Giải Nobel y sinh học năm 2022: Giải mã ADN cổ để biết chúng ta là ai

Khôi nguyên Nobel y sinh 2022 - GS Svante Pääbo. Ảnh: Getty Images

Trong giới nghiên cứu di truyền học, GS Svante Pääbo là một nhân vật quen thuộc. Ông được xưng tụng là 'cha đẻ' của một chuyên ngành khoa học có tên là paleogenomics, chuyên nghiên cứu hệ gene của các sinh vật và thực vật thời tiền sử. 

Những nghiên cứu như thế không chỉ giúp chúng ta biết về thời tiền sử mà còn được ứng dụng để hiểu thêm về quá trình con người đã được tiến hóa ra sao và có thể trả lời những câu hỏi về bệnh tật ngày nay.

Truy nguồn cội từ ADN

Pääbo tốt nghiệp tiến sĩ y học từ Đại học Uppsala năm 1986, song ông cũng là một nhà nghiên cứu về Ai Cập học trong thời gian theo học tiến sĩ và hậu tiến sĩ. Ông bắt đầu nghiên cứu ADN của các xác ướp Ai Cập và mô của những tông người đã tuyệt chủng.

Giả mã bộ gene của những sinh vật như thế là rất khó khăn, vì ADN thường bị tan hủy hay bị nhiễm bởi các nguồn ADN khác. Thế nhưng, qua ứng dụng các công nghệ giải trình tự gene hiện đại và các phương pháp tin sinh học (bioinformatic, một chuyên ngành giao thoa giữa thống kê học và khoa học máy tính) Pääbo và nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc giải mã bộ gene của những tông người thời tiền sử.

Tất cả chúng ta - bất cứ dân tộc nào trên thế giới - đều có tổ tiên xuất phát từ châu Phi. Theo nhiều chứng cứ di truyền học, chúng ta biết rằng người tinh khôn (Homo sapiens) có mặt ở châu Phi vào khoảng 300.000 năm trước. Một tông người có liên hệ với người tinh khôn là người Neanderthal (Homo neanderthalensis) cũng xuất phát từ châu Phi và sống ở châu Âu và Tây Á vào khoảng 400.000 năm trước.

Khoảng 70.000 năm trước, có nhiều nhóm người rời châu Phi và tản mác khắp Trái đất, kể cả Đông Nam Á. Những nhóm người này tồn tại song song với người Neanderthal trong hơn 10.000 năm, nhưng ít ai biết mối liên hệ giữa hai nhóm người này. Tuy nhiên, khoa học biết rằng tông người Neanderthal đã bị tuyệt chủng vào khoảng 30.000 năm trước.

GS Svante Pääbo quyết định theo đuổi phân tích hệ gene của người Neanderthal để trả lời câu hỏi: ADN của người Neanderthal có thể giúp gì cho chúng ta hiểu quá trình tiến hóa của con người trên Trái đất? Nhưng chiết xuất ADN từ những tông người này rất khó vì nó đã tan thành từng mảnh rất nhỏ, và nhiều khi không còn 'nguyên chất' để xác định nguồn gốc một cách rõ ràng. 

Vào đầu thập niên 1990, giới khoa học rất hào hứng trước một tuyên bố rằng một nhóm nghiên cứu bên Mỹ đã thành công trong việc phân tích ADN từ khủng long. Thế nhưng lúc đó Pääbo đã tỏ ra nghi ngờ khám phá này vì ông không nghĩ rằng ADN từ khủng long có thể 'sống' lâu như vậy; sau này người ta mới biết rằng sự nghi ngờ của ông là hoàn toàn đúng.

GS Svante Pääbo tập trung vào phân tích mitochondrial ADN. Mỗi tế bào của chúng ta chứa hàng trăm ngàn ti thể (mitochondria). Các ti thể này bao bọc xung quanh nhân của tế bào; chúng sản xuất năng lượng và có một số chức năng chuyển hóa. 

Một đặc điểm quan trọng là mitochondrial ADN chỉ di truyền từ mẹ, và chính vì đặc điểm này mà các nhà khoa học có thể truy tìm nguồn gốc con người và tiến hóa của con người qua phân tích các tổ hợp mitochondrial ADN.

Công trình nghiên cứu dẫn đến giải Nobel cho Pääbo chính là phương pháp phân tích mitochondrial ADN cổ đại từ những tông người như Neanderthal. Năm 1997 đánh dấu một mốc thời gian quan trọng, vì nhóm nghiên cứu do ông đứng đầu công bố kết quả giải trình tự gene của người Neanderthal từ một xương có tuổi 40.000 năm và chỉ ra rằng nó khác với mitochondrial ADN của con người hiện đại và loài tinh tinh. Nối tiếp thành công đó, năm 2010 nhóm nghiên cứu công bố toàn bộ hệ gene của người Neanderthal trên tập san Science.

