gây ấn tượng nhất xảy ra khi các nhà sinh học thực vật tìm cách làm màu của cánh hoa dã yên thảo đậm hơn. Họ làm điều đó bằng cách đưa vào cây hoa này một gien khiến sắc tố đỏ hình

thành trong hoa. Thế nhưng, thay vì làm cánh hoa sẫm hơn, phương pháp này khiến cánh hoa biến thành màu trắng. Cơ chế gây ra hiện tượng này vẫn là một bí ẩn cho tới khi TS Fire và Mello khám phá ra cơ chế can thiệp RNA - nghiên cứu giúp họ giành Giải Nobel Y học năm nay. •

Phát hiện cơ chế can thiệp RNA

Andrew Fire và Craig Mello đã điều tra cơ chế điều khiển biểu hiện gien ở giun tròn Caenorhabditis elegans. Họ phát hiện việc tiêm các phân tử mRNA mã hoá một protein cơ bắp không làm thay đổi hành vi của giun tròn. Mã di truyền trong mRNA được gọi là chuỗi ''giác quan''. Tiêm RNA ''phản giác quan'' cũng không việc gì. Tuy nhiên, khi Fire và Mello tiêm cả RNA ''giác quan'' và ''phản giác quan'' vào cơ thể giun tròn, họ quan sát thấy giun có những chuyển động lạ, cụ thể là co giật. Các chuyển động tương tự cũng xảy ra ở những con giun hoàn toàn thiếu một gien chịu trách nhiêm tạo protein cơ bắp này. Vậy điều gì đã xảy ra? Khi RNA ''giác quan'' và ''phản giác quan'' gặp nhau, chúng kết hợp với nhau và hình thành RNA chuỗi đôi. Liệu một phân tử RNA chuỗi đổi như thế có thể làm câm lặng gien mang cũng mật mã với phân tử RNA này? Fire và Mello đã kiểm tra giả thuyết đó bằng cách tiêm các phân tử RNA chuỗi đôi chứa các mật mã di truyền sản xuất nhiều protein khác của giun tròn. Ở mỗi thí nghiệm, việc tiêm RNA chuỗi kép mang một mật mã di truyền xác định khiến gien chứa mật mã này ngừng hoạt động. Protein được mã hoá bởi gien đó cũng không còn được tạo ra. Sau một loạt các thí nghiệm đơn giản xong vô cùng tuyệt vời này, Fire và Mello suy luận RNA chuỗi đôi có thể làm các gien ngừng hoạt động. Cơ chế can thiệp RNA này hữu hiệu đối với gien mà mật mã của nó khớp với mật mã của phân tử RNA được tiêm. Ngoài ra, cơ chế can thiệp RNA có thể lan giữa các tế bào và thậm chí được di truyền sang đời sau. Chỉ cần tiêm một lượng nhỏ phân tử RNA chuỗi đôi là có thể đạt được một kết quả nào đó. Do vậy, Fire và Mello cho rằng cơ chế can thiệp RNA là một tiến trình xúc tác. Hai nhà bác học đã công bố phát hiện của họ trên tạp chí Nature vào ngày 19/2/1998. Khám phá của họ đã làm sáng tỏ nhiều quan sát thí nghiệm mẫu thuẫn và khó hiểu, đồng thời tiết lộ một cơ chế tự nhiên để kiểm soát dòng thông tin di truyền. Khám phá cũng báo hiệu sự khởi đầu của một lĩnh vực nghiên cứu mới. Nobel là giải thưởng quốc tế vinh dự nhất, được trao hàng năm theo ý nguyện Alfred Bernhard Nobel (21/10/1833-10/12/1896) - nhà hoá học, kỹ sư và đồng thời là một nhà tư bản người Thuỵ Điển - cho những cá nhân đã có đóng góp nổi bật nhất trong lĩnh vực vật lý, hoá học, tâm lý học hoặc y học; cá nhân đóng góp nhiều nhất cho hoà bình thế giới và người viết tác phẩm văn học xuất sắc nhất.

Giải thưởng Nobel Y học năm 2005 Vi khuẩn Helicobacter pylori và vai trò của nó trong bệnh viêm dạ dày và loét dạ dày Hội đồng xét thưởng giải Nobel của Viện Karolinska thông báo trao giải thưởng Nobel về Y Sinh học năm 2005 cho hai nhà khoa học người Australia Barry J. Marshall và J. Robin Warren do phát hiện của họ về "vi khuẩn Helicobacter pylori và vai trò của nó trong bệnh viêm dạ dày và loét dạ dày". Robin Warren (sinh năm 1937), một chuyên gia bệnh học ở Perth, Australia, quan sát thấy những vi khuẩn cong nhỏ tập trung tại vùng hang vị ở khoảng 50% bệnh nhân được sinh thiết. Ông đã thấy rằng các dấu hiệu viêm thường xuyên biểu hiện trên niêm mạc dạ dày gần chỗ có vi khuẩn.

