|
Hãy giả sử rằng, bạn không biết gì về
xe hơi, nên bạn muốn biết chúng hoạt
động ra sao. Tình cờ bạn có một người
bạn là thợ sửa xe ôtô vì vậy bạn nhờ
anh ấy giải thích về xe hơi cho bạn
hiểu.
Chúng khởi động bằng cách nào? Làm
cách nào xăng cháy lại làm cho động cơ
chuyển động? làm thế nào lực được tạo
ra bằng động cơ chuyển sang các bánh
lái? Hãy tưởng tưởng rằng để trả lời
cho câu trả lời của bạn, người bạn chở
bạn đến một cửa hàng phụ tùng ôtô và
bắt đầu giải thích cho bạn biết từng
cái một là gì. Và tới cuối bài học nhỏ
này, người bạn cho bạn xem từng chiếc
phụ tùng lắp trong xe hơi và giải
thích các chức năng của chúng. Vậy lúc
đó bạn có biết một chiếc xe hơi hoạt
động ra sao không?
Ah, dĩ nhiên là không. Thậm chí khi
bạn có thể nói lại từng bộ phận làm gì
nhưng bạn vẫn có thể hiểu biết ít về
làm thế nào các bộ phận liên kết cùng
với nhau để khiến xe chạy. Hãy thử một
trường hợp gay cấn hơn: bạn đang dạy
một lớp toàn là những kỹ sư ôtô tham
vọng, và bạn muốn dạy họ làm thế nào
để chế tạo xe hơi. Bạn có dạy họ chỉ
bằng cách giảng qua hết tất cả các bộ
phận xe hơi từng cái một? hay bạn có
thể gom tất cả chúng lại vào cuối giờ
học và chỉ cho họ một số biểu đồ các
bộ phận được rắp láp cùng với nhau:
khung gầm, hệ thống điện, hệ thống
truyền lực.
Nhưng thậm chí với các biểu đồ này,
những kỹ sư tương lai này vẫn không
thể đến làm việc cho Mercedes và tạo
ra động cơ kế tiếp tiên tiến nhất.
Danh sách và biểu đồ các bộ phận không
đủ; như một người kỹ sư nói với bạn,
bạn cần có định lượng, bạn cần phải
hiểu toán và vật lý, và bạn cần có thể
tạo ra các động cơ mô hình trên máy vi
tính, những mô hình mà sau đó bạn có
thể kiểm tra bằng hệ thống máy tính mà
không cần phải cố gắng xây dựng thật
sự bất cứ ý tưởng mới nào cho một động
cơ.
Theo nhiều cách, thì các nhà sinh học
phân tử cũng giống như một lớp học các
kỹ sư ôtô vậy. Chúng ta có các danh
sách rất dài và giải thích rõ các
thành phần tế bào và chúng ra có rất
nhiều biểu đồ về cách các thành phần
này hợp lại với nhau, nhưng chúng ta
không hiểu một tế bào theo cách giống
như một kỹ sư xe Audi hiểu một động cơ
xe hơi.
Các nhà sinh học cố gắng thay đổi điều
đó và nỗ lực của họ là một phần lĩnh
vực mới lạ mà hầu hết mọi người chưa
bao giờ nghe đến, được biết đến với
tên sinh học hệ thống (systems
biology). Mặc dù sinh học hệ thống vẫn
chưa chứng minh được nó có sức mạnh,
nhưng Trường Y Khoa của Đại Học
Harvard đã rất tự tin vào tiềm năng
của lĩnh vực này đến nỗi trường đã
thành lập Khoa Sinh Học Hệ Thống, một
khoa hoàn toàn mới đầu tiên trong vòng
20 năm qua, và các nhà xuất bản tạp
chí Nature đã cho in ấn tạp chí sinh
học hệ thống.
Vậy, lĩnh vực này hoạt động ra sao?
Phòng Thí Nghiệm Cold Spring Harbor là
quê hương của sinh học phân tử. Rất
nhiều nhà sinh học phân tử vĩ đại của
thể kỷ 20 đã đến phòng thí nghiệm này
để làm việc hoặc tham dự các cuộc họp,
và các bức tường của toà nhà phòng thí
nghiệm treo đầy các vật dụng tranh ảnh
sinh học phân tử lịch sử, trong đó có
một cây đàn ghita được hàng tá các nhà
sinh học về bộ gen hàng đầu ký vào và
một bức chân dung khổng lồ của James
Watson.
Trong một ngày cuối tuần mùa xuân lạnh
giá gần đây ở New York, khoảng 300 nhà
khoa học quan tâm đến sinh học hệ
thống đã tụ họp ở Cold Spring Harbor
để thảo luận. Để có ý tưởng về các vấn
đề mà cộng đồng khoa học này đang đối
mặt, hãy xem qua môt trong những tế
bào được biết rõ nhất: men bia. Men có
khoảng 6000 gen, và chúng ta biết về
75% của những gen đó có chức năng gì -
bạn có thể chọn ra gen men bia yêu
thích của mình, vào cơ sở dữ liệu và
đọc xem gen đó làm gì trong tế bào
men.