Qua phân tích tin sinh học, nhóm nghiên cứu phát hiện rằng tổ tiên của người tinh khôn và Neanderthal tồn tại khoảng 800.000 năm trước. Khoảng 1 - 4% hệ gene của người châu Âu và châu Á ngày nay có nguồn gốc từ gene của người Neanderthal.

Khoảng 10 năm trước, Svante Pääbo và đồng nghiệp khám phá một tông người có tên là Denisova hominins (Denisovan). Cách định danh Denisovan xuất phát từ hang động Denisova thuộc Siberia. 

Nhóm nghiên cứu dùng công nghệ giải trình tự gene hiện đại phân tích ADN từ một ngón tay 40.000 năm tuổi, và phát hiện rằng hệ gene này rất khác với người tinh khôn và Neanderthal. Có thể 6% ADN của chúng ta (người Đông Nam Á) là xuất phát từ tông người Denisovan.

Gene cổ và COVID-19

Những nghiên cứu của GS Svante Pääbo và đồng nghiệp cùng sự tiến bộ của công nghệ giải trình tự gene đã cho ra đời một chuyên ngành khoa học mới có tên là paleogenomics, chủ yếu tập trung vào việc tái lập hệ gene của các loài vật đã tuyệt chủng.

Nhưng ứng dụng khoa học của ngành này còn giúp chúng ta hiểu hơn về quá trình tiến hóa của nhân loại. Chẳng hạn, một biến thể của gen EPAS1 (tìm thấy ở người Denisovan) giúp người ta sống sót ở những vùng cao. Do đó, ngày nay biến thể EPAS1 thường hay thấy ở người Tây Tạng.

Đại dịch COVID-19 đã tạo điều kiện cho một khám phá thú vị và giải thích tại sao một số bệnh nhân bị nhiễm SARS-Cov-2 nặng hơn người khác.

Trong một bài báo ngắn công bố trên Nature vào năm 2020, GS Pääbo cùng cộng sự lâu năm, GS Hugo Zeberg, cho biết qua phân tích ADN, họ phát hiện rằng một gene ở nhiễm sắc thể số 3 có liên quan đến nhiễm COVID-19 nặng (phải nhập viện, thở máy, hay tử vong). 

Một biến thể của gene này được tìm thấy ở 63% người Bangladesh, và những người mang biến thể gene này có nguy cơ tử vong cao gấp hai lần người dân trong cộng đồng. Điều thú vị là gene này có nguồn gốc từ hệ gene của tông người Neanderthal hơn 30.000 năm trước. Một số (khoảng 3 - 6%) người Đông Nam Á cũng mang trong người biến thể gen này.

Giải Nobel y sinh học thường được trao cho những công trình mang tính phương pháp. Trước đây, những công trình dẫn đến khám phá X-ray, MRI, CT, PCR... được đánh giá là đã đem lại lợi ích lớn cho nhân loại và được trao giải Nobel.

Tuy nhiên, công trình giải mã hệ gene của người Neanderthal cũng có thể xem là một phương pháp, bởi vì nhóm nghiên cứu đã xây dựng phương pháp, kể cả phương pháp tin sinh học, và tiêu chuẩn để phân tích ADN từ các sinh vật đã tuyệt chủng, và đó chính là một thành tựu quan trọng về phương pháp.

Các thành tựu này chắc chắn sẽ còn được ứng dụng trong tương lai để giúp chúng ta hiểu sâu hơn về quá trình tiến hóa và tại sao chúng ta mắc bệnh như ngày nay.■

Đồng nghiệp đẩy Svante Pääbo xuống hồ sau khi biết tin ông đoạt giải Nobel. Ảnh: Getty Images

Hôm 3-10, Pääbo (làm việc ở Đức) vừa uống xong ly cà phê sáng đầu tuần thì nhận được cuộc gọi từ Thụy Điển. Ông ngỡ có chuyện chẳng lành với ngôi nhà nghỉ hè ở quê hương, hóa ra là thông báo mình được Nobel.

Việc trao giải Nobel y sinh học cho Pääbo là một sự ngạc nhiên. Dĩ nhiên, ông xứng đáng được trao giải thưởng, nhưng theo ý kiến cá nhân, những người giải mã toàn bộ hệ gene của con người trong dự án Human Genome Project (HGP) cũng xứng đáng được trao giải.

Nếu giải trình tự gene của các tông người tiền sử giúp chúng ta hiểu một chút về quá trình tiến hóa của nhân loại thì công trình vĩ đại HGP đã mở ra nhiều chuyên ngành khoa học khác giúp chúng ta hiểu bệnh tật tốt hơn và dẫn đến nhiều phát triển ngoạn mục trong suốt 30 năm qua.