Barry Marshall (sinh năm 1951), một nhà lâm sàng trẻ tuổi làm việc tại NHMRC Helicobacter pylori Research Laboratory, QEII Medical Centre; University of Western Australia, Nedlands, Australia, rất quan tâm đến phát hiện của Warren và họ đã cùng nhau bắt đầu nghiên cứu trên những mẫu sinh thiết của 100 bệnh nhân. Sau những nỗ lực nghiên cứu, Marshall đã nuôi cấy thành công loại vi khuẩn cho tới lúc đó còn chưa biết rõ (sau đó được xác định là H. pylori) từ một vài mẫu sinh thiết. Họ cùng phát hiện thấy vi khuẩn này có mặt ở hầu hết tất cả các bệnh nhân viêm dạ dày, loét tá tràng hoặc loét dạ dày. Dựa trên kết quả đó, họ giả định rằng H. pylori có liên quan đến bệnh sinh của các bệnh này. Ngay cả khi loét dạ dày được chữa lành nhờ ức chế sản sinh acid dịch vị, thì bệnh thường tái phát, vì vi khuẩn và viêm dạ dày mạn tính vẫn còn tồn tại. Trong nghiên cứu điều trị, Marshall và Warren cũng như nhiều nhà khoa học khác đã chỉ ra rằng bệnh nhân chỉ có thể được chữa khỏi loét dạ dày khi tiệt trừ được vi khuẩn trong dạ dày. Nhờ có phát hiện của Marshall và Warren, bệnh loét dạ dày không còn là căn bệnh mạn tính thường gây tàn phế, mà có thể chữa khỏi bằng trị liệu kháng sinh ngắn ngày và ức chế tiết acid. Loét dạ dày - một bệnh nhiễm khuẩn! Nhờ sử dụng các kỹ thuật thông thường (nội soi sợi quang, nhuộm bạc mẫu mô học và các kỹ thuật nuôi cấy vi khuẩn ít ái khí), Barry Marshall và Robin Warren đã khẳng định được H. pylori là nguyên nhân gây bệnh. Bằng cách nuôi cấy vi khuẩn, họ đã dễ dàng nghiên cứu khoa học. Năm 1982, khi Marshall và Warren phát hiện ra vi khuẩn này, stress và lối sống được cho là những nguyên nhân chính của bệnh loét dạ dày. Hiện nay người ta đã chứng minh H. pylori là nguyên nhân của hơn 90% trường hợp loét tá tràng và 80% loét dạ dày. Mối liên quan giữa nhiễm H.pylori với bệnh viêm dạ dày và loét dạ dày sau này đã được chứng minh qua các nghiên cứu trên người tình nguyện, các nghiên cứu về điều trị kháng sinh và nghiên cứu dịch tễ học. Helicobacter pylori gây nhiễm khuẩn suốt đời H. pylori là vi khuẩn gram âm hình xoắn sống trong dạ dày của khoảng 50% tất cả mọi người. ? những nước có mức sống cao thì nhiễm khuẩn ít gặp hơn so với các nước đang phát triển- hầu như mọi người đều nhiễm khuẩn. Nhiễm khuẩn thường bị mắc từ khi nhỏ, thường bởi lây truyền từ mẹ sang con, và vi khuẩn có thể tồn tại trong dạ dày cho đến hết đời. Nhiễm khuẩn mạn tính khởi đầu ở hang vị. Như báo cáo đầu tiên của Robin Warren, sự hiện diện của H. pylori luôn luôn liên quan với viêm niêm mạc dạ dày sẵn có minh chứng bởi sự thâm nhiễm của tế bào viêm. Nhiễm khuẩn thường không có triệu chứng nhưng có thể gây loét Mức độ nặng của viêm và vị trí viêm tại dạ dày là rất quan trọng đối với các bệnh do nhiễm H. pylori gây nên. ? đa số mọi người, nhiễm H. pylori thường không có triệu chứng. Tuy nhiên,

khoảng 10-15% người nhiễm sẽ bị loét dạ dày. Những vết loét này thường ở tá tràng hơn là chính tại dạ dày. Các biến chứng nặng bao gồm xuất huyết và thủng vết loét. Quan điểm hiện nay là viêm mạn tính trong đoạn xa dạ dày do nhiễm H. pylori dẫn đến tăng tiết acid từ vùng thân vị không nhiễm khuẩn. Điều này sẽ dẫn đến phát triển loét ở tá tràng dễ bị tổn thương. Các bệnh ác tính liên quan đến nhiễm H. pylori ? một số người, H. pylori cũng gây nhiễm tại vùng thân vị. Điều này khiến viêm lan rộng hơn dẫn đến không những loét thân vị mà còn gây ung thư dạ dày. Tỉ lệ ung thư dạ dày đã giảm ở nhiều quốc gia trong nửa cuối thế kỷ qua nhưng vẫn đứng thứ 2 trong số các tử vong do ung thư trên toàn thế giới. Viêm niêm mạc dạ dày cũng là yếu tố nguy cơ u lympho niêm mạc liên quan đến mô bạch huyết (mucosa associated lymphoid tissue- MALT). Vì u lympho có thể thoái triển khi H. pylori bị tiệt trừ bằng kháng sinh, nên vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì khối u. Mắc bệnh hay không - sự tương tác giữa vi khuẩn và người nhiễm H. pylori chỉ hiện diện ở người và đã thích nghi với môi trường dạ dày. Chỉ có rất ít người nhiễm bị bệnh dạ dày. Cơ chế gây bệnh liên tục được làm sáng tỏ. Bản thân vi khuẩn rất hay biến đổi, và các chủng khác nhau rõ rệt ở nhiều khía cạnh, như sự bám dính vào niêm mạc dạ dày và khả năng gây viêm. Ngay ở một cá nhân nhiễm khuẩn, mọi vi khuẩn không đồng nhất, và trong đợt viêm mạn tính vi khuẩn thích ứng với sự thay đổi trong dạ dày theo thời gian. Cũng vậy, những biến đổi di truyền giữa mọi người có thể ảnh hưởng đến sự nhạy cảm với H. pylori. Cho tới nay đã có mô hình động vật là chuột nhảy Mông Cổ. Nghiên cứu về loét dạ dày và biến đổi ác tính trên mô hình động vật này hứa hẹn đem lại thông tin chi tiết hơn về cơ chế gây bệnh. Kháng sinh chữa khỏi bệnh nhưng có thể dẫn tới kháng thuốc Có thể chẩn đoán nhiễm H. pylori bằng xét nghiệm kháng thể, phát hiện vi khuẩn trong mẫu sinh thiết trong khi nội soi, hoặc bằng test hơi thở không xâm hại phát hiện sự sản sinh enzym của vi khuẩn trong dạ dày. Việc sử dụng bừa bãi kháng sinh diệt trừ H. pylori cho người khỏe mạnh mang mầm bệnh sẽ khiến vi khuẩn kháng thuốc. Do vậy, điều trị chống H. pylori cần được áp dụng hạn chế cho bệnh nhân không có tiền sử loét dạ dày tá tràng. Nguồn gốc vi khuẩn của các bệnh viêm mạn tính khác Nhiều bệnh ở người như bệnh Crohn, viêm loét đại tràng, viêm khớp dạng thấp và xơ mỡ động mạch là do viêm mạn tính. Phát hiện thấy một trong những bệnh thường gặp nhất ở người bệnh loét dạ dày - có nguyên nhân nhiễm khuẩn, đã khơi dậy sự quan trâm nghiên cứu tìm nguyên nhân vi khuẩn của các bệnh viêm mạn tính khác. Mặc dù chưa có câu trả lời rõ ràng, nhưng dữ liệu hiện nay đã gợi ý rằng sự rối loạn chức năng nhận dạng vi khuẩn của hệ miễn dịch người có thể dẫn đến phát triển bệnh. Phát hiện về H. pylori đem lại hiểu biết rõ hơn về mối liên quan giữa viêm nhiễm mạn tính và ung thư.