Trong một vài năm nữa, chúng ta sẽ
biết được 99.9% các gen men bia có
chức năng gì. Nhưng liệu sau đó chúng
ta có thật sự hiểu được thậm chí một
sinh vật đơn giản như men không? Các
tế bào men sản sinh theo một quá trình
rất giống với cách mà tế bào của con
người phân chia và kết quả là chúng ta
biết được rất nhiều sinh học cơ bản có
liên quan đến các bệnh của con người
như ung thư bằng cách nghiên cứu men.
Một mô hình phân chia tế bào men giống
như mô hình máy tính của một động cơ
của một kỹ sư có thể làm sáng tỏ mức
độ quan trọng của việc các hệ thống
điều khiển bị hư hỏng trong những bệnh
như ung thư như thế nào nhưng ngay bây
giờ tất cả chúng ta đều có những danh
sách dài các thành phần và một số biểu
đồ cơ bản – không đủ cho việc tạo ra
bất cứ tế bào nào.
Vấn đề này lại nổi lên một lần nữa
trong các nghiên cứu liên kết của bộ
gen, các nghiên cứu đã đưa ra những
danh sách gen có thể liên quan đến các
bệnh như tiểu đường và bệnh tim. Chúng
ta có hiểu những căn bệnh này tốt hơn
khi chúng ta có những danh sách như
vậy không? Thật sự là không, bởi vì
chúng ta không biết làm thế nào các
thành phần đó hợp lại với nhau thành
sức khỏe hoặc bệnh tật.
Vậy các nhà sinh học hệ thống đang làm
gì đối với vấn đề này? Sự thật là, họ
cũng viết ra những danh sách dài các
gen có liên quan đến một quá trình
sinh học nhất định, nhưng nhiều nhóm
nghiên cứu đang nghiên cứu xem các
danh sách thành phần này thay đổi theo
thời gian như thế nào: gen nào được
bật hoặc tắt khi một tế bào thân phân
hoá thành một tế bào thần kinh? Gen
nào thì hoạt động tích cực trong tế
bào nào khi một phôi phát triển từ một
tế bào đơn lẻ? tế bào mầm nào làm tăng
tế bào cơ và tế bào thần kinh? Đây là
một số chủ đề nổi bật đang được nghiên
cứu trong sinh học hệ thống.
Phát hiện tế bào mầm nào làm gia tăng
cho tế bào trưởng thành nào là một
trọng điểm nghiên cứu của tiến sĩ
Robert Waterston tại trường đại học
Washington:
Tiến sĩ Waterston đã phát triển được
một kỹ thuật chụp ảnh không thể tin
được có khả năng dò theo các tế bào cá
nhân trong một phôi thai sâu, theo sau
một tế bào thân ban đầu trong suốt tất
cả quá trình phân chia của nó khi
những phần khác nhau của con sâu phát
triển.
Tiến sĩ Jeanne Loring, tại viện
Scripps, đang nghiên cứu những thay
đổi diễn ra trong các tế bào gốc phôi
thai đơn lẻ khi chúng phân hoá thành
các loại tế bào khác. Bà đang nghiên
cứu cơ chế methyl hóa DNA (DNA
methylation) trong các tế bào gốc khi
chúng thay đổi. Biết được cơ chế này
biến đổi như thế nào qua thời gian là
một phần hiểu biết then chốt về làm
thế nào mà tất cả các loại tế bào khác
nhau của chúng ta có cùng DNA nhưng
lại hoạt động khác nhau.
Và tại Havard, tiến sĩ Sunney Xie đang
sử dụng cách soi kính hiển vi phức tạp
để nghiên cứu làm thế nào các thành
phần của hệ thống sinh học hoạt động
theo quy luật tự nhiên bên trong các
tế bào sống. Ông có thể xem các phân
tử protein đơn lẻ bên trong các tế bào
đơn lẻ và đo đạc độ nhanh của một
protein điều tiết trượt dọc theo một
sợi DNA, và một tế bào có thể tạo ra
một protein khi phản ứng với một tín
hiệu môi trường nhanh như thế nào và
cần có bao nhiêu phân tử protein để
bắt đầu một vòng phản hồi tích cực.
Sinh học hệ thống vẫn đang là một lĩnh
vực “chưa trưởng thành”, đang phấn đấu
để làm rõ các câu hỏi khoa học cấp
bách nhất và để xác định những con
đuờng nghiên cứu hứa hẹn nhất. Tại
cuộc họp ở Cold Spring Harbor, rõ ràng
là trong khi một số người đang thực
hiện việc nghiên cứu cực kỳ thú vị thì
chúng ta vẫn còn rất lâu mới có thể
tạo ra một mô hình tế bào máy tính,
hay thậm chí một hệ thống phụ tế bào
nhỏ mà với nó chúng ta có thể giả lập
những biến đổi do thuốc hoặc sự đột
biến gây ra.
Một kỹ sư xe Mercedes với ý tưởng mới
để cải tiến động cơ có thể kiểm tra nó
trên mô hình trước nhưng một công ty
dược với loại thuốc tiềm năng mới
không thể làm giống như vậy, nó không
thể dự đoán bất cứ điều gì về việc tế
bào sẽ phản ứng với thuốc đó như thế
nào. Chúng ta có lẽ còn rất xa mục
đích đó nhưng sinh học hệ thống là một
lĩnh vực đáng để mắt tới. |
|
Khoa học kỹ thuật và Đời
sống: Phụ trách TN