Giải thưởng Nobel Y học năm 2004 Các thụ thể mùi và tổ chức của hệ thống khứu giác Ngày 4 tháng 10 vừa qua, giải Nobel Y học năm 2004 đã được trao cho 2 nhà khoa học Mỹ là Richard Axel và Linda B. Buck với công trình nghiên cứu "Các thụ thể mùi và tổ chức của hệ thống khứu giác". Từ lâu khứu giác vẫn là thứ cảm giác bí ẩn nhất trong số những giác quan của chúng ta. Những nguyên tắc cơ bản của việc nhận biết và ghi nhớ được chừng 10000 mùi khác nhau vẫn chưa được hiểu rõ. Những xsnhà khoa học đoạt giải Nobel Y học năm nay đã giải quyết được vấn đề này và trong một loạt nghiên cứu đi tiên phong đã làm sáng tỏ cơ chế hoạt động của hệ thống khứu giác. Họ đã phát hiện ra một họ gen lớn gồm khoảng 1000 gen khác nhau (chiếm 3% số gen của cơ thể) tạo ra một số lượng tương đương các týp thụ thể khứu giác. Những thụ thể này nằm ở các tế bào cảm thụ mùi, chiếm một diện tích nhỏ ở phần trên của biểu mô mũi và phát hiện các phân tử mùi hít vào. Mỗi tế bào cảm thụ khứu giác chỉ có một týp thụ thể mùi, và mỗi thụ thể có thể phát hiện một số lượng chất thơm nhất định. Do đó các tế bào cảm thụ khứu giác rất đặc hiệu cho một vài loại mùi. Các tế bào này gửi những nhánh thần kinh nhỏ tới những vùng cực nhỏ khác nhau có tên là những cuộn mạch ở hành khứu, vùng khứu giác cơ bản của não. Các tế bào cảm thụ mang cùng một týp thụ thể gửi dây thần kinh tới cùng một cuộn mạch. Từ những vùng rất nhỏ này ở hành khứu thông tin được truyền tới những vùng khác của não, ở đó thông tin từ nhiều thụ thể khứu giác được kết hợp lại tạo nên một kiểu mùi . Do đó, chúng ta có thể nhận biết được mùi của bông hoa tử đinh hương trong mùa xuân và nhớ lại được ký ức về mùi hương này vào những thời điểm khác. Richard Axel, New York, Mỹ và Linda Buck, Seatle, Mỹ đã cùng công bố một công trình nghiên cứu cơ bản vào năm 1991, trong đó họ mô tả một họ gen rất lớn gồm khoảng 1000 gen qui định các thụ thể mùi. Sau đó Axel và Buck đã làm việc độc lập với nhau và họ đã có nhiều nghiên cứu, thường là song song, làm sáng tỏ hệ thống khứu giác, từ mức độ phân tử tới tổ chức tế bào. Hệ thống khứu giác rất quan trọng đối với chất lượng sống Một món ăn ngon sẽ kích hoạt chủ yếu hệ thống khứu giác giúp ta phát hiện được món mà ta ưa thích. Một ly rượu vang loại ngon hoặc một trái dâu rừng chín mọng sẽ kích hoạt toàn bộ các thụ thể cảm nhận mùi, giúp chúng ta nhận biết được các phân tử mùi khác nhau. Một mùi đặc biệt có thể gợi lại ký ức xa xôi từ thời thơ ấu hoặc từ những khoảnh khắc xúc động - vui hoặc buồn - khi ta lớn lên. Một con trai không được tươi và khiến ta đau bụng có thể khiến ta nhớ mãi đến nhiều năm sau, và khiến ta không dám đụng đũa vào bất kỳ đĩa thức ăn nào, tuy ngon lành, nhưng lại có món trai. Mất cảm giác về mùi là một cản trở nghiêm trọng - chúng ta không còn nhận biết được các món ăn khác nhau và không thể phát hiện được những tín hiệu cảnh báo, như khói từ một đám cháy. Khứu giác là giác quan quan trọng nhất đối với hầu hết các loài Tất cả các sinh vật sống đều có thể phát hiên và xác định được các chất trong môi trường. Rõ ràng một trong những giá trị sống lớn nhất là có thể xác định được món ăn phù hợp và tránh được những thứ thực phẩm ôi thiu hoặc không thích hợp. Trong khi cá có khá ít thụ thể mùi, khoảng một trăm, thì chuột nhắt - loài vật được Axel và Buck nghiên cứu - có

khoảng một nghìn. Loài người có số lượng thụ thể ít hơn chuột; một số gen đã bị mất đi trong quá trình tiến hóa. Khứu giác rõ ràng là rất quan trọng đối với động vật có vú mới đẻ để tìm được vú của mẹ và bú sữa - không có khứu giác con vật sẽ chết nếu không được giúp đỡ. Khứu giác cũng có tầm quan trọng lớn đối với nhiều động vật trưởng thành, vì chúng quan sát và nhận biết môi trường phần lớn nhờ cảm giác mùi. Ví dụ, diện tích biểu mô khứu giác của chó lớn gấp khoảng 40 lần so với của người. Một họ thụ thể mùi lớn Hệ thống khứu giác là hệ thống giác quan đầu tiên của chúng ta được giải mã chủ yếu bằng các kỹ thuật phân tử. Axel và Buck đã cho thấy 3% số gen của chúng ta được dùng để mã hóa cho các thụ thể mùi khác nhau trên màng tế bào cảm thụ khứu giác. Khi thụ thể mùi được hoạt hóa bởi một chất có mùi, tín hiệu điện xuất phát ở tế bào cảm thụ khứu giác được truyền đến não thông qua các nhánh thần kinh. Ðầu tiên mỗi thụ thể mùi hoạt hóa một protein G đi đôi với nó. Protein G lại kích thích hình thành cAMP (cyclic AMP - AMP vòng). Phân tử truyền tin này hoạt hóa các kênh ion khiến chúng mở ra và tế bào được kích hoạt. Axel và Buck đã chứng minh rằng một họ thụ thể mùi lớn là thuộc về các thụ thể cặp đôi với protein G (GPCR). Tất cả các thụ thể mùi đều là những protein cùng họ nhưng khác nhau ở một số chi tiết. Ðiều này giải thích tại sao chúng lại bị kích thích bởi những phân tử mùi khác nhau. Mỗi thụ thể chứa một chuỗi acid amin bám vào màng tế bào và đi ngang qua nó bảy lần. Chuỗi này tạo thành một túi gắn kết nơi mà mùi hương có thể gắn vào. Khi điều này xảy ra, hình dạng của protein thụ thể bị biến đối, dẫn đến hoạt hóa protein G. Một týp thụ thể mùi ở mỗi tế bào cảm thụ khứu giác Ðộc lập với nhau, Axel và Buck đã chứng minh rằng mỗi tế vào cảm thụ khứu giác biểu hiện một và chỉ một gen thụ thể mùi. Do đó, có nhiều týp tế bào cảm thụ khứu giác do có nhiều thụ thể khứu giác. Bằng cách ghi lại các tín hiệu điện từ từng tế bào cảm thụ khứu giác, có thể thấy rằng mỗi tế bào không chỉ phản ứng với một chất có mùi, mà phản ứng với nhiều phân tử liên quan - mặc dù với cường độ khác nhau. Nhóm nghiên cứu của Buck đã tìm hiểu độ nhạy của từng tế bào cảm thụ khứu giác với những mùi đặc trưng. Bằng ống hút, họ đã hút cạn chất chứa trong từng tế bài và cho thấy chính xác gen thụ thể mùi nào biểu hiện ở tế bào đó. Bằng cách này, có thể liên hệ đáp ứng với một mùi đặc trưng với týp thụ thể đặc thù mà tế bào đó mang. Hầu hết các mùi đều bao gồm nhiều phân tử mùi, và mỗi phân tử mùi hoạt hóa nhiều thụ thể mùi. Ðiều này dẫn đến một bộ mã phối hợp tạo thành một "kiểu mùi" - tương tự như màu sắc trên một tấm chăn ghép nhiều mảnh hoặc trên một bức tranh khảm. Ðây là cơ sở để chúng ta có thể nhận ra và hình thành ký ức về gần 10 000 mùi khác nhau. Tế bào cảm thụ khứu giác hoạt hóa những vùng rất nhỏ ở hành khứu Việc phát hiện thấy mỗi tế bào cảm thụ khứu giác chỉ biểu hiện một gen thụ thể mùi duy nhất là rất bất ngờ. Axel và Buck tiếp tục xác định tổ chức của trạm tiếp nhận đầu tiên ở não. Các tế bào cảm thụ khứu giác gửi các nhánh thần kinh tới hành khứu, nơi có khoảng 2000 vùng rất nhỏ có ranh giới rõ gọi là những cuộn mạch. Số cuộn mạch nhiều gấp khoảng 2 lần số týp tế bào cảm thụ khứu giác.

Ðộc lập với nhau, Axel và Buck đều chứng minh rằng các tế bào cảm thụ mang cùng một týp thụ thể gửi các nhánh thần kinh đến cùng một cuộn mạch, và nhóm nghiên cứu của Axel đã sử dụng công nghệ di truyền hiện đại để chứng minh trên chuột nhắt vai trò của thụ thể trong quá trình này. Việc thông tin từ những tế bào có cùng loại thụ thể được đưa tới cùng một cuộn mạch chứng tỏ các cuộn mạch cũng biểu hiện tính đặc trưng rõ rệt (xem hình). ở cuộn mạch không chỉ có các nhánh thần kinh từ các tế bào cảm thụ khứu giác mà còn có những tiếp điểm của chúng với các tế bào thần kinh ở mức tiếp theo là các tế bào hai lá. Mỗi tế bào hai lá chỉ được hoạt hóa bởi một cuộn mạch, và nhờ đó tính đặc hiệu của luồng thông tin vẫn được duy trì. Thông qua các nhánh thầnh kinh dài, tế bào hai lá gửi thông tin đến nhiều vùng não. Buck đã chứng minh rằng những tín hiệu thần kinh này được truyền tới những vùng rất nhỏ có ranh giới rõ ở vỏ não. Tại đây thông tin từ nhiều týp thụ thể mùi được kết hợp thành một mô hình đặc trưng cho từng mùi. Mô hình này được diễn giải và dẫn đến trải nghiệm có ý thức về một mùi nhất định. Pheromon và khẩu vị Những nguyên tắc chung của hệ khứu giác mà Axel và Buck tìm ra có vẻ cũng áp dụng được cho các hệ thống giác quan khác. Pheromon là những phân tử có thể ảnh hưởng đến những tập tính xã hội khác nhau, nhất là ở động vật. Ðộc lập với nhau, Axel và Buck đã phát hiện ra rằng các pheromon được phát hiện bởi hai họ GPCR khác nhau nằm ở một vùng khác của biểu mô mũi. Các nụ vị giác ở lưỡi cũng có một họ GCPR khác có liên quan với vị giác.

Các thụ thể mùi và tổ chức của hệ thống khứu giác:

Giải thưởng Nobel về Sinh lý và y học năm 2003 Ngày 6/10/2003, Hội đồng Nobel Viện Karolinska (Thụy Ðiển) đã quyết định trao giải thưởng Nobel sinh lý và y học cho hai nhà bác học Paul C. Lauterbur và Peter Mansfield đã có công phát minh những ứng dụng của hiện tượng cộng hưởng từ (magnetic resonance) trong y học. Hiện tượng cộng hưởng từ đã được hai nhà vật lý Felix Bloch và Edward Mills (Mỹ) tìm ra năm 1946 và nhờ đó đoạt giải thưởng Nobel về vật lý năm 1952. Hai ông đã xác định được mối liên quan giữa cường độ từ trường và tần số sóng radio. Nhân của một nguyên tử nằm trong một từ trường mạnh sẽ quay với một tần số phụ thuộc vào cường độ của từ trường. Năng lượng của chúng có thể tăng nếu chúng hấp thu các sóng radio có cùng tần số, do đó mới gọi là cộng hưởng (resonance). Khi nhân nguyên tử quay trở về mức độ năng lượng ban đầu thì sóng radio sẽ được phát ra và có thể ghi nhận được chúng (chụp hình). Ðối với nhân của mỗi loại nguyên tử có lẻ số proton và/hay neutron thì có một hằng số toán học xác định được bước sóng theo cường độ của từ trường. Năm 1991, tác giả công trình được giải thưởng Nobel về hóa học, Richard Ernst (Thụy Sĩ), đã phát triển thêm thành phương pháp quang phổ cộng hưởng từ có độ phân giải cao (high resolution magnetic resonance spectroscopy). Năm 2002, một công trình được giải thưởng Nobel khác, Kurt Wutricht (Thụy Sĩ) đã sử dụng phương pháp trên vào việc xác định cấu trúc ba chiều của các đại phân tử sinh học trong dung môi. Trên cơ sở của những giải thưởng Nobel về vật lý và hóa học đó, các nhà bác học được giải thưởng năm nay đã tìm ra phương pháp áp dụng chúng trong y học để có thể chụp hình những cấu trúc khác nhau của cơ thể sống. Paul C. Lauterbur (sinh năm 1929 tại Urbana, Illinois) từ 1970 đã phát hiện ra là nếu tạo ra gradient trong từ trường thì có thể làm hiện hình 2 chiều những cấu trúc mà các kỹ thuật khác không thấy được. Năm 1973, ông đã thành công trong việc làm hiện hình cắt dọc của 2 ống thủy tinh lồng vào nhau, ống bên trong chứa nước thường, được bọc bởi ống bên ngoài chứa nước nặng, một cách mà cho tới lúc đó chưa ai thực hiện được vì nước thường và nước nặng không khác gì nhau về cảm quan. Ông đã sử dụng cách thêm vào cục từ chính của máy cảm ứng từ một loạt những cục từ có sức mạnh theo gradien nhất định. Peter Mensfield (sinh năm 1933 tại Nottingham, Anh, sau đó nhập quốc tịch Mỹ) đã phát triển công việc của Lauterbur bằng cách tăng khả năng phát hiện các tín hiệu phát ra, nhờ đó có thể phân tích chúng hiệu quả hơn để chuyển chúng thành hình ảnh. Ông đã chứng minh rằng có thể có được hình ảnh rõ nét nếu thay đổi gradient cực nhanh (nên mới có tên là Echo-Plannar Scanning). Kỹ thuật này hiện nay đã được ứng dụng rộng rãi. ứng dụng của chụp cộng hưởng từ (MRI) MRI hơn hẳn các loại chụp hình khác đã có (như chụp X quang, chụp cắt lớp CT) vì cho đến nay người ta chưa phát hiện thấy nó có hại như tia X. Tuy nhiên, cũng khó áp dụng kỹ thuật này đối với một số bệnh nhân mang trong người những mảnh kim loại sinh từ hay máy tạo nhịp tim, hoặc người không thể nằm lâu trong lồng kín chật hẹp.

MRI có giá trị rất lớn trong thăm dò não và cột sống [2,3]. Các rối loạn trong não thường kéo theo thay đổi lượng nước trong mô. Chỉ cần có thay đổi khoảng 1% lượng nước là có thể phản ánh rất rõ trên MRI như xuất huyết não, viêm não, khối u trong não. Ðặc biệt trong bệnh xơ cứng rải rác (multiple sclerosis) có viêm não và tủy sống thì MRI dễ dàng phát hiện nơi nào bị viêm, nặng nhẹ ra sao và tác dụng điều trị đến đâu. Rõ ràng MRI ưu việt hơn hẳn các phương pháp cũ trong chẩn đoán và theo dõi điều trị bệnh. Trong chứng đau thắt lưng dưới, MRI cho phép phân biệt được đau tại cơ, hay do tủy sống hay thần kinh bị chèn ép. Nếu là do đĩa đệm thì có hướng để điều trị bằng phẫu thuật. MRI cũng là một phương tiện trợ giúp cho việc chuẩn bị và tiến hành phẫu thuật vì nó cho hình ảnh ba chiều của tổn thương nhờ đó phẫu thuật viên có thể biết rõ vị trí của tổn thương và tìm ra đường tiếp cận thuận lợi nhất. Trong vi phẫu thuật não chữa chứng Parkinson, MRI cho hình ảnh đủ rõ để phẫu thuật viên có thể đặt điện cực một cách chính xác vào các nhân não. Trong chẩn đoán ung thư, MRI cho thấy rõ số lượng và giới hạn rõ ràng của từng khối u, phần mô bị xâm lấn hay các hạch khi có di căn cho phép bác sỹ quyết định phương pháp điều trị bằng tia xạ hay phẫu thuật và theo dõi kết quả các biện pháp điều trị ung thư khác nhau. Cuối cùng, MRI còn thay thế được một số thủ thuật thăm dò xâm nhập. Ví dụ: để khảo sát ống dẫn mật và ống tuyến tụy người ta thường dùng ống nội soi để bơm chất cản quang. Ngày nay dùng MRI có thể biết ngay tình trạng của các ống mà không cần can thiệp làm đau đớn bệnh nhân. Ðối với bệnh tại khớp cũng vậy, MRI cho phép khảo sát kỹ lưỡng tình trạng của sụn và dây chằng mà không phải sinh thiết hay dùng những thủ thuật có nguy cơ gây bội nhiễm. Hai nhà bác học Paul C. Lauterbur và Peter Mansfield đã có đóng góp quan trọng cho sự phát triển của y học phục vụ người bệnh. Phát minh ứng dụng của các ông đã không ngừng mở rộng. Chỉ sau 10 năm, trên toàn thế giới có khoảng 22.000 máy chụp hình cộng hưởng từ (MRI) và 60 triệu xét nghiệm đã được làm. Tại Viêt Nam cũng đã có vài máy chụp cộng hưởng từ và đã thu được một số kinh nghiệm về lĩnh vực này.

Công trình đoạt giải Nobel Y sinh học năm 2002 (Tóm tắt) Ngày 7/10/2002, Hội đồng xét chọn giải Nobel ở Viện Nghiên cứu Karolinska đã trao giải thưởng Nobel Y Sinh học cho Sydney Brenner, H. Robert Horvitz và John E. Sulston vì những khám phá của họ về "Ðiều hòa di truyền trong phát triển tạng và chết tế bào theo chương trình" Cơ thể con người bao gồm hàng trăm loại tế bào, tất cả đều bắt nguồn từ trứng đã thụ tinh. Trong thời kỳ phôi và giai đoạn bào thai, số lượng các tế bào tăng lên nhanh chóng. Các tế bào trưởng thành và biệt hóa để tạo ra nhiều mô và tạng khác nhau trong cơ thể. Một số lượng lớn các tế bào cũng được tạo thành trong cơ thể trưởng thành. Song song với quá trình sinh ra các tế bào mới là chết tế bào, ở cả thai nhi và người trưởng thành, nhằm duy trì số lượng tế bào thích hợp trong các mô. Quá trình chết tế bào có kiểm soát được gọi là chết tế bào theo chương trình. Bằng cách sử dụng giun tròn Caenorhabditis elegans làm mô hình thực nghiệm để theo dõi phân chia tế bào và sự biệt hóa từ trứng đã thụ tinh đến cơ thể trưởng thành, những nhà khoa học đoạt giải Nobel Y Sinh học 2002 đã phát hiện ra các gen chủ chốt điều hòa sự phát triển tạng và chết tế bào theo chương trình; thấy có sự tương ứng của các gen này với các loài cấp cao hơn, kể cả người. Chết tế bào theo chương trình Mỗi ngày, trong cơ thể người trưởng thành có hàng ngàn tỉ tế bào được tạo ra đồng thời cũng có một lượng tế bào tương đương chết đi qua "quá trình tự tử" có kiểm soát, được gọi là chết tế bào theo chương trình. Các nhà sinh học là những người đầu tiên đã miêu tả chết tế bào theo chương trình. Họ lưu ý rằng chết tế bào là cần thiết cho sự phát triển phôi thai, ví dụ khi con nòng nọc trải qua biến hóa để trở thành ếch. ở bào thai người, màng trung phôi bì giữa ngón tay và chân hình thành lúc ban đầu sau đó được mất đi do sự chết tế bào theo chương trình. Rất nhiều tế bào thần kinh thừa có mặt trong giai đoạn sớm của não cũng được loại bỏ bằng cơ chế tương tự.

Những tác giả đoạt giải Nobel năm nay đã khám phá ra các gen đặc hiệu kiểm soát chết tế bào theo chương trình ở giun tròn C. elegans. Nghiên cứu chi tiết trong mô hình đơn giản này đã chứng minh rằng 131 trong số tổng số 1090 tế bào đã chết trong quá trình phát triển và việc chết tế bào tự nhiên được kiểm soát bằng một bộ gen duy nhất. Cơ thể mẫu C. elegans Sydney Brenner (sinh năm 1927), làm việc tại Viện khoa học phân tử Berkeley, California (Mỹ). Ngay từ đầu những năm 1960, ông đã nhận ra rằng câu hỏi về sự biệt hóa tế bào và sự phát triển tạng rất khó được giải quyết ở động vật cao cấp. Cũng không thể nghiên cứu sự phát triển và tác động lẫn nhau giữa các tế bào khác nhau trong mô hình đơn bào như vi khuẩn và nấm. Vì vậy, cơ thể đa bào mẫu dễ kiểm nghiệm về di truyền và đơn giản sẽ dễ dàng hơn là động vật có vú. Giải pháp lý tưởng là dùng giun tròn Caenorhabditis elegans. Loại giun tròn này dài khoảng 1mm, có thời gian sinh sản ngắn và trong suốt, do đó có thể theo dõi trực tiếp sự phân chia tế bào dưới kính hiển vi. Brenner công bố kết quả nghiên cứu từ năm 1974, trong đó ông đưa ra nền tảng mới bằng cách chứng minh rằng có thể tạo ra các đột biến gen đặc hiệu trong bộ gen C. elegans bằng các hợp chất hóa học EMS (ethyl methan sulphonat). Các đột biến khác nhau có thể liên kết với các gen đặc hiệu và với các tác dụng đặc hiệu trên sự phát triển cơ quan. Phối hợp của phân tích di truyền và quan sát phân chia tế bào dưới kính hiển vi đã khởi đầu cho những khám phá đoạt giải Nobel năm nay.

Mô tả dòng tế bào John Sulton (sinh năm 1942), thuộc Trường ÐH Cambridge (Anh). Ông phát triển công việc của Brenner bằng cách tiến hành trên C. elegans và triển khai các kỹ thuật mới để nghiên cứu mọi sự phân chia tế bào vẽ sơ đồ sự phân chia và biệt hóa tế bào của C.elegans từ một trứng thụ tinh đến 959 tế bào trong cơ thể giun trưởng thành. Trong kết quả được công bố năm 1976, Sulston đã mô tả dòng tế bào của hệ thần kinh đang phát triển. Ông chứng minh rằng dòng tế bào là bất biến, thí dụ tất cả giun tròn đều trải qua chương trình phân chia và biệt hóa như nhau. Kết quả là Sulston đã khám phá ra rằng các tế bào đặc hiệu trong dòng tế bào luôn luôn chết thông qua sự chết tế bào theo chương trình và có thể quan sát được quá trình này

trong cơ thể sống. Ông đã mô tả các bước có thể nhìn thấy được trong quá trình chết tế bào và chứng minh được những đột biến đầu tiên của các gen tham gia vào chết tế bào theo chương trình, bao gồm gen nuc-1. Sulston cũng nhận thấy protein được mã hóa bởi gen nuc-1 là cần thiết cho sự thoái hóa của ADN trong tế bào. Tìm ra các gen gây chết Robert Horvitz (sinh năm 1947), Viện Công nghệ Massachusett, Cambridge, (Mỹ). Là người tiếp tục công việc của Brenner và Sulston trên di truyền và dòng tế bào của C. elegans, ông đã khám phá và mô tả đặc điểm các gen chủ chốt kiểm soát chết tế bào ở C. elegans, tìm ra cơ chế tương tác giữa các gen này trong quá trình chết tế bào và những gen tương ứng trên người. Trong một loạt các thực nghiệm bắt đầu từ những năm 1970, Horvitz sử dụng C. elegans để nghiên cứu xem liệu có một chương trình di truyền kiểm soát chết tế bào hay không. Trong công bố đầu tiên năm 1986, ông đã xác định 2 gen "gây chết" thật sự đầu tiên là ced-3 và ced4. Sau đó Horvitz công bố một gen khác là ced-9, bảo vệ chống lại chết tế bào bằng cách tương tác với ced-4 và ced-3. Ông cũng phát hiện ra một số gen khác hướng dẫn cách loại bỏ tế bào chết. Horvitz nhận thấy bộ gen người có một gen tương tự ced-3. Hiện nay, chúng ta đã biết được rằng phần lớn các gen tham gia vào quá trình kiểm soát chết tế bào trong C. elegans đều có bản sao giống thế trên người. Kiến thức về chết tế bào theo chương trình giúp chúng ta hiểu biết về cơ chế mà một số virus và vi khuẩn xâm nhập vào tế bào của chúng ta. Chúng ta cũng biết rằng bệnh AIDS, các bệnh thoái hóa thần kinh, đột quỵ và nhồi máu cơ tim là do tế bào bị mất do sự chết tế bào quá mức. Các bệnh khác như bệnh tự miễn và ung thư có đặc điểm là giảm quá trình chết tế bào, dẫn tới sự sống sót các tế bào mà bình thường lẽ ra phải chết. Nghiên cứu chết tế bào theo chương trình là rất cần thiết kể cả trong lĩnh vực ung thư. Nhiều phương pháp điều trị dựa vào việc kích thích "chương trình tự tử" tế bào. Trong tương lai, một nhiệm vụ rất thú vị và đầy thách thức là khám phá ra cách tốt hơm để gây chết tế bào trong tế bào ung thư.

Công trình nghiên cứu đoạt giải Nobel y học 2001 Các nhà khoa học đoạt giải Nobel y học năm nay dùng các phương pháp di truyền học và sinh học phân tử đã khám phá ra cơ chế kiểm soát chu kỳ tế bào. Các phân tử CDK và cyclin điều khiển tế bào chuyển từ kỳ này sang kỳ sau. Các phân tử CDK có thể ví như một cỗ máy còn các cyclin là hộp số kiểm soát xem cỗ máy sẽ chạy không hay lái tế bào vào chu kỳ tế bào. Giải Nobel Y học năm nay thuộc về các công trình khám phá sự kiểm soát chu kỳ của tế bào. Các nhà khoa học đã tìm ra các phân tử có vai trò then chốt kiểm soát chu kỳ tế bào trong tất cả các cơ thể có nhân thực bao gồm nấm men, thực vật, động vật và con người. Những khám phá cơ bản này có tác động to lớn vào tất cả các khía cạnh sinh trưởng tế bào. Thiếu sót trong kiểm soát chu kỳ tế bào có thể dẫn đến những thay đổi nhiễm sắc thể thấy trong các tế bào ung thư. Trong tương lai, nghiên cứu này sẽ mở ra triển vọng điều trị ung thư . Leland Hartwell (sinh năm 1939, người Mỹ), Trung tâm nghiên cứu Ung thư Fred Hutchinson, Seattle (Mỹ), được nhận giải thưởng cho những khám phá về nhóm gen đặc trưng kiểm soát chu kỳ tế bào. Một trong những gen này là các gen "khởi động" có vai trò chính trong kiểm soát bước đầu tiên của mỗi chu kỳ tế bào. Hartwell cũng đưa ra khái niệm "trạm kiểm soát", một hỗ trợ có giá trị cho hiểu biết về chu kỳ tế bào. Paul Nurse (sinh năm 1949, người Anh), Quỹ Nghiên cứu Ung thư Hoàng gia ở London (Anh) đã tìm ra, nhân bản vô tính và mô tả bằng các phương pháp di truyền học và phân tử , một trong những tác nhân then chốt kiểm soát chu kỳ tế bào là CDK (men kinase phụ thuộc cyclin). Ông cũng cho thấy chức năng của CDK được duy trì ở mức độ cao trong quá trình tiến hóa. CDK điều khiển tế bào thông qua chu kỳ tế bào bằng sửa đổi hóa học (phosphoryl hóa) của các protein khác. Timothy Hunt (sinh năm 1943, người Anh), Quỹ Nghiên cứu Ung thư Hoàng gia ở London, được nhân giải thưởng cho khám phá của ông về các cyclin, protein điều chỉnh chức năng CDK. Ông phát hiện ra rằng các cyclin bị thoái hóa một cách định kỳ ở mỗi lần phân chia tế bào, một cơ chế quan trọng trong kiểm soát chu kỳ tế bào.

Một tỉ tế bào trên mỗi gam mô Các tế bào có những nhiễm sắc thể khu trú trong nhân và tách biệt với phần còn lại của tế bào, do đó được gọi là tế bào nhân thực, xuất hiện trên trái đất khoảng 2 tỉ năm trước. Các cơ thể gồm những tế bào như vậy có thể là đơn bào như nấm men và amip, hoặc đa bào như thực vật và động vật. Cơ thể người có một số lượng khổng lồ các tế bào, trung bình có một tỉ tế bào trên một gam mô. Mỗi nhân tế bào chứa toàn bộ chất liệu di truyền (ADN), khu trú trên 46 nhiễm sắc thể (23 cặp nhiễm sắc thể). Từ hơn 100 năm nay, người ta đã biết rằng các tế bào nhân lên bằng cách phân bào. Tuy nhiên, chỉ hai thập kỷ qua người ta mới xác định được cơ chế phân tử điều chỉnh chu kỳ tế bào và bằng cách đó kiểm soát quá trình phân chia tế bào. Những cơ chế cơ bản này được duy trì ở mức độ cao qua tiến hóa và hoạt động như nhau trong tất cả các cơ thể nhân thực. Các kỳ của chu kỳ tế bào Các kỳ của chu kỳ tế bào: Kỳ thứ nhất (G1) tế bào tăng trưởng. Khi đạt đến kích thước nào đó, nó đi vào kỳ tổng hợp ADN (S) ở đó nhiễm sắc thể được nhân đôi. Trong kỳ tiếp theo (G2) tế bào sửa soạn phân chia. Khi gián phân (M) nhiễm sắc thể tách ra và chia thành các tế bào con, hoàn toàn có bộ nhiễm sắc thể giống hệt. Mỗi chu kỳ tế bào bao gồm một số kỳ (xem hình vẽ). Trong kỳ đầu tiên (G1), tế bào tăng trưởng và to lên. Khi nó đạt được tới một kích thước nhất định nó sẽ tiến đến kỳ tiếp theo (S) là tổng hợp ADN. Tế bào gấp đôi chất liệu di truyền (sao chép ADN) và sao lại từng nhiễm sắc thể. Trong kỳ tiếp theo (G2) tế bào kiểm tra xem việc sao chép ADN có được hoàn chỉnh không và chuẩn bị phân chia các nhiễm sắc thể tách riêng ra (gián phân, M) và sau đó tế bào phân chia thành 2 tế bào con. Bằng cơ chế này, mỗi tế bào con được nhận một bộ nhiễm sắc thể giống hệt nhau. Sau khi phân chia, tế bào trở lại kỳ G1 và hoàn thành chu kỳ tế bào. Ðộ dài chu kỳ tế bào biến thiên tùy các typ tế bào khác nhau. ở phần lớn các tế bào động vật có vú, nó kéo dài từ 10 đến 30 giờ. Các tế bào giai đoạn G1 không phải lúc nào cũng liên tục qua chu kỳ mà có thể ra khỏi chu kỳ tế bào để sang giai đoạn nghỉ (G0). Kiểm soát chu kỳ tế bào Ðối với mọi cơ thể sống có nhân thực, điều thiết yếu là các kỳ của chu kỳ tế

bào phải được phối hợp chính xác. Các kỳ phải tiếp nối theo đúng trình tự, và mỗi kỳ phải được hoàn thành trước khi kỳ tiếp theo bắt đầu. Sai sót trong quá trình phối hợp này có thể dẫn đến biến đổi nhiễm sắc thể: bị mất nhiễm sắc thể hoặc một phần nhiễm sắc thể, sắp xếp lại hoặc phân bổ lại không đều nhau giữa hai tế bào con. Kiểu biến đổi nhiễm sắc thể này thường thấy trong các tế bào ung thư.

Ðiều quan trọng cơ bản trong các lĩnh vực sinh học và y học là hiểu biết về kiểm soát chu kỳ tế bào như thế nào. Giải thưởng Nobel Y học năm nay được trao cho công trình nghiên cứu khám phá về tế bào ở mức độ phân tử được điều khiển như thế nào từ một kỳ này cho đến kỳ tiếp theo của chu kỳ tế bào. Các gen trong chu kỳ tế bào trong tế bào nấm men Từ cuối những năm 1960, Leland Hartwell đã nhận ra khả năng nghiên cứu chu kỳ tế bào bằng các phương pháp di truyền học. Ông sử dụng men bánh mỳ, Saccharymyces cerevisiae làm hệ thống hình mẫu, rất phù hợp để nghiên cứu chu kỳ tế bào. Trong một loạt các thử nghiệm từ năm 1970-1971, ông đã phân lập được tế bào men mà gen kiểm soát chu kỳ tế bào bị biến đổi (đột biến). Bằng phương pháp này, ông đã thành công trong việc xác định hơn 100 gen đặc hiệu liên quan đến kiểm soát chu kỳ tế bào, được gọi là các gen CDC (gen phân chia trong chu kỳ tế bào). Một trong những gen này, do Hartwell đặt tên là CDC28, kiểm soát bước đầu tiên trong quá trình này qua kỳ G1 của chu kỳ tế bào và vì vậy cũng được gọi là "gen khởi động". Ngoài ra, Hartwell còn nghiên cứu sự nhạy cảm của tế bào nấm men với bức xạ. Dựa vào những phát hiện này ông đưa ra khái niệm trạm kiểm soát (checkpoint), có nghĩa là chu kỳ tế bào bị ngừng khi ADN bị tổn thương. Việc này nhằm dành thời gian để ADN sửa chữa trước khi tiếp tục kỳ tiếp theo của chu kỳ. Sau đó Harwell mở rộng khái niệm trạm kiểm soát để bao gồm cả kiểm soát việc bảo đảm trật tự chính xác giữa các kỳ của chu kỳ tế bào. Nguyên lý chung Tiếp theo Hartwell, Paul Nurse sử dụng phương pháp di truyền học để nghiên cứu chu kỳ tế bào. Ông sử dụng dạng nấm men Schizzosaccharomyces pombe, làm hình mẫu. Loại nấm men này chỉ có họ hàng xa với men bánh mỳ, vì chúng đã tách biệt trong quá trình tiến hóa từ hơn một triệu năm trước. Vào giữa những năm 1970, Paul Nurse đã khám phá ra gen cdc2 ở S.pombe. Ông phát hiện ra rằng gen này có chức năng then chốt kiểm soát phân chia tế bào (chuyển tiếp từ G2 đến gián phân, M). Sau đó ông phát hiện rằng cdc2 còn có nhiều chức năng chung hơn. Giống như gen khởi động mà Hartwell đã phát hiện trước đó ở men bánh mỳ, nó kiểm soát sự chuyển tiếp từ G1 đến S. Gen cdc2 điều chỉnh nhiều kỳ khác nhau của chu kỳ tế bào. Vào năm 1987, Paul Nurse đã phân lập được gen có chức năng tương đương trên người, và sau đó được đặt tên là CDK1 (kinase 1 phụ thuộc cyclin). Gen này mã hóa một protein là thành viên trong họ các kinase phụ thuộc cyclin, CDK. Nurse thấy rằng sự hoạt hóa CDK phụ thuộc vào quá trình phosphoryl hóa hồi phục được tức là nhóm phosphat được gắn vào hoặc tách ra khỏi các protein. Dựa trên những phát hiện này, 6 phân tử CDK khác nhau được tìm thấy ở người. Khám phá ra cyclin đầu tiên Timothy Hunt khám phá ra phân tử cyclin đầu tiên vào đầu những năm 1980. Cyclin là những protein được tạo thành và thoái hóa trong mỗi chu kỳ tế bào. Chúng có tên là cyclin vì nồng độ của các protein này biến đổi định kỳ trong chu kỳ tế bào. Các cyclin gắn với các

phân tử CDK, bằng cách đó điều chỉnh sự hoạt hóa CDK và chọn lọc các protein sẽ bị phosphoryl hóa. Dùng nhím biển Arbacia làm hệ thống hình mẫu, Hunt đã phát hiện ra rằng protein này bị thoái hóa định kỳ trong chu kỳ tế bào. Thoái hóa protein định kỳ là cơ chế kiểm soát quan trọng trong chu kỳ tế bào. Sau đó Timothy Hunt khám phá ra các cyclin trong các loài khác và phát hiện ra cyclin cũng được duy trì trong quá trình tiến hóa. Cho đến nay người ta đã phát hiện ra khoảng 10 cyclin khác nhau trên người. Ba tác giả Leland Hartwell, Paul Nurse và Timothy Hunt cùng được nhận giải Nobel về khám phá cơ chế phân tử điều chỉnh chu kỳ tế bào. Tổng số phân tử CDK là không thay đổi trong chu kỳ tế bào nhưng hoạt động của chúng khác nhau do chức năng điều chỉnh của các cyclin. CDK và cyclin cùng nhau điều khiển tế bào từ một kỳ của chu kỳ tế bào đến kỳ tiếp theo. Các phân tử CDK có thể được ví với cỗ máy và các cyclin thì ví với hộp số kiểm soát xem cỗ máy sẽ chạy trong trạng thái để không hay sẽ điều khiển tế bào tiến lên trong chu kỳ tế bào. Tác động lớn của khám phá Phần lớn nghiên cứu trong lĩnh vực y sinh học được hưởng lợi từ những khám phá cơ bản này, có thể đưa đến những ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Những khám phá này rất quan trọng để hiểu biết về sự không ổn định của nhiễm sắc thể phát triển như thế nào trong tế bào ung thư, thí dụ những phần của nhiễm sắc thể được sắp xếp lại, mất hoặc phân bổ không đều ra sao giữa hai tế bào con. Những biến đổi nhiễm sắc thể như vậy có lẽ do khiếm khuyết trong kiểm soát chu kỳ tế bào. Nó cũng cho thấy các gen của phân tử CDK và cyclin có thể hoạt động như tác nhân gây ung thư. Các phân tử CDK và cyclin cũng cộng tác với các sản phẩm của gen ức chế khối u (thí dụ p53 và Rb) trong chu kỳ tế bào. Những phát hiện này trong lĩnh vực chu kỳ tế bào cũng sẽ được áp dụng trong chẩn đoán khối u. Sự tăng nồng độ phân tử CDK và cyclin đôi khi cũng thấy trong khối u của người như ung thư vú và ung thư não. Trong tương lai, những khám phá này có thể mở ra nguyên lý mới trong phương pháp điều trị ung thư. Hiện nay đã thử nghiệm lâm sàng sử dụng quá trình ức chế phân tử CDK.